4.4. Витамины: биологическая роль и свойства

Витамины – это группа сравнительно низкомолекулярных органических соединений разнообразного химического строения, объединяемых по признаку их строгой необходимости для питания животного и человеческого организма. Витамины требуются в ничтожно малых количествах и выполняют в организме каталитические функции.

Витамины открыты в 1880 году русским врачом Н.И. Луниным, который установил, что мыши получившие диету, состоящую из отмытого казеина, сахара, растительного масла и солей, погибали. Мыши, которым давали натуральное молоко, развивались нормально. Был сделан вывод, что в молоке содержатся дополнительные вещества, отсутствие которых приводило к гибели мышей.

Позже голландский врач Х. Эйкман показал, что однообразное питание людей полированным рисом вызывает тяжелое заболевание бери-бери. В 1890 году К.А. Сосин подтвердим опыты Н.И. Лунина.

Ф. Гопкис в 1906 году назвал вещества, предохраняющие человека и животных от аналогичных заболеваний, «дополнительными факторами питания».

В 1912 году польский ученый К. Функ получил из рисовых отрубей кристаллическое вещество, содержащее азот, и назвал его «витамином» – амином, необходимым для жизни.

Учение о витаминах – витаминология – в настоящее время выделена в самостоятельную науку.

Важная роль витаминов в питании человека и сельскохозяйственных животных вызвала к жизни специальную отрасль промышленности – витаминную промышленность.

Заболевания, которые развиваются при полном отсутствии витаминов в пище, называют авитаминозы,

Заболевания, которые развиваются при недостаточном поступлении витаминов гиповитаминозы,

Заболевания, которые развиваются при избыточном поступлении витаминов гипервитаминозы.

Синтез витаминов. Витамины синтезируются в клетках растений, микроорганизмов, а некоторые и в тканях животных. Установлено, что в пищеварительном тракте сельскохозяйственных животных микроорганизмами синтезируются многие витамины.

Значение витаминов. Имеется тесная связь между витаминами и катализаторами химических превращений в организме – ферментами. Многие витамины, соединяясь со специфическим белком, образуют ферменты.

Таким образом, заболевание, вызываемое недостатком в пище того или иного витамина, является следствием того, что в организме недостаточно активен соответствующий фермент, катализирующий определенное звено биохимических превращений, составляющих обмен веществ.

Усвоение витаминов. Однако необходимо изучать не только содержание витаминов в пище, но и знать, насколько они способны усваиваться организмом человека. Для растворения жирорастворимых витаминов большое значение имеет наличие жиров в пищевых продуктах, и их химический состав, присутствие антибиотиков и микроэлементов. На усвоение водорастворимых витаминов оказывают влияние другие витамины, различные белки и некоторые аминокислоты.

Большое значение имеет физиологическое состояние желудочно-кишечного тракта. При заболевании пищеварительных органов обычно нарушается всасывание продуктов пищеварения и витаминов, нарушается процесс их отложения в печени и других органах.

Классификация и номенклатура витаминов. По физико-химическим свойствам витамины разделяют на две группы: витамины растворимые в жирах (липовитамины) и витамины, растворимые в воде (гидровитамины).

Витамины называют

• или большими буквами латинского алфавита (А, D Е, В и т.д.),

• или по болезни, которую излечивает данный витамин, с прибавкой «анти» (антирахитный, антиневритный и т.д.),

• или по химическому (условному) названию (ретинол, кальциферол, биотин и т.д.).

В настоящее время используют все три вида номенклатуры витаминов.

Группа витаминов А. Витамины группы А – производные каротина. Так же, как и каротин, они нерастворимы в воде, но растворяются в различных жировых растворителях и жирах. Отсутствие в пище витаминов группы А сказывается нарушении роста, понижении стойкости к заболеваниям и ослаблении зрения, называемом куриной слепотой. Витамины группы А образуются и встречаются включительно в тканях животных и продуктах животного происхождения, в растениях они отсутствуют. Однако образуются эти витамины из пигментов каротиноидов, широко распространенных в растениях.

Наиболее богатым источником витаминов группы А является рыбий жир и особенно жиры, содержащиеся в печени некоторых рыб и морских животных: акулы, трески, палтуса, кита, моржа, тюленя, белухи.

Содержание витамина А в пищевых продуктах выражается в так называемых интернациональных единицах. Одна такая единица витамина А представляет собой 0,6 микрограмма (мкг) чистого β-каротина (провитамина А).

1 г чистого каротина содержит 1 670 000,

1 г чистого витамина А – 3 300 000 интернациональных единиц.

Витамин А в чистом виде легко разрушается при окислении и при восстановлении (особенно при нагревании).

Группа витаминов D. Недостаточное содержание в пище этих витаминов приводит к возникновению рахита. Они нерастворимы в воде, но растворяются в жирах. Витамины группы D встречаются только в животном организме. В растениях содержатся стеролы, из которых под влиянием облучения ультрафиолетовыми лучами образуются витамины группы D.

Наиболее богатыми источниками витаминов группы D являются рыбий жир, печень млекопитающих и птиц. Витамины D содержатся также в молоке, сливочном масле и в яичных желтках. Летом молоко и полученное из него сливочное масло значительно богаче витаминами D, чем зимой. Это объясняется более интенсивным образованием витаминов D из стеролов под воздействием ультрафиолетовых лучей солнечного света в летнее время.

Витамин Е (токоферол). Недостаток витамина Е в пище приводит к нарушениям половой функции: у мужчин происходит нарушение образования сперматозоидов и перерождение семенных желез, а у женщин наблюдаются бесплодие или преждевременные роды, а также нервно-мышечные расстройства у новорожденных.

Наиболее богаты витамином Е зародыши злаков и зеленые листья растений. Важным источником витамина для человека является растительное масло.

Группа витаминов К. Под этим названием объединяется группа так называемых антигеморрагических факторов, необходимых для нормального свертывания крови. Эти витамины широко распространены в продуктах растительного и животного происхождения. Лучшими источниками витаминов К являются зеленые части растений.

Небольшие количества витаминов синтезируются микроорганизмами в толстом кишечнике человека.

Витамин С (аскорбиновая кислота). Недостаточное содержание витамина С в пище приводит к возникновению цинги. Аскорбиновая кислота широко распространена как в растениях, так и в животных тканях. Организм человека, обезьяны и морской свинки не способен синтезировать аскорбиновую кислоту и должен получать ее в готовом виде с пищей; другие животные способны самостоятельно синтезировать этот витамин.

Важная роль аскорбиновой кислоты и её участие в окислительно-восстановительных процессах, происходящих в живой клетке, связана с тем, что витамин существует в двух формах – собственно аскорбиновой кислоты и легко образующейся из неё при окислении дегидроаскорбиновой кислоты. Последняя, при восстановлении снова дает аскорбиновую кислоту.

При варке пиши, а также сушке и консервировании плодов и овощей витамин С может легко разрушаться в результате окисления, которое ускоряется солями железа или меди, и особенно сильно – окислительными ферментами. Эти ферменты проявляют свое действие при очистке и измельчении овощей, при лежании продуктов в нарезанном виде и при закладке их в холодную воду; при этом медленное повышение температуры способствует энергичному действию окислительных ферментов и разрушению витамина С.

Таким образом, наиболее правильно варить овощи, опуская их сразу в кипящую воду, а еще лучше на пару.

Витамин В₁ (аневрин, тиамин). Ранние симптомы недостатка витамина B₁ заключаются в нарушениях нервной системы – недостаточной концентрации внимания, быстрой умственной и физической утомляемости, легкой возбудимости, плохом аппетите. Вместе с этим наблюдается падение веса. При этом повышается содержание пировиноградной кислоты в крови и моче. При дальнейшем развитии болезни наблюдаются болевые ощущения в ногах, заболевание периферической нервной системы (полиневрит), параличи, одышка. В странах юго-восточной Азии полиневрит получил название болезни бери-бери. Заболевание распространено в Японии, Индии, Индонезии и Индокитае среди беднейших слоев населения, питающихся, главным образом, полированным рисом, в котором содержание витамина B₁ ничтожно.

Богаты витамином В₁ пшеничные и рисовые отруби, зародыши злаков, внутренние органы животных (печень, почки и сердце). Особенно богаты витамином B₁ дрожжи. В кислой среде витамин В₁ стоек к нагреванию и кипячению, но очень легко разрушается при нагревании в нейтральной и особенно в щелочной среде. Вследствие этого витамин B₁ мало разрушается при обработке пищевых продуктов теплом, например при варке пищи или выпечке хлеба; чрезвычайно быстро он разрушается при выпечке кондитерских мучных изделий, изготовляемых на щелочных разрыхлителях (сода или углекислый аммоний).

Таким образом, наиболее важным источником витамина B1 в нашей пище являются зерновые продукты, содержащие частицы отрубей и зародыша.

Витамин В₂ (рибофлавин). Недостаток рибофлавина в пище вызывает нарушение аппетита, падение веса, слабость, резь в глазах, болезненные ощущения и слизистых оболочках рта.

Рибофлавин в соединении с фосфорной кислотой входит в состав ряда ферментов, играющих важную роль в обмене веществ.

Содержание витамина B₂ в пищевых продуктах обычно выражают в мкг/г продукта.

Наиболее богаты рибофлавином дрожжи, печень, почки, сердце. Важными источниками рибофлавина в нашей пище являются молоко и зеленые овощи. Весьма низким содержанием рибофлавина отличается пшеничная и ржаная мука высших сортов.

Витамин В₆ (пиридоксин). Отсутствие или недостаток витамина В6 в пище приводит к нарушениям белкового обмена и синтеза жиров в животном организме. При авитаминозе B₆ отмечают также глубокие нарушения в синтезе и обмене аминокислоты триптофана.

Наибольшим содержанием витамина В₆ отличаются дрожжи, рисовые отруби, пшеничные зародыши.

Витамин РР (никотиновая кислота). Отсутствие или недостаток никотиновой кислоты в пище приводит к заболеванию, которое называется пеллагра. Характерными симптомами этой болезни являются поражения кожи, поносы, психические расстройства.

Некоторое количество витамина может синтезироваться в организме человека и животных из триптофана.

Наиболее богаты никотиновой кислотой дрожжи, отруби, пшеничные зародыши и внутренние органы животных (печень, почки).

Пантотеновая кислота (В₃). Недостаток пантотеновой кислоты вызывает задержку роста, поражения кожи, нарушения деятельности нервной системы и желудочно-кишечного тракта.

Биотин (витамин Н). Недостаток биотина в диете приводит к поражениям кожи, выпадению волос и поражению ногтей.

По-видимому, главным источником биотина для животных и человека является бактериальная микрофлора желудочно-кишечного тракта. В яичном белке содержится вещество, получившее название авидин, которое образует с биотином нерастворимый в воде и биологически неактивный комплекс. Поэтому, если животное кормить большим количеством сырого яичного белка, то оно заболевает, обнаруживая типичные признаки недостаточности биотина.

Фолиевая кислота. Фолиевая кислота оказывает благоприятное терапевтическое действие при лечении некоторых тяжелых форм анемии человека.

Основными источниками фолиевой кислоты являются различные листовые овощи, печень и дрожжи. Из всех плодов и овощей наиболее богата фолиевой кислотой земляника и, вероятно, этим объясняется известнее с давних пор ее благоприятное действие при малокровии.

Витамин Р (цитрин). Комплекс ряда веществ, укрепляющих стенки капиллярных сосудов. К веществам, обладающим Р-витаминной активностью, относят широко распространенные в растительном мире гликозиды – рутин и гесперидин, а также танин чайного листа и винограда. Чрезвычайно высокой Р-витаминной активностью обладают концентраты, получаемые из ягод черной смородины.

Витамин B₁₂ объединяет группу веществ, которые являются комплексными соединениями трехвалентного кобальта. Кристаллы витамина B₁₂ имеют красный цвет вследствие наличия в его молекуле кобальта.

Этот витамин чрезвычайно эффективен при лечении различных форм анемии, в том числе так называемой злокачественной анемии, представляющей собой весьма тяжелое заболевание. В качестве кроветворного фактора витамин В₁₂ примерно в 1000 раз более эффективен, чем фолиевая кислота. Весьма важным свойством витамина В₁₂ является также его способность повышать использование организмом растительных белков (приближает их по пищевой ценности к животному белку).

Витамин В₁₂ не содержится в продуктах растительного происхождения и в дрожжах. Главным его источником в пище человека являются животные продукты, особенно печень и почки. Травоядные животные снабжаются витамином B₁₂ за счет микрофлоры пищеварительного тракта, особенно рубца. Человек также частично получает витамин В₁₂ за счет микрофлоры кишечника.

Антивитамины. Для понимания механизма действия витаминов в организме особое значение имеет группа веществ, которая названа антивитаминами. Они очень близки по структурному и химическому строению соответствующим витаминам, но препятствуют нормальному их действию. Ученые объясняют это тем, что антивитамины, конкурируя с витамином, вытесняет его из ферментативного комплекса, в результате чего образуется недеятельный фермент.

В настоящее время найден ряд структурных аналогов – антагонистов рибофлавина, пиридоксина, биотина, фолиевой кислоты, а также витаминов С, К и Е. Характерной особенностью подобных антивитаминов является то, что их угнетающее действие сказывается лишь на тех организмах, для нормального роста и жизнедеятельности которых необходим соответствующий витамин.

Аналог никотиновой кислоты – пиридин-3-сульфокислота – угнетает рост некоторых бактерий, причем угнетающее действие может быть снято никотиновой кислотой.

Некоторые из антивитаминов являются структурными аналогами пантотеновой кислоты

Аналогом и антивитамином тиамина является пиритиамин, он отличается от тиамина тем, что атом серы замещен группой –СН=СН–. Кормление мышей небольшими дозами пиритиамина вызывает у них появление типичных признаков авитаминоза B₁, которые проходят при скармливании животным соответствующих количеств витамина.

Антагонистом витамина К является дикумарол, витамина С –глюкоаскорбиновая кислота, витамина Е – α-токоферолхинон и т.д.

Кроме антивитаминов, являющихся структурными аналогами соответствующих витаминов, открыты антивитамины, представляющие собой белки, специфически связывающие данный витамин. Таким антивитамином белковой природы является авидин, содержащийся в белке яиц и специфически реагирующий с биотином, в результате чего последний теряет свою биологическую активность.

В связи с большой ролью антивитаминов в изучении биологического действия витаминов, а также в связи с тем, что многие антивитамины угнетают рост болезнетворных микробов, исследование химических аналогов витаминов ведется чрезвычайно энергично.