7.1. Вітаміни. Коферменти

Під назвою “Вітаміни” об’єднують різноманітні за будовою і властивостями органічні речовини, які в невеликій кількості абсолютно необхідні для життєдіяльності. Назву "вітаміни", тобто “аміни життя”, запропонував у 1912 p. К. Функ, який вперше виділив вітамін В₁ і довів, що він містить аміногрупу.

Вітаміни належать до тих речовин, які не можуть утворюватись в самому організмі з інших, тобто є незамінними факторами харчування. З давніх часів люди помітили залежність свого здоров’я і працездатності від характеру харчування. Вимога вживати сирі рослинні продукти, урізноманітнювати раціон, значною мірою визначається саме тим, що необхідно забезпечувати себе вітамінами. Настої глиці, кори дерев врятовували життя мореплавцям, які внаслідок довготривалого одноманітого харчування захворювали на цингу. Вперше науково довів потребу у певних факторах харчування М. І.Лунін, який в 1880 p. повідомив результати досліджень двох груп мишей. Першу групу тварин він годував аналогом молока, який включав жир, білок казеїн, молочний цукор, другу - незбираним молоком. Через деякий час тварини першої групи загинули, а другої – нормально розвивались.

Розрізняють три види порушень забезпечення організму вітамінами. При недостатньому вмісті вітамінів в їжі розвивається гіповітаміноз. Це найбільш поширена аномалія не лише для мешканців відсталих регіонів. Спостереження за різними групами населення в цивілізованих країнах показує, що і в їх раціоні кількість вітамінів в 2-4 рази менше потреби. Відсутність в їжі вітамінів викликає авітаміноз. Відомі випадки надмірного вживання вітамінів, які спричинюють гіпервітамінози. Крім неправильного харчування в економічно розвинених країнах причини авітамінозів все більше пов’язують з порушенням їх всмоктування у травному тракті.

У зв’язку з видовими особливостями обміну речовин перелік вітамінів відмінний для різних видів. Наприклад, аскорбінова кислота є вітаміном для приматів і морських свинок. У всіх інших досліджених видів вона синтезується в організмі. Для людини відомо принаймні 13 вітамінів.

Серед незамінних факторів харчування вітаміни вирізняються тим, що вони не включаються в структуру тканин і не використовуються організмом як джерело енергії. Переважна більшість вітамінів входить до складу коферментів і бере безпосередню участь в каталізі реакцій в організмі.

Назви вітамінам даються за їх хімічною природою (ретинол, цианокобаламін), умовні за допомогою букв латинського алфавіту (А, В₁₂) та за назвами відповідних авітомінозів (антиксерофтальмічний, антианемічний).

За фізичними властивостями вітаміни поділяють на жиро- і водорозчинні. Представники кожної з цих груп мають певні спільні ознаки.

7.1. Жиророзчинні вітаміни

За хімічною будовою жиророзчинні вітаміни А, Д, Е, К є похідними ізопрену і складаються з циклічної частини та довгого розгалуженого вуглеводневого радикалу, який служить “якірною ділянкою” при закріпленні молекули в неполярному шарі біомембрани. Жиророзчинні вітаміни всмоктуються з кишечнику в кров разом з ліпідами їжі і, можливо, внаслідок розчинності в ліпідах запасаються в печінці. Одноразове введення жиророзчинних вітамінів може забезпечити ними організм на декілька тижнів і місяців.

Вітамін А (ретинол) є одноатомним спиртом, який складається з 20 атомів вуглецю. В організмі він перетворюється на альдегід ретиналь:

Повністю транс-ретиналь

За положенням замісників по місцю подвійного зв’язку С₁₁ вітамін А може бути в повністю транс- (див. зображення) і в цис-формі.

Вітамін А виконує дві біологічні функції: фоторецепторну і соматичну. Фоторецепторна функція його вивчена досить добре. В сітківці ока є два види світлочутливих клітин - колбочки і палички. Перші дозволяють розрізняти різні відтінки кольорів, а другі - розпізнають лише світло і темряву, але дуже чутливо. Саме вони забезпечують зір в сутінках завдяки функціонуванню протеїду родопсину. Він складається з білкової частини – опсину та простетичної групи – ретиналю. Механізм фоторецепторної функції ретиналю пов’язаний з цис-транс-ізомерією. У складі родопсину в темряві він міститься в цис-формі. Під дією світла відбувається перетворення цис-ретиналю в транс- і його відокремлення від білку опсину. Зміна конформації ретиналю приводить до збудження нервового імпульсу. В темряві молекула родопсину регенерується:

Механізм передачі сигналу, спричиненого розпадом молекули родопсину, в зоровий центр невідомий. Вважають, що родопсин є трансмембранним білком, зміна конформації якого під дією світла змінює проникність мембрани для Са²⁺ і стан самих мембран, що ініціює нервовий імпульс.

Соматична функція вітаміну А полягає в його участі в підтриманні структурної цілісності організму. Він міститься в комплексах Гольджі, де синтезуються структури надмембранних шарів, зокрема хондроїтинсульфат. Вважають, що соматична функція вітаміну А також пов’язана з цис-транс-ізомерією.

Одним з перших проявів гіповітамінозу А є куряча сліпота, тобто послаблення зору в сутінках, пов’язане з порушенням фоторецепторної функції. Більш небезпечним для організму є порушення соматичної функції. У молодих тварин при нестачі вітаміну А зупиняється ріст, відбувається заміна слизистого епітелію на кератинизуючий. Таке ураження епітеліальних клітин очей – ороговіння сітківки ока або ксерофтальмія - відбувається щорічно у десятків тисяч дітей віком 18-36 місяців переважно в тропічних країнах.

Надлишок вітаміну А при надмірному вживанні не виводиться з організму. Гіпервітаміноз проявляється в розростанні кісток, дерматитах, тобто також пов’язаний з порушенням соматичної функції. Відомі випадки загибелі полярників, які з’їдали печінку білого ведмедя, багату на вітамін А.

Вітаміну А багато у печінці риб, риб’ячому жирі. Червоном’якотнї рослини містять пігмент каротин, який ферментативно перетворюється на вітамін А в тваринному організмі, переважно в кишечнику. Мінімальна щоденна доза вітаміну А в харчуванні дорослої людини становить 660-750 мкг. Причому доза рослинних каротинів, як попередників вітаміну А повинна бути в 2 - 6 p. вищою. Основна маса вітаміну А у стані провітаміну поступає в організм саме з рослинною їжею (морква, перець, буряк, помідори, гарбуз, салат). Він є у вершковому маслі. Найбільше збагачений вітаміном А риб’ячий жир. При надмірному вживанні в печінці може накопичуватись річний його запас.

Вітамін D (кальциферол) представлений групою подібних молекул, які в організмі утворюються на світлі з стеролів шкіри:

Холекальциферол (D₃)

Біологічну активність проявляє не сам вітамін D, а його окиснене похідне - кальцитріол, який утворюється в два етапи, перший з яких відбувається в печінці, а другий - в нирках:

7-дегідрохолестерол

↓h, шкіра

холекальциферол (D₃)

↓ печінка

25-гідроксихолекальциферол (25(ОН)-D₃)

↓ нирки

1, 25-дигідроксихолекальциферол (кальцитріол) (1, 25 (OH)₂-D₃)

Кальцитріол традиційно розглядають серед вітамінів, але механізм його утворення та дії свідчить, що це гормон. Як і всі гормони, це біологічно активна речовина, яка утворюється в одній тканині, а діє в інших, причому як регулятор, а не структурний компонент ферменту. Кальцитріол регулює фосфорно-кальціевий обмін в організмі. Він посилює транспорт йонів Са²⁺ і фосфату в кишечнику і мобілізацію резерву Са²⁺ з кісток. У людей з штучною ниркою ці процеси значно послаблені. Механізм його дії подібний до механізму дії стероїдний гормонів. Він проникає в ядра клітин і стимулює транскрипцію генів, зокрема того, що кодує синтез кальцій-зв’язуючого білка. Інші генні продукти, які індукуються кальцитріолом, не ідентифіковані.

Найбільш відчутно гіповітаміноз D проявляється у дітей. У них виникає хвороба кісток, що ростуть, - рахіт. При ній не здійснюється остання стадія утворення кістки - відкладення мінеральних речовин на органічному матриксі. У дітей, хворих на рахіт, спостерігаються різні деформації скелету. У дорослих також при нестачі цього вітаміну спостерігається порушення мінералізації кісток – остеомаляція. В середніх широтах достатньо протягом 30 хвилин щоденно знаходитись на повітрі, щоб забезпечити потребу в ньому. У північних народів вітамін D забезпечується традиційно за рахунок харчування морською рибою. Новонароджені діти особливо чутливі до наявності вітаміну D в раціоні, або адекватного сонячного опромінення, оскільки вони не мають його запасу в організмі. Якщо протягом довгого часу вживати збільшену дозу вітаміну D (в 10 разів вище норми), відбувається збільшення вмісту Са²⁺ і фосфату в сироватці крові, кальцифікація м’яких тканин, розсмоктування кісткової тканини. У таких хворих спостерігаються множинні переломи кісток, утворення каменів у нирках.

Рекомендована щоденна доза вітаміну D становить 20 мкг. Джерелом його крім ендогенного холестеролу на світлі служить риб’ячий жир, вершкове масло, молоко, печінка.

Вітамін Е (токоферол - від грецького “tokos”- потомство) завдячує назві спостереженню, що відсутність його в їжі приводить до втрати здатності давати потомство. Найбільшу поширеність і біологічну активність серед токоферолів проявляє -токоферол:

Різноманітні сполуки, які мають структуру подібну до токоферолу, серед них феноли і хінони, проявляють аналогічну дію. Встановлено, що цей вітамін пригнічує самоокиснення ненасичених жирних кислот, тобто проявляє антиоксидантну активність. При його нестачі в тканині відбувається перекисне окиснення ненасичених жирних кислот. Внаслідок цього порушується структура мембран мітохондрій, лізосом, інших органел, що приводить до таких зовнішніх проявів його недостатності як м’язова дистрофія, зниження дихання, загибель ембріонів, втрата рухливості сперматозоїдів, гемоліз еритроцитів. Вітамін Е потрапляє в організм з рослинними оліями, ліпідами зеленого листя (салат та ін.). Він є тим природним антиоксидантом, який захищає поліненасичені жирні кислоти олії від псування, гальмує руйнування вітаміну А. Дуже чутливі до нестачі вітаміну Е травоїдні тварини. Вони гинуть від дистрофії м’язів за декілька тижнів. У людини нестача токоферолу спостерігається при порушенні всмоктування ліпідів у травному тракті. В інших випадках потреба в ньому задовольняється різноманітними продуктами.

Вітамін К (філохінон) за хімічною будовою є хіноном. Ряд речовин, які проявляють аналогічну активність, відрізняються довжиною вуглецевого ланцюга, або не мають його (менадіон):

Вітамін К₁ Менадіон

Цей вітамін необхідний для синтезу в печінці чотирьох проферментів системи зсідання крові:

При порушенні цього процесу спостерігається геморрагічний стан. Однак при нормальному всмоктуванні ліпідів в травному тракті додаткове введення цього вітаміну непотрібне, оскільки він утворюється мікрофлорою кишечнику. Ознаки авітамінозу К можуть бути у новонароджених дітей і тривають, доки в кишечнику ще немає бактерій.

В медичній практиці застосовується препарат вікасол, який проявляє активність вітаміну К₁ і, на відміну від нього, є водорозчинним. Він був синтезований у 1943 p. під керівництвом академіка О. В. Паладіна і успішно застосований у військових госпіталях як засіб боротьби з кровотечами.