6. Витамины

Витамины – низкомолекулярные органические соединения различной химической природы, необходимые в незначительном количестве для нормального обмена веществ и жизнедеятельности. Они необходимы для процессов усвоения всех пищевых веществ, для роста и восстановления клеток и тканей. Многие витамины являются предшественниками коферментов, в составе которых участвуют в различных ферментативных реакциях. Человек и животные или не синтезируют витамины, или синтезируют их в недостаточном количестве и поэтому очень важно получать витамины с пищей. Источником витаминов обычно служат растения. Некоторые витамины образуются микрофлорой кишечника. Многие витамины, используемые как лекарственные препараты, получают химическим или микробиологическим синтезом.

Длительное употребление пищи, лишенной витаминов, приводит к серьезным заболеваниям (авитаминозам). Поэтому витамины относятся к незаменимым факторам питания животных организмов.

Вначале витамины условно обозначали буквами латинского алфавита. В дальнейшем были приняты единые международные названия, отражающие их химическую структуру. Все витамины делятся на водорастворимые, жирорастворимые и витаминоподобные соединения.

6.1. Водорастворимые витамины и витаминоподобные вещества

Аскорбиновая кислота (витамин С) представляет собой ненасыщенное соединение, не содержащее свободной карбоксильной группы. Кислый характер ее водных растворов обусловлен освобождением водородных ионов при растворении в воде благодаря диссоциации фенольных гидроксилов.

С = О С = О

│ │

НОС –2Н О = С

║ │

НОС О О = С

│ +2Н │ О

НС НС

│ │

НОСН НОСН

│ │

СН₂ОН СН₂ОН

аскорбиновая дегидроаскорбиновая

кислота кислота

Аскорбиновая кислота легко подвергается окислению. Продукт ее окисления – дегидроаскорбиновая кислота – при восстановлении превращается в аскорбиновую кислоту. Она представляет собой белое кристаллическое вещество, легко растворимое в воде; плавящееся при температуре 190…193 °C; оптически активное ([α] = +24 гр/дм в воде).

Аскорбиновая кислота довольно неустойчивое соединение. Она легко окисляется как в щелочной, так и в кислой среде. Особенно быстро аскорбиновая кислота окисляется в присутствии солей тяжелых металлов.

Аскорбиновая кислота играет определенную роль как переносчик водорода в окислительных процессах, происходящих в организме, а также в превращениях аминокислот — триозина и фенилаланина.

Аскорбиновая кислота широко распространена в продуктах растительного происхождения. Наиболее богаты аскорбиновой кислотой ягоды черной смородины и рябины, апельсины, лимоны, мандарины, шиповник, хвоя, укроп, перец, хрен, капуста и т. д.

Человек должен обязательно получать аскорбиновую кислоту с пищей. Авитаминоз вызывает заболевание цингой, сопровождающееся по-вышенной проницаемостью и хрупкостью кровеносных сосудов, а также повреждением костей и, особенно, зубов. С лечебной целью витамин С принимается при цинге, желудочно-кишечных заболеваниях, атеросклеро-зе и др.

Аскорбиновая кислота используется в смеси с антиокислителями растительных жиров в качестве синергиста. Такие смеси применяют для предохранения жиров от окисления при их хранении.

Тиамин, аневрин (витамин В₁) – белые кристаллы, хорошо растворимые в воде, хлорид плавится с разложением при 249…250 °C. Водные растворы тиамина устойчивы к нагреванию до 140 °C в кислой среде (рН 3,0) без потери витаминной активности. В нейтральной и особенно щелочной среде при нагревании витамин легко распадается на компоненты.

Витамину В₁ приписывают следующее строение:

СН₃

│

N —CН Cl¯ С = С – СН₂СН₂ОН

║ ║ +  │

СН₃ —С С — СН₂ — N │

│ │  │

N = С — NH₂ С — S

│

Н

хлоргидрат тиамина

Тиамин синтезируется в растениях. В семенах злаков он содержится в зародышах, оболочках и алейроновых слоях зерен. Организм человека не способен синтезировать тиамин и нуждается в его доставке с пищей.

Тиамин участвует в регулировании углеводного обмена. Авитаминоз вызывает нарушение в работе нервной системы, которое может стать одной из причин заболевания полиневритом – воспалением нервных стволов, вызывающего паралич. Кроме того, недостаток витамина В₁ может вызывать расстройство желудочно-кишечного тракта, понижение секреции пищеварительных соков.

Основным источником тиамина для человека являются: пшеничный и ржаной хлеб, хлеб из муки грубого помола, некоторые крупы.

Р

Н СН₂– (СНОН)₃– СН₂ОН

│ │

С N N

  

Н₃– С С С СО

║ │ │ │

Н₃– С С С NН

     

С N С

│ ║

Н О

витамин В₂

рибитил- изоаллоксазин)

ибофлавин (витамин В₂) является метилированным производным изоаллоксазина, к которому присоединен спирт ибитол. Наличие активных двойных связей в циклической структуре рибофлавина и обусловленные строением свойства определяют его важную роль в окислительно-восстановительных реакциях, сопровождающих обмен веществ. Рибофлавин входит в состав окислительных ферментов клеток в виде рибофлавинфосфорного эфира С₁₇Н₂₁N₄PО₉, являющегося простетической группой двухкомпонентных ферментов.

Рибофлавин – желтое кристаллическое вещество с температурой плавления 282 °C, хорошо растворимое в воде; водные растворы его имеют желто-зеленую окраску. Рибофлавин устойчив к нагреванию и не разрушается при варке пищи. Он оптически активен ([α]_D = –114 гр/дм в 0,1 N. растворе NаОН).

Рибофлавин широко распространен в животных и растительных тканях. В свободном состоянии встречается в молоке. Однако в большинстве случаев он находится в связанном с белками состоянии, так как используется как материал для построения небелкового компонента ряда окислительных ферментов.

Наиболее богатыми источниками рибофлавина являются дрожжи, печень, почки, рыбные продукты, яйца. В продуктах растительного происхождения он находится в пшенице, шпинате, масличных семенах.

Основным признаком авитаминоза является остановка роста молодых животных, снижение яйценоскости птиц; у человека наблюдается выпадение волос, заболевание глаз, приводящее к катаракте, а также воспалительное поражение слизистых оболочек губ. При длительном авитаминозе часто развивается анемия, так как рибофлавин принимает участие в образовании гемоглобина.

Пантотеновая кислота (витамин В₃) представляет собой светло-желтую вязкую жидкость, хорошо растворимую в воде.

В состав пантотеновой кислоты входит β-аланин, связанный с диоксимонокарбоновой кислотой:

СН₃ Н

│ │

НОСН₂ – С — С – СО – NН – СН₂ – СН₂ –СООН

│ │

СН₃ ОН

Пантотеновая кислота очень широко распространена в природе. Наибольшие ее количества имеются в печени, дрожжах, яичном желтке и зеленых частях растений. Семена масличных культур, жмыхи и шроты содержат значительное количество пантотеновой кислоты. Пантотеновая кислота влияет на процессы ацетилирования в животном организме, а также участвует в важнейших реакциях переноса фосфатов и энергии.

Авитаминоз сопровождается дерматитами, кератитами, поражением надпочечников, прекращением роста, изменениями нервной системы, приводящими к параличам и невритам.

Никотиновая кислота (витамин РР) и ее амид (витамин В₅) – это вещества, обладающие одинаковой биологической активностью.

Н Н

│ │

С С

Н– С С –СООН Н– С С–СОNН₂

│ ║ │ ║

Н– С С –Н Н– С С–Н

N N

никотиновая кислота амид никотиновой кислоты

Никотиновая кислота – бесцветные кристаллы, растворимые лишь в горячей воде и имеющие температуру плавления 234…237 °C.

Амид никотиновой кислоты – представляет собой бесцветные кристаллы, плавящиеся при 129…131 °C и хорошо растворяющиеся в воде.

Синтетический кристаллический продукт витамина РР получил название ниацина. Амид никотиновой кислоты и никотиновая кислота входят в состав простетических групп ферментов дегидраз, регулирующих окислительные процессы в организме.

Ниацин широко распространен в природе в продуктах растительного и животного происхождения. Основными источниками его служат: хлеб (из муки грубого помола), гречневая крупа, рис, картофель, морковь, мясо и рыба. Масличные семена и продукты, получаемые из них после извлечения масла, содержат довольно значительное количество ниацина.

Авитаминоз проявляется в заболевании пеллагрой. Болезнь сопровождается расстройством деятельности желудочно-кишечного тракта, воспалением слизистой оболочки рта и в наиболее тяжелых случаях – расстройством нервной деятельности.

Пиридоксин (витамин В₆) является производным пиридина (2-метил-3-окси-4,5-диоксиметилпиридин):

Н СН₂ОН

│ │

С С

   

Н–С С–Н НО–С С–СН₂ОН

║ │ ║ │

Н–С С–Н Н₃С–С С–Н

   

N N

пиридин пиридоксин

В продуктах питания встречаются также соединения, близкие к пиридоксину – пиридоксаль и пиридоксамин:

СОН СН₂NН₂

│ │

С С

   

НО–С С–СН₂ОН НО–С С–СН₂ОН

║ │ ║ │

Н₃С–С С–Н Н₃С–С С–Н

   

N N

пиридоксаль пиридоксамин

Все эти соединения проявляют одинаковое витаминное действие в организме животных.

Пиридоксин – белое кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде и спирте; он плавится при 160 °C. Пиридоксамин плавится при 193 °C.

Пиридоксин содержится в продуктах животного и растительного происхождения: печени, мясе, рыбе, яйцах, молоке, пшеничных отрубях, горохе, фасоли, моркови, дрожжах. Некоторое количество пиридоксина поступает в организм в результате деятельности кишечной микрофлоры.

Пиридоксин устойчив к повышенным температурам, щелочам, кислотам, разрушается на свету.

Авитаминоз сопровождается дерматитами, выпадением шерсти у животных, покраснением кожи, поэтому витамин В₆ называют также адермином.

Фолиевая кислота, фолацин (витамин В₉) представляет собой желтые кристаллы, разлагающиеся при температуре выше 250 °C, легко растворимые в щелочах, но довольно трудно в воде. Фолиевая кислота была выделена из листьев шпината и из печени; содержится в продуктах животного и растительного происхождения. Наиболее богаты ею печень, мясо, рыба, бобы, шпинат, картофель, капуста.

ОН Н

│ │

С N С

     

N С С– СН₂– NН– С С– Н СООН

│ ║ │ │ ║ │

Н₂N– С С С– Н Н–С С– СО– NН– СН– СН₂– СН₂–СООН

     

N N N

фолиевая кислота

Фолиевая кислота разрушается при повышенной температуре. При пастеризации молока теряется 75 % фолиевой кислоты. Легко разрушается в овощах при их переработке (до 90 %). Однако в мясопродуктах и яйцах она устойчива.

Авитаминоз у человека и животных характерен различными формами проявления малокровия. Применяется для борьбы с болезнями кровеносной системы (злокачественные анемии, лучевые заболевания, лейкозы, гастроэнтероколиты). Фолиевая кислота играет роль витамина также для молочнокислых бактерий.

Цианокобаламин, оксикобаламин, антианемический витамин (витамин В₁₂) объединяет целую группу веществ, являющихся комплексными соединениями трехвалентного кобальта. Важнейшим представителем этой группы является цианокобаламин, строение которого можно схематически представить в следующем виде:

+

R^— R^— С N

+++

Со

R R R

В эту же группу веществ входит большое количество сходных с ним соединений, отличающихся наличием вместо группы СN других атомов или групп атомов (ОН^–, SCNˉ, Cl, Br, J, NО₂ˉ, OCNˉ и т. д.). Строение цианокобалимина представляет особый интерес благодаря своему мощному физиологическому действию.

Витамин В₁₂ является очень устойчивым соединением. Он представляет собой кристаллическое вещество красного цвета, хорошо растворимое в воде, темнеющее при температуре 190…215 °C.

Витамин В₁₂ содержится во многих микроорганизмах, бактериях кишечника и рубца и особенно в бактериях гнилостного ила. В промышленных условиях витамин В₁₂ получают в качестве побочного продукта в производстве стрептомицина. Цианокобаламин оказывает антианемическое действие только при внутримышечном введении. Витамин В₁₂ играет важную роль в биосинтезе белка, синтезе пуриновых и пиримидиновых оснований и нуклеозидов. Витамин В₁₂ содержится в продуктах животного происхождения, им богаты печень, почки.

Витамин В₁₂ применяется при лечении анемии, для нормализации функций кроветворения, в неврологии (полиневрит, радикулит). Разрушается при длительном действии световых лучей.

Холин, холинхлорид витаминоподобное вещество, относящееся к витаминам группы В. Входит в состав некоторых фосфолипидов (фосфатидилхолинов), в состав ацетилхлорида, важнейшего нейромедтатора. Участвует в биосинтезе метионина, адреналина, нуклеиновых кислот. Основными источниками холинов являются фосфолипиды растительных масел. При авитаминозе наблюдается жировое перерождение печени, кровоизлияния во внутренних органах.

Биотин (витамин Н) представляет собой кристаллическое водорастворимое серосодержащее соединение, имеющее следующее строение:

О

║

С

Н–N N–Н

│ │

Н–С–– С–Н

Н │ │ Н

С С

Н S СН₂–СН₂–СН₂–СН₂–СООН

В молекуле биотина имеется три асимметричных атома углерода, поэтому возможно существование восьми стереоизомерных форм биотина. Природный биотин вращает плоскость поляризованного луча вправо. Он входит в состав ферментов, катализирующих обратимые реакции карбоксилирования, участвуя в биосинтезе липидов, аминокислот, углеводов, нуклеиновых кислот. В процессе кулинарной обработки пищи биотин практически не разрушается.

Биотин содержится в продуктах животного происхождения (печени, почках, яйцах, молоке, мясе) в очень малых количествах и несколько большем количестве в продуктах растительного происхождения (овсяной крупе, сое, горохе). Потребность в биотине удовлетворяется за счет продуктов питания и его биосинтеза микрофлорой кишечника.

Инозит (гексагидрогексаоксибензол, инозитол) витаминоподобное вещество; по химической структуре возможно существование семи оптически неактивных форм и одной пары оптически активных изомеров. То-лько одна из этих форм – мезоинозит – обладает витаминной активностью.

И

О – РО(ОН)₂

│

СН

(ОН)₂ОР – О– СН СН – О–РО(ОН)₂

│ │

(ОН)₂ОР – О– СН СН – О–РО(ОН)₂

НС –О–РО(ОН)₂

инозитфосфорная кислота

нозит широко распространен в тканях животных, растений и микроорганизмов. В тканях животных он содержится в некоторых фосфатидах, в растениях представлен главным образом в виде фитина.

Фитин представляет собой кальций-магниевую соль инозитфосфорной кислоты, находящейся в семенах растений.

Содержание фитина в процентах (в пересчете на инозитфосфорную кислоту) в масличных семенах составляет: ядро подсолнечника 2,01; ядро хлопчатника 2,64…2,7; семена льна 1,47…1,72; семена сои 1,37…1,39. Содержание фосфора фитина в ядре масличных семян составляет 52…76 % от общего количества фосфора.

Авитаминоз у животных сопровождается явлениями, сходными с последствиями биотиновой недостаточности – остановка роста, дерматиты, выпадение шерсти. Играет ли инозит роль витамина для человека, остается невыясненным.