Пищевая Биохимия / Рогожин В.В., Рогожина Т.В. Биохимия сельскохозяйственной продукции

6.1. Витамины, растворимые в полярных растворителях

В4 наблюдаются жировая инфильтрация печени, геморрагическая дистрофия почек, нарушение свертываемости крови.

Витамин В5 (ниацин (никотинамид), антипеллагрический). Является амидом пиридин-3-карбоновой кислоты (никотиновая кислота).

O

CNH2

N

Никотинамид

Синтезируется витамин в растительных и животных тканях. Предшественником витамина является никотиновая кислота (см. ниже РР), которая превращается в амид. Последний входит в состав окисленных и восстановленных коферментов НАД+ и НАДФ+, участвующих в реакциях обратимого гидрирования (присоединения атомов водорода):

АН2 + НАД+ (НАДФ+) ←→ А + НАДН (НАДФН) + Н+

В реакции гидрирования коферменты играют роль промежуточных переносчиков водорода, что обусловлено наличием в структуре их молекулы амида никотиновой кислоты. Таким образом, никотинамид в составе коферментов принимает участие в механизме действия окислительновосстановительных ферментов дегидрогеназ.

93

Глава 6. Витамины и коферменты

Витамин В6 (пиридоксол, антидерматитный). Синтезируется растениями

имикроорганизмами кишечника жвачных животных и человека из продуктов гликолиза: глицеральдегид-3-фосфата, гидроксиацетофосфата

ипирувата.

Пиридоксол

Высокое содержание витамина В6 отмечается в пивных дрожжах, зерновках злаков. У животных витамин В6 накапливается в тканях печени, сердце, почках. В молоке его содержится 0,18…0,24 мг/кг. Функциональная активность витамина В6 проявляется в составе кофермента пиридоксальфосфата.

Пиридоксальфосфат

Участвует в процессе активного переноса аминокислот через клеточные мембраны, в реакциях трансаминирования, декарбоксилирования, рацемизации аминокислот. Применяется при анемиях, невритах, невралгии, лишае, нейродермитах, псориазе, эксудативных диатезах.

Витамин В7 (каротин). Известны три изомера каротина (α-, β- и γ-ка- ротины), с преобладанием в растениях его β-формы.

CH3

(CH CH — C CH)2 — CH CH —(CH C — CH CH)2

CH3

β-Каротин

Больше всего содержится каротина в моркови, перце, плодах томатов и шиповника, зеленых листьях, цветках растений. Содержание каротиноидов в листьях зависит от условий произрастания и стадии вегетации. К осени в листьях их содержание понижается, тогда как в плодах, наоборот, возрастает. Богаты каротином и животные ткани, в особенности печень, а также масло, яйца.

94

6.1. Витамины, растворимые в полярных растворителях

Высокое содержание каротина в растении проявляется наличием желтой и красной окраски. В основе строения каротинов — последовательно связанные восемь остатков изопрена, способные находиться в цис-

итрансформах. Функционально активными являются трансизомеры.

Витамин В7 в растениях принимает участие в процессе фотосинтеза, размножении и в реакциях окислительно-восстановительных ферментов.

Витамин В8 (инозит). Циклический шестиатомный спирт циклогексана. Образуется в результате циклизации глюкозы, накапливается в виде эфира с фосфорной кислотой и фитина. Последний представляет собой кальци- ево-магниевую соль инозитфосфорной кислоты. Таким образом, инозит

иего производные выполняют функцию резервирования и переноса остатков фосфорной кислоты и ионов кальция и магния в живых организмах.

OH OH

HO

HO

OH

HO

Инозит

Витамин синтезируется в зеленых частях растений. Особенно много его накапливается в процессе созревания семян. Богаты витамином В8 овощи (картофель, зеленый горох) и фрукты (яблоки, дыни). У животных инозин накапливается в нервных клетках, особенно много его в составе липидов мозга, в печени, мышцах, сердце, яичном желтке. Участвует витамин В8 в обмене липидов. Входит в состав фосфоацилглицеридов в виде фосфатидилинозита. При недостатке витамина В8 отмечается замедление роста животного, потеря шерстного покрова, анемия, жировая инфильтрация печени с отложением холестерина.

Витамин В12 (кобаламин, антианемический). Основу структуры витамина составляют 4 восстановленных пиррольных кольца, атомы азота которых координируют с кобальтом, связанным еще и с атомом азота 5,6-диметил- бензимидазола. Кроме того, в структуре витамина В12 имеется молекула рибозы с остатком фосфора у 3-го атома углерода.

Витамин В12 синтезируется только в микроорганизмах (бактерии, актиномицеты и сине-зеленые водоросли). Богатым источником витамина В12 служат говяжья печень и почки. В молоке витамина В12 может содержаться до 3…5 мг/кг.

Коферментные функции выполняют производные витамина В12 метилкобаламин и 5′-дезоксиаденозилкобаламин, участвующие в каталитических реакциях переноса метильных групп и изомеризации.

95

Глава 6. Витамины и коферменты

H H

HOCH2 O H

Кобаламин

Витамин необходим животным для нормального кроветворения и созревания эритроцитов, участвует в синтезе лабильных метильных групп и в образовании холина, метионина, креатина, нуклеиновых кислот. Кобаламин активирует свертывание крови, повышает тромбопластическую активность и активность протромбина. Недостаток витамина В12 у животных приводит к развитию злокачественной макроцитарной, мегалобластической анемии. Применяется при малокровии, анемиях, заболеваниях печени, полиневритах, при кожных заболеваниях.

Витамин В13 (оротовая кислота). Это производное пиримидина. Высокое содержание отмечается в активно растущих частях растений.

OH

N

HO N COOH

Оротовая кислота

96

6.1. Витамины, растворимые в полярных растворителях

Участвует в образовании урацила через образование оротидина, оротидиловой кислоты, уридиловой кислоты. Кроме того, оротовая кислота влияет на обмен галактозы. У птиц и млекопитающих витамин В13 синтезируется из аспарагиновой кислоты и карбамоилфосфата. Участвует В13 в механизмах синтеза нуклеиновых кислот. Функционально активной формой является оротидин-5-фосфат. Стимулируя протекание анаболических процессов, витамин В13 ускоряет рост растений и животных.

Витамин В15 (пангамовая кислота, антианоксический). Это производное эфира глюконовой кислоты и деметилглицина.

HOOC CH CH CH CH CH2 O CO CH2 N

Пангамовая кислота

Впервые выделена из ядер абрикосовых косточек. Высокое содержание отмечается в проростках риса. Кроме того, содержится в дрожжах, печени, в крови животных. Благодаря подвижности двух метильных групп витамин В15 способен участвовать в реакциях метилирования, в липидном обмене, в биосинтезе креатинфосфата. Используется при остром отравлении наркотиками, алкоголем, антибиотиками тетрациклинового ряда.

Витамин Вс (фолацин, антианемический). В составе птероилглутаминовой (фолиевой) кислоты остатки птеридина, п-аминобензойной и L-глутаминовой кислот.

Фолиевая кислота (витамин Вс)

Витамин Вс синтезируется в микроорганизмах, а также в низших и высших растениях. В тканях млекопитающих и птиц витамин Вс не образуется. Богаты витамином Вс растения: салат, капуста, томаты, морковь, зеленый лук, шпинат, бобовые. В зерне злаков содержится его 0,1…0,2 мг%, в зерне бобовых — 0,3…0,4, картофеле — 0,02, свекле — 0,015, капусте белокочанной — 0,03, шпинате — 0,12, черной смородине — 0,018 мг%. В животных тканях витамин Вс накапливается в печени, почках и мышцах. Содержится в яичном порошке и сыре. Фолиевая кислота метаболически не ак-

97

Глава 6. Витамины и коферменты

тивна, но при восстановлении способна присоединять 4 атома водорода, превращаясь в активный кофермент 5,6,7,8-тетрагидрофолиевую кислоту (ТГФК).

ТГФК

Процесс в животных тканях протекает в две ферментативные стадии, катализируемые последовательно НАДФ-зависимыми фолатредуктазой и дигидрофолатредуктазой. Участие в ферментативных реакциях ТГФК проявляется наличием в ее структуре в положениях 5 и 10 активных атомов азота. В механизме действия трансфераз ТГФК осуществляет перенос одноуглеродных остатков: –СН3 (метильная), –СНО (формильная), –СН2ОН (оксиметильная), –СН2 (метиленовая), –СНNH (формиминогруппа), –СН=R (метенильная). При биосинтезе метионина и тимина переносится метильная группа, серина — оксиметильная группа, пуриновых нуклеотидов — формильная группа.

Присоединение одноуглеродных фрагментов к ТГФК происходит путем образования ковалентных связей с 5-м или 10-м атомом азота пиразинового цикла.

В некоторых случаях присоединение может происходить к обоим атомам азота с образованием пятичленного кольца.

Вреакции участвуют ферменты: N5,N10-метилен-ТГФ-дегидрогеназа

иN5,N10-метилен-ТГФ-редуктаза.

Вс принимает участие в синтезе аминокислот; выявлена роль витамина Вс в биосинтезе нуклеиновых кислот, пуринов, пиримидинов и делении клетки, в обмене холина. Основная функция витамина Вс в организме жи-

98

6.1. Витамины, растворимые в полярных растворителях

вотных и человека проявляется в качестве противоанемического фактора в гемопоэзе. Применяется витамин при анемиях, спру и др.

Витамин С (аскорбиновая кислота, антиоксидантный). Относится к углеводам, представляет собой лактон гексоновой кислоты (2,3-дидегидро- трео-гексоно-1,4-лактон), содержащий диенольную группу.

CH2OH

L-Аскорбиновая кислота

Наличие двух асимметричных атомов углерода в положениях 4 и 5 позволяет образовать четыре оптических изомера и два рацемата. Природные изомеры, обладающие витаминной активностью, относятся к L-ряду. В щелочной среде при рН ≥7,6 происходит ее самоокисление. Витамин

Сспособен обратимо окисляться, донируя протоны и электроны, кислородом воздуха, перекисью водорода, йодом, 2,6-дихлорфенолиндофе- нолом, перманганатом в водной среде. Продуктом окисления витамина

Сявляется L-дегидроаскорбиновая кислота.

OO

L-Дегидроаскорбиновая кислота

В присутствии хинонов и некоторых антибиотиков процесс окисления витамина С ускоряется, но флавоноиды, РНК, кислые полисахариды, белки и тиоловые соединения (глутатион, тиомочевина, тиосульфат, тиамин, ксантин, мочевая кислота, теофиллин, креатинин, аминокислоты) подавляют этот процесс. Витамин С не синтезируется только в организме человека, обезьяны и морских свинок. Витамин С активно синтезируется у остальных животных и в растениях. Витамин накапливается во всех частях растения. Фосфорно-калийные удобрения способствуют повышению содержания витамина в растительных тканях. Богаты витамином С плоды шиповника, черной смородины, картофель, капуста. В плодах черной смородины содержится витамина 69…255 мг%, яблоках — 1…48, клубнях

99

Глава 6. Витамины и коферменты

картофеля — 10…40, горохе стручковом — 100…226, моркови — 3…14, землянике лесной — 17…54, плодах черной смородины — 70…400, шпинате — 20…100, щавеле — 20…90 мг%.

Витамин С очень чувствителен к действию УФ излучения и может быстро окисляться в присутствии кислорода. Окисление витамина С в растительных и животных тканях катализируют аскорбатоксидаза, церулоплазмин, цитохромоксидаза, фенолоксидаза, пероксидаза. Восстановление дегидроаскорбиновой кислоты до аскорбиновой катализирует НАДФН2-зависимая дегидроаскорбинредуктаза или это может происходить при участии восстановленного глутатиона неэнзиматическим путем. Витамин С участвует в реакциях гидроксилирования пролина, лизина, коллагена, гормонов коры надпочечников, триптофана. Гидроксилирование проколлагена осуществляется с участием протоколлаген-гидрок- силазы, используя в качестве кофактора аскорбиновую кислоту. Витамин принимает участие в регулировании окислительно-восстановительных процессов, свертывании крови, регенерации тканей, образовании стероидных гормонов, в синтезе проколлагена и коллагена, нормализует проницаемость капилляров.

Симптомы недостатка витамина С в организме животных и человека проявляются в виде повышенной ломкости кровеносных капилляров, общей слабости, апатии, утомляемости, снижении аппетита, задержке роста, болезненности десен, их отечности и кровоточивости. Это комплекс симптомов заболевания цингой (скорбут). Применяется при геморрагических диатезах, кровотечениях, интоксикациях, заболеваниях печени, ранах, переломах костей, дистрофиях.

Витамин Н (биотин, антисеборейный). В составе молекулы витамина имидазольное и тиофеновое кольца. Наличие трех асимметрических атомов углерода обусловливает существование восьми стереоизомеров.

Биотин

Образуется витамин Н из олеиновой кислоты в результате β-окисления в пимелоил-КоА, а присоединение аланина сопровождается замыканием цикла. В активных центрах карбонильная группа витамина Н соединяется амидной связью с ε-аминогруппой лизина, становясь при этом простетической группой фермента. Витамин Н синтезируется в микроорганиз-

100

6.1. Витамины, растворимые в полярных растворителях

мах (бактерии кишечника) и растениях (горох, соя, капуста, картофель, лук, томат, шпинат). Высокое содержание витамина Н у животных отмечается в печени, почках, молоке, желтке яиц. Содержание в молоке может составлять 0,03…0,05 мг/кг. Витамин Н участвует в следующих каталитических процессах: а) карбоксилировании с расщеплением АТФ, катализируемом пируваткарбоксилазой, ацетил-КоА-карбоксилазой, пропионил-КоА-карбоксилазой, метилкротоноил-КоА-карбоксилазой, гераноил-КоА-карбоксилазой; б) транскарбоксилировании без расхода АТФ, катализируемом метилмалонил-КоА-карбоксилтрансферазой.

Авитаминоз у животных проявляется прекращением роста, снижением массы, покраснением и шелушением кожи, выпадением шерсти, образованием красного отечного ободка вокруг глаз.

Витамин N (липоевая кислота). Это α-липоевая (1,2-дитиолан-3-валери- ановая) кислота. Существует в окисленной и восстановленной формах.

Витамин широко распространен в растениях и микроорганизмах, в основном в связанной форме в составе ферментативных комплексов. Наибольшее количество липоевой кислоты приходится на митохондрии и хлоропласты. Липоевая кислота служит простетической группой ферментов пируват- (ПДК) и α-кетоглутаратдегидрогеназного (α-КГДК) комплексов, участвуя в реакциях окислительного декарбоксилирования α-кетокислот (пировиноградной и α-кетоглутаровой) и переносе ацильных групп.

Витамин Р (биофлавоноиды, антиоксидантный). Это гетерогенная группа низкомолекулярных фенольных соединений, в составе которой катехины, лейкоантоцианы, флаваноны, флавонолы, антоцианы, флавоны. Предшественником всех этих фенолов является шикимовая кислота. Некоторые производные витамина Р (дигидрокверцетин, кверцетин) обладают антиоксидантным действием.

101

Глава 6. Витамины и коферменты

Р-витаминная активность выявлена в листьях и цветках растений. Однако дигидрокверцетин и кверцетин в большом количестве содержатся в древесине хвойных пород деревьев, переработка которых имеет в нашей стране промышленные масштабы.

Содержание витамина Р зависит от вида и условий произрастания растений. В растениях витамин накапливается в виде производных гликозидов, таких как гесперидин и рутин. Недостаток витамина Р у животных сопровождается потерей устойчивости и проницаемости капилляров, повышенной ломкостью кровеносных сосудов, приводящих к мелкоточечным кровоизлияниям.

Применяется витамин при нарушении проницаемости сосудов, капилляротоксикозах, септическом эндокардите.

Витамин РР (никотиновая кислота, антипеллагрический). Является пиридин-3-карбоновой кислотой. Витамин синтезируется в растениях и микроорганизмах.

COOH

N

Никотиновая кислота

В организме животных и человека витамин РР образуется из триптофана, а в растениях — из аспартата и производных триоз. Синтез витамина возрастает на свету. Основными источниками витамина РР для животных и человека являются рис, пшеница, картофель, морковь и др. Высокое содержание витамина отмечается в проростках растений. Так, в проростках пшеницы содержание витамина РР может составлять 30,9 мг%, в зерне — 5…7, пшеничных отрубях — 15…30, рисовых отрубях — 150, горохе — 2 мг%. Богаты витамином РР пивные дрожжи, мясо, печень, почки. В молоке содержится 0,8…1,8 мг/кг.

Витамин РР входит в состав НАД и НАДФ, участвующих в окисли- тельно-восстановительных реакциях, катализируемых дегидрогеназами. В окислительной реакции НАД и НАДФ выполняют роль переносчиков электронов и протонов с окисляемых субстратов. При недостатке в организме человека витамина РР развивается заболевание пеллагра (кожа краснеет, становится шершавой, покрывается пузырями, трещинами, на местах лопающихся пузырей остаются изъязвления). Используется при заболеваниях печени, сердца, ранах и язвах.

Витамин U (S-метилметионин, антигистаминный). Предшественником S-метилметионина является метионин. Много витамина U в овощах (свежая капуста, зелень петрушки, лук, перец), фруктах (бананы). Особенно высокое содержание в капустном соке. Богаты витамином U молоко и жи-

102