Тема 1. Биохимия питания человека. Витамины как компоненты питания

После механического пережевывания пищи начинается процесс ферментативного распада, катализируемого пищеварительными ферментами в различных отделах желудочно-кишечного тракта. Почти все эти ферменты являются гидролазами (класс 3 по классификации ферментов): они катализируют расщепление веществ с участием воды.

Белки денатурируются в желудке под действием соляной кислоты и становятся более чувствительными к атаке эндопептидазами желудочного сока (пепсин) и секрета поджелудочной железы (трипсин, химотрипсин, эластаза). Образующиеся при этом пептиды расщепляются далее до аминокислот находящимися в кишечнике экзопептидазами (амино- и карбоксипептидазы). Затем аминокислоты всасываются слизистой кишечника с участием ионов Na⁺.

Углеводы, такие, как крахмал и гликоген, последовательно расщепляются гликозидазами, секретируемыми поджелудочной железой, до олигосахаридов, а затем гликозидазами поверхностного эпителия кишечника до моносахаридов. Всасывание глюкозы и галактозы клетками эпителия кишечника при их низкой концентрации в просвете кишечника сопряжено с активным транспортом ионов Na⁺. При высокой концентрации моносахаридов в просвете кишечника осуществляется пассивный транспорт.

Нуклеиновые кислоты разрушаются нуклеазами поджелудочной железы и тонкого кишечника. Образующиеся продукты расщепления – нуклеиновые основания (производные пурина и пиримидина), пентозы (рибоза и дезоксирибоза), фосфат и нуклеозиды (нуклеиновое основание + пентоза) – всасываются слизистой тощей кишки.

В отличие от остальных классов веществ, содержащихся в пище, липиды нерастворимы в воде. Процесс усвоения липидов начинается с образования эмульсий с солями желчных кислот и фосфолипидами желчи. Собственно гидролиз липидов осуществляется на водно-липидной поверхности мицелл липазами секрета поджелудочной железы в присутствии колипазы. Основными продуктами расщепления липидов являются жирные кислоты, 2-моноацилглицеролы, глицерин и неорганический фосфат. После резорбции эпителиальными клетками жирные кислоты, глицерин и моноацилглицеролы вновь образуют жиры, которые поступают в лимфатическую систему. Наиболее легко перевариваются липиды молока, которые находятся в виде эмульсии и при расщеплении образуют короткоцепочечные жирные кислоты.

Витамины – низкомолекулярные органические соединения, разнообразные по химической природе, не синтезирующиеся в организме и необходимые для нормальной жизнедеятельности человека и животных в малых количествах по сравнению с другими составляющими продуктов питания.

Витамины делят на водо- и жирорастворимые. Биологическая роль большинства витаминов заключается в том, что они, являясь составной частью коферментов, участ­вуют в ферментативных процессах. К коферментным витаминам относятся водорастворимые витамины: группы В, РР, биотин. Жирорастворимые витамины (А, Е, D, F, К) участвуют в антиоксидантных реакциях и регуляции обмена веществ. Отсутствие или недостаток витаминов в пище приводит к развитию заболеваний витаминной недостаточности – авитаминозов или гиповитаминозов. Гипервитаминозы также приводят к ряду нарушений биохимических процессов и физиологических функций.

Неорганические составляющие пищи, такие как вода и соль, всасываются непосредственно в кишечнике. Там же всасываются витамины, которые поступают в организмс продуктами растительного или животного происхождения.

Высокомолекулярные неперевариваемые составляющие пищи, например, волокна клеточных стенок растений (целлюлоза и лигнин), проходят через кишечник неизмененными. Они связывают воду и стимулируют перистальтику кишечника, чем положительно влияют на пищеварение.

Лабораторная работа 1. Качественные реакции на витамины

Для обнаружения витаминов в пищевых продуктах или других биологических объектах обычно пользуются цветными качественными реакциями.

Работа 1. Диазореакция на витамин В₁ (тиамин)

Тиамин в виде тиаминпирофосфата выполняет коферментные функции в реакциях декарбоксилирования -кетокислот и в транскетолазной реакции. В основе качественной реакции на витамин В₁ лежит его способность в щелочной среде с диазореактивом образовывать сложное комплексное соединение оранжевого или красного цвета.

Ход работы. К 5 каплям 1 % раствора сульфаниловой кислоты добавить 5 капель 5 % раствора NaNO₂. К полученному таким образом диазореактиву прибавить несколько капель раствора витамина и 5–7 капель 10 % раствора Na₂CO₃. Жидкость ок­рашивается в оранжево-красный цвет.

Работа 2. Восстановление витамина В₂ (рибофлавина)

Рибофлавин входит в состав коферментов ФАД и ФМН, которые явля­ют­ся простетической группой ряда оксидоредуктаз.

При добавлении металлического цинка к концентрированной соляной кислоте образуется водород, который восстанавливает желтый рибофлавин сначала до родофлавина (промежуточное соединение) красного цвета, а затем в бесцветный лейкофлавин.

Ход работы. В пробирку налить 10 капель рибофлавина и добавить 5 капель концентрированной НСl. Опустить зернышко металлического цинка. Начинается бурное выделение водорода. При этом раствор окрашивается в розово-желтый цвет (образовался родофлавин), а затем обесцвечивается (образовался лейкофлавин).

Работа 3. Феррихлоридная проба на витамин В₆ (пиридоксин)

Витамин В₆ в виде пиридоксальфосфата выполняет коферментные функции в реакциях трансаминирования и декарбоксилирования аминокислот.

При взаимодействии пиридоксина с раствором хлорида железа образуется комплексная соль типа фенолята железа красного цвета.

Ход работы. К 5 каплям 1 % водного раствора витамина прибавить 5 капель 1 % раствора хлористого железа. Встряхнуть. Жидкость приобретает красную окраску вследствие образования комплексного соединения.

Работа 4. Обнаружение кобальта в витамине В₁₂ (цианкобаламин)

Витамин В₁₂ в качестве кофермента участвует в реакциях двух типов: трансметилирования и изомеризации.

При сплавлении витамина В₁₂ с гидросульфитом калия или при действии сильного окислителя происходит его разрушение и высвобождение кобальта. Кобальт с -нитрозо--нафтолом образует комплексное соединение оранжево-красного цвета.

Ход работы. Внести в пробирку 2 капли раствора витамина В₁₂, добавить 2 капли концентрированной азотной кислоты и нагреть до кипения. Охладив пробирку, добавить 3 капли 1 % раствора нитрозо-Р-соли и несколько капель 10 % гидрофосфата натрия. Окраска усиливается при стоянии. Для того чтобы убедиться в том, что окраску в этой реакции дает кобальт, повторяют опыт, взяв вместо витамина раствор хлористого кобальта (2 мг%).

Работа 5. Проба с медью на витамин РР (никотиновую кислоту)

Витамин РР входит в состав коферментов НАД и НАДФ, участвующих в окислительно-восстановительных реакциях.

При нагревании витамина РР с раствором ацетата меди образуется плохо растворимый синий осадок медной соли витамина.

Ход работы. 5–10 мг никотиновой кислоты растворить при нагревании в 15 каплях 10 % раствора уксусной кислоты. К нагретому до кипения раствору добавить равный объем уксуснокислой меди. Жидкость окрашивается в голубой цвет и выпадает в осадок медная соль никотиновой кислоты.