2 курс / Биохимия / БИОХИМИЯ

У созревающих эритроцитов олигосахаридная цепь не завершена, ее завершение происходит по мере созревания эритроцита. Для это-

Gal

го фермент гликозилтрансфераза присоединяет дополнительные моносахариды. Синтез гликозилтрансферазы кодируется тремя аллелями (разные формы одного и того же гена). Фермент, характерный для группы А присоединяет к олигосахариду N-ацетилгалактозу, а В – галактозу. Люди с группой крови АВ(IV) гетерозиготны и поэтому имеют антигены обоих видов. Для людей группы О(I) характерно отсутст-

вие концевого моносахарида. Это обусловлено тем, что аллельный ген О кодирует синтез белка, не имеющего ферментативной активности, и, следовательно, присоединения моносахарида не произойдет. Ген Н – кодирует синтез фермента фукозилтрансферазы, который присоединяет L-фукозу к галактозе. Люди с инактивированным геном Н либо

имеют I группу крови, либо содержат еще один активный ген Le – ко-

дирующий трансферазу.

Этот фермент присоединяет фукозу к N-ацетилглюкозамину. Такие люди имеют группу крови Leа. Если одновременно будут активны гены Н и Le – то у них будет группа крови Leb.

Ряд людей имеют еще один активный ген – Se (secretion – секре-

ция). У таких людей гликопротеиды, несущие антигены группы крови, будут секретироваться в слюну.

До недавнего времени людей группы I(0) относили к универ-

сальным донорам, поскольку сыворотки крови других групп не содержат антител к эритроцитам этой группы. Однако, в настоящее время

322

при переливании крови предпочтение отдается только одногруппной крови, поскольку известны свыше 30 групп крови.

Лекция 33

ЛЕКЦИЯ ВВЕДЕНИЕ В ВИТАМИНОЛОГИЮ

Витамины, общая характеристика, функции

Витамины – это низкомолекулярные органические соединения, незаменимые компоненты пищи, присутствующие в ней в чрезвычайно малых количествах и обеспечивающие нормальное протекание биохимических и физиологических процессов. Это достигается участием витаминов в регуляции обмена веществ. Витамины являются либо кофакторами ферментов (водорастворимые витамины и витамин К), либо выполняют функции прогормонов и гормонов (жирорастворимые витамины). Особенностью витаминов является то, что они не используются для пластических и энергетических нужд организма. Витамины – это необходимый фактор питания для человека и ряда живых организмов, потому что не синтезируются, либо синтезируются в недостаточном количестве данным организмом. Нормальная микрофлора кишечника синтезирует витамины: биотин, В2, РР, В6, В12, К2,

пантотеновую, парааминобензойную и фолиевую кислоты.

История развития витаминологии

Ко второй половине XIX века были накоплены знания о том, что

пищевая ценность продуктов питания определяется не только содержанием в них белков, жиров, углеводов, минеральных солей и воды.

Считалось общепризнанным, что если в пищу человека входят в определенной пропорции все эти питательные вещества, то она полностью отвечает биологическим потребностям организма. Известные физиологи того времени (Петтенкофер, Фойт и Рубнер) поддерживали это мнение. Однако практика далеко не всегда подтверждала правильность укоренившихся представлений о биологической полноценности пищи.

Практический опыт врачей и клинические наблюдения издавна указывали на существование ряда специфических заболеваний, непосредственно связанных с дефектами питания. Об этом свидетельствовал также многовековой практический опыт участников длительных путешествий. Настоящим бичом для мореплавателей долгое время бы-

323

ла цинга; от нее погибало моряков больше, чем в сражениях или от кораблекрушений. Так, из 160 участников известной экспедиции Васко де Гама, прокладывавшей морской путь в Индию, 100 человек погибли от цинги. История морских и сухопутных путешествий давала ряд поучительных примеров, указывавших на то, что возникновение цинги может быть предотвращено, а цинготные больные могут быть излечены, если в их пищу вводить лимонный сок или отвар хвои. Таким образом, практический опыт ясно указывал на то, что цинга и некоторые другие болезни связаны с дефектами питания. Для предупреждения таких заболеваний необходимо вводить в организм какие-

то дополнительные вещества.

Экспериментальное обоснование и научно-теоретическое обоб-

щение этого многовекового практического опыта впервые стали возможны благодаря исследованиям русского ученого Николая Ивановича Лунина, изучавшего в лаборатории Г. А. Бунге роль минеральных веществ в питании.

Н. И. Лунин проводил свои опыты на мышах, содержавшихся на искусственно приготовленной диете. Она состояла из смеси очищенного казеина (белок молока), жира молока, молочного сахара, минеральных веществ и воды. Несмотря на то, что были все необходимые составные части молока, мыши, находившиеся на такой диете, не росли, теряли в весе, переставали поедать корм и, наконец, погибали. В то же время контрольная группа мышей, получавшая натуральное молоко, развивалась совершенно нормально. На основании этих работ Н. И. Лунин в 1880 г. пришел к следующему заключению: «…если, как вышеупомянутые опыты учат, невозможно обеспечить жизнь белками, жирами, сахаром, солями и водой, то из этого следует, что в молоке, помимо казеина, жира, молочного сахара и солей, содержатся еще другие вещества, незаменимые для питания. Представляет большой интерес исследовать эти вещества и изучить их значение для питания». Это было важное научное открытие, опровергавшее установившиеся положения в науке о питании. Результаты работ Н. И. Лунина стали оспариваться; их пытались объяснить, например, тем, что искусственно приготовленная диета, которой он в своих опытах кормил животных, была невкусной. В 1890 г. К. А. Сосин повторил опыты Н. И. Лунина с иным вариантом искусственной диеты и полностью подтвердил выводы Н. И. Лунина. Однако и после этого безупречный вывод не сразу получил всеобщее признание.

Блестящим подтверждением правильности вывода Н. И. Лунина стало установление причины болезни бери-бери, которая была осо-

бенно широко распространена в Японии и Индонезии среди населения, питавшегося, главным образом, полированным рисом. Врач Эйкман, работавший в тюремном госпитале на острове Ява, в 1896 году

324

подметил, что куры, содержавшиеся во дворе госпиталя и питавшиеся обычным полированным рисом, страдали заболеванием, напоминающим бери-бери. После перевода кур на питание неочищенным рисом,

болезнь проходила. Наблюдения Эйкмана, проведенные на заключенных в тюрьмах Явы, также показали, что среди людей, питавшихся очищенным рисом, бери-бери заболевал в среднем один человек из 40,

тогда как в группе людей, питавшихся неочищенным рисом, заболевал лишь один человек из 10000.

Таким образом, стало ясно, что в оболочке риса (рисовых отрубях) содержится какое-то неизвестное вещество, предотвращающее заболевание бери-бери. В 1911 году польский ученый Казимир Функ

выделил это вещество в кристаллическом виде (оказавшееся, как потом выяснилось, смесью витаминов); оно было довольно устойчивым по отношению к кислотам и выдерживало, например, кипячение с 20%-ным раствором серной кислоты. В щелочных растворах активное

начало, напротив, очень быстро разрушалось. По своим химическим свойствам это вещество принадлежало к органическим соединениям и содержало аминогруппу. Функ пришел к заключению, что бери-бери является заболеванием, вызываемым отсутствием каких-то особых

веществ в пище.

Несмотря на то, что эти особые вещества присутствуют в пище, как подчеркнул еще Н.И. Лунин, в малых количествах, они являются жизненно необходимыми. Так как первое открытое вещество этой группы жизненно необходимых соединений содержало аминогруппу и обладало некоторыми свойствами аминов, Функ (1912) предложил назвать весь этот класс веществ витаминами (лат. vita-жизнь, vitamin-

амин жизни). Впоследствии, однако, оказалось, что многие вещества этого класса не содержат аминогруппы. Но термин «витамины» настолько прочно вошел в обиход, что менять его не стали.

После выделения из пищевых продуктов вещества, предохраняющего от заболевания бери-бери, был открыт ряд других витами-

нов. Большое значение в развитии учения о витаминах имели работы Гопкинса, Степпа, Мак-Коллума, Мелэнби, Ю.М. Островского.

Классификация витаминов

К 70-м годам ХХ века было открыто более двадцати веществ,

обладающих витаминной активностью. Необходимо было их классифицировать. Поэтому в 1974 году была принята временная классификация витаминов:

325

1.Жирорастворимые витамины

А (антиксерофтальмический) D (антирахитический)

Е (антистерильный)

К (антигеморрагический)

2.Водорастворимые витамины

Витамин В1 (антиневритный) Витамин В2 (витамин роста)

Витамин РР (антипеллагрический)

Витамин В6 (антидерматитный)

Пантотеновая кислота (антидерматитный) Фолиевая кислота (антианемический, фактор роста)

Витамин В12 (антианемический)

Витамин Н (антисеборейный) Витамин С (антискорбутный) Витамин Р (витамин проницаемости)

3.Витаминоподобные вещества

Холин

Инозит Оротовая кислота

Пангамовая кислота Карнитин Липоевая кислота ПАБК

Витамин U

Витамин F

Каждая из этих групп содержит большое количество различных витаминов, которые обычно обозначают буквами латинского алфавита (по предложению Мак-Коллума в 1913 году). В приводимой класси-

фикации витаминов в скобках указаны наиболее характерные биологические свойства данного витамина (его способность предотвращать развитие того или иного заболевания). Обычно названию заболевания предшествует приставка «анти», указывающая на то, что данный витамин предупреждает или устраняет это заболевание.

Патологические состояния, возникающие при нарушении обмена витаминов

Болезни, которые возникают вследствие отсутствия в пище тех или иных витаминов, стали называть авитаминозами. Однако типичные по своей клинической картине авитаминозы в настоящее время

326

встречаются довольно редко. Чаще приходится иметь дело с относительным недостатком какого-либо витамина; такое заболевание назы-

вается гиповитаминозом.

Чрезмерное введение в организм некоторых витаминов может вызвать заболевание, называемое гипервитаминозом (характерно для жирорастворимых витаминов).

В зависимости от причин, вызывающих витаминную недостаточность, различают ее экзогенную и эндогенную формы. Наиболее распространена экзогенная витаминная недостаточность, обусловленная:

1)низким содержанием витаминов в пищевых продуктах;

2)разрушением витаминов вследствие их длительного и неправильного хранения и нерациональной кулинарной обработки пищи;

3)однообразным и несбалансированным питанием;

4)дисбактериозом вследствие длительного приема антибиоти-

ков;

5)действие антивитаминов;

6)анорексия.

Реже встречается эндогенная витаминная недостаточность. Ее причины следующие:

1.Нерациональная химиотерапия.

2.Нарушение всасывания витаминов в желудочно-кишечном

тракте (заболевания желудка, кишечника, поражение гепатобилиарной системы, конкурентные всасывания витаминов и других компонентов пищи).

3.Недостаточное образование активных метаболитов витаминов при заболеваниях печени и почек.

4.Нарушение нормального метаболизма витаминов и образование их биологически активных форм (наследственные и приобретенные заболевания).

5.Повышенная потребность в витаминах (интенсивный рост, беременность, лактация, интенсивная физическая нагрузка).

6.Усиленный распад витаминов (лихорадочные состояния). Антивитамины – соединения, которые:

1)являются структурными аналогами витаминов. Антивитамины этой группы замещают коферменты, производные витаминов, но не способны выполнять их функции в ферментативных реакциях. Например, 4’-окситиамин – антивитамин тиамина (витамина В1);

2)разрушают или инактивируют витамины. Например, фермент тиаминаза, присутствующий в тканях пресноводных рыб, разрушает

витамин В1 на две неактивные части. Или, например, белок сырых яиц

авидин связывает биотин (витамин Н) с образованием нерастворимого комплекса, который не всасывается в пищеварительном тракте.

327

Использование витаминов как лекарственных препаратов

Раскрытие причин авитаминозов и механизма действия многих витаминов обосновало использование витаминов как лекарственных препаратов.

По лечебно-профилактическому действию можно дать следую-

щую групповую характеристику некоторым витаминам.

1.Витамины В1, В2, В3, В5, А и С регулируют функциональное

состояние центральной нервной системы, обмен веществ и трофику тканей, поэтому их используют как препараты, повышающие общую реактивность организма.

2.Витамины С, Р и К обеспечивают нормальную проницаемость

иустойчивость кровеносных сосудов, повышают свертываемость крови, поэтому их используют как препараты, оказывающие антигеморрагическое действие.

3.Витамины В12, Вс и С нормализуют и стимулируют кроветво-

рение, поэтому их используют как антианемические препараты.

4.Витамины С и А повышают устойчивость организма к инфекциям путем стимуляции выработки антител и противовоспалительных веществ, усиления защитных свойств эпителия, а также благодаря их антиоксидантному действию.

5.Витамины А, В2 и С усиливают остроту зрения, расширяют по-

ле цветного зрения, поэтому их используют как препараты, регулирующие зрение.

Лекция 34

ЖИРОРАСТВОРИМЫЕ ВИТАМИНЫ

Особенности жирорастворимых витаминов

1)Всасываются из пищеварительного тракта и транспортируются в крови аналогично пищевым липидам.

2)Способны депонироваться в организме.

3)Способны вызывать гипервитаминозы.

4)Являются структурными компонентами мембран.

5)Не характерна коферментная функция (кроме витамина К).

6)Растворяются в полярных растворителях.

328

Витамин А (ретинол, антиксерофтальмический)

Витамин А – это циклический, ненасыщенный, одноатомный спирт, состоящий из кольца – ионона и двух изопреновых остатков. Относится к ретиноидам, группа которых включает:

1.Ретинол (А1) и 3 – дегидроретинол (А2).

2.Ретиналь.

3.Ретиноевую кислоту.

Ретинол химически активен благодаря наличию двойных связей и спиртовой группы. Легко окисляется по спиртовому гидроксилу в альдегидную форму (ретиналь) и ретиноевую кислоту. В продуктах питания животного происхождения и при депонировании в организме витамин А находится в виде сложных эфиров (чаще с пальмитиновой кислотой). В продуктах растительного происхождения содержатся -,-, -каротины (провитамины А). Наиболее биологически активны -

каротины, способные при гидролизе давать 2 молекулы ретиналя. Витамин А поступает с пищей животного происхождения в виде

эфиров ретинола, с растительной пищей поступают каротины. Желчные кислоты эмульгируют липиды пищи, а также каротины и эфиры ретинола. В двенадцатипёрстной кишке происходит расщепление эфиров ретинола на ретинол и жирную кислоту с участием гидролазы поджелудочной железы. Затем гидрофобные продукты переваривания пищевых липидов, каротины и ретинол включаются в мицеллы, в составе которых поступают в энтероциты. В энтероцитах с помощью фермента -каротин-15, 15’-диоксигеназы происходит гидролиз каротинов до ретиналя, который восстанавли-вается в ретинол с участием НАД-зависимых дегидрогеназ. Однако основное количество кароти-

нов превращается в ретинол в печени. Ретинол образует эфиры с пальмитиновой жирной кислотой и транспортируется в составе хиломикронов в печень. Купферовские клетки печени депонируют эфиры ретинола, причём его запаса у взрослого может быть достаточно на 2-3

года. Ретинолэстераза печени высвобождает ретинол из его эфиров, который переносится транстиретином (ретинолсвязывающий белок плазмы) к периферическим тканям. В клетках этих тканей ретинол связывается с клеточным ретинолсвязывающим белком.

329

В организме каждый ретиноид играет свою роль. Так, ретинол обеспечивает рост, дифференцировку тканей, нормальную функцию репродуктивного тракта; ретиноевая кислота нужна для дифференцировки эпителия, регуляции активности рецепторов для кальцитриола; ретиналь – важен для нормального функционирования сетчатой оболочки глаза.

Биохимические функции.

Витамин А:

1)Регулирует рост и дифференцировку клеток эмбриона и молодого организма, а также деление и дифференцировку быстро пролиферирующих тканей, в первую очередь, эпителиальных, хряща и костной ткани. Он контролирует синтез белков цитоскелета, реакции распада и синтеза гликопротеинов. Недостаток витамина А приводит к нарушению синтеза гликопротеинов (точнее, реакций гликозилирования, т. е. присоединения углеводного компонента к белку), что проявляется потерей защитных свойств слизистых оболочек.

2)Участвует в фотохимическом акте зрения.

В сетчатке глаза имеются специализированные фоторецепторные клетки двух типов – палочки и колбочки. Наибольшей светочувствительностью обладают палочки, колбочки обеспечивают цветовое зрение. Наружные сегменты палочек содержат уплощенные замкнутые мембранные пузырьки – диски, уложенные в стопку. Диски богаты белком опсином. Опсин способен связываться с 11-цис-ретиналем, образуя пигмент пурпурно-красного цвета родопсин. Механизм образо-

вания зрительного сигнала достаточно хорошо изучен.

Опсин

При поглощении кванта света палочками сетчатки 11-цис- связанный ретиналь изомеризуется в 11-транс-ретиналь. Это изменяет конформацию родопсина и блокирует вход Na+ в палочки, что вызыва-

330

ет деполяризацию мембраны и возникновение электрического импульса, который передается в зрительный анализатор. Комплекс транс- ретиналь-опсин диссоциирует. В темноте транс-ретиналь восстанавливается ретинолдегидрогеназой в транс-ретинол. Часть транс-ретиналя

окисляется в ретиноевую кислоту и не может участвовать в восполнении 11-цис-ретиналя. Транс-ретинол изомеризуется в цис-ретинол.

Восполнение потери витамина А на этом этапе может происходить за счет поступления его из запасов печени. Цис-ретинол окисляется в 11- цис-ретиналь, который соединяется с опсином, образуя родопсин. Та-

ким образом, система светоощущения готова к восприятию следующего кванта света. Отсутствие регенерации родопсина приводит к нарушению сумеречного зрения (гемералопия).

3)Участвует в антиоксидантной защите организма. Благодаря наличию сопряженных двойных связей в молекуле ретинол способен взаимодействовать со свободными радикалами, что позволяет считать его эффективным антиоксидантом. Кроме того, ретинол усиливает антиоксидантное действие витамина Е. Вместе с токоферолом и витамином С активирует включение Se в состав глутатион-пероксидазы. Витамин А способствует поддержанию SH-групп в восстановленном состоянии (SH-группам многообразного класса соединений также

присуща антиоксидантная функция). В частности, препятствуя окислению SH-содержащих белков и образованию в них поперечных S-S-

сшивок в составе кератина, ретинол тем самым уменьшает степень кератинизации эпителия (усиление кератинизации кожи приводит к развитию дерматита и раннему старению кожи).

4)Стимулирует реакции клеточного иммунитета, в частности, увеличивает активность Т-киллеров, фагоцитоз и секрецию иммуног-

лобулинов А.

5)является антиканцерогеном.

Гипо -и авитаминоз

И у человека, и животных наблюдается нарушение темновой

адаптации. При этом возникают:

1)Гемералопия (куриная слепота) – нарушение зрения в сумерках; хотя больные днем видят нормально;

2)Ксерофтальмия (сухость конъюнктивы и роговой оболочки

глаза).

Ксерофтальмия связана с гиперкератозом эпителия слезных протоков, закупоркой их, высыханием конъюнктивы и роговой оболочки глаза. Усиление процессов кератинизации при гиповитаминозе А связано с тем, что витамин А принимает участие в окислительно-

восстановительных процессах и, следовательно, при его дефиците эти

331