2 курс / Биохимия / БИОХИМИЯ

биновая кислота и аскорбиген (запасная растительная форма). В присутствии широко распространенного в растительных тканях фермента-

аскорбиноксидазы, или аскорбиназы, аскорбиновая кислота окисляется кислородом воздуха с образованием дегидроаскорбиновой кислоты.

Аскорбиновая кислота (особенно ее дегидроформа), является

весьма неустойчивым соединением. Превращение в дикетогулоновую кислоту, не обладающую витаминной активностью, является необратимым процессом, который заканчивается обычно окислительным распадом. Наиболее быстро витамин С разрушается в присутствии окислителей в нейтральной или щелочной среде при нагревании. Поэтому при различных видах кулинарной обработки пищи и при изготовлении овощных и фруктовых консервов часть витамина С обычно теряется. Особенно быстро витамин С разрушается в присутствии солей тяжелых металлов (железо, медь).

Биохимические функции

Витамин С играет важную роль во внеклеточной и внутриклеточной антиоксидантной защите. Антиоксидантная функция аскор-

биновой кислоты обусловлена ее способностью легко отдавать два атома водорода, которые используются в реакциях обезвреживания свободных радикалов. Выраженный антиоксидантный эффект аскорбиновой кислоты проявляется только при совместном введении с токоферолом, так как именно витамин Е способен эффективно устранять свободные радикалы жирных кислот и их перекиси, образующиеся в реакциях ПОЛ. Таким образом, аскорбиновая кислота стабилизирует витамин Е, который легко разрушается, а витамин Е усиливает антиоксидантное действие витамина С. Помимо токоферола синергистом антиоксидантного действия аскорбата является витамин А.

Важную роль играет витамин С в реакциях восстановления.

1)Витамин С участвует во всасывании железа из кишечника и высвобождении железа из связи его с транспортным белком крови – трансферрином, облегчая поступление этого металла в ткани.

2)Аскорбиновая кислота необходима для образования активных форм фолиевой кислоты.

3)Защищает железо гемоглобина и оксигемоглобина от окисле-

ния.

4)Поддерживает железо цитохромов Р450 в восстановленном

состоянии.

5)Аскорбиновая кислота может включаться в работу дыхательной цепи митохондрий, являясь донором электронов для цитохрома С.

Очень важную роль играет аскорбат в реакциях гидроксилиро-

вания.

342

1)Гидроксилирование пролина и лизина при синтезе коллагена, осуществляемое пролин-гидроксилазой с участием витамина С. ОН-

группы гидроксипролина участвуют в стабилизации структуры, формируя водородные связи между цепями триплетной спирали зрелого коллагена. Остатки гидроксилизина в коллагене служат для образования участков связывания с полисахаридами.

2)Гидроксилирование триптофана в 5-гидрокситриптофан (при

синтезе серотонина).

3)Реакции гидроксилирования при биосинтезе гормонов корковой и мозговой части надпочечников.

4)Гидроксилирование пара-гидроксифенилпирувата в гомоген-

тизиновую кислоту.

5)Гидроксилирование бутиробетаина при синтезе карнитина.

6)Витамин С активно участвует в обезвреживании ксенобиотиков (чужеродных для организма соединений), осуществляемом оксиге-

назной системой цитохромов Р450 микросом.

Витамин С является антиканцерогеном не только потому, что обладает антиоксидантным действием, но также в силу способности ингибировать синтез нитрозаминов (эти мощные канцерогены образуются в кислой среде желудка из нитритов и аминосоединений пищи).

Гипо- и авитаминоз

К числу наиболее известных с давних времен заболеваний, возникающих на почве дефектов в питании, относится цинга, или скорбут («язвенный рот»), или худосочная болезнь. В средине века в Европе

цинга была одной из страшных болезней, принимая иногда характер эпидемий. Наибольшее число жертв цинга уносила в зимнее и весеннее время года, когда население было лишено возможности получать в достаточном количестве свежие овощи и фрукты.

Окончательно вопрос о причинах возникновения и способах лечения цинги был разрешен экспериментально лишь в 1907-1912 гг. в

опытах на морских свинках. Оказалось, что морские свинки, подобно людям, подвержены заболеванию цингой, которая развивается на почве недостатков в питании. Стало очевидным, что цинга возникает при отсутствии в пище особого фактора. Этот фактор, предохраняющий от цинги, получил название витамина С (антицинготного или антискорбутного витамина).

Одно из первых описаний цинги дал путешественник Джеквиз Карти, исследовавший бассейн реки Святого Лоуренса в 1536 году: “Одни из нас потеряли все силы и не могли встать на ноги.... Кожа других стала пятнистой, с синяками на лодыжках, коленях, бедрах, ру-

343

ках и шее. Изо рта их исходило зловоние, их десны так сгнили, что вся плоть исчезла, обнажив корни зубов, которые также почти все выпали”.

Гиповитаминоз С проявляется быстрой утомляемостью, кровоточивостью десен, снижением устойчивости организма к инфекциям. При далеко зашедшем гиповитаминозе С может развиться цинга, если содержание витамина С в организме меньше 300 мг (в норме 1,5 гр).

Для клинической картины цинги характерно опухание десен, расшатывание и выпадение зубов, отечность и болезненность суставов. Возникают кровоизлияния в мышцах, коже, суставах, трофические язвы ног. Появляется сердечная недостаточность.

Патогенез цинги может быть представлен следующими механизмами:

1)Нарушением окислительно-восстановительных процессов в

пентозном цикле. Это объясняется тем, что аскорбиновая кислота и ее дегидроформа образуют окислительно-восстановительную систему. В

пентозном цикле аскорбиновая кислота служит переносчиком водорода. Она легко окисляется, отдавая два атома водорода. Образующаяся дегидроаскорбиновая кислота легко восстанавливается за счет окисления других соединений.

2)Гипофункцией надпочечников. Известно, что аскорбиновая кислота необходима для синтеза гормонов надпочечников. Понижение

еесодержания в данной железе свидетельствует о низкой функциональной способности надпочечников.

3)Падением активности ряда ферментов, в частности гексокиназы. Это приводит к задержке всасывания углеводов из кишечника, нарушению запасания гликогена в печени, что может вести вначале к гипергликемии, а затем и к гипогликемии. В печени накапливаются нейтральные липиды (развивается жировая инфильтрация печени).

4)Торможением синтеза белков и усилением их распада. Это вызывает следующие явления: а) возникновение дистрофических изменений в организме, слабость сердечной мышцы; б) торможение активности остеобластов, в результате задерживается образование белковой костной матрицы и, следовательно, нарушаются процессы окостенения; в) уменьшение выработки антител и как следствие этого – снижение устойчивости организма к инфекциям; г) нарушение образования коллагена из проколлагена, что ведет к снижению эластичности сосудистой стенки, увеличению их проницаемости, кровотечениям и отекам, заживление ран ухудшается.

Источники и суточная потребность

Большинство животных, за исключением морских свинок и при-

344

матов, не нуждается в получении витамина С извне, так как аскорбиновая кислота синтезируется у них в печени. Человек не обладает способностью к синтезу витамина С и должен обязательно получать его с пищей.

Основными источниками витамина С являются растения. Особенно много аскорбиновой кислоты в шиповнике, перце, хрене, ягодах рябины, черной смородины, земляники, клубники, цитрусовых, капусте (как свежей, так и квашенной), шпинате. Картофель, хотя и содер-

жит значительно меньше витамина С, чем вышеперечисленные продукты, но, принимая во внимание значение его в нашем питании, следует признать наряду с капустой основным источником снабжения витамином С. Важнейшими источниками витамина С непищевого характера является шиповник, хвоя (сосны, ели и лиственницы) и листья черной смородины.

Суточная потребность взрослого человека в витамине С составляет 70-120 мг.

По мнению Л. Поллинга, большинство простудных заболеваний может быть предотвращено или существенно ослаблено диетой, без использования каких-либо лекарств. В качестве такого диетического

вещества может быть использована аскорбиновая кислота. Для этой цели он рекомендовал от 0,25 до 10 г аскорбиновой кислоты в сутки. Оптимальная доза – 1,0 г (по 250 мг 4 раза в день во время приема пищи). При контакте с больным, утомлении или охлаждении дозу необходимо несколько увеличить. При начавшемся простудном заболевании суточная доза первые четыре дня составляет 4 г, следующие 3-4 дня – 3 г, затем в течение 6-8 дней доза снижается до 2 и 1 г.

Согласно гипотезе Л. Поллинга, эффективность протекторного действия аскорбиновой кислоты при вирусных инфекциях обусловлена повышением синтеза и активности интерферона с антиоксидантным действием, а также тем, что аскорбиновая кислота является физиологическим ингибитором гиалуронидазы. По расчетам Л. Поллинга, каждый человек должен потреблять в год 0,5 кг аскорбиновой кислоты (чуть менее 1,5 г в сутки). В настоящее время высказаны опасения, что при длительном применении в больших дозах аскорбиновая кислота может оказывать угнетающее влияние на инсулярный аппарат поджелудочной железы и повреждать гломерулярный аппарат почек, вызывая тем самым гипертоническую реакцию.

Показателями обеспеченности организма аскорбиновой кислотой являются определение ее ренальной экскреции (в норме 20-30 мг в сутки), содержание в плазме крови (в норме 0,007-0,012 г/л) и лейкоцитах (в норме 0,2-0,3 г/л), а также тесты на проницаемость сосудов

(проба Нестерова и др.).

345

Витамин Р (витамин проницаемости)

O

Имеется целая группа природных соединений (биофлавоноиды),

обладающих свойствами витамина Р. Эта группа включает в себя более 600 соединений. Основные представители биофлавоноидов: 1) рутин из листьев гречихи; 2) катехин из листьев чайного дерева; 3) гесперидин (цитрин) из кожуры цитрусовых.

Биохимические функции

Витамин Р предназначен для лучшего всасывания и эффективного действия витамина С. Предохраняет аскорбиновую кислоту от окисления, а также способствует восстановлению ДАК. Витамин Р обладает высокой проникающей способностью и поэтому укрепляет капилляры и регулирует их проницаемость. Активно помогает витамину С в формировании и функционировании соединительной ткани. Витамину Р присуще антиоксидантное и гиполипидемическое действие (снижает скорость окисления ЛПОНП), уменьшает агрегацию тромбоцитов.

Гиповитаминоз

При недостатке витамина Р повышается хрупкость капилляров и даже при легких ударах на теле появляются синяки. Наблюдаются боли в ногах и утомляемость при ходьбе.

Источники и суточная потребность

Витамин Р содержится в черной смородине, перце, гречке, капусте, салате, помидорах, винограде, цитрусовых, шиповнике.

Суточная потребность взрослого человека – 25-50 мг.

Эффективность витамина Р повышается при совместном приеме с витамином С.

346

Витамин B1 (тиамин, антиневритный)

тиамин

В химической структуре витамина В1 содержатся два кольца –

пиримидиновое и тиазоловое, соединенные метиленовой связью. Тиамин хорошо растворим в воде, водные растворы его в кислой среде выдерживают нагревание до высоких температур. В нейтральной и щелочной среде витамин В1 быстро разрушается при нагревании.

Витамин В1, содержащийся в продуктах, активно всасывается в

тонком кишечнике. При нарушении структуры и функции слизистой оболочки желудочно-кишечного тракта (воспалительный процесс)

всасывание существенно снижается.

Главным образом в печени тиамин подвергается фосфорилированию. При этом образуются моно-, ди- и трифосфаты. Главное значе-

ние для организма имеет тиаминдифосфат (тиаминпирофосфат – ТПФ), образующийся только при достаточном снабжении органов и тканей кислородом.

Элиминация фосфорилированного тиамина осуществляется путем деградации в тканях, преимущественно в печени. Экскреция образовавшихся метаболитов тиамина (их более 10) и витамина В1 в неиз-

мененном виде происходит с мочой.

Биохимические функции

Витамин В1 в форме ТПФ (коферментная форма) является со-

ставной частью ферментов, катализирующих реакции окислительного декарбоксилирования кетокислот.

1.Реакции окислительного декарбоксилирования

1.1.Окислительное декарбоксилирование ПВК катализирует пируватдегидрогеназа (коферментом является ТПФ).

Окислительное декарбоксилирование пирувата является одной из ключевых реакций в обмене углеводов. В результате этой реакции ацетил-КоА, образовавшийся из пировиноградной кислоты, включает-

ся в главный метаболический путь клетки – цикл Кребса, где окисля-

347

ется до углекислоты и воды с выделением энергии. Таким образом, благодаря реакции окислительного декарбоксилирования пирувата создаются условия для полного окисления углеводов и утилизации всей заключенной в них энергии. Кроме того, образующийся ацетил-

КоА служит источником для синтеза многих соединений: жирных кислот, холестерина, стероидных гормонов, кетоновых тел.

1.2.Окислительное декарбоксилирование -кетоглутатарата катализирует -кетоглутаратдегидрогеназа. Этот фермент является составной частью цикла Кребса. Строение и механизм действия -

кетоглутаратдегидрогеназного комплекса схожи с пируватдегидрогеназным, т. е. ТПФ также катализирует начальный этап превращения кетокислоты. Таким образом, от степени обеспеченности клетки ТПФ зависит бесперебойная работа ЦТК.

1.3.ТПФ принимает участие в окислительном декарбоксилировании кетокислот с разветвленным углеродным скелетом (продукты дезаминирования валина, изолейцина и лейцина). Эти реакции играют важную роль в процессе утилизации аминокислот и, следовательно, белков клеткой.

2. Участвует в транскетолазных реакциях пентозофосфатного пути

ТПФ – кофермент транскетолазы. Транскетолаза – фермент пентозофосфатного пути окисления углеводов. Физиологическая роль этого пути заключается в том, что он является основным поставщиком НАДФН2 и рибозо-5-фосфата.

3. Витамин В1 принимает участие в синтезе ацетилхолина

Катализируя в пируватдегидрогеназной реакции образование ацетил-КоА – субстрата ацетилирования холина. Кроме того, тиамин,

ингибируя холинэстеразу, препятствует разрушению ацетилхолина.

Гипо- и авитаминоз

Тиамин абсолютно необходим для обмена углеводов. При недостаточности этого витамина в организме нарушается дальнейшее окисление пировиноградной кислоты и развивается пищевой полиневрит. Эта болезнь в недалеком прошлом была известна под названием бери- бери («ножные оковы»). Она встречается, главным образом, в странах,

где население питается почти исключительно полированным рисом (Юго-Восточная Азия), когда в организм поступает меньше 0,4 мг/сутки витамина В1. Бери-бери проявляется следующими симптома-

348

ми: 1) со стороны нервной системы – полиневрит; 2) со стороны сер- дечно-сосудистой системы – кардиомегалия, нарушение сердечного ритма, сердечно-сосудистая недостаточность; 3) со стороны пищева-

рительной системы – угнетения перистальтики кишечника и секреции НCl в желудке.

Дефицит витамина В1 имеет место у больных, страдающих хроническим алкоголизмом, что проявляется: 1) энцефалопатией Гайе-

Вернике (двигательное возбуждение, бред, галлюцинации, нистагм, атаксия, апатия, дезориентация в пространстве, спутанность сознания, нарушение сердечного ритма и функции печени); 2) Корсаковским психозом (ретроградная амнезия, конфабуляции – ложные воспоминания, неспособность усваивать информацию, болтливость, полиневрит).

Однако наиболее частой причиной развития недостаточности тиамина является нарушение его всасывания в кишечнике при хронических заболеваниях (энтериты, энтероколиты).

Для авитаминоза В1 характерно поражение нервной системы

(развитие параличей, потеря памяти на недавние события, склонность к галлюцинациям, расстройство походки). Гистологически отмечается дегенерация нервных волокон, миелиновой оболочки периферических нервов и задних столбов спинного мозга. Также наблюдаются нарушения функции эндокринных желез, сердца, пищеварительного аппарата, потеря аппетита, падение массы тела.

Патогенез бери-бери

В основе патогенеза бери-бери лежат ферментативные нарушения. Витамин В1 в виде тиаминдифосфата входит в состав ряда фер-

ментнов (см. выше). При дефиците тиамина возникает недостаточность пируватдегидрогеназы, -кетоглутаратдегидрогеназы, транске-

толазы.

Вследствие недостаточности пируватдегидрогеназы при дефиците витамина В1 происходит накопление молочной и пировиноградной

кислот в тканях и крови. Отмечается сдвиг рН в кислую сторону (ацидоз). Молочная и пировиноградная кислоты раздражают болевые рецепторы нервных окончаний, следствием этого является возникновение болевой реакции. Накопившаяся пировиноградная кислота не в состоянии подвергнуться окислительному превращению, поэтому уг-

леводы не превращаются в липиды, стероиды, ацетилхолин. Нарушение синтеза стероидов может послужить причиной эндокринных расстройств. Снижение синтеза ацетилхолина приводит к нарушению передачи нервного импульса (преобладает симпатическая иннервация), угнетается перистальтика кишечника, секреторная функция желудка. Недостаточность -кетоглутарат-дегидрогеназы приводит к наруше-

349

нию работы ЦТК.

При бери-бери снижается активность транскетолазы пентозо-

фосфатного пути, что приводит к нарушению биосинтеза нуклеиновых кислот и белков. Белковый баланс становится отрицательным, происходит потеря массы тела, истощение организма.

Источники и суточная потребность

Витамин B1 содержится преимущественно в продуктах расти-

тельного происхождения: в злаках, крупах (овес, гречиха, пшено), в муке грубого помола (при тонком помоле наиболее богатые витамином В1 части зерна удаляются с отрубями, поэтому в высших сортах муки и хлеба содержание витамина В1 резко снижено), бобовых, фун-

дуке, грецких орехах, дрожжах.

Суточная потребность в витамине В1 взрослого человека составляет 2-3 мг.

Для оценки обеспеченности им организма определяют содержание тиамина, пировиноградной кислоты в моче и ТПФ в плазме крови. Однако наиболее специфичным показателем является исследование стимулирующего действия ТПФ на активность транскетолазы в эритроцитах (так называемый ТПФ-эффект).

Витамин В2 (рибофлавин, витамин роста)

O

рибофлавин

Витамин В2 – желтое кристаллическое вещество, хорошо раство-

римое в воде, разрушающееся при облучении ультрафиолетовыми лучами с образованием биологически неактивных соединений (люмифлавин в щелочной среде и люмихром в нейтральной или кислой). Он относится к группе естественных пигментов, известных под названием флавинов.

Витамин В2 представляет собой метилированное производное

изоаллоксазина, к которому в положении 9 присоединен спирт рибитол; поэтому витамин В2 часто называют рибофлавином.

Наличие активных двойных связей в циклической структуре рибофлавина обуславливает некоторые химические реакции, лежащие в

350

основе его биологического действия. Присоединяя водород по месту двойных связей, окрашенный рибофлавин легко превращается в бесцветное лейкосоединение. Последнее, отдавая при соответствующих условиях водород, снова переходит в рибофлавин, приобретая окраску. Эти свойства обеспечивают возможность участия витамина В2 в окислительно-восстановительных процессах.

Распределение витамина В2 в организме происходит неравно-

мерно; наибольшие его количества обнаруживают в миокарде, печени, почках, затем в мозге и других органах. Элиминация в основном осуществляется почками в неизмененном виде. При избыточном введении витамина в организм его экскреция возрастает, и моча окрашивается в интенсивно желтый цвет.

Биохимические функции

Витамин В2 имеет следующие коферментные формы – ФАД и

ФМН. Роль этих коферментов заключается в следующем:

1.ФАД и ФМН входят в состав оксидаз простых окислительных систем, переносящих электроны и протоны от окисляемого субстрата непосредственно на кислород (оксидазы D- и L-аминокислот, ксантиноксидаза, моно- и диаминоксидазы).

2.ФМН и ФАД – промежуточные переносчики электронов и протонов в сложных окислительных системах: ФМН входит в состав НАДН-дегидрогеназы полной дыхательной цепи, а ФАД – в состав ФАД-зависимых дегидрогеназ (сукцинатдегидрогеназа и ацил-КоА-

дегидрогеназа) укороченной дыхательной цепи.

3.ФАД – кофермент пируват- и -кетоглутаратдегидро-

геназного комплексов (наряду с ТПФ и другими коферментами ФАД принимает участие в окислительном декарбоксилировании соответствующих кетокислот).

4.ФАД – участник реакций окисления жирных кислот в митохондриях (он является коферментом ацил-КоА-дегидрогеназы).

5.ФМН-зависимая пиридоксин-фосфатоксидаза катализирует превращение пиридоксин-5-фосфата в пиридоксальфосфат.

Гиповитаминоз

Недостаток витамина В2 проявляется в виде трещин и корочек уголков рта (угловой стоматит), язык становится сухим, ярко-красным,

может развиться дерматит, появляется повышенная утомляемость глаз, жжение, светобоязнь, конъюнктивит, катаракта, остановка роста, дрожание голоса.

351