Биоорганическая химия. Учебное пособие

Тема 16. Витамины. Витаминоподобные вещества

Антивитамины — структурные аналоги витаминов, способные блокировать активные центры ферментов, вытесняя из них соот ветствующие производные витаминов (коферменты) и вызывая конкурентное ингибирование ферментов. К антивитаминам от носятся соединения, после введения которых в организм разви вается классическая картина гипо или авитаминоза. Антивита мины используют для подавления роста и размножения бактерий, нуждающихся в них.

Причины гипо и авитаминозов человека и животных под разделяются на экзо и эндогенные.

К экзогенным причинам относится недостаточное поступле ние витаминов в организм. Недостаточное или неполноценное питание чаще всего влечет развитие экзогенных авитаминозов.

Эндогенными причинами являются:

1)повышенная потребность в витаминах при некоторых фи зиологических и патологических состояниях (беременности, лак тации, тиреотоксикозе, кахексии и др.);

2)усиленный распад витаминов в кишечнике вследствие дея тельности микрофлоры;

3)нарушение процесса всасывания витаминов вследствие на рушения моторной и секреторной функций кишечника;

4)болезни печени, поджелудочной железы, вызывающие за купорку желчных путей и нарушение всасывания жиров и жиро растворимых витаминов.

Методы определения витаминов в биологических объектах под разделяются на физико химические и биологические. К физико химическим относятся фотоколориметрические, спектрофотоме трические, флюорометрические и титриметрические методы. Биологические методы основаны на определении минимального количества витамина, которое при добавлении к авитаминизиро ванной диете предохраняет животное от развития авитаминоза или излечивает его от развившейся болезни — условная («голуби ная», «крысиная») единица. Количество витамина выражают так же в миллиграммах, микрограммах, международных единицах (ME или IU).

161

Тема 16. Витамины. Витаминоподобные вещества

2. Классификация витаминов. Современная классификация витаминов основана на физико химических свойствах или на хи мической природе витаминов. В зависимости от растворимости в воде или в неполярных органических растворителях различают водо и жирорастворимые витамины. К жирорастворимым отно сятся витамины A, D, E и K, остальные витамины — водораство римые.

162

Тема 16. Витамины. Витаминоподобные вещества

Продолжение табл. 9

163

Тема 16. Витамины. Витаминоподобные вещества

Окончание табл. 9

Помимо водо и жирорастворимых витаминов, выделяют груп пу химических веществ, частично синтезируемых в организме, но обладающих свойствами витаминов — витаминоподобные вещества.

164

Тема 16. Витамины. Витаминоподобные вещества

К ним относятся холин, липоевая кислота, витамин B15 (пангамо вая кислота), оротовая кислота, инозит, убихинон, парааминобен зойная кислота, карнитин, линолевая и линоленовая кислоты, ви тамин U (противоязвенный фактор), ряд факторов роста птиц, крыс, цыплят, тканевых культур и недавно открытый фактор пирро лохинолинохинон с известными коферментными и кофакторными свойствами, но нераскрытыми пока витаминными свойствами.

3. Парааминобензойная кислота, витамин B15, инозит, коэнзим Q. Парааминобензойная кислота имеет следующую структуру:

H2N COOH

n аминобензойная кислота

Парааминобензойная кислота представляет собой кристаллы, плохо растворимые в воде и хорошо растворимые в спирте и эфире. При кипячении в кислой и щелочной среде или при автоклавирова

в состав молекулы фолиевой кислоты. Парааминобензойная кис ло

лоты — сульфаниламиды — используются в качестве антибакте риальных средств.

Источниками парааминобензойной кислоты для человека яв ляются мясо, печень, почки, дрожжи. В умеренном количестве она со держится в молоке, куриных яйцах, картофеле, хлебе, шпинате и мор кови.

165

Тема 16. Витамины. Витаминоподобные вещества

Витамин В15 (пангамовая кислота) с химической точки зрения представлена эфиром глюконовой кислоты и диметилглицина:

Предположительно пангамовая кислота участвует в биосин тезе холина, метионина и креатинина в качестве источника ме тильных групп. Препараты пангамовой кислоты дают хороший ле чебный эффект при жировом перерождении печени и некоторых формах гипоксии.

Пангамовая кислота содержится в печени, семенах растений и дрожжах. Суточная потребность в ней не установлена.

Инозит (инозитол) представляет собой циклический шести атомный спирт циклогексана:

OH OH

HO H H H H H HO OH

OH H Инозит

Инозитол обнаружен в составе фосфоглицеролов, является компонентом фосфатидилинозитола. Биологическая роль его связана с обменом фосфоглицеролов и образованием вторичного мессенджера внутриклеточных сигналов (инозитол 1,4,5 трифос фата). Инозитол оказывает значительный липотропный эффект

итормозит развитие дистрофии печени. У животных при отсут ствии этого фактора в пище наблюдались остановка роста, своеоб разная потеря шерстяного покрова и жировая инфильтрация пе чени с отложением холестерина. Много инозитола содержится в печени, мясе, молоке, хлебе из муки грубого помола, овощах

ифруктах.

166

Тема 16. Витамины. Витаминоподобные вещества

Коэнзим Q (убихинон) относится к чрезвычайно широко рас пространенным коферментам. По химической структуре он пред ставляет собой 2,3 диметокси 5 метил 1,4 бензохинон с изопре новой цепью в положении 6:

Число остатков изопрена в боковой цепи убихинона варьи рует от 6 до 10 (KoQ6, KoQ7 и т. д.). Убихинон нерастворим в воде.

КоQ является обязательным компонентом дыхательной це пи, осуществляя в митохондриях перенос злектронов от мембран ных дегидрогеназ (НАД — Н дегидрогеназы, CLU и др.) на цито хромы. В организме человека убихинон может синтезироваться из мевалоновой кислоты и продуктов обмена фенилаланина и тиро зина, поэтому не может быть отнесен к классическим витаминам. Препараты КоQ эффективны при лечении анемии у детей, нахо дящихся на малобелковой диете, мышечной дистрофии (в том чис ле генетической формы) и сердечной недостаточности.

Пирролохинолинохинон (PQQ) — витаминоподобный кофак тор, содержащийся в белках относительно нового класса — хино протеинах (PQQ ферментах). Он имеет следующую структуру:

COO–

–OOC N

O Пирролохинолинохинон (PQQ)

167

Тема 16. Витамины. Витаминоподобные вещества

PQQ в качестве кофермента входит в состав бактериальных ферментов метанолдегидрогеназы и алкогольдегидрогеназы. Жи вотные и растительные хинопротеины, содержащие PQQ в качестве кофермента, входят в состав оксидаз и декарбоксилаз (аминоокси даз, диаминооксидаз, монооксигеназ, диоксигеназ). Некоторые декарбоксилазы аминокислот (глутаматдекарбоксилаза и ДОФА декарбоксилаза) предположительно имеют в своем составе два кофермента — пиридоксальфосфат и PQQ.

Механизм действия PQQ дегидрогеназ и оксидаз аналогичен флавопротеинам, катализирующим перенос двух электронов и про тонов на убихинон. PQQ декарбоксилазы по механизму действия аналогичны пиридоксалевым ферментам, поскольку также содер жат карбонильную группу. Предполагается, что коферментом яв ляется не свободный PQQ, а его предшественник — Pro PQQ (содер жит остатки PQQ, индола и глутаминовой кислоты), ковалентно связанный с белковой молекулой.

Витамин U (SJметилмалонин, противоязвенный фактор) был впервые обнаружен в 1950 г. в сырых овощах, парном молоке и пе

Метилметионинсульфония хлорид (витамин U)

Витамин U хорошо растворим в воде, легко разрушается при температуре 100 oС (особенно в нейтральной и щелочной среде), устойчив в кислой среде.

У крыс витамин U полностью заменяет потребность в метио нине как незаменимой аминокислоте. Он участвует в синтезе ме тионина, холина и креатина, используется бактериями в качестве донатора метильных групп. При недостаточности витамина U по вышается риск развития язвы желудка.

168

Тема 16. Витамины. Витаминоподобные вещества

Источниками витамина U для человека являются свежая ка пуста, зелень петрушки и репы, морковь, лук, перец и др.

Липоевая кислота по своей структуре представляет α липое вую (1,2 дитиолан 3 валериановую) кислоту:

Коферментные функции липоевой кислоты реализуются за счет того, что она может существовать в окисленной и восстанов ленной формах. Липоевая кислота играет важную роль в окисле нии и переносе ацильных групп в составе многокомпонентных ферментных систем. Основная ее функция — прямое участие в окислительном декарбоксилировании в тканях α кетокислот (пировиноградной и α кетоглутаровой). Наряду с ТПФ и КоА ли поевая кислота служит простетической группой в пируват и ке тоглутаратдегидрогеназной системах.

Холин по своей структуре представляет аминоэтиловый спирт, содержащий три метильные группы у атома азота:

CH3

|

CH3—N+—CH2—CH2—OH

|

CH3

Холин

Холин хорошо растворим в воде и спирте. В организме жи вотных холин синтезируется в составе фосфолипидов. Донорами метильных групп являются метионин, серин или глицин.

Холин является составной частью ацетилхолина — медиатора нервного импульса. Он также принимает участие в реакциях транс

169

Тема 17. Жирорастворимые витамины

метилирования при синтезе метионина, пуриновых и пиримиди новых нуклеотидов, фосфолипидов и др.

Симптомы холиновой недостаточности обычно развиваются при дефиците белка в диете — жировая инфильтрация печени, ге моррагическая дистрофия почек, нарушение процесса свертыва ния крови.

Основными источниками холина для человека являются пе чень, почки, мясо, рыбные продукты и капуста.

Тема 17. ЖИРОРАСТВОРИМЫЕ ВИТАМИНЫ

1. Витамины группы A. Витамин A (ретинол, антиксерофтальми ческий витамин) существует в 3 формах: витамины А1, А2 и цис форма витамина А1 (неовитамин А). Ретинол представляет собой циклический непредельный одноатомный спирт, состоящий из пер вичной спиртовой группы, соединенной через два остатка изо прена с шестичленным кольцом (α иононом):

CH=CH—C=CH—CH=CH—C=CH—CH2OH

Витамин А2 отличается от витамина А1 наличием дополни тельной двойной связи в молекуле β ионона. Существует большое количество стереоизомеров витаминов группы А, однако лишь не которые из них обладают биологической активностью.

Витамины группы А хорошо растворяются в жирах и жирораст ворителях (бензоле, хлороформе, эфире, ацетоне и др.), легко окис ляются в организме при участии специфических ферментов с обра зованием цис и трансальдегидов, называемых ретиненами (ретиналями), могут откладываться в печени в более устойчивой форме сложных эфиров с уксусной или пальмитиновой кислотами.

170