Справочник витаминов

1

Химическое строение и свойства витамина B1

Витамин В1, был первым витамином, выделенным в кристаллическом виде К. Функом в 1912 г. Позже был осуществлен его химический синтез. Свое название — тиамин — получил из-за наличия в составе его молекулы атома серы и аминогруппы.

Тиамин состоит из 2-х гетероциклических колец — аминопиримидинового и тиазолового. Последнее содержит каталитически активную функциональную группу — карбанион (относительно кислый углерод между серой и азотом).

Тиамин хорошо сохраняется в кислой среде и выдерживает нагревание до высокой температуры. В щелочной среде,

например при выпечке теста с добавлением соды или карбоната аммония, он быстро разрушается.

В желудочно-кишечном тракте различные формы витамина гидролизуются с образованием свободного тиамина. Большая часть тиамина всасывается в тонком кишечнике с помощью специфического механизма активного транспорта, остальное его количество расщепляется тиаминазой кишечных бактерий. С током крови всосавшийся тиамин попадает вначале в печень,

где фосфорилируется тиаминпирофосфокиназой, а затем переносится в другие органы и ткани.

Существует мнение, что основной транспортной формой тиамина является ТМФ.

Витамин В1, присутствует в различных органах и тканях как в форме свободного тиамина, так и его фосфорных зфиров: тиаминмонофосфата(ТМФ), тиаминдифосфата (ТДФ, синонимы: тиамин пирофосфат, ТПФ, кокарбоксилаза)

и тиаминтрифосфата (ТТФ).

ТТФ — синтезируется в митохондриях с помощью фермента ТПФ-АТФ-фосотрансферазы:

Основной коферментной формой (60—80 % от общего внутриклеточного) является ТПФ. ТТФ играет важную роль в метаболизме нервной ткани. При нарушении его образования развивается некротизирующая энцефалопатия. После распада коферментов свободный тиамин выделяется с мочой и определяется в виде тиохрома.

Витамин В, в форме ТПФ является составной частью ферментов, катализирующих реакции прямого и окислительного декарбоксилирования кетокислот.

2

Участие ТПФ в реакциях декарбоксилирования кетокислот объясняется необходимостью усиления отрицательного заряда углеродного атома карбонила кетокислоты в переходном, нестабильном, состоянии:

Переходное состояние стабилизируется ТПФ путем делокализаиии отрицательного заряда карбо-аниона тиазолового кольца,

играющего роль своеобразного электронного стока. Вследствие такого протонирования образуется активный ацетальдегид

(гидроксиэтил-ТПФ).

Аминокислотные остатки белков обладают слабой способностью осуществлять то, что с легкостью делает ТПФ, поэтому апобелки нуждаются в коферменте. ТПФ жестко связан с апоферментом мульти-ферментных комплексов дегидрогеназ а-

оксикетокислот (см. ниже).

1. Участие ТПФ в реакции прямого декарбоксилирования пировиноградной кислоты (ПВК).

При декарбоксилировании ПВК с помощью пируватдекарбоксилазы образуется ацетальдегид, который под воздействием алкогольдегидрогеназы превращается в этанол. ТПФ является незаменимым кофактором

пируватдекарбоксилазы. Этим ферментом богаты дрожжи.

Окислительное декарбоксилирование ПВК катализирует пируватде-гидрогеназа. В состав пируватдегидрогеназного комплекса входит несколько структурно связанных ферментных белков и коферментов (см. с. 100). ТПФ катализирует начальную реакцию декарбоксилирования ПВК. Эта реакция идентична катализируемой пируватдекарбоксила-зой.

Однако в отличие от последней, пируватдегидрогеназа не превращает промежуточный продукт гидроксиэтил-ТПФ в ацетальдегид. Вместо этого гидроксиэтильная группа переносится к следующему ферменту в мультиферментной структуре пируватдегидрогеназного комплекса.

Окислительное декарбоксилирование ПВК является одной из ключевых реакций в обмене углеводов. В результате этой реакции ПВК, образовавшаяся при окислении глюкозы, включается в главный метаболический путь клетки — цикл Кребса, где окисляется до углекислоты и воды с выделением энергии. Таким образом, благодаря реакции окислительного декарбоксилирования ПВК создаются условия для полного окисления углеводов и утилизации всей заключенной в них энергии. Кроме того, образующаяся при действии ПДГ-комплек-са активная форма уксусной

3

Транскетолаза — фермент пентозофосфатного пути окисления углеводов. Физиологическая роль этого пути заключается в том, что он является основным поставщиком NADFH*H+ и рибозо-5-фосфата. Транскетолаза переносит дву-углеродные фрагменты от ксилулозо-5-фосфата к рибозо-5-фосфату,

что приводит к образованию триозофосфата (3-фосфоглицеринового альдегида) и 7С сахара (седогептулозо-7-

фосфата). ТПФ необходим для стабилизации карб-аниона, образующегося при расщеплении связи С2-С3 ксилулозо-5-

фосфата.

4.Витамин В1 принимает участие в синтезе ацетилхолина, катализируя в пируватдегидрогеназной реакции образование ацетил-КоА — субстрата ацетилирования холина.

5.Помимо участия в ферментативных реакциях, тиамин может выполнять и некоферментные функции,

конкретный механизм которых еще нуждается в уточнении. Полагают, что тиамин участвует в кроветворении, на что указывает наличие врожденных тиаминзависимых анемий, поддающихся лечению высокими дозами этого витамина, а

также в стероидогенезе. Последнее обстоятельство позволяет объяснить некоторые эффекты препаратов витамина В,

как опосредованных стресс-реакцией.

Переходное состояние стабилизируется ТПФ путем дслокализаиии отрицательного заряда карб-аниона тиазолового кольца,

играющего роль своеобразного электронного стока. Вследствие такого протонирования образуется активный ацетальдегид

(гидроксиэтил-ТПФ).

Аминокислотные остатки белков обладают слабой способностью осуществлять то, что с легкостью делает ТПФ, поэтому апобелки нуждаются в коферменте. ТПФ жестко связан с апоферментом мульти-ферментных комплексов дегидрогеназ а-

оксикетокислот (см. ниже).

НЕХВАТКА ВИТАМИНА B1, ПРИЧИНЫ, СИМПТОМЫ

Уже ранние проявления гиповитаминоза сопровождаются снижением аппетита и тошнотой. Отмечаются неврологические расстройства, к которым относятся нарушение периферической чувствительности, ощущение «ползания мурашек», невралгии. Характерна забывчивость, особенно на недавние события. Слабость сердечной мышцы проявляется тахикардией даже при незначительных нагрузках.

Недостаток в пище тиамина приводит к значительному накоплению пировиноградной и а-кетоглутаровой кислот,

снижению активности тиаминзависимых ферментов в крови и тканях организма.

Экспериментально доказано, что тиаминовая недостаточность сопровождается нарушением структуры и функции митохондрий. Добавление к последним ТПФ нормализует тканевое дыхание. У белых крыс, лишенных тиамина, развивалась анорексия, уменьшалась масса тела. Шерсть теряла свой блеск, становилась взъерошенной. Животные мало двигались и обычно лежали, свернувшись в углу клетки. Анорексия является результатом резкого угнетения секреции желудочного сока и ослабления его переваривающей способности.

4

Алиментарная недостаточность тиамина у человека приводит к патологическим изменениям в нервной, сердечно-сосудистой и пищеварительной системах, сопровождаясь общим истощением организма.

Болезнь бери-бери возникает при значительном дефиците тиамина и характеризуется крайне тяжелым течением. В прошлом веке в странах Востока она унесла миллионы жизней. Бери-бери в переводе с индийского означает «овца». Походка больного, действительно, похожа на поступь овцы (симптом симметричного опускания стоп). Поскольку у заболевших отмечалась тяжесть в ногах и скованность походки, бери-бери называлась также кандальной болезнью. Этим заболеванием часто страдали заключенные, рацион питания которых состоял в основном из очищенного риса. Проявление недостаточности тиамина можно наблюдать до сих пор у бедных людей в тех странах, где основу питания населения составляет полированный рис — в шлифованном зерне, в отличие от неочищенного, нет этого витамина. Последняя эпидемия бери-бери была на Филиппинах в 1953 г. (погибло 100 000 человек).

Болезнь имеет две формы: сухую (нервно-паралитическую) и отечную (сердечную). Причем в обоих случаях поражаются и сердечнососудистая и нервная системы, но в разной степени.

В настоящее время классической бери-бери, по-видимому, уже нет, однако явления умеренного гиповитаминоза отмечаются часто. К основным симптомам недостаточности тиамина относятся: физическая слабость, снижение аппетита (витамин В,

необходим для стимуляции желудочной секреции), стойкие запоры; расстройство функции нервной системы (онемение пальцев, чувство «ползания мурашек», утрата периферических рефлексов, боль по ходу нервов); нарушения психической деятельности (раздражительность, забывчивость, страх, иногда галлюцинации, снижение интеллекта). Позже развивается глубокое поражение нервной системы, характеризующееся потерей чувствительности конечностей, развитием параличей,

атрофией мышц в результате нарушения их иннервации. При отечной форме, наряду с явлениями полиневрита, отмечаются тахикардия и одышка даже при незначительных нагрузках. Из-за слабости сердечной мышцы развинезначительных нагрузках. Из-за слабости сердечной мышцы развиваются отеки. Особенно часто проявления тиаминовой недостаточности наблюдаются у хронических алкоголиков вследствие их склонности больше пить, чем есть. Синдром Вернике,

развивающийся у этих лиц, характеризуется нарушением координации движений, зрительной функции, спутанностью сознания.

Особая чувствительность нервной ткани к недостатку тиамина объясняется тем, что коферментная форма этого витамина абсолютно необходима нервным клеткам для усвоения глюкозы, которая является для них почти единственным источником энергии (большинство других клеток организма может использовать иные энергетические вещества, например жирные кислоты). Кстати, питание преимущественно углеводной пищей (белый хлеб, сладости) приводит к повышенной потребности в тиамине и, следовательно, развитию вторичной тиаминовой недостаточности.

НАРУШЕНИЕ ОБМЕНА ТИАМИНА В ОРГАНИЗМЕ

Синдром Wernicke — Korsakoff.

В основе этого синдрома, сопровождающегося потерей памяти и частичным параличом, лежит изменение свойств фермента транскетолазы, у которой уменьшается сродство к ТПФ. Гены других ТПФ-зависимых ферментов не затрагиваются.

Заболевание проявляется, если уровень потребляемого ТПФ снижается ниже значений, необходимых для насыщения транскетолазы. Синдром часто встречается у хронических алкоголиков при недостаточном потреблении ими витаминов.

Тиаминзависимая форма болезни — «моча с запахом кленового сиропа». При этой патологии отмечается дефект окислительного декарбоксилирования разветвленных кетокислот. В крови и моче резко увеличивается содержание разветвленных кетокислот (отсюда — специфический запах мочи) и их субстратов — аминокислот валина, изолейцина и лейцина. Клиническая симптоматика схожа с терминальной стадией В1-недостаточности.

5

Подострая некротизирующая энцефалопатия.

При этом заболевании нарушается образование ТТФ в мозге. Энцефалопатия проявляется в потере аппетита, рвоте,

затруднении сосания. Младенцы теряют способность держать головку, у них отмечаются многочисленные неврологические

расстройства. Болезнь заканчивается без лечения летально в течение первых лет жизни.

Тиаминзависимая мегалобластическая анемия.

Механизм участия тиамина в кроветворении до конца не выяснен.

***

Гипервитаминоз не описан. Избыток принятого витамина быстро выводится с мочой, но у некоторых лиц имеется повышенная чувствительность к парентеральному введению препаратов тиамина.

Оценка обеспеченности организма тиамином. С этой целью обычно определяют содержание витамина и/или его коферментов в эритроцитах крови. Поскольку при недостатке витамина В, нарушается окислительное декарбоксилирование кетокислот, увеличение содержания в крови и моче пировиноградной и а-кетоглутаровой кислот будет свидетельствовать о недостатке тиамина в организме. Однако следует иметь в виду, что накопление пирувата отмечается не только при ги-

повитаминозе В1, но и при гипоксии и других патологических состояниях.

Наилучшим способом судить о степени обеспеченности организма витамином В, является определение активности тиаминзависимых ферментов. Однако активность пируват- и а-кетоглутаратдегидогеназ снижается только при глубоком гиповитаминозе, поскольку их апо-фермент прочно связывает ТПФ.

Транскстолаза связывает ТПФ слабее и активность ее в эритроцитах начинает снижаться уже на ранних стадиях гиповитаминоза В1. Если к образцу крови добавить ТПФ, то величина возрастания активности транскетолазы (так называемый ТПФ-эффект) позволит судить о степени недостаточности тиамина.

СУТОЧНАЯ ПОТРЕБНОСТЬ В ВИТАМИНЕ B1, ПИЩЕВЫЕ ИСТОЧНИКИ ВИТАМИНА B1

Довольно много витамина В1, содержится в пшеничном хлебе из муки грубого помола, в оболочке семян хлебных злаков, в

сое, фасоли, горохе. Много его в дрожжах, меньше — в картофеле, моркови, капусте. Из продуктов животного происхождения наиболее богаты тиамином печень, нежирная свинина, почки, мозг, яичный желток. В настоящее время дефицит витамина В, становится одной из проблем питания, так как из-за высокого потребления сахара и кондитерских изделий, а также белого хлеба и шлифованного риса существенно увеличивается расход этого витамина в организме.

Использовать дрожжи в качестве источника витамина не рекомендуется из-за высокого содержания в них пуринов,

что может приводить к возникновению обменного артрита (подагры).

Суточная потребность в тиамине — 1,1 — 1,5 мг.

6

ПРОДУКТЫ, БОГАТЫЕ ВИТАМИНОМ B1

ХИМИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА ВИТАМИНА B2 (РИБОФЛАВИНА)

Витамин В2 отличается от других витаминов желтым цветом (iflavus — желтый). Однако, в отличие от окисленной желтой,

восстановленная форма витамина бесцветна.

Рибофлавин впервые был выделен из кисломолочной сыворотки. Синтезирован Р. Куном в 1935 г. Молекула рибофлавина состоит из гетероциклического изоаллок-сазинового ядра, к которому присоединен в 9-м положении спирт рибитол

(производное D-рибозы). Термином флавины обозначаются многие производные изоаллоксазина, обладающие В2-

витаминной активностью.

Биосинтез флавинов осуществляется растительными и многими бактериальными клетками, а также плесневыми грибками и дрожжами. Благодаря микробному биосинтезу рибофлавина в желудочно-кишечном тракте жвачные животные не нуждаются в этом витамине. У других животных и человека синтезирующихся в кишечнике флавинов недостаточно для предупреждения гиповитаминоза.

Витамин В2 хорошо растворим в воде, устойчив в кислой среде, но легко разрушается в нейтральной и щелочной, а также под действием видимого и УФ-облучения.

7

В пище витамин В2 находится преимущественно в составе своих коферментных форм, связанных с белками — флавопротеинов. Под влиянием пищеварительных ферментов витамин высвобождается и всасывается путем простой диффузии в тонком кишечнике. В энтероцитах рибофлавин фосфорилируется до FMN (флавин-моно-нуклеотида) и FAD (флавин-адениндинуклеотида). Реакции протекают следующим образом:

1.5-ОН-группа боковой цепи рибитола фосфорилируется флавокиназой с образованием FMN.

2.FMN с помошью фосфатных связей соединяется с аденозин-монофосфатом при участии фермента пирофосфорилазы.

Аналогичные реакции протекают в клетках крови, печени и других тканей.

БИОХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВИТАМИНА B2

Основное значение витамина В2 состоит в том, что он входит в состав флавиновых коферментов — FMN и FAD. Роль этих коферментов заключается в следующем:

 FMN и FAD — коферменты оксидаз, переносящих электроны и Н’ с окисляемого субстрата на кислород. Таковыми являются ферменты, участвующие в распаде аминокислот (оксидазы D- и L-аминокислот), нуклеотидов

(ксантиноксидаза), биогенных аминов (моно- и диаминоксидазы) и другие.

FMN и FAD — промежуточные переносчики электронов и протонов в дыхательной цепи: FМN входит в состав I-го комплекса цепи тканевого дыхания, FAD — в состав II-го комплекса.

FAD — кофермент пируват- и а-кетоглутаратдегидрогеназных комплексов (наряду с ТПФ и другими коферментами

FAD осуществляет окислительное дскарбоксилированис соответствующих кетокислот), а также единственный кофермеит сукцинатдегид-рогеназы (фермента цикла Кребса). Таким образом, рибофлавин принимает активное участие в работе главного метаболического пути клетки.

FAD — участник реакций окисления жирных кислот в митохондриях (он является коферментом ацил-КоА-

дегидрогеназы).

ГИПОВИТАМИНОЗ И ГИПЕРВИТАМИНОЗ ВИТАМИНА B2

Гиповитаминоз

Недостаток витамина В2, как и других витаминов, проявляется слабостью, повышенной утомляемостью и склонностью к простудным заболеваниям. К специфическим проявлениям недостаточности рибофлавина относятся воспалительные процессы в слизистых оболочках. Слизистая губ и полости рта становится сухой, язык приобретает ярко-красный цвет, в

углу рта появляются трещины. Отмечается повышенное шелушение эпителия кожи, особенно на лице. Конъюнктива глаза теряет блеск из-за сухости, вызываемой закупоркой слезного канала слушивающимся эпителием. Роговица прорастает

8

сосудами (компенсаторная реакция на недостаточность дыхательной функции роговицы) и затем мутнеет. Отмечается

катаракта (помутнение хрусталика).

Гипервитаминоз

Гипервитаминоз не описан. При введении больших доз витамина В2 избыточного накопления флавинов в тканях не

происходит, так как рибофлавин быстро выделяется с мочой.

Оценка обеспеченности организма рибофлавином

Содержание витамина В2 в крови остается в пределах нормы даже при выраженном гиповитаминозе. Смерть наступает еще при достаточном уровне витамина в тканях (30 % от общего количества). О степени тяжести гиповитаминоза следует судить по уровню в тканях его коферментных форм, методы определения которых достаточно трудоемки.

СУТОЧНАЯ ПОТРЕБНОСТЬ В РИБОФЛАВИНЕ, ПИЩЕВЫЕ ИСТОЧНИКИ РИБОФЛАВИНА

Основными источниками рибофлавина являются печень, почки, желток куриного яйца, творог. В кислом молоке витамина содержится больше, чем в свежем. В растительных продуктах витамина В2 мало (исключение — миндальные орехи).

Частично дефицит рибофлавина восполняется кишечной микрофлорой.

Хронический недостаток рибофлавина в питании существенно увеличивает риск развития рака пищевода и других органов.

ПРОДУКТЫ, БОГАТЫЕ РИБОФЛАВИНОМ (ВИТАМИНОМ B2)

ХИМИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА ВИТАМИНА B3

Витамин В3, широко распространен в природе, отсюда и его название — пантотеновая кислота (от panthos — повсюду).

Витамин открыт Р. Вильямсом в 1933 г., спустя десятилетие он уже был синтезирован химическим путем.

Пантотеновая кислота (пантоил-р-аланин) — светло-желтая маслянистая жидкость, хорошо растворимая в воде и этаноле.

Спиртовое производное пантотеновой кислоты — пантенол — эффективно всасывается не только при энтеральном введении, но и при накожном его нанесении, в связи с чем пантенол получил широкое применение в дерматологии.

МЕТАБОЛИЗМ ПАНТОТЕНОВОЙ КИСЛОТЫ (ВИТАМИНА B3)

Всасываясь на всем протяжении тонкого кишечника и в толстой кишке, в зависимости от концентрации путем простой диффузии или активного транспорта, пантотеновая кислота с током крови поступает в ткани.

9

Коферментными формами витамина В3, образующимися в цитоплазме клеток, являются 4′-фосфопантетеин, дефосфо-КоА и

KoA-SH. Их синтез осуществляется следующим образом:

Основным продуктом распада коферментных форм витамина является пантотеновая кислота, которая выводится из организма преимущественно с мочой, часть продуктов метаболизма выделяется с калом.

БИОХИМИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ ПАНТОТЕНОВОЙ КИСЛОТЫ

Значение пантотеновой кислоты определяется исключительно важной ролью ее коферментных форм в ключевых реакциях метаболизма, а также способностью производных витамина, таких как S-сульфопантетеин, поддерживать рост бифидо-

бактерий — важного компонента биоценоза кишечника.

Фосфопантетеин является активной субъединицей АПБ (ацилпереносящего белка) синтазы жирных кислот — представителя класса так называемых фосфопантетеинпротеинов.

Дефосфо-КоА — кофермент цитратлиазы и N-ацстилтрансфсразы — главный кофермент клетки, с участием которого протекают многочисленные реакции метаболизма:

 Активирование ацетата (образование ацетил-КоА — CH, -CO~S-КоА).Ацетил-КоА является субстратом для синтеза жирных кислот, холестерина и стероидных гормонов, ацетоновых тел, ацетилхолина, ацетилгюкозаминов. С него начинаются реакции главного метаболического пути клетки — цикла Кребса. Ацетил-КоА принимает участие в реакциях обезвреживания (ацетилирование биогенных аминов и чужеродных соединений).

10

Активирование жирных кислот (образование ацил-КоА). Ацил-КоА используется для синтеза липидов; окисляясь,

он служит также источником энергии.

Транспорт жирных кислот в митохондрии.

Окислительное декарбоксилироеаиие кетокислот — пировиноград-ной (при этом образуется ацетил-КоА) и альфа-

кетоглутаровой (при этом образуется сукиинил-КоА, используемый в реакциях синтеза тема гемоглобина и

простетической группы цитохромов).

ГИПОВИТАМИНОЗ И ГИПЕРВИТАМИНОЗ ПАНТОТЕНОВОЙ КИСЛОТЫ

Недостаточность пантотеновой кислоты практически не встречается, так как она синтезируется микрофлорой кишечника.

При назначении добровольцам антивитамина проявления недостаточности пантотеновой кислоты характеризовались психоэмоциональной неустойчивостью, склонностью к обморокам, изменением походки, парастезиями, чувством жжения стоп. Синдром «жжения стоп», широко распространенный во время Второй мировой войны у военнопленных японских лагерей, хорошо излечивался назначением пантотената кальция.

Вторичная недостаточность витамина развивается при многих хронических заболеваниях, длительном применении диуретиков и алкоголизме.

Гипервитаминоз не описан, равно как токсические проявления после введения препаратов витамина.

Оценка обеспеченности организма пантотеновой кислотой. Для этой цели применяются микробиологический и хроматографический методы определения содержания пантотеновой кислоты и ее производных в крови и моче.

Используется также косвенная оценка степени обеспеченности витамином В3 по количеству ацетилированной тест-дозы ароматического амина (сульфаниламида).

СУТОЧНАЯ ПОТРЕБНОСТЬ И ПИЩЕВЫЕ ИСТОЧНИКИ ПАНТОТЕНОВОЙ КИСЛОТЫ

Пантотеновая кислота широко распространена в продуктах растительного и животного происхождения. Особенно высоко содержание витамина в пчелином маточном молочке и пивных дрожжах. Достаточно много его в печени животных, яичном желтке, гречихе, овсе, бобовых.

Суточная потребность — 10—15 мг.

ПРОДУКТЫ, БОГАТЫЕ ПАНТОТЕНОВОЙ КИСЛОТОЙ (ВИТАМИНОМ B3)