Справочник витаминов

21

и формиминогруппы (CH=NH). Присоединение этих групп к 5-му или 10-му атому азота ТГФК осуществляется ферментативно.

ТГФК может приобрести одноуглеродную единицу из различных источников. Например, 5-формимино-ТГФК может образоваться при распаде гистидина. Однако более типичной является активация одноуглеродных групп из серина (а),

который далее трансформируется в митохондриях витамин В6-зависимой системой ферментов (б):

Помимо основного своего значения — образования одноуглерод-ного метиленового фрагмента, эти две реакции служат как для синтеза глицина (реакция а), так и для его распада (реакция 6).

Метиленовая группа в составе 5,10-метилен-ТГФК может превращаться в другие одноуглеродные фрагменты:

Важнейшими реакциями с участием одноуглеродных фрагментов, связанных с ТГФК, являются:

5,10-метенил-ТГФК и 10-формил ТГФК служат донорами соответствующих одноуглеродных радикалов при синтезе пуриновых нуклеотидов.

5-метил-ТГФК вместе с витамином В12 участвуют в переносе метильной группы в реакциях синтеза дТМФ и метионина.

ТГФК вовлекается в метаболизм аминокислот: серина, глицина и метионина.

ГИПОВИТАМИНОЗ ФОЛАЦИНА

Поскольку одноуглеродиые группы играют исключительно важную роль в биосинтезе нуклеиновых кислот, моно- и

динуклеотидов, а также в биосинтезе белков, становятся понятными те глубокие нарушения, которые наблюдаются при фолатном гиповитаминозе.

Основным клиническим проявлением недостатка фолиевой кислоты является заболевание анемией — мегалобластической,

макроцитарной. В крови появляются большие незрелые кроветворные клетки — мегалобласты. Снижается количество эритроцитов и гемоглобина в крови, причем эритропения выражена в большей степени, чем снижение уровня гемоглобина (в

отличие от железодефииитной анемии). Характерно появление в крови гиперсегментированных многоядерных лейкоцитов с большим числом тяжей между сегментами ядер.

В эритроцитарном, миелоидном и мегакариоцитарном ростках костного мозга отмечаются выраженные мегалобластические изменения. Клетки костного мозга характеризуются высокой скоростью деления, поэтому они особо чувствительны к

22

нарушению синтеза нуклеиновых кислот, возникающему при дефиците витамина В9. Схожие симптомы отмечаются и при недостатке витамина В12, так как обмен обоих витаминов взаимосвязан.

При недостаточности фолатов отмечаются слабость, головная боль, обмороки, бледность кожи, красный саднящий язык,

диарея. Больные раздражительны, враждебны, у них плохая память, паранойя.

ВРОЖДЁННЫЕ НАРУШЕНИЯ ОБМЕНА ВИТАМИНА B9

Мегалобластическая анемия, сочетающаяся с нарушением психического развития, может обнаруживаться у младенцев вследствие врожденного нарушения всасывания дюлатов в тонком кишечнике. Хороший клинический эффект достигается парентеральным введением максимальных лечебных доз витамина.

Мегалобластическая анемия вследствие дефекта фолатредуктазы. В такой ситуации нарушается превращение фолиевой кислоты в ее ко-ферментную форму — 5-формил-ТГФК. Заболевание прогрессирует медленно, неврологические нарушения обычно отсутствуют, коррегирустся повышенными дозами фолиевой кислоты.

Мегалобластическая анемия из-за недостаточности формиминотрансферазы — фермента, необходимого для образования 5-

формимино-ТГФК из гистидина. Заболевание обнаруживается в течение первого года жизни ребенка и характеризуется задержкой умственного и физического развития, аномальными изменениями электроэнцефалографии. Обнаруживается по аномально высокому содержанию фолатов в крови (задержка превращения их в активную форму) и увеличению выведения метаболитов витамина при нагрузке гистидином.

Другие разновидности анемии затрагивают иные пути метаболизма фолатов, в частности, описана мегалобластическая анемия вследствие дефекта 5,10-метилен-ТГФК-редуктазы (фермент восстанавливает 5,10-метилен-ТГФК в 5-метил-ТГФК).

Особую роль в заболевании мегалобластической анемией играет недостаточность витамина В12.

ОБЕСПЕЧЕННОСТЬ ОРГАНИЗМА ФОЛИЕВОЙ КИСЛОТОЙ

Об обеспеченности организма фолиевой кислотой можно судить по содержанию ее в крови (лучше — в плазме крови).

Содержание фолацина в моче, как правило, не является достоверным критерием обеспеченности организма этим витамином.

Быстрое удаление витамина из крови при внутривенном его введении может указывать на недостаточную потребность организма в этом витамине (активный «захват» тканями).

Нередко об обеспеченности организма витамином Вс судят по косвенным показателям: морфологическим изменениям крови и костного мозга, а также по уровню выведения некоторых продуктов обмена витамина с мочой (формиминоглутаминовой или уроканиновой кислот).

СУТОЧНАЯ ПОТРЕБНОСТЬ В ВИТАМИНЕ B9, ПИЩЕВЫЕ ИСТОЧНИКИ ФОЛИЕВОЙ КИСЛОТЫ

Витамина B9 много в лиственных овощах, например, в шпинате. Он содержится в салате, капусте, томатах, землянике.

Богаты им печень и мясо, яичный желток.

При скудном питании рекомендуемая доза составляет 50—200 мкгфолиевой кислоты ежедневно, лечебная доза — до 2 мг в

сутки.

Особое значение приобретает достаточная обеспеченность фолиевой кислотой в ранние сроки беременности: на 2-й неделе

(начало развития головного мозга) даже кратковременный дефицит этого витамина может привести к появлению

23

врожденных уродств, нарушению физического и психического развития новорожденного. Именно это наблюдение послужило основой углубленного изучения роли фолиевой кислоты в нарушении процессов эмбриогенеза и развитию указанной выше патологии.

Однако дефицит фолата имеет другие недавно изученные биологические последствия, включая ненормально высокий уровень урацила в ДНК. Последнее, как указывалось выше, является следствием лимита биосинтеза тиминовых нуклеотидов. Этот феномен ведет к хромосомным поломкам, обуславливающим в значительной степени дефект нервной трубки в период эмбриогенеза. Уже не вызывает сомнений, что появление таких врожденных пороков развития, как spina bifida и анэнцефалия, патогенетически связано с дефицитом фолата. Их предупреждение, как показывает мировой опыт,

достигается назначением фолиевой кислоты на протяжении всего периода беременности в дозе не менее 400 мкг в сутки.

Особенно важно это делать в раннем сроке, когда нервная система плода развивается особенно быстро.

Продукты,богатые витамином B9

ХИМИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА ВИТАМИНА B12 (КОБАЛАМИНА)

Злокачественная анемия (болезнь Алдисона — Бирмера) оставалась смертельным заболеванием до 1926 г., когда впервые для её лечения применили сырую печень. Поиски содержащегося в печени антианемического фактора привели к успеху, и в

1955 г. Дороти Ходжкин расшифровала структуру этого фактора и его пространственную конфигурацию с помощью метода рентгено-структурного анализа.

24

Структура витамина В12 отличается от строения всех других витаминов своей сложностью и наличием в его молекуле иона металла — кобальта. Кобальт связан координационной связью с четырьмя атомами азота, входящими в состав порфириноподобной структуры (называемой корриновым ядром), и с атомом азота 5,6-диметилбензимидазола.

Кобальтсодсржащсе ядро молекулы представляет собой плоскостную структуру с перпендикулярно расположенным к ней нуклеотидом. Последний, помимо 5,6-димстилбензимидазола, содержит рибозу и фосфорную кислоту (циановая группа,

связанная с кобальтом, присутствует только в очищенных препаратах витамина, в клетке она замешается водой или гидроксильной группой). Из-за присутствия в молекуле витамина кобальта и амидного азота это соединение получило название кобаламин.

МЕТАБОЛИЗМ КОБАЛАМИНА В ОРГАНИЗМЕ

Содержащийся и пище витамин В12 в желудочном соке связывается с вырабатываемым обкладочными клетками слизистой желудка белком — гликопротеином, получившим название внутреннего фактора Касла. Одна молекула этого белка избирательно связывает одну молекулу витамина; далее в подвздошной кишке этот комплекс взаимодействует со специфическими рецепторами мембран энтероцитов и всасывается путем эндоцитоза. Затем витамин освобождается в кровь воротной вены. При пероральном назначении высоких доз цианкобаламина он может абсорбироваться в тонком кишечнике путем пассивной диффузии без участия внутреннего фактора, но это медленный процесс. При заболеваниях желудка,

сопровождающихся нарушением синтеза внутреннего фактора, всасывания кобаламина не происходит.

Цианкобаламин, используемый в медицинской практике, в энтероцитах превращается в оксикобаламин, являющийся транспортной формой витамина. Транспорт оксикобаламина кровью осуществляется двумя специфическими белками:

транскобаламином I (Р-глобулин с молекулярной массой — 120000) и транскобаламином II (р-глобулин с молекулярной массой 35000). Второй из этих белков в транспорте витамина играет главную роль, а транскобаламин I служит своеобразным циркулирующим депо витамина. В печени и почках оксикобаламин превращается в свои коферментные формы:

25

метилкобаламин (метил-В12) идезоксиаденозинкобаламин (д-аденозин-В12). Коферменты с током крови разносятся по всем тканям организма.

Выводится из организма витамин с мочой.

БИОХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ФУНКЦИИ КОБАЛАМИНА (B12)

К настоящему времени известно ~ 15 различных В12-регулируемых реакций, но только две из них протекают в клетках млекопитающих — синтез метионина из гомоцистеина (явно не удовлетворяющий потребностям организма) и изомеризация D-ме-тилмалонил-КоА в сукцинил-КоА. Рассмотрим эти реакции.

1. В первой реакции участвует метил-В12, являющийся кофермен-том метионинсинтазы (гомоцистешшетилтрансферазы).

Фермент переносит метильную группу с 5-метил-ТГФК на гомоцистеин с образованием метионина:

При уменьшении содержания в диете витамина В12 синтез метио-нина метионинсинтазой снижается, но поскольку при полноценном питании метионин поступает с пищей, метаболизм белков нарушается не сразу. Вместе с тем падение активности метионинсинтазы приводит к накоплению 5-метил-ТГФК (см. схему), который образуется при восстановлении

5,10-метилен-ТГФК, т. е. исчерпывается пул других коферментов ТГФК. Таким образом, даже при условии вполне достаточного общего уровня фолатов создается их функциональный дефицит — уменьшается содержание формил- и

метиленпроизводных ТГФК. Как раз эти производные, а точнее, приносимые ими одно-углеродные радикалы, необходимы для синтеза предшественников нуклеиновых кислот. Этот феномен получил название секвестрация пула ТГФК.

Описанная реакция служит примером тесной взаимосвязи между двумя витаминами — фолиевой кислотой и кобаламином.

Не удивительна поэтому и схожесть симптомов заболевания при дефиците какого-либо из них.

В середине 90-х годов появились сообщения о существовании тесной связи между дефицитом фолата и увеличением степени риска инфаркта миокарда; при этом индивидуальный риск сердечного приступа связан с ненормально высоким уровнем сывороточного гомоцистеина. Объясняется это тем, что у фолатдефицитных индивидуумов повышенный уровень кофакторов ТГФК лимитирует метаболический поток через метионинсинтазную реакцию с последующей аккумуляцией гомоцистеина — субстрата этого фермента. Предполагается, что гомоцистеин является метаболитом, ответственным за повреждение сердца, хотя механизм его токсичного действия не известен.

2. Вторая реакция требует участия другой коферментной формы витамина — д-адеyозин-В1Г Кофермент входит в состав метималонил-КоА-мутазы. Особенностями катализа этого фермента является образование свободнорадикальных

26

промежуточных продуктов реакции и изменение валентности кобальта. Субстратом для его действия является метилмалонил-КоА, образующийся при карбоксилировании пропионил-КоА.

Эта реакция является весьма важной в метаболизме пропионовой кислоты (точнее, пропиониол-SKoA), которая образуется при окислении жирных кислот с нечетным числом атомов углерода, боковой цепи холестерина, окислительном распаде аминокислот: изолейцина, метионина и серина.

НЕДОСТАТОК КОБАЛАМИНА (ВИТАМИНА B12) В ОРГАНИЗМЕ

Недостаточность кобаламинов возникает вследствие низкого содержания их в пище при вегетарианской диете и тем более — при голодании. Особое значение имеет нарушение всасывания витамина при гастритах с пониженной кислотностью (в

случаях нарушения образования внутреннего фактора Касла), оперативном удалении желудка или подвздошной кишки.

Гиповитаминоз проявляется злокачественной мсгалобластичсской анемией, или анемией Аддисона — Бирмера. Болезнь также называется пернициозной анемией. Нарушения кроветворной функции аналогичны наблюдаемым при недостатке фолиевой кислоты. Помимо этого, поражаются задние и боковые столбы спинного мозга вследствие нарушения синтеза миелина; дегенеративные изменения отмечаются также в периферической нервной системе и головном мозге.

Неврологическая симптоматика сводится к парастезиям, ощущению онемения кистей и стоп, неустойчивости походки,

ослаблению памяти вплоть до спутанности сознания.

Нарушения кроветворения при кобаламиновом гиповитаминозе трудно увязать непосредственно с дефектом коферментных функций витамина В12Однако если учесть тесное «сотрудничество» этого витамина с фолиевой кислотой, патогенез злокачественной анемии становится более понятным. Как уже отмечалось, при недостаточности витамина В12 нарушается использование 5-метил-ТГФК в реакции синтеза мстионина, вследствие чего вся фолиевая кислота попадает постепенно в своеобразную ловушку (секвестируется), создающую функциональный дефицит ее кофсрмснтных производных. Это

объясняет нарушение биосинтеза нуклеиновых кислот и, следовательно, угнетение костно-мозгового кроветворения.

ИЗБЫТОК ВИТАМИНА B12

Гипервитаминоз. Введение витамина даже в тысячекратной, по сравнению с физиологической, дозе не оказывало токсического эффекта.

ВРОЖДЕННЫЕ НАРУШЕНИЯ ВСАСЫВАНИЯ, ТРАНСПОРТА Н ОБМЕНА ВИТАМИНА В12

Анемия при врожденном дефекте образования внутреннего фактора Касла

При этом нарушается всасывание витамина. В крови его концентрация значительно снижается. Эффективно парентеральное введение препаратов витамина.

Мегалобластическая анемия при нарушении всасывания витамина В12 в кишечнике

Нарушение обусловлено врожденным дефектом механизма высвобождения витамина в кровоток и связывания его с транскортином (транскобаламином II). Интересно, что всасывание липидов и углеводов при этом не нарушено. Характерны стойкая протеинурия и увеличение экскреции аминокислот (валина, изолейцина, треонина и метионина).

27

Анемия, обусловленная врожденным дефектом транскобаламинов

При отсутствии в крови транскобаламина II развивается тяжелая анемия с первых недель жизни ребенка. Терапевтический эффект достигается введением мегадоз витамина В12, в 1000 раз превышающих физиологическую. Очевидно, при таких концентрациях кобаламина транспортную функцию берут на себя другие белки.

Врожденные метилмалонатацидемии

При этой патологии отмечается высокий уровень метилмалоновой кислоты и повышенная экскреция ее с мочой.

Метилмалонатацидемия может вызываться как недостаточным поступлением с пищей витамина В12, так и врожденным нарушением его метаболизма.

Врожденная метилмалонатацидемия проявляется в первый год жизни ребенка упорной рвотой, кетоацидозом, нейтропенией и тромбоцитопенией, задержкой психомоторного развития, сниженной сопротивляемостью к инфекционным заболеваниям.

Мегалобласты в крови тем не менее обычно не обнаруживаются. Диагноз ставится на основании определения высокой концентрации метилмалоновой кислоты в моче, плазме крови или спинномозговой жидкости; уровень витамина в крови остается нормальным, что указывает на врожденный дефект его утилизации (но не всасывания). Заболевание носит выраженный семейный характер.

Метаболические нарушения при метилмалонатацидемии могут затрагивать разные аспекты функции кобаламинов, а именно:

Может быть нарушено образование коферментной формы витамина — дезоксиадснозин-кобаламина, вследствие чего затрудняется превращение метилмалонил-КоА в сукцинил-КоА и ме-тилмалоновая кислота в избыточном количестве появляется в крови.

Может нарушаться образование апофермента метилмалонил-КоА-мутазы, что также блокирует превращение метилмалонил-КоА в сукдинил-КоА.

Сочетанный дефект может затрагивать обе коферментные формы витамина — метил-В12 и д-аденозин-В12 Это сопровождается дополнительными метаболическими расстройствами, т. е. помимо нарушения обмена метилмалоновой кислоты блокируется также биосинтез метионина из гомоиистеина, следствием чего являются гомоцистинурия и снижение содержания метионина в крови и тканях. В крови обнаруживаются мегалобласты, отмечаются дегенеративные изменения в нервной ткани.

Накопление метилмалоновой кислоты и метилмалоны-КоА тормозит синтез присущих клетке жирных кислот.

Использование ацилсинтазой метилмалонил-КоА (вместо мадонил-КоА) приводит к появлению жирных кислот необычной структуры с разветвленной цепью; кроме того, накопление в тканях пропионил-КоА (предшественника не используемого метилмалонил-КоА) приводит к увеличению образования жирных кислот с нечетным числом атомов углерода. Все это нарушает биосинтез сложных липидов в нервной ткани, приводит к ее демиэлинизации и развитию соответствующих тяжелых неврологических синдромов.

Лечение заключается в снижении доли принимаемого с пищей белка (либо диеты с низким содержанием изолейцина,

треонина и метионина) и дополнительным назначении гомоцистсина и холина, а также высоких доз кобаламина.

29

Биотин способен образовывать с авидином — гликопротеином белка куриного яйца — прочный комплекс, который не может расщепляться пищеварительными ферментами. Поэтому при частом употреблении сырых яиц прекращается всасывание присутствующего в пище биотина. Способность молекул авидина и биотина специфически связываться друг с другом используется в некоторых методах очистки в биотехнологии.

МЕТАБОЛИЗМ БИОТИНА (ВИТАМИНА H)

С растительной пищей витамин Н поступает преимущественно в свободном состоянии. Биотин животной пищи освобождается гидролазами от связи с различными белками и в свободном виде всасывается в тонком кишечнике. В

кровяном русле биотин переносится альбумином и аккумулируется главным образом в печени. В тканях биотин находится в виде карбоксибиотинил-ферментов: СООгруппа валериановой кислоты карбоксибиотина ковалентно присоединена карбамидной связью к e-NH2-rpynne лизина, входящего в состав активного центра биотинзависимого фермента.

Выводится биотин в свободном виде с мочой и экскрементами, причем с последними его выводится больше, чем поступает с пищей. Объясняется это способностью микрофлоры кишечника синтезировать биотин.

БИОХИМИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ БИОТИНА

Витамин Н способствует усвоению тканями ионов бикарбоната (но не СO2) и активирует реакции карбокси-лирования и транскарбоксилирования в составе следующих карбо-ксибиотинил-ферментов:

 Пируваткарбоксилазы — фермента, катализирующего АТФ-зависимое образование оксалацетата из пирувата и НСО3- .

Пируваткарбоксилаза является тетрамерным белком, несущим четыре молекулы биотина, каждая из которых связана с остатком лизина алофермента. Пируваткарбоксилазная реакция является наиболее важной анаплеротической реакцией,

особенно в печени и почках (к анаплеротическим относятся возмещающие, пополняющие, реакции). Так,

пируваткарбоксилаза восполняет запас оксалацетата, необходимый для функционирования цикла Кребса.

Пируваткарбоксилаза является важным митохонлриальным ферментом глюконеогенеза (новообразования глюкозы).

 Ацетил-КоА-карбоксилазы — первого фермента в реакциях биосинтеза жирных кислот. Активная форма энзима представляет собой множество длинных мономерных нитей. При ферментативном катализе отдается карбоксильная группа бикарбоната ацетил-коэнзиму А с образованием малонил-КоА:

30

 Пропионил-КоА-карбоксилат — фермента, участвующего в окислении жирных кислот с нечетным числом атомов углерода. При этом происходит стереоспецифический перенос активированной карбоксильной группы от карбоксибиотина к пропионил-КоА с образованием метил малонил-КоА:

Следует отметить, что ион бикарбоната может утилизироваться клеткой без участия биотина, как, например, это имеет место в карбомоилфосфатсинтетазной реакции при синтезе пиримидинов:

Бета-метилкротоноил-КоА-карбоксилазы — фермента, участвующего в реакциях окислительного распада лейцина.

Метилмалонил-ЩУК-транскарбоксилазы — фермента, катализирующего реакцию транскарбоксилирования, а

именно, обратимое превращение пирувата и оксалацетата (другие транскарбоксилазные реакции также протекают с участием биотина):

ВРОЖДЕННЫЕ НАРУШЕНИЯ ОБМЕНА БИОТИНА, ГИПЕРВИТАМИНОЗ И ГИПОВИТАМИНОЗ ВИТАМИНА

H

Гиповитаминоз

Биотиновый гиповитаминоз проявляется дерматитом, жирной себореей, алопецией (очаговым облысением), сонливостью,

усталостью. Часто отмечаются боли в мышцах.

Врожденные нарушения обмена биотина

Наиболее часто встречаются нарушения, связанные с дефектом пропионил- КоА-карбоксилазы и p-метилкротоноил-КоА-

карбоксилазы.

При врожденном дефекте пропионил-КоА-карбоксилазы в первые недели жизни ребенка отмечается кетоацидоз, приступы которого провоцируются кормлением (белком пищи). Приступы сопровождаются частой рвотой, мышечной слабостью,

гипотонией, сонливостью, обезвоживанием организма и заканчиваются в большинстве случаев летальным исходом. При биохимическом исследовании в крови обнаруживается повышенная концентрация пропионовой кислоты, в моче выявляются длинноцепочечные кетоны. Избыточное накопление в тканях пропионовой кислоты приводит к тому, что она включается в биосинтез жирных кислот (вместо ацетил-КоА), при этом образуются аномальные жирные кислоты с нечетным числом