7.4. Водорастворимые витамины

Большинство водорастворимых витаминов и витаминоподобных веществ участвуют в образовании соответствующих коферментов, при­нимающих непосредственное участие в химических реакциях в ходе ме­таболизма веществ. Поскольку витамины этой группы в организме чело­века и животных не синтезируется (за исключениям некоторых), то не­достаточное содержание их в пище может привести к серьезным наруше­ниям обмена веществ.

Витамин B₁ (тиамин)

Химическая природа. Витамин В₁ был назван тиамином, так как наряду с аминогруппой он содержит атом серы:

Тиамин - бесцветное кристаллическое вещество, устойчивое к высоким температурам в кислой среде и быстро разрушающееся при на­гревании в нейтральной и щелочной среде. Поэтому при кулинарной об­работке пищи происходит полное или частичное разрушение витамина B₁. Тиамин легко всасывается в кишечнике, в тканях не накапливается, не обладает токсическими свойствами. Избыток В₂ выводится с мочой.

Биологическая роль. Витамин В, в виде тиаминпирофосфата:

является коферментом ряда ферментов и их комплексов, катализирую­щих промежуточный обмен в животных тканях.

Гиповитаминоз В₁. При недостаточности тиамина развивается заболевание "бери - бери", широко распространенное в ряде стран Азии и Индокитая, где основным продуктом питания является полированный рис, содержащий лишь следы тиамина. Специфические симптомы "бери -бери" связаны с нарушением функций пищеварительной, сердечно-сосу­дистой и нервной систем. Более вероятно, что эта болезнь есть следствие комбинированного авитаминоза B₁, В₂, В₅, B₆, С, РР, но основной дефицит при этом в организме витамина B₁. Со стороны пищеварительной системы это проявляется в резкой потере аппетита, снижении секреции желудоч­ного сока и соляной кислоты, атонии (моторная функция), диарее. Харак­терным признаком служит резкая атрофия мышечной ткани (мышечная слабость), снижение сократительной способности сердечной мышцы (та­хикардия и сердечная недостаточность) и гладких мышц (снижение тону­са гладких мышц кишечника). Со стороны нервной системы гиповитами­ноз B₁ проявляется в снижении периферической чувствительности, утрате некоторых периферических рефлексов, в сильных болях по ходу нервов, судорогах, в расстройстве высшей нервной деятельности (страх, сниже­ние интеллекта).

Распространение в природе и суточная потребность. Тиа­мином богаты хлеб грубого помола, горох, фасоль, зародыши семян зла­ков, меньше В₁ в картофеле, моркови, капусте. Из продуктов животного происхождения наиболее богаты тиамином печень, почки, мозги. Суточ­ная потребность в тиамине взрослого человека составляет 1-3 мг.

Витамин В₂ (рибофлавин)

Химическая природа. В основе молекулы рибофлавина лежит гетероциклическое соединение - изоаллоксазин (сочетание бензольного, пиразинового и пиримидинового оснований), к которому присоединен пятиатомный спирт рибит:

Витамин В₂ - оранжевое кристаллическое вещество, хорошо растворимо в воде и дает желто-зеленые флуоресцирующие растворы. Устойчив в кислых растворах, но легко разрушается в нейтральных и щелочных раство­рах при кипячении и под действием УФ - лучей.

Биологическая роль. Витамин В₂ легко окисляется и восста­навливается, что лежит в основе его биологического действия. Являясь частью флавиновых коферментов, он участвует в многочисленных реак­циях окисления веществ в клетках: перенос электронов и протонов в ды­хательной цепи, окисление пирувата, сукцината, α-кетоглутарата, α-глицерофосфата (обмен углеводов), жирных кислот (обмен липидов) в митохондриях и т.д.

Гиповитаминоз В₂ проявляется в снижении содержания коферментных форм его в тканях, что обнаруживается в виде следующих клинических симптомов. По­мимо похудания, остановки роста, выпадения волос, характерных и для других авитаминозов, специфическими для авитаминоза В₂ являются су­хость и воспаление слизистых губ, полости рта (язык), в углу рта и на губах трещины, повышено шелушение кожи (дерматиты). Очень харак­терны изменения со стороны глаз: кератиты - воспалительные процессы роговой оболочки и прорастание ее сосудами (васкуляризация), помутне­ние хрусталика (катаракта). Кроме того может развиваться мышечная слабость и слабость сердечной мышцы, что иногда приводит к коллапсу - параличу этой мышцы.

Распространение в природе и суточная потребность. Ис­точником рибофлавина для человека служат продукты питания и частич­но кишечные бактерии. Богаты витамином В₂ печень, почки, желток яиц, творог. В растительных продуктах (семена злаков, зеленые овощи, репа, яблоки, миндаль, овес, лук-порей и др.) его меньше. Избыток В₂ выводит­ся из организма через почки. Суточная потребность взрослого человека в нем 2-4 мг.

Витамин В₃ ( пантотеновая кислота )

Химическая природа. Пантотеновая кислота является комплексным со­единением β-аланина и α,γ-дигидрокси-β,β-диметилмасляной кислоты:

Витамин В₃ представляет собой вязкую светло - желтую жидкость, хоро­шо растворимую в воде; она малоустойчива и легко гидролизуется под действием кислот и щелочей.

Биологическая функция пантотеновой кислоты реализуется через кофермент А (КоА, коэнзим А), в состав которого она входит. Кофермент А - основной кофермент в клетках, катализирующий реакции ацилирования в процессе обмена углеводов, липидов, белков. Ниже представлена формула кофермента А:

Гиповитаминоз В₃ у человека не обнаружен. Его изучали на животных и людях-добровольцах путем введения антагонистов пантотеновой кислоты. Выявлено, что гиповитаминоз В₃ проявляется в развитии дерматитов, поражении слизистых оболочек, дегенеративных изменениях желез внутренней секреции (например, надпочечников) и нервной систе­мы (невриты, параличи), повреждениях сердца и почек, потере аппетита, истощении, выпадении (аллопеция) и поседении волос и др. Это много­образие клинических проявлений недостаточности В₃ свидетельствует о его очень важной роли в метаболизме веществ и увеличении продолжи­тельности жизни.

Распространение в природе и суточная потребность. Ис­точником В₃ для человека являются кишечные бактерии и продукты пи­тания. Пантотеновая кислота содержится во всех растительных, живот­ных и микробных объектах (отсюда ее название от греческого "пантотен" - повсюду). Для человека основные пищевые источники этого витамина: печень, желток яиц, дрожжи, зеленые части растений, кисломолочные продукты. Суточная потребность взрослого человека в витамине В₃ при­мерно 10 мг.

Витамин В₅

(РР, ниацин, никотинамид, никотиновая кислота )

Химическая природа. Никотиновая кислота (В5, РР) представ­ляет собой соединение пиридинового ряда, содержащее карбоксильную группу (никотинамид отличается наличием амидной группы):

Никотиновая кислота

Никотинамид

Витамин РР - белые игольчатые кристаллы, малорастворимые в воде (~1%), но хорошо растворимы в водных растворах щелочей, химически устойчив.

Биологическая роль. Витамин РР в форме коферментов (никотинамидадениндинуклеотида - НАД и никотинамидадениндинуклеотидфосфата - НАДФ) участвует в окислительно-восстановительных ре­акциях, катализируемых дегидрогеназами: окисление углеводов, жирных кислот, глицерина, аминокислот, реакции цикла Кребса, реакции дыха­тельной цепи (биологическое окисление). Кроме того, восстановленная форма НАДФ используется как донор водорода в синтетических (анабо­лизм) восстановительных реакциях (например, в синтезе жирных кислот, холестерина и других стероидов).

НАД состоит из двух частей, объединенных связью между остат­ками фосфорной кислоты. Одна часть представляет собой остаток нуклеотида (адениловой кислоты, см. главу 4). Другая - тоже нуклеотид, в котором в качестве азотистого основания - амид никотиновой кислоты (витамин В₅).

НАД - зависимые дегидрогеназы - катализируют реакции окис­ления веществ путем дегидрирования; при этом окисляемое вещество служит донором водорода (D • H₂), а НАД является акцептором водорода, т.е. восстанавливается. Остаток никотинамида в молекуле НАД принимает непосредственное участие в реакции:

Из двух атомов водорода (2 протона + 2 электрона), отщепляе­мых от субстрата, к НАД присоединяются один протон (второй переходит в среду) и два электрона, в результате чего утрачивается положительный заряд пиридинового цикла НАД. Поэтому в уравнениях реакций окислен­ный и восстановленный НАД изображаются по разному: НАД⁺ и НАД.Н+Н⁺ соответственно.

НАДФ отличается от НАД только наличием дополнительного фосфатного остатка в положении 2 молекулы рибозы в адениловой части молекулы. НАДФ - зависимые дегидрогеназы - катализируют такого же типа реакции, как и НАД - зависимые:

D•H₂ + НАДФ* ↔ НАДФ.Н + Н⁺ + D

Гиповитаминоз В₅(РР) приводит к заболеванию, называемому "пеллагрой". Как правило гиповитаминоз РР сопровождается гиповитаминозами В₂ и В₆, так как для синтеза никотиновой кислоты в организме из триптофана требуются коферменты рибофлавина и пиридоксина. Пелла­гра проявляется в виде дерматита на участках кожи, доступных действию солнечных лучей (фотодерматит), нарушением пищеварения (диарея, язвенная болезнь кишечника), нарушением функции периферических нервов (невриты), атрофией и болезненностью языка (трещины, вздутие) нарушением деятельности мозга (головные боли, психозы, депрессии, слабоумие). При тяжелых формах пеллагры наблюдаются кровоизлияния на протяжении всего желудочно-кишечного тракта.

Распространение в природе и суточная потребность. Как уже было сказано выше, витамин РР может синтезироваться в организме: из 60 молекул триптофана образуется одна молекула ниацина (РР). По­этому продукты, богатые триптофаном (например, молоко, яйца), могут устранять дефицит РР в организме. Основные пищевые источники ниаци­на для человека - животные (мясо, печень, почки), многие растительные (хлеб, картофель, крупы, грибы) и кисломолочные продукты. Молоко и яйца содержат следы ниацина. Суточная потребность в РР зависит от потребления триптофана. Она составляет для взрослого человека 15-25мг.

Витамин В₆ (пиридоксин)

Химическая природа. Термин "витамин В₆" применяется к трем производным 3-оксипиридина, обладающим витаминной активностью -пиридоксину (пиридоксол), пиридоксалю и пиридоксамину, имеющим следующее строение:

Пиридоксин

Пиридоксаль

Пиридоксамин

Витамин В₆ - белое кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде и этаноле. Водные растворы его устойчивы к кислотам и щелочам, но чувствительны к действию света, особенно при нейтральном рН сре­ды.

Биологическая роль. Все три формы витамина В₆ организме легко переходят в пиридоксальфосфат:

который входит в состав коферментов почти всех классов ферментов: оксидоредуктаз, трансфераз, гидролаз, лиаз и изомераз. К числу важ­нейших функций пиридоксальфосфата (в составе различных ферментов) можно отнести следующие: окисление (обезвреживание) биогенных ами­нов, взаимопревращение и катаболизм аминокислот (обмен белков), био­синтез гормонов в щитовидной железе и катаболизм их в перифериче­ских тканях, окисление (обезвреживание) γ-аминомасляной кислоты (ме­диатора торможения ЦНС), синтез ниацина из триптофана, образование биогенных аминов (тканевых и нервных медиаторов), биосинтез гемагемоглобина и миоглобина, биосинтез липидов; утилизация D-аминокислот, участие в гликогенолиэе и т.д. Таким образом, пищевой дефицит В₆ мо­жет привести к возникновению многочисленных нарушений в обмене ве­ществ.

Гиповитаминоз В₆ у человека встречается реже, чем у живот­ных. У детей пиридоксиновая недостаточность сопровождается повышен­ной возбудимостью ЦНС, периодическими судорогами, что связано, веро­ятно, с недостаточным образованием γ-аминомасляной кислоты - тормоз­ного медиатора нейронов мозга, с дерматитами. У взрослых людей могут возникать пеллагроподобные дерматиты, не излечиваемые ниацином, повышенная возбудимость нервной системы, нарушение кроветворения.

Распространение, в природе и суточная потребность. Ис­точником В₆ для человека служат кишечные бактерии и пища. В₆ широко распространен в растительных и животных продуктах. Он содержится в хлебе, горохе, фасоли, картофеле, мясе, почках, печени, кислом молоке, рыбе, капусте, моркови, зелени и др. Суточная потребность в витамине В₆ для взрослого человека 2-3 мг.

Витании В₉ (B_С, фолиевая кислота)

Химическая природа. Фолиевая кислота состоит из трех структурных единиц: остатка теридина (I), парааминобензойной (П ) и L - глутаминовой (III) кислот - и имеет следующую структуру:

B_С (В₉) - желтый кристаллический порошок без запаха и вкуса, ограниченно растворимый в воде, но хорошо растворимый в разбавлен­ном растворе спирта.

Биологическая роль. Фолиевая кислота в организме превра­щается в тепрагидрофолиевую кислоту (ТГФК):

которая выполняет коферментные функции, связанные с переносом одноуглеродных групп при биосинтезе метионина и тимина (перенос ме­тельной группы - СН₃ ), серина (перенос оксиметильной группы CH₃O-), при образовании пуриновых нуклеотидов (перенос формальной группы НСОО-) и так далее. Таким образом, B_С играет важную роль в процессах обмена нуклеиновых кислот и белков.

Гиповитаминоз В₉ (В_С) встречается очень редко и приводит к анемии. Причиной ее служит нарушение биосинтеза пуриновых основа­ний и дезокситимидинфосфата, что вызывает угнетение синтеза ДНК и деления (пролиферации) кроветворных клеток. При этой анемии наблю­дается снижение количества эритроцитов и гемоглобина в крови, а также лейкоцитов (лейкопения). Особенно важен В_С для бактерий, являясь их главным ростовым фактором. У человека гиповитаминоза В_С практически не бывает, так как этот витамин синтезируется микрофлорой кишечника и поступает с пищей.

Распространение в природе и суточная потребность. Фолиевая кислота широко распространена в природе. Ею богаты и расти­тельные (салат, капуста, томаты, земляника, шпинат), и животные (пе­чень, мясо, желток яиц, почки) продукты, а также дрожжи. Суточная по­требность в фолиевой кислоте взрослого человека - 200-400 мкг. У бере­менных потребность в ней возрастает в 2 раза.

Витамин В₁₂ ( кобадимим, цианокобаламин )

Химическая природа. В₁₂ - единственный витамин, содержа­щий в своей молекуле металл - кобальт. Молекула В₁₂ (представлена ни­же) имеет очень сложное строение: центральный атом Со(III) соединен координационными связями с атомами азота четырех восстановленных пиррольных колец, с атомом азота 5,6 - диметилбензимидазола и с циа­нид-ионом; ко второму атому азота бензимидазола присоединен нуклеотидный лиганд, содержащий рибозу и фосфатный остаток.

Биологическая роль. В₁₂ входит в состав коферментов, кото­рые участвуют в катализе различных реакций трансметилирования, дезаминирования, изомеризации. Кроме того, предполагают, что кобаламины облегчают депонирование и образование коферментных форм фолиевой кислоты и тем самым посредством коферментов фолиевой кислоты уча­ствуют в синтезе ДНК и пролиферации кроветворных клеток.

Гиповитаминоз В₁₂ приводит к анемии. Помимо этого возмож­ны расстройства деятельности нервной системы, резкое снижение ки­слотности желудочного сока. Для нормального всасывания B₁₂ в кишеч­нике желудочный сок должен содержать особый белок гастромукопротеин (названный внутренним фактором Касла), который связывает В₁₂ в сложный комплекс, и только в таком виде В₁₂ усваивается в кишечнике. Если нарушен синтез внутреннего фактора в слизистой оболочке желуд­ка, то наступает авитаминоз В₁₂ даже при достаточном поступлении его с пищей; в этом случае назначают инъекции В₁₂.

Распространение в природе и суточная потребность. Час­тично В₁₂ синтезируется кишечными бактериями. Это единственный вита­мин, синтез которого осуществляется исключительно микроорганизмами; ни растения, ни ткани животных этой способностью не обладают. Расти­тельные продукты бедны кобаламинами. Основные источники В₁₂ для человека - мясо, говяжья печень, почки, рыба, молоко, яйца. Главным местом накопления витамина В₁₂ в организме человека является печень, в которой содержится до нескольких миллиграммов витамина. Суточная потребность взрослого человека в витамине В₁₂ - 2,5-5 мкг. В медицин­ской практике применение кобаламинов целесообразно в сочетании с витамином В_С и железом, так как они необходимы для синтеза гемогло­бина.

Витамин В₁₂(кобаламин)

Витамин С (аскорбиновая кислота)

Химическая природа. По химической структуре аскорбиновая кислота представляет собой лактон кислоты со структурой, близкой структуре L - глюкозы.

Витамин С - бесцветные кристаллы кислого вкуса, хорошо рас­творимые в воде и хуже - в этаноле, нерастворимые в других органиче­ских растворителях. Аскорбиновая кислота легко разрушается в присут­ствии кислорода, этому способствуют ионы железа и меди. При кулинар­ной обработке продуктов, содержащих витамин С, он частично разрушаются. Биологическая роль витамина С связана с его участием в окислительно-восстановительных процессах. Аскорбиновая кислота образу редокс - пару с дегидроаскорбиновой кислотой:

L-аскорбиновая кислота

L-дегидроаскорбиновая кислота

Благодаря своим окислительно-восстановительным свойствам витамин С участвует в процессах превращения ароматических аминокислот с обра­зованием некоторых нейромедиаторов, в синтезе кортикостероидов, в процессах кроветворения и в образовании коллагена, являющегося глав­ным внеклеточным компонентом соединительной ткани.

Гиповитаминоз С приводит к заболеванию "цинга". Недостаток витамина С приводит к нарушению образования коллагена соединитель­ной ткани, постепенному разрушению её. В результате повышается про­ницаемость и ломкость капилляров и возникают подкожные кровоизлия­ния. На основе возникших биохимических нарушений развиваются внеш­ние проявления цинги: расшатывание и выпадение зубов, кровоточивость десен, отеки и боли в суставах, бледность кожных покровов, кровоизлия­ния, поражения костей.

Распространение в природе и суточная потребность. Све­жие фрукты и овощи являются основным источником витамина С для человека. Особенно богат им шиповник. Много аскорбиновой кислоты в салате, капусте, перце, хрене, укропе, цитрусовых, томатах, щавеле, кар­тофеле. Богаты витамином С - хвоя, листья березы, липы, черной сморо­дины, малины. Суточная потребность в витамине С для взрослого чело­века 100-120 мг.

Витамин Н ( биотин )

Химическая природа. Молекула биотина состоит из имидазолового и тиофенового колец, составляющих гетероциклическую часть молекулы, а боковая цепь представлена валериановой кислотой:

Биотин - бесцветные игольчатые кристаллы, хорошо раствори­мые в воде, ограниченно растворимы в спиртах и нерастворимы в других органических растворителях. Биотин устойчив к действию кислорода и серной кислоты, но разрушается под действием перекиси водорода, бро­ма, соляной и азотной кислот, щелочей.

Биологическая роль. Биотин в качестве кофермента входит в ферменты, катализирующие реакции карбоксилирования и транскарбоксилирования, имеющие важное значение при синтезе высших жирных кислот, белков, пуриновых нуклеотидов.

Гиповитаминоз Н у человека практически не выявлен. Недос­таточность его может возникать в случае употребления большого коли­чества сырых яиц или приема сульфаниламидных препаратов и антибио­тиков, подавляющих рост бактерий в кишечнике и тем самым снижающих синтез в организме биотина. Клинические симптомы гиповитаминоза: дерматиты, выпадение волос, усиление выделения жира сальными желе­зами кожи (себоррея), поражение ногтей, боли в мышцах, усталость, сонливость, депрессия, а также анемия.

Распространение в природе и суточная потребность. В основном потребность человека в биотине покрывается за счет его био­синтеза кишечными бактериями. Богаты биотипом горох, соя, цветная капуста, грибы, яичный желток, печень и т.д. Суточная потребность в биотине составляет около 150 - 200 мкг.

Витамин Р (рутин, витамин проницаемости)

Химическая природа. Известно более десятка веществ с Р-витаминной активностью, в основе всех их лежит скелет флавона. Вита­мин Р - это катехины, флавины, флавононы, изофлавоны и другие биофлавоноиды. Препараты биофлавоноидов - кристаллические вещества желтого или оранжевого цвета, плохо растворимые в воде, но хорошо растворимые в уксусной кислоте, спирте и разбавленных щелочных растворах. В качестве примера приводится структура рутина, выделенного из листьев гречихи:

Биологическая роль биофлавоноидов заключается в стабили­зации основного вещества соединительной ткани, причем их действие взаимосвязано с действием витамина С. Вероятно, витамины Р и С функ­ционируют в окислительно-восстановительных реакциях вместе, образуя единую систему, что косвенно подтверждается лечебным эффектом пре­парата аскорутина.

Гиповитаминоз Р проявляется симптомами повышенной лом­кости и проницаемости капилляров, точечными кровоизлияниями и кро­воточивостью десен. Поэтому витамин Р называют капилляроукрепляющим и витамином проницаемости.

Распространение в природе и суточная потребность. Р-витаминными веществами богаты свежие фрукты и ягоды, особенно чер­ноплодная рябина, черная смородина, яблоки, виноград, лимон, а также листья чая и плоды шиповника. Суточная потребность 25 -50 мг.