КНОРРЕ_3227
.pdf400 Глава 18. Витамины
клеточную мембрану без энергетических затрат, в клетке же она быстро вос станавливается в аскорбиновую кислоту. Поэтому есть основания считать, что транспортной формой витамина С является дегидроаскорбиновая кислота.
Наличие витамина С в продуктах питания необходимо для человека и жи вотных из отряда приматов, морской свинки и некоторых других. У предста вителей этих видов отсутствуют ферменты глюкуроноксидаза и гулоноксидаза, катализирующие биосинтез аскорбиновой кислоты из углеводов. Осталь ные животные и, вероятно, все растения могут синтезировать ее из глюкозы.
Витамин С - один из наиболее широко распространенных в природе ви таминов. Главным его источником являются свежие овощи и фрукты, но до вольно много его и в животных тканях. Суточная потребность в витамине С составляет 75 мг, однако некоторые исследователи (например, дважды Нобе левский лауреат Лайнус Полинг) склонны считать, что желательны сущест венно большие дозы вплоть до 1-1,8 г ежедневно.
В медицине аскорбиновая кислота применяется не только для лечения цинги, но и при геморрагических диатезах, кровотечениях, ряде инфекцион ных и иммунных заболеваний, для нормализации липидного обмена при ате росклерозе, усиленном физическом и умственном напряжении, простуде, а также при химиотерапии рака.
§ 18.5. Жирорастворимые витамины
Большая группа витаминов представлена жирорастворимыми вещества ми. К ним относятся витамины A, D, Е и К, представляющие собой масляни стые, плохо растворимые в воде вещества. В их основе лежат остатки пятиуг леродного углеводорода изопрена:
С Н 2=С (С Н 3)-С Н =С Н 2
Жирорастворимые витамины могут запасаться в организме в больших ко личествах, поэтому их отсутствие в пище не проявляется на физиологическом уровне в течение достаточно долгого времени.
Витамин А {ретинол, аксерофтол, антиксерофталъмический фактор)
известен в трех формах: витамин Аь выделяемый из печени морских рыб; Аг, выделяемый из печени пресноводных рыб, и 11-г/иоизомер витамина Ai (не овитамин А). По химическому строению они представляют собой шести членные ненасыщенные циклы, связанные с углеводородным радикалом, по строенным из нескольких изопреновых единиц:
§ 18.5. Жирорастворимые витамины |
403 |
Предшественником витамина D3 (холекальциферола) является 7- дегидрохолестерин, при УФ-облучении которого образуется витамин D3:
7-Дегидрохолестерин присутствует в коже человека, и для его превраще ния в витамин D3 достаточно солнечного облучения, так что суточная потреб ность в витамине D взрослого человека (7-12 мкг) легко удовлетворяется. Сле дует отметить, что дозы витамина D свыше 1,5 мг в день крайне токсичны.
Витамины D являются предшественниками стероидных гормонов: 1а-
гидроксихолекальциферола, \а,25-дигидроксихолекалъциферола и других, ко торые образуются при гидроксилировании витаминов в печени и почках жи вотных и человека. Эти гормоны регулируют всасывание Са2+ в кишечнике, гомеостаз Са2+ в крови, обмен кальция и фосфата, приводящий к построению нормальной костной и отчасти мышечной ткани.
Суточная потребность в витамине D для детей составляет 10-25 мкг в за висимости от возраста, физиологического состояния и соотношения солей фосфора и кальция в рационе. При гипоили авитаминозе D у детей развива ется рахит, проявляющийся в размягчении и деформации костей из-за недос таточности в них кальция. Заболевание связано не с нехваткой кальция в пи ще, а с недостатком гормонов. На ранних стадиях болезни лечение витами ном D может исправить деформацию, однако на более поздних стадиях она становится необратимой. При недостаточном воздействии солнечных лучей на кожу необходимо поступление витамина D с жиром печени рыб, где его содержится больше всего, или со сливочным маслом, молоком, яйцами.
Исследование процесса размножения животных привело к открытию ви тамина Е, или а-токоферола. Молекула витамина состоит из ароматического кольца и длинной изопреноидной боковой цепи:
404 |
Глава 18. Витамины |
На сегодняшний день выделено из растительных масел, а также синтези ровано химическим путем 7 различных токоферолов, отличающихся друг от друга числом и расположением метальных групп в бензольном кольце, но все они проявляют значительно меньшую биологическую активность, чем а- токоферол. Токоферолы синтезируются только в растениях. Они содержатся главным образом в зернах пшеницы и риса, маслах (подсолнечном, кукуруз ном и др.), в зеленых растениях (салат, шпинат). У животных недостаток ви тамина Е приводит к бесплодию, поражению миокарда и других мышечных тканей, сосудистой и нервной систем. Рекомендуемая ежедневная доза а- токоферола для человека - 10-30 мг. Важнейшей установленной функцией ви тамина Е является защита полиненасыщенных жирных кислот в липидах мем бран от окисления кислородом, которая происходит благодаря способности фенольного гидроксила восстанавливать образующийся пероксидный радикал.
Витамины К - это большая группа витаминов коагуляции или антигеморрагических витаминов (геморрагия - заболевание, связанное с низкой скоростью свертывания крови). К витаминам К относятся соединения струк туры 1,4-нафтохинона с изопреноидными боковыми цепями различной дли ны в положении 3 кольца. Витамин Кь или фитохинон - это производное 2- метил-1,4-нафтохинона, содержащее в положении 3 20-углеродный фитиль ный радикал:
О
С Н 3
С Н 2 - С Н = С - ( С Н 2 ) з - С Н - ( С Н 2 ) з - ( ^ Н - ( С Н 2 ) з - С Н - С Н з
снэ сн3 сн3 сн3
Витамин К, (филлохинон)
Группа витаминов Кг (менахиноны) представляет собой ту же структуру, но содержит боковую цепь длиной от 4 до 9 изопреновых единиц.
Кроме природных витаминов К] и К2, получено большое число их синте тических аналогов, часто обладающих более высокой биологической актив ностью. К их числу относится витамин Кз, который вообще лишен боковой цепи:
§ 18.5. Жирорастворимые витамины |
405 |
Витамин Кз является промежуточным продуктом метаболизма остальных витаминов К.
В процессе свертывания крови важную роль играет карбоксширование остатков глутамата белка тромбина, ответственного за образование тромба. Реакция катализируется филлохиноном и проходит по механизму, представ ленному на схеме ниже.
R = Н3С - С Н = С - (СН2)3— СН - |
(СН2) — СН - |
(СН2) — СН - с н 3 |
|
PH |
I |
I |
I |
3 |
СН3 |
СН3 |
с н 3 |
В реакции участвует 0 2, по-видимому, служащий источником образова ния ОН', который, образуясь вблизи у-С-Н-связи, облегчает отрыв протона, необходимый для присоединения молекулы СОг.
Витамины группы К необходимы человеку прежде всего для нормализа ции или ускорения процесса свертываемости крови. Они участвуют в реак ции карбоксилирования остатков глутамата белка плазмы крови протромби на с образованием у-карбоксиглутамата,
-NH-CH-CO- |
HCOj |
-NH-CH-CO- |
сн2сн2соо' |
|
сн^нсоо' |
|
|
coo* |
который лучше, чем сам глутамат, связывает ионы Са2+
Это способствует активации протромбина и отщеплению его N-концевого фрагмента, содержащего Са2+-связывающие участки, с образованием белка тромбина. Тромбин является ферментом, превращающим фибриноген в фиб рин - нерастворимый волокнистый белок, способствующий формированию кровяного сгустка.
Витаминами К богаты растительные продукты, особенно зеленые части растений. Для человека потребность в нем определяется величиной порядка
406 |
Глава 18. Витамины |
2 мг в сутки, |
он синтезируется микрофлорой кишечника. Гиповитаминоз |
К обычно бывает только у новорожденных, у взрослых людей он может бьгть обусловлен либо дисбактериозом, вызванным применением антибиотиков и сульфамидных препаратов, либо плохим всасыванием из-за недостаточной выработки его эмульгатора - желчи. Витамин К дают новорожденным, а так же больным до и после операций на печени или желчном пузыре для поддер жания нормального уровня протромбина в крови. Очень большие дозы вита мина К токсичны.
§ 18.6. Витаминоподобные вещества
Нередко к витаминам относят соединения, которые не подпадают под данное в начале раздела определение, поскольку иногда они должны присут ствовать в пище в больших, а не в микроколичествах, и принимают непо средственное участие в процессах метаболизма или в формировании клеточ ных структур. Некоторые из них могут синтезироваться в организме, но не всегда количество их достаточно. Такие вещества называют витаминоподоб
ными.
Под названием витамин F условно объединяются ненасыщенные кисло ты: олеиновая, линолевая, линоленовая и арахидоновая (см. табл. 20 в § 14.1). Люди должны получать их с пищей, поскольку у млекопитающих нет фер ментов, способных катализировать образование двойной связи между девя тым и десятым атомами углерода. Основным их источником являются расти тельные масла, рыба, птица.
Важными витаминоподобными соединениями являются коферменты Q, или убихиноны, называемые также витаминами Q (Qe-Qio, цифровой индекс означает количество изопреноидных звеньев в боковой цепи).
Коферменты Q могут находиться в окисленной и восстановленной форме, благодаря чему они участвуют в окислительно-восстановительных реакциях, в том числе в цепи переноса электронов.
О |
ОН |
п = 6 -10
CoQ |
CoQH2 |
408 |
Глава 18. Витамины |
ОН
ОН О
ОН |
Н О " ^ ^ 4 ' |
Катехин
Они используются при лечении поражений кровеносных сосудов, диате зов, гипертонии, кори, скарлатины, сыпного тифа и т. д.
Из приведенных, далеко не исчерпывающих данных о функциях витами нов видно, что они играют исключительно важную роль в жизнедеятельности животных организмов. Открытие витаминов и введение их в медицинскую практику является одной из важнейших вех в становлении современной ме дицины.
Глава 19. Антибиотики
§ 19.1. Общие представления об антибиотиках. Принципы их классификации
Антибиотиками называют природные вещества, выделяемые из ряда низших организмов, которые, не обладая токсичностью к их продуцентам,
вмалых концентрациях избирательно подавляют рост и размножение опре деленных групп микроорганизмов, а значит, обладают способностью подав лять патогенные микроорганизмы, являющиеся возбудителями различных заболеваний. Первый антибиотик - пенициллин - был открыт в 1928 году А. Флемингом (A. Fleming, Нобелевская премия по физиологии и медицине, 1945 г.). Флеминг показал, что один из штаммов гриба Penicillium notatum, попавший в культуру стафилококков, вызывает их лизис. Позднее были об наружены штаммы, в 1000 раз более производительные, например, штамм P. Chrysogenum, с которым еще во время войны работала советский микро биолог Зинаида Виссарионовна Ермольева (1898 - 1974). Применение пени циллина во время Второй мировой войны для борьбы с сепсисом сохранило жизнь тысячам раненых и ознаменовало начало новой эры в развитии меди цины. В 1945 г. были установлены структуры бензилпенициллина и ряда дру гих антибиотиков этой группы.
Огромные успехи в лечении гнойных заболеваний индуцировали актив ный поиск новых антибиотиков. В настоящее время выявлено множество ан тибиотиков, установлена их структура и создано большое число производ ных, обладающих таким же или даже более эффективным биологическим действием.
Пенициллин, полученные на его основе производные и целый ряд других антибиотиков подавляют размножение микроорганизмов, нарушая процессы образования клеточной стенки или функционирования мембран. Эту группу антибиотиков используют для борьбы с многочисленными бактериальными инфекциями (§§ 19.2, 19.3).
По различию мишеней, на которые действуют бактерицидные антибиоти ки, их разделяют на грамположительные и грамотрицательные. Классифи кация микроорганизмов по этому признаку был введена еще в конце XIX ве ка датским биологом Грамом, и эти группы отличаются способностью окра шиваться анилиновыми красителями. Эти две группы бактерий отличаются
впервую очередь толщиной клеточной стенки. У грамотрицательных микро организмов клеточная стенка состоит из 1-2 слоев пептидогликана, который составляет порядка 10 % объема клеточной стенки. Однако у них имеется еще дополнительная внешняя мембрана. У грамположительных микроорга-