Тема 6: «Витамины. Витамины, биологическое значение. Классификация. Водо- и жирорастворимые витамины».

Витамины—это низкомолекулярные органические соединения, являющиеся обязательным компонентом пищи. Они не синтезируются в животном организме. Основным источником для организма человека и животных является растительная пища.

Витамины являются биологически активными веществами. Их отсутствие или недостаток в пище сопровождается резким нарушением процессов жизнедеятельности, приводящим к возникновению тяжелых болезней. Необходимость в витаминах обусловлена тем, что многие из них являются составными частями ферментов и коферментов.

По своему химическому строению витамины весьма разнообразны. Их делят на две группы: водорастворимые и жирорастворимые.

Основываясь на этих результатах, польский ученый К.Функ изучал химические компоненты поверхностных слоев риса и в 1911 году выделил из рисовых отрубей соединение, содержащее аминогруппу. Это соединение необходимо для нормальной жизнедеятельности и назвал его амином жизни, т.е. витамином (vita- жизнь). В дальнейшем выяснилось, что многие витамины не содержат аминогруппу, но термин «витамины» сохранилсяВитамины являются незаменимыми компонентами пищи. Некоторые витамины синтезируются микрофлорой кишечника. От других химических компонентов пищи витамины отличаются по следующим признакам:

- не выполняют пластической функции, т.е. не включаются в структурные компоненты клетки (мембраны, митохондрии, ядро, лизосомы и т.д.).

- не играют энергетической роли, не используются как источник энергии.

- не синтезируются или синтезируются в ограниченных количествах.

- выполняют специфические функции, которые не заменяются другими соединениями.

- дефицит витаминов приводит к появлению специфических нарушений обмена веществ, с характерными клиническими проявлениями.

- суточная потребность витаминов невысокая, она измеряется в мг или мкг.

По некоторым признакам близки к витаминам витаминоподобные соединения, но они синтезируются в организме, хотя часто возникает их дефицит.

Классификация витаминов:

Все витамины разделяют по растворимости на две группы: жирорастворимые – А, Д, Е, К и водорастворимые – С, Р, В₁, В₂, РР, (В₃) В₅, В₆, В₉₍₁₀₎, В₁₂, Н. Отдельную группу составляют витаминоподобные вещества – холин, инозит, липоевая кислота, прааминобензойная кислота (ПАБК), убихинон (КоQ), пангамовая кислота и т.д.

Номенклатура витаминов. Общепринято буквенное обозначение витаминов (А, D, Е, К, С, Р, В₁ и т.д.). Однако появились различные обозначения, индексы у одного и того же витамина, с одной и той же химической структурой. Так витамин РР – никотиновую кислоту одни авторы обозначают - В₉, другие – В₁₀, а третьи - В_С. Поэтому более точное обозначение витамина - это его химическое название: витамин А –ретинол, витамин С – аскорбиновая кислота, витамин РР – никотинамид или никотиновая кислота и т.д.

Кроме того, в медицине часто используются клинические названия витаминов, которые включают название характерного клинического проявления авитаминоза с приставкой – анти. Например, витамин А имеет химическое название ретинол и клиническое название – антиксерофтальмический витамин, витамин D носит клиническое название – антирахитный, витамин В₁₂ – антианемический витамин и т.д.

Роль витаминов в обмене веществ.

Витамины необходимы для нормального протекания различных биохимических и физиологических процессов.

1. Многие витамины являются предшественниками коферментов. Эту роль выполняют почти все водорастворимые витамины:

- витамин В₁ (Тимин) входит в состав ТДФ (тиаминдифосфата) кофермента декарбоксилаз альфа-кетокислот.

- витамин В₂ (рибофлавин) является компонентом ФМН (флавинмононуклеотида) и ФАД (флавинадениндинуклеотида) кофермента аминотрансфераз и декарбоксилаз аминокислот и т.д.

2. Некоторые витамины являются сильными антиоксидантами, препятствуют активации свободнорадикальных процессов (витамины Е, А – жирорастворимые антиоксиданты, витамины С и Р – водорастворимые антиоксиданты).

3. Производные жирорастворимых витаминов А и Д являются сигнальными молекулами, так как действуют через рецепторы. Витамин А (ретинол) превращается в организме в сигнальную молекулу - ретиноевую кислоту,а витамин Д (холекальциферол) - в гормон кальцитриол.

4.Некоторые витамины (аскорбиновая кислота) участвуют в образовании сигнальных молекул – нейромедиаторов и гормонов.

5.Отдельные витамины (В_С, В₁₂) участвуют в синтезе незаменимых аминокислот (метионина).

Так как витамины участвуют в определенных биохимических процессах и выполняют специфические функции, то их дефицит в организме приводит к развитию патологических состояний с характерными клиническими проявлениями. Патологические состояния обусловленные изменением уровня витаминов в организме называют авитаминозами, гиповитаминозами, полигиповитаминозами и гипервитаминозами.

Авитаминоз – это патологическое состояние, вызванное отсутствием витамина в организме.

Гиповитаминоз – патологическое состояние, вызванное недостатком витамина в организме.

Чаще встречаются состояния, обусловленные дефицитом не одного, а нескольких витаминов в организме. Такие состояния называются полигиповитаминозы.

Избыточное поступление витаминов и их накопление в организме может привести к развитию гипервитаминоза.

Водорастворимые витамины легко выводятся с мочой и возможен небольшой их резерв в организме. Если витамин В₁₂ задерживается на несколько лет, витамин С на несколько месяцев. В отличие от водорастворимых витаминов, жирорастворимые витамины могут накапливаться в организме и их избыток может привести к развитию гипервитаминоза.

Однако помимо перечисленных патологических состояний чаще встречается состояние предболезни. Это состояние называется недостаточная витаминная обеспеченность, при котором отсутствуют характерные клинические проявления, но наблюдается снижение работоспособности, повышенная утомляемость, сонливость, увеличение частоты и длительности заболевания.

Причины развития гиповитаминозов могут быть различны. Выделяют первичные, вторичные и врожденные причины:

1. Первичная – недостаточное поступление витаминов с пищей

2. Вторичные причины –

– снижение аппетита

– повышенный расход витаминов (стресс, инфекции, физические нагрузки и т.д.)

– нарушение всасывания и утилизации витаминов (заболевания желчевыводящих путей и печени, энтероколиты и др.)

–использование антибактериальных препаратов (антибиотиков, сульфаниламидов) приводит к гибели кишечной микрофлоры, синтезирующей некоторые витамины

– применение структурных аналогов витаминов, - антивитаминов и лекарственных средств ингибирующих метаболизм витаминов (аспирин препятствует действию фолиевой кислоты, аминазин тормозит включение В₂ в структуру ФАД, противотуберкулезные препараты связывают активную форму витамина В₆ – ПФ).

3. Врожденные дефекты ферментов, участвующих в превращениях витаминов.

Значительно чаще гиповитаминозов и авитаминозов встречаются состояния недостаточной витаминной обеспеченности без характерных клинических проявлений. По данным НИИ питания, у 80-90% населения обнаруживается дефицит аскорбиновой кислоты, у 40-60% - недостаток витаминов В₁, В₂, В₆, фолиевой кислоты, каротина. Характеризуя состояние витаминной обеспеченности в настоящее время, можно выделить следующие особенности:

1 – чаще возникает, дефицит не одного, а нескольких витаминов (полигиповитаминозы).

2 – недостаточность витаминов возникает не только зимой и ранней весной, а в течение всего года, постоянно.

3-массовое распространения дефицитов витаминов во все периоды жизни.

Недостаточное потребление витаминов снижает физическую и умственную работоспособность на 15-20%,повышает частоту и длительность заболеваний на 25-40%, увеличивает риск сердечно-сосудистых заболеваний и онкологических заболеваний. Дефицит антиоксидантов (витаминов Е, А, С) является фактором риска онкологических заболеваний, развития атеросклероза. Аскорбиновая кислота необходима для гидрогенизирования холестерина и его превращения в желчные кислоты, она препятствует образованию из нитратов в желудочно-кишечном тракте канцерогенов-нитрозаминов.

ВОДОРАСТВОРИМЫЕ ВИТАМИНЫ

1. Витамин B₁ (тиамин, аневрин). Его химическая структура характеризуется наличием аминной группы и атома серы. Наличие спиртовой группы в витамине B₁ дает возможность образовывать с кислотами сложные эфиры. Соединяясь с двумя молекулами фосфорной кислоты, тиамин образует сложный эфир тиаминдифосфат, который является коферментной формой витамина. Тиаминдифосфат является коферментом декарбоксилаз, катализирующих декарбоксилирование a-кетокислот. При отсутствии или недостаточном поступлении в организм витамина B₁ становится невозможным осуществление углеводного обмена. Нарушения происходят на стадии утилизации пировиноградной и a-кетоглютаровой кислот.

2. Витамин В₂ (рибофлавин). Этот витамин является метилиро-ванным производным изоаллоксазина, связанного с 5-атомным спиртом рибитолом.

В организме рибофлавин в виде сложного эфира с фосфорной кислотой входит в состав простетической группы флавиновых ферментов (ФМН, ФАД), катализирующих процессы биологического окисления, обеспечивая перенос водорода в дыхательной цепи, а также реакции синтеза и распада жирных кислот.

3. Витамин В₃ (пантотеновая кислота). Пантотеновая кислота построена из b-аланина и диоксидиметилмасляной кислоты, соединенных пептидной связью. Биологическое значение пантотеновой кислоты состоит в том, что она входит в состав кофермента А, играющего огромную роль в обмене углеводов, жиров и белков.

4. Витамин B₆ (пиридоксин). По химической природе витамин B₆ является производным пиридина. Фосфорилированное произ-водное пиридоксина является коферментом ферментов, катализирующих реакции обмена аминокислот.

5. Витамин B₁₂ (кобаламин). Химическая структура витамина отличается большой сложностью. В его состав, входит, четыре пиррольных кольца. В центре находится атом кобальта, связанный с азотом пиррольных колец.

Витамину B₁₂ принадлежит большая роль в переносе метильных групп, а также синтезе нуклеиновых кислот.

6. Витамин РР (никотиновая кислота и ее амид). Никотиновая кислота представляет собой производное пиридина.

Амид никотиновой кислоты является составной частью коферментов НАД+и НАДФ + , входящих в состав дегидрогеназ.

7. Фолиевая кислота (Витамин В_с ). Выделена из листьев шпината (латинское folium -лист). В состав фолиевой кислоты входит пара-аминобензойная кислота и глютаминовая кислота. Фолиевой кислоте принадлежит важная роль в обмене нуклеиновых кислот и синтезе белка.

8. Пара-аминобензойная кислота. Ей принадлежит большая роль в синтезе фолиевой кислоты.

9. Биотин (витамин Н). Биотин входит в состав фермента, катализирующего процесс карбоксилирования (присоединения CO₂ к углеродной цепи). Биотин необходим для синтеза жирных кислот и пуринов.

10. Витамин С (аскорбиновая кислота). По химической структуре аскорбиновая кислота близка к гексозам. Особенностью этого соединения является его способность к обратимому окислению с образованием дегидроаскорбиновой кислоты. Оба эти соединения обладают витаминной активностью. Аскорбиновая кислота принимает участие в окислительно-восстановительных процессах организма, предохраняет от окисления SH-группы ферментов, обладает способностью обезвоживать токсины.

ЖИРОРАСТВОРИМЫЕ ВИТАМИНЫ

К этой группе относятся витамины групп А, Д, Е, К- и др.

1. Витамины группы А. Витамин A₁ (ретинол, антиксерофтальмический) по своей химической природе близок к каротинам. Представляет собой циклический одноатомный спирт.

2. Витамины группы Д (антирахитический витамин). По своей химической структуре витамины группы Д близки к стеринам. Витамин Д₂ образуется из эргостерина дрожжей, а Д₃ - из 7-де-гидрохолестерина в животных тканях под влиянием ультрафиолетового облучения .

3. Витамины группы Е (a, b, g-токоферолы). Основные изменения при авитаминозе Е происходят в половой системе (потеря способности к вынашиванию плода, дегенеративные изменения сперматозоидов). Вместе с этим недостаточность витамина Е вызывает поражение самых разнообразных тканей.

4. Витамины группы К. По своему химическому строению витамины этой группы (K₁ и К₂) относятся к нафтохинонам. Характерным признаком авитаминоза К является возникновение подкожных, внутримышечных и других кровоизлияний и нарушение свертывания крови. Причиной этого является нарушение синтеза белка протромбина-компонента системы свертывания крови.

Различают также структуроразличные антивитамины, которые способны связывать витамины, лишая их витаминной активности.

В организме пептиды образуются либо в процессе синтеза из аминокислот, либо при гидролизе (расщеплении) белковых молекул.

На сегодня установлены физиологическое значение и функциональная роль наиболее распространенных групп пептидов, от которых зависят здоровье человека, органолептические и санитарно-гигиенические свойства пищевых продуктов.

Пептиды-буферы. В мышцах животных и человека обнаружены дипептиды, выполняющие буферные функции, то есть поддерживающие постоянный уровень рН.

Пептиды-гормоны. Гормоны – вещества органической природы, вырабатываемые клетками желез, регулируют деятельность отдельных органов, желез и организма в целом: сокращение гладкой мускулатуры организма и секреции молока молочными железами, регуляция деятельности щитовидной железы, активности роста организма, образования пигментов, обуславливающих цвет глаз, кожи, волос.

Нейропептиды. Это две группы пептидов (эндорфины и энкефалины), содержащихся в мозге человека и животных. Они определяют реакции поведения (боязнь, страх), влияют на процессы запоминания, обучения, регулируют сон, снимают боль.

Вазоактивные пептиды синтезируются из белков пищи в результате, они оказывают влияние на тонус сосудов.

Пептидные токсины представляют собой группу токсинов, вырабатываемых мироорганизмами, ядовитыми грибами, пчёлами, змеями, морскими моллюсками и скорпионами. Для пищевой промышленности они нежелательны. Наибольшую опасность представляют токсины микроорганизмов (золотистый стафилококк, бактерии ботулизма, сальмонеллы), в том числе грибков, которые развиваются в сырье, полуфабрикатах и готовых пищевых продуктах.

Пептиды-антибиотики. Представители данной группы пептидов бактериального или грибкового происхождения используется в борьбе с инфекционными заболеваниями, вызываемыми стрептококками, пневмококками, стафилококками и др. микроорганизмами.

Вкусовые пептиды – прежде всего это соединения со сладким или горьким вкусом. Пептиды горького вкуса образуются в молодых ещё незрелых ферментативных сырах. Пептиды со сладким вкусом (аспартам) используются в качестве заменителя сахара.