Общая характеристика витаминов

Витамины (от латинского vita – жизнь) – органические вещества различной химической структуры, образующиеся в организме животных и человека или поступающие с пищей в незначительных количествах и необходимые для нормального обмена веществ и жизнедеятельности. Витамины регулируют клеточные функции и биохимические процессы подобно катализаторам или ферментам, обеспечивая правильное использование питательных веществ. Витамины по сравнению с основными веществами (белки, углеводы, жиры) требуются организму в ничтожно малых количествах. Вместе с гормонами и ферментами они образуют единое физиологическое целое – группу биокатализаторов и играют огромную роль в процессах обмена в организме. Они принимают участие в клеточном дыхании, влияют на функции нервной системы, эндокринных желез, усиливают иммунобиологические процессы, повышают устойчивость организма к функциональным заболеваниям, оказывают противовоспалительное действие, способствуют дезинтоксикации организма, участвуют в механизме зрения.

В настоящее время известно около 30 витаминов, из которых 20 поступают в организм с растительной и животной пищей. В растениях витамины находятся в определенных соотношениях с другими биологически активными веществами и микроэлементами.

Большинство витаминов поступает в человеческий организм в готовом виде. Однако некоторые из них поступают из растений в форме провитаминов – соединений, близких по химической структуре к соответствующим витаминам, являясь их предшественниками. Основными провитаминами являются каротиноиды – предшественники витаминов группы А и ряд природных стеринов (эргостерол), являющихся предшественниками витаминов группы Д.

Отсутствие или недостаток в пище витаминов приводит к глубоким нарушениям обмена веществ и, в конечном счете, к заболеваниям, получившим название авитаминозов (отсутствие) и гипоавитаминозов (недостаток) витаминов. В зависимости от недостатка того или иного витамина возникают различные авитаминозы и довольно часто тяжелые заболевания, такие как: цинга, рахит, куриная слепота, полиневрит (множественное воспаление нервов).

Витамины входят в состав ферментов. Поэтому недостаток некоторых витаминов приводит к тому, что определенные ферменты перестают синтезироваться в организме, выключаются некоторые химические реакции, и обмен веществ дезорганизуется.

Первые исследования витаминов связаны с именем русского врача Н.И. Лунина, который в 1880 г. показал в опытах на животных, что, помимо белков, жиров, углеводов и солей, организму необходимы также минимальные количества каких-то других веществ.

В 1912 г. польский ученый К. Функ предложил термин «витамины», что означало «амины, необходимые для жизни». Этот термин сохранился до настоящего времени, но он не отражает химической сущности данной группы веществ.

Витамины, оказывая существенное влияние на функции растительного организма, сами находятся в большой зависимости от его жизнедеятельности и факторов внешней среды (свет, температура, влага и т.д.). Условия жизни растения, влияющие на обмен в целом, влияют и на образование и накопление витаминов.

Основными факторами, влияющими на содержание витаминов в растении, являются температура, вода, свет и минеральное питание.

Как правило, для нормального образования витаминов необходима повышенная температура (20-30°С). Лишь образование аскорбиновой кислоты лучше протекает при пониженных температурах. Даже при температуре ниже 0°С плоды и корнеплоды самостоятельно синтезируют витамин С.

Нормальное минеральное питание – одно из важнейших условий образования витаминов. Эта роль обусловлена непосредственным участием некоторых элементов (S,N,Co) в построении молекул витаминов и активированием ими ферментных систем (Mg, Р, Mn и Zn), осуществляющих биосинтез витаминов.

Исследования содержания отдельных витаминов по фазам вегетации позволяют сделать вывод, что содержание каротина, аскорбиновой кислоты, рутина (витамин Р), пантотеновой кислоты и др. по мере роста растений увеличивается, а в период цветения и плодообразования их концентрация в листьях резко падает. Это снижение содержания витаминов возможно объясняется усиленным расходом их на процессы генеративного развития растений, обусловленного качественно новым типом обмена веществ.

Классификация

С момента открытия первых витаминов и до настоящего времени используется буквенная классификация. Сущность буквенной классификации заключается в присвоении вновь открываемому витамину обозначения буквой латинского алфавита (А, В, С, Д). В дальнейшем в связи с открытием все новых и новых витаминов в каждой группе буквенные обозначения пришлось расширить путем присоединения цифр. Например, появились витамины группы В с обозначением от В₁ до В₁₅ . Естественно, что это создает определенные неудобства в использовании буквенной классификации.

Врачи и фармакологи пользуются фармакологической класси­фикацией, выделяя в отдельные группы витамины по характеру действия (см. М.Д. Машковский «Лекарственные средства»).

Следует отметить и классификацию, в основу которой было положено такое свойство, как растворимость. Все витамины по этой классификации подразделяются на водорастворимые и жирорастворимые. Хотя эта классификация и нашла свое отражение в фармакогнозии, она также не отражает ни химической структуры, ни биологического действия. После создания различных производных витаминов эта классификация утратила свое значение, т.к. путем введения липофильных или липофобных групп в молекулы водорастворимые витамины могут превращаться в жирорастворимые и наоборот.

Наиболее рациональной для фармацевтов является классификация витаминов по их химической структуре.

На основании химической классификации витамины можно разделить на следующие группы:

Витамины алифатического (ациклического) ряда – аскорбиновая кислота; В₃ (пантотеновая кислота); В₄ (холин); витамин U и др. Из перечисленных витаминов для нас имеет значение лишь аскорбиновая кислота (витамин С), имеющая растительные природные источники с высоким содержанием. Остальные витамины, указанные выше, получают синтетическим путем и рассматривают в курсе фармацевтической химии.

АСКОРБИНОВАЯ КИСЛОТА

2. Витамины алициклического ряда (ретинолы) – витамины А, Д и др.

ВИТАМИН А (ретинол)

Витамины ароматического ряда (производные нафтохинона) – витамины группы К. Филлохинон – витамин К₁, в положении С₃ цепь из 20 углеродных атомов. Менахинон – витамин К₂, в положении С₃ цепь из 4-9 углеродных атомов

ОБЩАЯ ФОРМУЛА

4. Витамины гетероциклического ряда (токоферолы) -витамин Е; флавоноиды – витамины группы Р (рутин, кверцетин), В₁, В₂, В₆, В₁₂.

КВЕРЦЕТИН

Физико-химические свойства

Физико-химические свойства витаминов варьируют в широких пределах:

Аскорбиновая кислота – белый кристаллический порошок кислого вкуса, легко растворимый в воде, спиртах, нерастворим в неполярных органических растворителях, таких как эфир, хлороформ, бензол. Легко окисляется, превращаясь в дегидроаскорбиновую кислоту.

Каротиноиды – кристаллические вещества или масла от ярко-красного до желтого цветов. Хорошо растворимы в неполярных органических растворителях (хлороформ, бензол, петролейный эфир), спиртах, ацетоне.

Флавоноиды являются кристаллическими веществами, бесцветные или окрашенные, подвергаются кислотному и ферментативному гидролизу. Растворимость агликонов и гликозидов различна.

Витамины группы Е – токоферолы. По химическому строению представляют собой производные хромана (бензо-γ-дигидропропана).

Токоферолы хорошо растворимы в неполярных органических растворителях, хуже в спиртах, нерастворимы в воде.

Таким образом, по физико-химическим свойствам витамины чаще всего твердые кристаллические вещества, реже масла, бесцветные или окрашенные, растворимы в воде, полярных и неполярных органических растворителях. Водорастворимые витамины лучше растворимы в воде и спиртах, жирорастворимые – спиртах и неполярных органических растворителях.

Методы выделения и анализа

Методы выделения витаминов из лекарственного растительного сырья основаны на их физико-химических свойствах. Так, для выделения водорастворимых витаминов используют экстракцию водой, водными растворами кислот, буферными растворами с последующей ферментацией для освобождения связанных форм витаминов.

Для выделения жирорастворимых витаминов используют органические растворители, такие как ацетон, этанол, хлороформ, петролейный эфир.

Для последующего отделения витаминов от сопутствующих веществ используют различные виды хроматографии (тонкослойную, колоночную, ионообменную).

Для качественного обнаружения витаминов наиболее часто используют хроматографию в тонком слое. Витамины на хроматограммах обнаруживают по окраске в видимом свете (у каротиноидов от ярко-красной до желтой), по флуоресценции в УФ-свете, как до, так и после проявления специальными реактивами. В качестве проявителей витаминов используют:

- водный раствор 2,6-дихлорфенолиндофенолята натрия – аскорбиновая кислота обнаруживается в виде бесцветного пятна на розовом фоне;

- спиртовой раствор фосфорномолибденовой кислоты с последующим нагреванием при 60-80°С – каротиноиды проявляются в виде синих пятен;

- длительное облучение УФ-светом – первично нефлуоресцирую-

щий витамин К начинает флуоресцировать желто-зеленым цветом.

Количественное определение витаминов проводят спектрофотометрическим,флуореметрическим, титриметрическим и др. методами.