Физико-химические свойства
Государственное бюджетное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования «Ивановская
Государственная медицинская академия Министерства
Здравоохранения и социального развития России».
Кафедра биохимии
Реферат
Тема: История открытия витамина А: его структура, свойства, особенности метаболизма. Биологическая роль.
Выполнил:
Студент 2 курса 13 группы
Лечебного факультета
Аскеров А.Ч.
Проверил:
Слободин В.Б.
Иваново 2015.
Оглавление
История открытия витамина А ………………………………………….. 3
Структура витамина………………………………….……………………4
Физико-химические свойства……………………………………………..5
Метаболизм………………………………………………………………...5
Биологическая роль………………………………………………………..6
История открытия витамина А
«Куриная слепота» — гемералопия — описана еще в древнем Египте почти за 1500 лет до н. э. В то время это заболевание не связывали с дефицитом в организме каких-либо биологически активных веществ, однако рекомендации больным прикладывать запеченную или жареную печень были известны врачам. Упоминание об этом методе лечения имеется и в более поздние времена, в трудах Гиппократа. Вместе с тем, первые научно обоснованные попытки связать возникновение болезни с факторами питания относятся к 1865 г., когда впервые была описана «бразильская офтальмия», болезнь, поражавшая преимущественно истощенных рабов. Позднее было замечено, что у грудных детей, матери которых плохо питались, развивается спонтанный некроз роговицы. Вскоре кератомаляция при неполноценности питания была выявлена во многих странах мира.
В 1909 г. В. Штепп установил, что кормление мышей хлебом, приготовленным на молоке, не вызывает каких-либо побочных явлений. После тщательной экстракции спиртом и эфиром этот хлеб становится неполноценным продуктом питания. Автор предположил, что при экстракции органическими растворителями из хлеба удаляются липоиды, которые необходимы для жизнедеятельности млекопитающих животных.
Открытие витамина А произошло в 1913 г. Элмер Маккол в Университете Висконсин-Мэдисон и Лафайетт Мендель и Томас Бурр Осборн из Йельского университета независимо друг от друга, после серии исследований пришли к выводу, что сливочное масло и желток куриного яйца содержат вещество, связанное с липоидами, необходимыми для роста животных. На их экспериментах было показано, что мыши, питавшееся лишь комбинацией казеина, жира, лактозы, крахмала и соли страдали от воспаления глаз и диареи и умирали по происшествии около 60 дней. При добавлении в рацион сливочного масла, масла из печени трески или яйца они приходили в норму. Это означало, что требовалось не только наличие жира, но и какие-то другие вещества. Макколлум разделил их на два класса — «жирорастворимый фактор A» (на самом деле содержал витамины A, E и D) и «водорастворимый фактор B». В 1920 году Джек Драммонд предложил новую номенклатуру витаминов и после этого витамин приобрёл современное название. В том же году Хопкинс показал, что при окислении или сильном нагревании витамин A разрушается.
В период первой мировой войны было установлено, что кератофтальмия, развивающаяся у человека — результат отсутствия сливочного масла в диете.
В 1921 г. Стинбокк описал авитаминоз А при котором характерны задержка роста, заболевания глаз (ксерофтальмия), а также повышенная восприимчивость к инфекции.
Витамин А включает ряд близких по структуре соединений: ретинол, дегидроретинол, ретиналь, ретинолевую кислоту, эфиры этих веществ и их пространственные изомеры. Содержащиеся в растениях и животных продуктах А-провитамины — каротины (α-, β-, γ-изомеры) — превращаются в организме в витамин А. Впервые они были выделены из моркови, с чем и связано их название (Carota (лат.) — морковь). Каротин был открыт в 1831 г., а в 1907 г. Вильштеттером были впервые описаны его свойства.
Структура витамина А
Витамин A представляет собой циклический непредельный спирт, состоящий из β-иононового кольца и боковой цепи из двух остатков изопрена и первичной спиртовой группы. В организме окисляется до ретиналя и ретиноевой кислоты. Депонируется в печени в виде ретинилпальмитата,ретинилацетата и ретинилфосфата.
В продуктах животного происхождения содержится во всех формах, однако так как чистый ретинол нестабилен, то основная часть находится в виде сложных эфиров ретинола.
В растениях содержатся провитамины A — некоторые каротиноиды Предшественником витамина могут быть две группы структурно близких веществ: каротины (α-, β- и γ-каротины) и ксантофиллы (β-криптоксантин).Каротиноиды также являются изопреноидными соединениями, α и γ-каротины содержат по одному β-иононовому кольцу и при окислении образуется одна молекула ретинола, а в β-каротине содержится два иононовых кольца, следовательно, он обладает большей биологической активностью и из него образуется две молекулы ретинола.
Плотоядные животные, такие как, например, кошачьи из-за отсутствия 15-15'-монооксигеназы не могут преобразовать каротиноиды в ретиналь (в результате ни один из каротиноидов не является формой витамина A для этих видов).
Физико-химические свойства
Вещества группы витамина A являются кристаллическими веществами. Они нерастворимы в воде, но хорошо растворимы в органических растворителях.
Ретинол разлагается кислородом воздуха и очень чувствителен к свету. Все соединения склонны к цис-транс-изомеризации, особенно по связям 11 и 13, однако кроме 11-цис-ретиналя все двойные связи имеют транс-конфигурацию.
Метаболизм
Усвоение витамина A из продуктов и лекарственной формы происходит с участием специальных гидролаз (карбоксилэстеразы и липазы) поджелудочной железы и слизистой оболочки тонкой кишки. У детей до 6 месяцев гидролазы функционируют недостаточно. Для всасывания важно наличие достаточного количества жирной пищи и желчи. Всасывание происходит в составе мицелл, затем в энтероцитах они включаются в состав хиломикронов. Попавший в клетку эпителия кишечника витамин вновь превращается в эфир пальмитиновой кислоты и в таком виде поступает в лимфу, а затем в кровь. Из мышцы всасывается только ацетат ретинола.
β-Каротин сначала расщепляется 15-15'-монооксигеназой в центральной части молекулы с образованием ретиналя, а затем — редуктазой с участием коферментов НАДН и НАДФ. Одновременный приём с пищей антиоксидантов препятствует окислению каротина по периферическим двойным связям. Витамин B12, повышает активность монооксигеназы. Это увеличивает количество молекул каротина, которые расщепляются по центральной связи, и эффективность синтеза витамина A увеличивается в 1,5—2 раза.
В крови витамин A соединяется со специальным белком, связывающим ретинол (БСР), синтезируемым в печени. Ретиноевая кислота соединяется с альбумином. Белок обеспечивает растворимость ретинола, защиту от окисления и транспорт в различные ткани. Препарат, не связанный с белком, токсичен. Затем образовавшийся комплекс (витамин A + БСР) соединяется ещё с одним белком — транстиретином, препятствующим фильтрации препарата в почках. По мере использования тканями витамина A происходит его отщепление от вышеназванных белков и поступление в ткани.
Главное место накопления витамина — печень (90 %), в меньших количествах также хранится в почках, жировой ткани и надпочечниках.
Поступление ретинола к плоду через плаценту в последнем триместре беременности регулируется специальным механизмом, вероятно, с фетальной стороны. Избыток витамина A депонируется в печени в виде эфира пальмитиновой кислоты. Депо препарата в печени принято считать достаточным, если оно превышает 20 мкг/г её ткани — у новорождённого и 270 мкг/г ткани — у взрослого. Показателем содержания витамина A в печени служит и его уровень в плазме крови: если он меньше 10 мкг/дл, то у человека гиповитаминоз. У доношенного ребёнка запасов витамина A хватает на 2—3 месяца.
В клетках органов-мишеней есть специальные цитозольные рецепторы, распознающие и связывающие комплекс ретиноид + ретинол-связывающий белок (РСБ). В сетчатке глаза ретинол превращается в ретиналь, а в печени он подвергается биотрансформации, превращаясь сначала в активные метаболиты (в ретиналь, а затем в ретиноевую кислоту, которая выводится с желчью в виде глюкуронидов), а затем в неактивные продукты, выводимые почками и кишечником. Попав в кишечник, препарат участвует в энтерогепатической циркуляции. Элиминация осуществляется медленно: за 21 день из организма исчезает всего 34 % введённой дозы. Поэтому довольно велика опасность кумуляции препарата при повторных приёмах.
Биологическая роль
Ранее других была расшифрована зрительная функция ретинола, его роль в развитии таких патологических процессов, как ксерофтальмия (сухость глаза) и гемералопия (снижение сумеречного зрения, или «куриная слепота). Оказалось, что в светочувствительных клетках сетчатки глаза в составе зрительного пигмента родопсина находится ретиналь, превращения которого и обеспечивают зрение в условиях темноты. Фотохимические реакции, лежащие в основе восприятия света, отличаются большой скоростью и связаны с ферментативным процессом окисления цис-ретинола алкогольдегидрогеназой в цис-ретиналь. В темноте происходит ресинтез зрительного пигмента родопсина из цис-ретиналя и белка опсина, цикл замыкается. Некоторые исследователи рассматривают участие ретиналя в процессе фоторецепции, как коферментную функцию.
В настоящее время совершенно очевидно, что спектр биохимических функций витамина А очень широк, особенно если учесть опосредованные влияния; однако до конца не выяснена природа его общих воздействий на организм, причины снижения массы тела, замедления роста животных при недостаточности этого витамина в пище. Исследования последних лет лишь наметили подходы к расшифровке механизмов этих важнейших физиологических эффектов ретинола. Показано, что одним из основных объектов воздействия витамина А являются мембраны клеток, куда ретинол может встраиваться, образовывать комплексы с мембранными липидами и липопротеидами.
Достаточно специфическая картина дестабилизации мембран при дефиците и избытке витамина А сви-четельствует о его участии в поддержании структурной целостности различных мембран клетки -цитоплазматической, лизосомальной, митохондриальной. Механизм этого влияния на мембраны до конца не ясен, возможно, витамин действует как детергент.
Ряд «защитных» эффектов ретинола связан с его окислительно-восстановительными свойствами, определяемыми наличием в боковой цепи молекулы системы двойных связей с делокализованными электронами (см. рис. 1). Для ретинола и ретиноевой кислоты, как и для аскорбиновой, доказана антиоксидантная способность, в частности, витамин А тормозил свобод-но-радикальные реакции в системе, содержащей микросомы печени. Не в этом ли объяснение влияния ретинола на клеточную пролиферацию и репродуктивную функцию организма? С этим свойством (акцептирование электронов) витамина А, несомненно, связано его влияние на электрон-транспортную цепь митохондрий и микросом.
Витамин А повышает устойчивость к токсическим воздействиям. Здесь, очевидно, играет роль стабилизация ретинолом мембран лизосом и активация лизо-сомных ферментов.
Сенсационный интерес вызвали сообщения о противоопухолевой активности ретинола и его синтетических аналогов. Установлено статистически достоверно, что в регионах, где население потребляет много желтых овощей и фруктов, содержащих каротиноиды, гораздо меньше онкологических заболеваний. При определении механизмов этого эффекта рассматривается ряд аспектов. Прежде всего доказана связь витамина А с процессами биосинтеза белка - непосредственно через включение аминокислот в синтез и опосредованно - через стимуляцию синтеза стероидных гормонов. Особенно эффективно действие витамина Л на опухоли эпителиальной ткани. В последние годы доказано, что ретинол регулирует пролиферацию и дифференцировку эпителия, а также межклеточные взаимодействия в эпителиальных тканях.
Однако наиболее специфично действие витамина А на обмен гликопротеидов, сложных белков, содержащих углеводный компонент. Ретинол не только может включаться в структуру этих белков соединительной ткани, но и считается доказанным его непосредственное участие в синтезе (сульфатировании) и транспорте углеводных компонентов — гликозамингликанов. В частности, в опытах с мечеными углеводами установлено, что фукозосодержащие гликолипиды мембран, манноза, составные компоненты гликопротеидов, транспортируются с участием витамина А. При его дефиците в организме (и в меньшей степени при его избытке) отмечают нарушение обмена этих углеводов, что проявляется в поражениях соединительной ткани кожи, хрящей, кровеносных сосудов.
А-витаминная недостаточность сопровождается, достоверно установлено, нарушениями иммунных процессов: угнетением фагоцитоза, снижением синтеза антител, а в целом — снижением неспецифической резистентности организма. Механизм этого эффекта, очевидно, связан с несколькими аспектами действия витамина А, в первую очёредь — с его влиянием на клеточные мембраны. Нарушения мембранных структур лимфоидных клеток и межклеточных взаимодействий при дефиците витамина А ведет к извращению иммунного ответа. Аналогичный эффект может вызвать дестабилизация мембран лизосом, выход лизо-сомальных ферментов. Наличие у витамина А иммуностимулирующих свойств показано в ряде экспериментальных и клинических исследований.
Продукты обмена ретинола выводятся почками. Это в основном окисленные производные и парные соединения (эфиры) с глюкуроновой кислотой.
Источники витамина А для человека — каротины — содержатся в растительных продуктах, особенно в овощах и фруктах желтого, желто-оранжевого цветов (морковь, тыква, томаты, абрикосы, хурма), в листьях петрушки. Витамин А находится в жирах животного происхождения: жир рыбий (особенно палтус, Треска), печень рыб и млекопитающих, масло сливочное, желток яйца.