КоферментиАнтиоксидантиПрогормони

УДК 577.12(075.3)

ББК 28.072.532я73

ЗМІСТ C.

Список скорочень …….………………………………….……… 5

Вступ …………………………………….………………………… 6

1. Вітаміни як компоненти харчування людини.

Хвороби вітамінної недостатності ……………………….. 8

2. Класифікація вітамінів ………………........…………...… 11

3. Жиророзчинні вітаміни ……………………………………. 15

3.1. Вітаміни групи А ……………………….............................. 15

3.2. Вітамін групи D …………...………………………………... 29

3.3. Вітамін групи Е ……………………...................................... 38

3.4. Вітамін групи К...................................................................... 44

3.5. Вітамін F ……………………................................................. 50

4. Водорозчинні вітаміни ……………………......................... 54

4.1. Вітамін В₁ …………………………………………………...54

4.2. Вітамін В₂ …………………………………........................... 59

4.3. Вітамін (В₃)РР ……………………………. ……...……….. 65

4.4. Вітамін В₅ …………………………………………………... 73

4.5. Вітамін В₆ ……....................................................................... 78

4.6. Вітамін Вс ………………………………………….……….. 84

4.7. Вітамін В₁₂ …………………………...................................... 92

4.8. Вітамін Н.............................................................................. 101

4.9. Вітамін С ………………......................................................104

4.10. Вітамін Р ………………………………………….............. 111

5. Вітаміноподібні речовини ……......................................... 117

5.1. ПАБК (В₁₀) ……………..................................................... 117

5.2. Вітамін В₁₅ …………………………………………........... 120

5.3. Вітамін U ……………………………………….................. 121

5.4. Інозит ……………………………………...…….................. 123

5.5. Коензим Q………………………………………………….125

5.6. Піролохінолінхінон (РQQ) ……………………………… 129

5.7. Ліпоєва кислота …………………………………………... 131

5.8. Холін ……………………………………………………….. 134

5.9. Карнітин …………………………………………………… 138

5.10. Оротова кислота ………………………………………… 144

6. Макро- та мікроелементи ………………………………. 147

6.1. Макроелементи ………………………………………….. 148

6.1.1. Натрій ……………………………………………………. 148

6.1.2. Калій ……………………………………………………... 151

6.1.3. Кальцій …………………………………………………… 155

6.1.4. Магній …………………………………………………….. 161

6.1.5. Фосфор ……………………………………………………. 166

6.1.6. Сірка …………………………………………………........ 170

6.2. Мікроелементи …………………………………………... 174

6.2.1. Залізо ……………………………………………………… 175

6.2.2. Йод ………………………………………………..………. 183

6.2.3. Мідь....…………………………………………………… 188

6.2.4. Кобальт ………………………………………………..…. 193

6.2.5. Цинк …………………………………...…..……………… 197

6.2.6. Фтор …………………………………………………….... 202

6.2.7. Молібден. ……………………………………………..… 205

6.2.8. Марганець ……………………………………………...… 209

6.2.9. Селен ……………………………………………………... 214

6.2.10. Бром. ………………………………………………...…. 221

6.2.11. Бор. ……………………………………………………… 223

6.2.12. Хром …………………………………………………...… 227

6.2.13. Кремній ………………………………………………… 230

Тести для самоконтролю ………............................................... 235

Список літератури....................................................................... 248

Предметний покажчик …........................................................... 250

Список скорочень

АДФ – аденозиндифосфат

АКТГ – адренокортикотропний гормон

АМФ – аденозинмонофосфат

АТФ – аденозинтрифосфат

ГАМК – γ -аміномасляна кислота

ГАФ – гліцеральдегід-3-фосфат

Гл-6-ФД –глюкозо-6-фосфатдегідрогеназа

Глі – амінокислота гліцин

ДАЛК (δ -АЛК)–δ -амінолевулінова кислота

ІЦД – ізоцитратдегідрогеназа

Вступ

Якість і тривалість життя людини, здатність до спротиву стресам, інфекціям, іншим факторам зовнішнього впливу залежить від інтенсивності обмінних процесів, які проходять в її організмі. Рівень метаболізму знаходиться у прямій залежності від надходження у клітини не тільки вуглеводів, ліпідів, білків, а також мікронутрієнтів – вітамінів, макро- та мікроелементів. При нестачі життєво необхідних компонентів довгий час можуть бути відсутні будь-які ознаки порушень метаболізму, але на субклітинному рівні ці порушення згодом призводять до виникнення серцево-судинних, онкологічних захворювань та інших хвороб обміну речовин.

Вітаміни і мінеральні речовини не мають енергетичного та пластичного значення, але як складові ферментів відіграють каталітичну роль (ензимовітаміни), виконують сигнальну функцію екзогенних прогормонів і гормонів (гормоновітаміни), а також проявляють антиоксидантні властивості. Встановлено, що багато вітамінозалежних коферментів вміщують мікро-елементи, іони яких є джерелами та переносниками електронів, або зближують активні групи ферменту. Крім того, вітаміни здатні до взаємодії між собою та з мікроелементами або проявляють прямий хімічний антагонізм, тому зазвичай гіповітамінози характеризуються дефіцитом усього апофермент -вітамінмінерального комплексу.

У зв'язку з вищевикладеним опанування майбутнім лікарем базових питань розділу «Метаболізм вітамінів і мінеральних речовин» є необхідним для розуміння механізмів взаємодії незамінних факторів харчування, природи гіповітамінозів, шляхів їх профілактики, корекції та взаємозв’язку із розвитком порушень метаболічних процесів і функцій органів, систем організму, які ініціюють виникнення багатьох захворювань.

Автори намагалися внести у посібник матеріали, що відповідають сучасним поглядам на обмін вітамінів і мінеральних речовин, програмі з біологічної хімії, яка нині діє, а

також подати інформацію у найбільш доступній для сприйняття формі. Використані схеми, таблиці, малюнки, акценти на найбільш важливих питаннях допоможуть сформувати уявлення про метаболічні шляхи обміну вітамінів, макро- і мікроелементів в організмі людини, зрозуміти механізми основних процесів, важливість незамінних нутрієнтів для нормального перебігу метаболічних процесів у здоровому організмі та за наявності патології.

Сподіваємося, що посібник допоможе студентам отримати базові знання з даної теми, які у подальшому можуть бути використані під час вивчення клінічних дисциплін.

1. Вітаміни як компоненти харчування людини. Хвороби ві­­­тамінної недостатності

Для нормального росту і розвитку організму людини, крім вуглеводів, ліпідів, білків, мінеральних речовин, необхідні вітаміни – біоорганічні сполуки, які здебільшого не синтезу-ються в організмі людини, а надходять з компонентами харчування. Вітаміни – мікрокомпоненти (мікронутрієнти) їжі, добова потреба в них становить від декількох мікрограмів до міліграмів.

Відкриття вітамінів пов'язано з роботами багатьох дослідни-ків ХІХ – ХХ століття, таких, як Ф. Мажанді, К. Такакі, К. Ейкман, Л. К. Полінг, які вста­новили наявність у продуктах харчування есенційних спо­лук, що необхідні для нормального росту, розвитку та життєдіяльності організму. Ці речовини запобігали розвитку скорбуту, хвороби бері-бері, пелагри, рахіту, " курячої сліпоти", які виникали внаслідок порушень харчування. Значний внесок у розвиток вітамінології зробили також вітчизняні та російські вчені – академік О. В. Палладін, Л. О.Черкес, Р. В. Чаговець, Е. Ф. Шамрай, Н. І. Лунін, Б. А. Лавров, В. Н. Букін, В. В. Єфремов.

У 1911 році польський учений К. Функ виділив з оболонки рисового зерна перший вітамін, який попереджав розвиток хвороби бері-бері. Його назвали тіамін– вітамін В₁. Тіамін має у своїй структурі аміногрупу, тому К. Функ запропонував термін вітаміни, тобто «аміни життя» для всіх додаткових незамінних факторів харчування. Хоча більшість пізніше відкритих вітамінів не містила у своєму складі аміногруп, термін «вітаміни» дотепер використовується у медицині та біології.

З часу відкриття першого вітаміну пройшло 100 років. Упродовж цього сторіччя:

· встановлені структури та фізико-хімічні властивості понад 15 вітамінів та близько 10 вітаміноподібних речовин;

· вивчено метаболізм вітамінів в організмі та їх роль у фізіологічних та метаболічних процесах;

· розшифровані механізми дії багатьох вітамінів;

· накопичені свідчення про наявність вітамінів у продуктах харчування;

· вивчені фізіологічні потреби у вітамінах та їх біодоступність з різних джерел, збереження, втрати під час зберігання або переробки;

· розроблені методи ідентифікації вітамінів у біологічному матеріалі та критерії оцінки забезпечення ними організму;

· вивчені причини та наслідки гіпо-, гіпер-, авітамінозів, розроблені методи лікування та профілактики цих станів;

· розроблені та впроваджені у виробництво технології промислового виробництва вітамінів та збагачення ними продуктів харчування.

Вітаміни забезпечують нормальний розвиток організму людини і адекватну швидкість проходження біохімічних та фізіологічних процесів. Обмежене, або надмірне їх споживання призводить до розвитку гіпо- та гіпервітамінозів. Авітамінози зустрічаються рідко і виникають при повній відсутності або порушенні засвоєння будь-якого вітаміну в організмі.

За походженням розрізняють екзогенні та ендогенні причини розвитку гіпо- та авітамінозів.

Екзогенні гіповітамінози розвиваються у результаті недос-татнього надходження вітамінів в організм або їх повної відсутності в їжі.

Причини розвитку ендогенних гіпо- та авітамінозів:

а) збільшене виведенняабопідвищена потреба у вітамінахпри деякихпатологічних та фізіологічних станах – вагітність, лактація, виснажлива фізична праця, екстремаль­ні температури, важкі інфекційні хвороби, тиреотоксикоз, кахексія та ін.;

б) підсилене розщеплення вітамінів у кишечнику в результаті розвитку в ньому патологічної мікрофлори, зараження глистами;

в) порушення засвоєння вітамінів унаслідок наявності антивіта-мінів, які мають різноманітні механізми дії:

· структурні аналоги вітамінів діють як конкурентні інгібітори, утворюючи неактивні комплекси з фермента-ми (ізоніазид – антивітамінвітаміну В₆; гідрокситіамін – антивітамінвітаміну В₁);

· зв′ язують вітаміни у нерозчинні комплекси (авідин- антивітамінбіотину);

· розщеплюють вітаміни (фермент тіаміназарозщеплює вітамін В₁);

г) порушення всмоктування вітамінів через зміни секреторної та моторної функцій кишечника при захворюваннях ШКТ. У цьому випадку відносна недостатність вітамінів розвивається навіть при повноцінному харчуванні;

д) захворювання печінки, підшлункової залози, при яких порушується виділення жовчі та панкреатичних ферментів, що супроводжуються порушенням засвоєння жирів і відповідно жиророзчинних вітамінів;

е) хронічні захворювання печінки та нирок, що супроводжу-ються порушенням активації вітамінів;

ж) уроджені порушення метаболізму вітамінів в організмі, клінічна картина яких нагадує типові авітамінози. Вони розвива-ються у ранньому дитячому віці незалежно від забезпечення організму всіма відомими вітамінами. Захворювання лікуються гіпердозами вітамінів – у 50–100 разів вище фізіологічної потреби (вітамінозалежні стани). В інших випадках захворювання не лікуються навіть гіпердозами вітамінів (вітамінрезистентні стани). Захворювання проходять дуже важко і часто призводять до смерті хворого. Такі порушення описані для вітамінів: В₁, В₆, Н, Вс, В₁₂, РР, А, D, Е, К.

Приклади:

1) вітамін-D-резистентний рахіт;

2) вітамін-D-залежний рахіт;

3) тіамінзалежна мегалобластична анемія;

4) піридоксинзалежний судомний синдром;

5) піридоксинзалежна перніціозна анемія.

Причиноюрозвитку вітамінозалежних та вітамінрезистент-них станів є генетичні дефекти, які пов¢ язані з:

а) порушенням усмоктування вітамінів у ШКТ;

б) порушенням транспорту вітамінів до органів-мішеней;

в)порушенням синтезу коферментних форм вітамінів;

г) дефектом синтезу апофермента (білкової частини фермента);

д) дефект формування холоферменту – порушення взаємодії кофермента зі специфічним білком-апоферментом;

е) недостатність синтезу рецепторів до вітамінів та ін.

2. Класифікація вітамінів

Сучасна класифікація вітамінів ґрунтується на їх фізико-хімічних властивостях або хімічній природі. Вітаміни познача-ють за допомогою літер. За тривіальною номенклатурою назва вітаміну містить 3 компоненти:

· символ у вигляді літери;

· хімічну назву;

· біологічну назву.

Біологічна назва часто містить префікс " анти", який вказує на здатність вітаміну попереджувати відповідне захворювання.

Приклад: D₃ - холекальциферол – антирахітний;

В₁ – тіамін– антиневритний;

А – ретинол – антиксерофтальмічний.

За фізико-хімічними властивостями (залежно від розчинності у неполярних органічних розчинниках чи у воді) вітаміни поділяють на: жиророзчинні та водорозчинні.

Водорозчинні вітаміни беруть участь у метаболічних процесах у вигляді коферментів або їх складових компонентів. Вони не здатні накопичуватися в організмі у великій кількості, їх надлишок виділяється з сечею.

До водорозчинних вітамінів відносять (табл.1):

Таблиця 1 – Водорозчинні вітаміни

Продовження табл. 1

Жиророзчинні вітаміни не утворюють коферментів і впливають на обмін речовин опосередковано:

а) створюють умови для оптимальної дії ферментів у мембранах;

б) виконують роль модуля­торів структури і функцій мембран – стабілізують клітинні мембрани, регулю­ють їх вибіркову проникність;

в) мають антимутагенну дію, захищають генетичний апарат клітин від пошкоджень хімічними та фізичними факторами;

г) володіють антиоксидантними властивостями – знешкоджують активні форми кисню та вільні радикали, гальмують процеси перекисного окиснення біомолеул;

д) впливають на процеси тканинного дихання (безпосе­редньо або опосередковано);

е) окремі вітаміни (А, D) проявляють гормональні власти-вості на кшталт стероїдних гормонів, діють через специфічні ядрерні рецептори, активують експресію генів, що призводить до диференціації клітин, активації синтезу білків.

До жиророзчинних вітамінів відносять:

Вітаміни групи А(ретиноїди).

Вітаміни групи D(кальцифероли).

Вітаміни групи Е(токофероли).

Вітаміни групи К(філохінони).

Вітамін F(есенційні поліненасичені жирні кислоти).

Жиророзчинні вітаміниздатні акумулюватися в організмі у значній кількості, їх неконтрольоване приймання призводить до розвитку гіпервітамінозів. У тканинах деяких тварин концентрація жиророзчинних вітамінів настільки висока, що є смертельною для людини (печінка білого ведмедя).

Після розкриття молекулярних механізмів дії водо- та жиророзчинних вітамінів було запропоновано функціональну класифікацію вітамінів відповідно до їх участі у процесах життєдіяльності. Згідно з цією класифікацією вітаміниподіляють на три групи (рис. 1):

Вітаміни

КоферментиАнтиоксидантиПрогормони

 

В₁, В₂, В₆, В₁₂, РР, С, Е, каротиноїдиА, D

В_с, Н, В₅, К

Рисунок 1 – Функціональна класифікаціявітамінів

 

1. Вітаміни – коферменти, або ензимовітаміни. Група містить вітаміни, які утворюють коферментита простетичні групи ферментів. Це вітаміни групи В і вітамін К. Останній є коферментом у реакціях γ -карбоксилюванняглутамінової кислоти у Са-зв'язувальних білках. До цієї групи може бути умовно віднесена альдегідна форма вітаміну А– ретиналь, який є простетичною групою родопсину(зорового пурпуру), а також ретинілфосфат – виконує функцію кофермента-переносника залишків цукрів у синтезі глікопротеїнів клітинних мембран.

2. Вітаміни – антиоксиданти. Аскорбінова кислота, токофероли, каротиноїди– β -каротин, лікопін, лютеїнта ін. є компонентами антиоксидантноїсистемизахисту організму від дії вільних радикалів, активних форм кисню. Антиоксидантні властивості притаманні також багатьом біофлавоноїдам.

3. Вітаміни – прогормони– А, D. Для активних форм цих вітамінів характерна гормональна активність. Вітамін D утворює гормон кальцитріол– регулятор обміну кальцію. Активною формою вітаміну Ає ретиноєва кислота, яка регулює процеси росту та диференціювання епітеліальних тканин.

Функціональна класифікаціятакож недосконала, оскільки деякі вітаміни поліфункціональні, їх різні форми можуть належати до різних груп за вищеназваною класифікацією.

Вітаміноподібні речовини(квазівітаміни). Окрім основних вітамінів, виділяють групу органічних речовин з вітамінними властивостями, які частково синтезуються в організмі. До них відносять:

· параамінобензойну кислоту(вітамін В₁₀);

· пангамову кислоту(вітамін В₁₅);

· метилметіонін сульфоній хлорид(вітамін U);

· інозит(вітамін В₈);

· коензим Q;

· піролохінолінхінон(РQQ) (вітамін В₁₄);

· ліпоєву кислоту(вітамін N);

· холін(вітамін В₄);

· карнітин(вітамін В₁₁);

· оротову кислоту(вітамін В₁₃).

Нестача вітаміноподібних речовин призводить до розвитку гіповітамінозів.

3. Жиророзчинні вітаміни

Жиророзчинні вітаміниздатні акумулюватися в організмі у значній кількості. Вони відкладаються у жирових депо, повільно виводяться і можуть зберігатися у тканинах упродовж тривалого часу. При надмірному споживанні ці вітаміни депонуються у таких концентраціях, які викликають інтоксикацію і спричи-няють розвиток гіпевітамінозу.

3.1. Вітаміни групи А(ретиноїди)

Синоніми: ретинол, антиксерофтальмічний вітамін, аксеро-фтол.

Хімічна структура та властивості

· Вітаміни групи А– жиророзчинні, близькі за структурою сполуки з А-вітамінною активністю, які називають ретино-їдами:

o ретинол (вітамін А-спирт, вітамін А₁, аксерофтол);

o дегідроретинол (вітамін А₂);

o ретиналь (ретинен, вітамін А-альдегід);

o ретиноєва кислота (вітамін А-кислота);

o ефіри цих речовин та їх просторові ізомери.

· За хімічною структурою вітамін А₁ - транс-9, 13-диметил-7-(1, 1, 5-триметилциклогексен-5-іл-6)-нонатетраєн-7, 9, 11, 13-ол.

· Вітамін А –ненасичений цикліч­ний одноатомний спирт. Він складається з 6-членного кільця β -іонона, двох залишківізопрену із 4 спряженими подвійними зв'язками та первинною спиртовою групою:

· Ретиноїдипоходять від природних рослинних пігментів – каротиноїдів, які вперше були виділені з моркви. Від лат. сarota (морква) походить їх назва. Каротиноїди α -, β -, γ - та інші є попередниками (провітамінами) вітаміну А.

· Найбільш активний каротиноїд – β -каротин, молекула якого симетрична, вміщує два β -іононових кільця на кінцях та 9 спряжених подвійних зв'язків.

· Симетричне окиснення β -каротину по центральному подвійному зв'язку під дією ензиму β -каротинази(15, 15'-диоксигенази) у стінці тонкої кишки та печін­ці призводить до утворення двох молеку­л вітаміну А.

· Чистий вітамін Анестабільний, чутливий до окиснення на повітрі. Під дією температури та світла швидко втрачає активність.

· Наявність антиоксидантів, наприклад, вітаміну Е, захищає вітамін Авід окиснення.

· Бета-каротинстійкий, його втрати під час приготування їжі становлять 25 %, але при довготривалому кип'ятінні він руйнується.

Біосинтез і метаболізм

Вітамін А –виключно тваринний вітамін, у рослинах знаходяться лише його провітаміни – каротиноїди.

Всмоктування. У їжі вітамін Аміститься переважно у вигляді ефірів, які гідролізуються під дією холестеролестерази кишечника до жирних кислот та вільного вітаміну А. Вітамін А та каротиноїди всмоктуються у тонкому кишечнику (рис.2). Вільний ретинолвсмоктується і повторно реестерифікується у епітеліальних клітинах. Перетворення каротиноїдівна вітамін Авідбувається у кишечнику деяких тварин та людини під дією β -каротин-15, 15'-діоксигенази у присутності молекулярного кис-ню. Цей процес також можливий у клітинах печінки. При розщепленні β -каротину утворюються дві молекули ретиналю, які відновлюються до вітаміну А-спирту специфічною кишковою редуктазою. Ступінь засвоєння вітаміну Ата каротинодів залежить від наявності у їжі жирів, вільних жовчних кислот, які необхідні для всмоктування продуктів гідролізу.

Нормальна концентрація вітаміну у плазмі крові дорівнює 0, 70–1, 75 мкмоль/л. Зниження вмісту ретинолу спостерігається при гіповітамінозі та гострих інфекційних захворюваннях.

Транспортування. Ефіри ретинолу та β -каротин, що не перетворився на вітамін А, транспортуються у складі хіломікронів до печінки. У гепатоцитах близько 95 % вітаміну Адепонується у вигляді ефірів з оцтовою та пальмітиновою кислотою. Ці накопичення дозволяють забезпечити організм людини вітаміном А упродовж одного –двох років, без екзогенного надходження.

Ретина

Печінка

Транс-ретинолТранс-ретинол

НАД⁺

Цис-ретинол НАДН₂