III Водорастворимые 1 страница

Рибофлавин Пантотеньвая

Тиамина дифос-

трн фосфат ФМН, ФМН. Н₂; ФАД, ФАД • Hj Пантетенн-4- фосфат, КоА, де- фосфо-КоА

Антиневрнтный Витамин роста

ний. Эти варианты одного и того же витамина называют витамерами. Они обладают сходным специфическим, но отличающимся¹ по силе биологическим эффектом на организм-

Пути метаболизма витаминов в организме. Некоторые витамины посту­пают с пищей в виде предшественников — провитаминов, которые в тканях превращаются в биологически активные формы витаминов.

Поступающие при всасывании жирорастворимые витамины депонируются в тканях; водорастворимые витамины превращаются в коферменты и, соеди­няясь с апоферментом, входят в состав сложного фермента. Поскольку срок жизни ферментов ограничен, то коферменты распадаются и выводятся в виде различных метаболитов из организма. Жирорастворимые^ витамины тоже под-

растворимые. Поэтому необходимо постоянное поступление витаминов с пищей.

Нарушение баланса витаминов в организме. Дисбаланс витаминов про­является в форме недостатка (отрицательный баланс) и избытка (положи­тельный баланс). Частичный недостаток витамина (клинически или биохими­чески проявляющийся отрицательный баланс) называется гиповитаминозом, а крайне выраженный дефицит — авитаминозом. Недостаток одного витамина относят к моногиповитаминозам, а сразу нескольких — к полигиповитамино- зам. Избыточное накопление в тканях витаминов (выраженный положитель­ный баланс), сопровождающийся клиническими и биохимическими призна­ками нарушений, называется гипервитаминозом. Он характерен для жиро­растворимых витаминов.

Все гиповитаминозы и авитаминозы проявляются задержкой роста моло­дого организма. Кроме того, для конкретного гиповитаминоза " характерны свои симптомы нарушений обмена веществ и функций, отражающих регуля­тор ные свойства данного витамина. По этим симптомам выявляют недостаточ­ность соответствующего витамина. Причины гиповитаминозов могут быть экзогенные и эндогенные. К экзогенным относятся- нерациональное питание (однообразная, бедная витаминами пища), изменение состава нор­мальной кишечной флоры (дисбактериоз), обычно вызываемое длительным применением химиотерапевтических средств (антибиотиков, сульфаниламидов ит. д.); к эндогеиным — нарушения всасывания и транспорта витами­нов, образования коферментов (вследствие генетически обусловленных дефек­тов апофермента или ферментов синтеза коферментов), усиление распада витаминов, физиологически обусловленная высокая потребность в витаминах (растущий организм, беременность).

Гипервитаминоз, или витаминная интоксикация, проявляется общими симптомами: потеря аппетита, расстройство моторной функции желудочно- кишечного тракта, сильные головные боли, повышенная возбудимость нервной системы, выпадение волос, шелушение кожи и некоторые специфические признаки, свойственные данному витамину. Гипервитаминоз может закончить­ся смертельным исходом.

Причиной гипервитаминозов служит избыточный прием продуктов, бога­тых данным жирпрястиппнмым витамином (например, печени белого медведя или кита, богатых витамином А), или назначение чрезмерных доз витаминов.

Практическое применение витаминов. В настоящее время применяются отдельные витамины, комбинированные поливитаминные препараты и кофер- ментные препараты витаминов. Последние особенно перспективны, поскольку, будучи введенными в организм, могут сразу участвовать в регуляции обмена веществ. Витамины используются как средство заместительного лечения (при гипо- и авитаминозах) и патогенетического лечения (когда используют от­дельные ценные качества витаминов — сосудорасширяющее, регенеративное и т. д.).

2. Жирорастворимые витамины

Ретинол (витамин А)

ного происхождений. Наиболее'богата нм печена различных рыб, особенно трески и морского окуня. Много витамина А в свиной' и говяжьей печени, желтке яиц, сметане, цельном молоке. В растительных продуктах: моркови томатах, свекле, салате содержатся каротиноиды, являющиеся провитамина ми А. Поэтому частично обеспечение витамином А происходит за счет расти тельных продуктов, если в организме не нарушен процесс превращения пище­вых каротиноидов в витамин А. Суточная потребность в витамине А для взрослого человека составляет 1, 5 мг (5000 ME).

Химическая природа и биологически активные формы витамина А. Вита­мин А представляет собой непредельный одноатомный спирт, состоящий из р-иононового кольца и боковой цепи из двух остатков изопрена, имеющей первичную спиртовую группу. Витамин А имеет витамеры А_г и А₂. Витамин А₂. найденный у пресноводных рыб, имеет дополнительную двойную связь в р-ион'оновом кольце-: -

СН

HjC-^CH HjCvJ, I ¹ Н₃С< 1 I

НС

^—СН,

В организме ретинол (витамин А спирт) превращается в ретиналь (вита­мин А альдегид) и ретиноевую кислоту (витамин А кислота), т. е. происходит окисление спиртовой группы витамеров А! и А₂ соответственно в альдегидную и карбоксильную. В тканях организма образуются производные витамина А — ретинилпальмитат и ретинилацетат (сложные эфиры ретинола с пальмитино­вой и уксусной кислотами) и ретинилфосфат (фосфорный эфир ретинола). Витамин А и его производные находятся в организме в трд«с-конфигурации, за исключением сетчатки глаза, где образуются 11-цыс-ретинол и П-цис-ре- тнналь.

Известны три провитамина А — а-, р- н у-^карот^ины, отличающиеся пе химическому строению и биологической активности. Наиболее активен р-каро- тин, который в слизистой кишечника подвергается окислению по центральной двойной связи с участием фермента каротиндиоксигеназы:

II, С Коротииаиокги/гнап С Н.

³\, сн, ^ларот. / ³

н_гс—с ³! с—сн₂

/ \ _Н _Н Н ____ н н * н_ н _н_ н / \

^HjC\ /^с—н^—с—С_Н^30-! ^- •' н " l^-°~Н ~1 Н~ ^ / ² н₂с—с сн, < ^н₃ сн₃ С—CHj

При этом образуются две молекулы активного ретиналя. При распаде а- и у-каротннов, содержащих в отличие от p-каротина одно р-иононовое кольцо, образуется только по одной молекуле витамина А. Отсюда меньшая актив ность а- и у-каротинов по сравнению с р-каротином.

Биологической активностью обладают все формы витамина А: ретинол, ретиналь, ретиноевая кислота и их эфиропроизводные. •

Метаболизм. Для всасывания витамина А необходимы желчные кислоты, как и для всех липидов. В слизистой кишечника ретинол образует эфиры с жирными кислотами и транспортируется в составе хиломикронов. В плазме' ретинол связывается с ретннолсвязывающимся белком, находящимся во фрак ции с^-глобулинов, и доставляется в ткани. В сетчатке ретинол превращается в ретиналь, который входит в состав родопсина и играет важную роль в вос­приятии света. В печени эфиры ретинола депонируются. Часть ретинола в пе­чени окисляется в ретиналь, а затем в ретнноевую кислоту, которая выводится с желчью в виде глюкуронидов.

Биохимические функции. Все формы витамина А (ретиналь, ретинол, ретиноевая кислота и их эфирные производные) регулируют следующие про­цессы:

1) нормальный рост и дифференнировку клеток развивающегося организ­ма (эмбриона, молодого организма);

2) регуляцию деления и дифференцировкн быстро пролиферирующнх (делящихся) тканей — хряща и костной ткани, сперматогенного эпителия и плаценты, эпителия кожи и слизистых;

3) участие в фотохимическом акте зрения.

Ретиноевая кислота в акте зрения и функции размножения, т. е. нормаль­ном развитии сперматозоидов в мужском организме и плаценты при беремен­ности, не участвует. Она стимулирует рост костей н мягких тканей. Осталь­ные формы витамина А обеспечивают все основные его биологические функ­ции.

Окончательно механизм регуляции витамином А деления и дифференци-

Рис 72 Схема зрительного акта ровки клеток яе выяснен. Возможно, это действие связано с запуском меха­низма репликации, а выраженное влияние на рост костей — с регуляцией синтеза хондроитинсульфата в клетках хряща. Многие метаболические функ ции витаминов А неясны. Детально изучено участие его в акте зрения. В этом процессе витамин А участвует в форме 11-цис-ретиналя, который входит в состав светочувствительных пигментов сетчатки глаза. У человека сетчатка имеет два типа клеток — палочки и колбочки. Палочки реагируют на слабое освещение (сумеречное, ночное зрение), а колбочки — на хорошее освещение (дневное зрение) и обеспечивают различение цветов (цветовое зрение). Па­лочки содержат зрительный пигмент родопсин, а колбочки — иодопсин. И тот, и другой являются сложными белками, состоящими из 11-^uc-ретиналя и белка опсина. Однако по строению белковой части родопсин и иодопсин раз­личаются.

В зрительном акте можно выделить три процесса (рис. 72):

Ч) фотохимическая абсорбция света пигментом, который при этом изме­няется;

2) образование нервного импульса в ответ на изменение пигмента;

3) регенерация исходного пигмента.

Кванты света, поглощаемые родопсином (или иодопсином), вызывают фотоизомеризацию 11-цис-ретиналя в гранс-ретиналь, после чего происходит диссоциация гранс-ретиналя и опсина и пигмент обесцвечивается. Поскольку пигменты встроены в мембраны светочувствительных клеток сетчатки, то фо- тонзомеризация ретиналя приводит к местной деполяризации мембраны и возникновению электрического импульса, распространяющегося по нервному волокну.

Регенерация исходного пигмента возможна прямым путем с участием рстинальизомеразы (это медленный процесс), протекающим на свету, или окольным путем в темноте. В темноте регенерация родопсина максимальная Она протекает через образование транс-ретинола, цис-ретинола и П-цис- ретинола. Последний вновь комплексируется с опсином. Отсутствие регенера­ции родопсина приводит к слепоте в ночное время или в сумерках.

Недостаточность витамина А. Наиболее ранним признаком недостаточ­ности является нарушение темновой адаптации и ночная слепота. Кроме того, возможна задержка, роста в молодом возрасте, фолликулярный гипер­кератоз (избыточное ороговение кожи, вызванное задержкой смены эпителия), сухость слизистых (гоже вследствие замедленного обновления эпителия), ксерофтальмия (сухость конъюнктивы глаза), помутнение роговицы и раз­мягчение ее (кератомаляция), нарушение функции размножения (оплодотво­ряющей активности сперматозоидов).

Практическое применение. В медицинских целях используют природные препараты витамина А (содержащие смесь его биологических форм) и синте­тические — ретинол ацетат и ретинолпальмитат. Они применяются для лечения гиповитаминозов как средство профилактики у людей, работа которых связана с напряжением зрения, для стимуляции роста и развития у детей, усиления регенерации плохо заживающих тканей, повышения сопротивляемости ин­фекциям, профилактики бесплодия.

Кальциферолы (витамин D)

Витамин D содержится в ряде продуктов животного происхождения: в печени, сливочном масле, молоке, а также в дрожжах и растительных маслах. Наибо­лее богата витамином D печень рыб. Из нее получают рыбий жир, используе-' мый для профилактики и лечения D-витаминной недостаточности.

Суточная потребность-в витамине D для детей колеблется от 12 до 25 мкг (500—1000 ME). Для взрослого человека нужны в десятки раз меньшие количества, чем для детей.

Химическая природа и биологически активные формы витамина D. Вита­мин D — групповое обозначение нескольких веществ, относящихся по хими­ческой природе к стеринам. Имеется несколько витамеров витамина D. Среди них наиболее активны эргокальциферол (D₂), холекальциферол (D₃) и дигид- роэргокальциферол (D₄). Витамин D₂ образуется из растительного предшест­венника (провитамина D) —эргостерина, а витамин D₃— из 7-дегидрохоле- стерина (синтезирующегося в коже человека и животных) после облучения ультрафиолетовым светом растений или кожи человека и животных. Послед­ний биологически более активен. Менее активные витамеры витамина D —D4, Ds, De, D7 образуются при облучении ультрафиолетом раститель­ных предшественников (соответственно дчгидроэргостерина, 7-дегидроситосте- рина, 7-дегидростигмастерина и 7-дегидрокампестерина).

Однако ни эрго-, ни холекальциферолы биологически не активны и не могут выполнять свои регуляторные функции. Биологически активные формы их образуются в ходе метаболизма.

Метаболизм. Пищевые кальциферолы всасываются в тонком кишечнике с помощью желчных кислот. После всасывания они транспортируются в 'Со- 346

ставе хиломикронов в кровь и далее в печень. Сюда же с кроаью поступает и эндогенный холекальциферол. В-печени холекальциферол и эргокальцнферол подвергаются гидроксилированию в эндоплазм этическом ретикулуме с по­мощью 25-гидроксилазы холекальциферола. Образуются 25-гидроксихолекаль- циферол и 25-гидроксиэргокальциферол, которые принято считать основной транспортной формой витамина D. С кровью они переносятся в составе сле_: циального кальциферол связывающего белка плазмы к почкам, где с участием i - гидроксил азы кальциферолов образуются 1, 25-дигидроксиксмьциферолы, которые и являются активной формой («гормональной») витамина D, регули­рующей обмен кальция и фосфора в организме.

В тканях витамин D не накапливается, за исключением жировой ткани. Выводится он главным образом с калом в неизмененном или окисленном виде или в виде конъюгатов.

Биохимические функции. Биологическая активность 1, 25-гидрокснкальци- феролов в 10 раз превышает активность исходных кальциферолов. Витамин D регулирует транспорт ионов кальция и фосфора через клеточные мембраны и тем самым их уровень в крови. Эта регуляция основана, по крайней, мере, на трех процессах, в которых участвует витамин D:

1) транспорт ионов кальция и фосфата через эпителий слизистой тонкого кишечника при их всасывании;

2) мобилизация кальция из костной ткани;

3) реабсорбция кальция и фосфора в почечных канальцах.

Механизм действия на эти процессы витамина D предстааляется следующим

образом. Всасывание кальция в тонком кишечнике происходит путем облег­ченной диффузии с участием специального кальцийсвязывающего белка (СаСБ) и активного транспорта с помощью Са^г+-АТФазы. 1, 25-Дигидрокси- кальциферолы индуцируют образование СаСБ и белковых компонентов Са²" ¹" - АТФазы, возможно, действием на генетический аппарат клеток слизистой тонкого кишечника. Очевидно, подобная-стимуляция витамином D Са²⁺-АТФ- азы. мембран почечных канальцев приводит к реабсорбции в них ионов каль-

ция. Еще не ясны механизмы участия витамина D в трансмембранном перено­се фосфата в кишечнике и почках и мобилизации кальции из костной ткани.

В целом действие витамина D выражается в повышении содержания ио­нов кальция и фосфатов в крови.

Недостаточность витамина D. Недостаточность витамина D проявляется в виде заболевания, названного рахитом. Развитие рахита у детей вызывается низким содержанием в пище, потребляемой детьми, витамина D, относительно меньшая, чем в старшем возрасте, возможность получать необходимую дозу ультрафиолетового облучения (для образования эндогенного витамина D) и меньшая чувствительность тканей, реагирующих на кальциферолы (очевидно, недостаток кальциферолсвязывающих рецепторов). При рахите заторможены все процессы, регулируемые витамином D, а именно: всасывание ионов каль­ция в фосфатов в кишечнике (хотя ребенок с молочной пищей получает их в достаточных количествах), реабсорбция их в почках. Вследствие этого уро­вень кальция и фосфора в крови снижается и нарушается минерализация костей, т. е. отложения минеральных веществ на вновь образовавшую колла- геновую матрицу растущих костей не происходит. Поэтому у страдающих рахитом наблюдается деформация костей скелета конечностей, черепа, груд­ной клетки.

Относительная недостаточность витамина D может быть и при нормальном его поступлении в организм. Она проявляется при заболеваниях печени н осо­бенно почек, так как эти органы принимают участие в образовании, активных форм витамина D.

Гипервитаминоз D.< При приеме избыточных количеств витамина D у детей и взрослых развивается витаминная интоксикация. Она проявляется демине­рализацией костей и их переломами. Уровень кальция и фосфатов в крови резко повышается (они извлекаются из костей, всасываются из кишечника и реабсорбируются в почках). Это приводит к кальцификации внутренних орга­нов (из-за плохой растворимости кальция) — сосудов, легких, почек и др.

Практическое применение. В медицинской практике используются при­родные препараты витамина D (рыбий жир) и синтетические (эргокальцифе- рол нли холекальциферол).

В настоящее время налаживается производство активных метаболитов витамина D — 25-гидроксихолекальциферрла, обладающих большей антира- хитической активностью, которая к тому же не зависит от сопутствующих заболеваний печени.

Препараты витамина D применяются для профилактики и лечения рахита и для лечения других заболеваний (туберкулеза костей, кожи).

Нафтохиноны (витамин К)

Источником витамина К являются растительные (капуста, шпинат, отчасти корнеплоды и фрукты) и животные продукты (печень). Кроме того, он синтези­руется бактериями тонкого кишечника. Суточная потребность в нем взрослого человека составляет примерно 2 мг.

Химическая природа и биологически активные формы витамина К. Вита­мин К по химической природе является хиноном с боковой изопреноидной цепью. Существует два ряда иафтохинонов, или витаминов К, — филлохиноны (витамины Кгряда) и менахиноны (витамины Кг-ряда): 348

о о

о < 1н1 I О I сн₃ J,

Филлохиноны и их производные содержатся в растениях и поступают'с пищей, а менахиноны (сокращенно МК) образуются кишечными бактериями или в ходе метаболизма нафтохинонов в тканях организма. Синтетические препа­раты витамина К — менадион, викасол и синкавит являются производными 2-метил-1, 4-нафтохинона. В организме из них тоже образуются биологически активные менахиноны.

Метаболизм. Для всасывания пищевого витамина К в тонком кишечнике необходимы желчные кислоты и панкреатическая липаза. Водорастворимые препараты его в них не нуждаются. Транспорт всосавшегося витамина К про­исходит с хиломикронами. В плазме крови он связывается с альбуминами и накапливается в печени, селезенке и сердце. Большинство нафтохинонов пищевого и бактериального происхождения подвергается в тканях превраще­нию с образованием менахинона, называемого МК-4 (который является вита­мином Кг-ряда). МК-4 служит, очевидно, основной биологически активной формой витамина К. Конечные продукты превращения витамина К выделяются с мочой.

Биохимические функции. Витамин К регулирует в организме процесс свер­тывания крови путем участия в образовании компонентов ее системы: факто­ра II (протромбина), фактора VII (проконвертина), фактора IX (фактора Кристмаса) и фактора X (фактора Стюарга). Витамин К участвует в превра­щении предшественника протромбина, называемого препротромбином, в про­тромбин. Этот процесс происходит в печени. Витамин К стимулирует у-кар- боксилирование остатков глутаминовой кислоты в молекуле протромбина, активируя микросомальную карбоксилазу. Образовавшийся протромбин свя­зывается с фосфолипндами через ионы и подвергается ферментативному расщеплению с образованием тромбина. Последний автоматически зяпускает систему свертывания крови с образованием фибринового сгустка.

Недостаточность'витамина К- Признаками недостаточности витамйна К является повышенная кровоточивость, особенно при травмах. У взрослых людей кишечная флора полностью обеспечивает организм витамином К- У грудных детей (пока не развита кишечная флора) причиной гиповитаминоза может служить недостаток витамина К в пище. Основными причинами гиповитамино­за К являются: подавление кишечной флоры лекарственными средствами, заболевания печени н желчного пузыря, при которых нарушается образование желчных кислот (необходимых для.всасывания витаминов). К тому же печень служит местом образования активных форм витамина К, синтеза ряда факто­ров свертывания крови и превращения препротромбина в тромбин.

Практическое применение. В медицинской практике используются препа­раты витамина К[ и его синтетический аналог — викасол. Они применяются при кровоточивости или кровотечениях, связанных с понижением свертывания крови.

Токоферолы (витамин Е)

Источником токоферола для человека служат растительные масла: подсол­нечное, кукурузное, хлопковое, оливковое. Особенно высоко его содержание в масле, полученном из зародышей пшеницы. Продукты животного происхож­дения, в том числе молочные, бедны токоферолом. Суточная потребность взрослого человека в токофероле примерно 20— 50 мг.

Химическая природа и биологически активные формы витамина Е. К ви­тамину Е относятся метильные производные токола и токотриенола. Битами- ры Е обозначаются греческими буквами о-, 0у- и б-токоферолы и токотрие- нолы. По строению они очень близки. В их структуре имеется ароматический спирт токол и боковая изопреноидная цепь, которая у токоферолов полностью гидрирована, а у токотриенолов нет (рис. 73). Самым активным является а-токоферол, с которым обычно отождествляют Е-витаминную активность.

Метаболизм. Для всасывания пищевого токоферола необходимо присут­ствие, как и для всех жирорастворимых витаминов, липидов в качестве раст­ворителей и желчных кислот как эмульгаторов. Всасывание их происходит в тонком кишечнике путем простой диффузии, затем в составе хиломикронов они транспортируются через лимфатические пути в кровь и с липопротеидами крови — в органы и ткани. В их клетках токоферол включается в состав мем­бран, где он и концентрируется. Наибольшее количество токоферола организ-

Рис. 73. Строение токоферолов (Л) и токотриенолов (б) по В. Б. Спкричеву

ма сосредоточивается в жировой ткани, печени и скелетных мышцах. Невсо- савшийся токоферол выводится с калом, а продукты метаболизма его в виде токофероновой кислоты и ее водорастворимых глюкуронидов — с мочой.

Биохимические функции. Гокоферол регульрусг интенсивность свободно- радикальных реакцчй в живых клетках, поскольку иреля'.хгвузт развитию цепных неуправляемых реакций пьрсксчдусго окисления ненасыщенных липи­дов в биологических мембранах.