Введение и характеристика важнейших витаминов

За последние несколько лет возрос интерес к витаминам и так называемой «здоровой пище». Область, которая не так давно интересовала довольно узкий круг специалистов по лечебному питанию, привлекла внимание широких слоев населения. Данная тенденция может привести к значительным положительным результатам, если, конечно не возводить это в культ.

Вначале витамины готовили, концентрируя экстракты из различных природных источников витаминов. В то время было решено называть эти препараты по алфавиту в соответствии с хронологической последовательностью их открытия. Впоследствии оказалось, к сожалению, что первые препараты представляли собой не чистые вещества, а смеси нескольких веществ. Само по себе это не должно было вызывать других осложнений, кроме необходимости дополнительной очистки. Однако некоторые из этих примесей сами оказались витаминами.

Чтобы внести определенную ясность в классификацию, была введена система индексов; так появились витамины В₂, В₂ и т.д. Впоследствии оказалось, что некоторые из них также представляют смеси витаминов. Это привело к тому, что отдельные индивидуальные витамины получили химические назва­ния, например витамин В₂ - рибофлавин после того, как отделили никотиновую кислоту «ниацин».

Витамины обозначают латинскими буквами А, В, С, D, E и др. Но также используют вместо буквенных обозначений названиями веществ:

На примере витаминов больше, чем на примере каких-нибудь других веществ можно видеть, сколь велика разница между полным отсутствием данного соединения и присутствием небольшого его количества.

Витаминов, содержащихся в природных продуктах питания и поступающих в организм вместе с пищей, недостаточно для человека, поэтому ряд продуктов искусственно витаминизируют в процессе их производства (мука, жиры, некоторые сорта конфет и др.). Для витаминизации используются водорастворимые витамины B₁, B₂, PP, С и жирорастворимые А и Д. Все они по строению относятся к разным классам циклических соединений. Большинство из перечисленных витаминов представляет собой кристаллические вещества. Некоторые из них устойчивы к нагреванию, за исключением витамина С и частично B₁ и В₂.

Избыток витаминов выделяется почками. Большинство витаминов нетоксично даже в больших дозах (исключение витамины А и Д и отчасти фолиевая кислота), но нем не менее, постоянное введение больших количеств витаминов может принести вред (гипервитаминозы). Общих норм потребления витаминов, пригодных для всех людей не существует, т.к. потребность в витаминах зависит от возраста, образа жизни и рода занятий человека. Тяжелая физическая работа вызывает увеличение потребления витамина С, ребенку в период формирования костной системы необходим витамин Д, работающим в условиях севера нужно повышенное содержание в пище витамина А и т.д.

Витамин B₁

Витамин B₁ называют тиамин, т.к. он содержит серу и аминогруппу.

В конце прошлого века тысячи моряков на японских судах страдали, а многие из них умирали мучительной смертью от таинственной болезни, называвшейся «бери-бери». Болезнь характеризовалась воспалением нервных стволов (полиневрит), прогрессирующим и параличами, расстройствами сердечной деятельности и желудочно-кишечного тракта. Одной из загадок бери-бери было то, что моряки на судах других стран этой болезнью не болели.

В 1882 г. японский врач Канегиро Такаки в своей работе, вполне заслуживающей названия «медицинского детектива» показал, что решение проблемы борьбы с этой болезнью заключается в правильном питании. Он обнаружил, что замена очищенного риса, составлявшего в основном рацион питания японских моряков, неочищенным не только помогает излечиться от болезни, но и предотвращает ее появление. Такаки предположил, что в рисовой шелухе содержатся какие-то важные белки, которых недоставало в пище болевших матросов.

Последующая работа показала, что такое предположение правильно лишь отчасти. Найденное вещество не является белком.

Витамин В₁ содержится главным образом в продуктах растительного происхождения. Им богаты пекарские и пивные дрожжи, соя, гречневая крупа, печень, почки. Пища, богатая жирами, уменьшает потребность в витамине В₁, избыток углеводов в пище вызывает усиленное расходование этого витамина.

В настоящее время разработано и освоено его промышленное производство. В кислой среде водные растворы витамина В₁ выдерживают нагревание до 140°С, а в щелочной среде разрушаются, например, при выпечке теста, содержащего соду, витамин В₁ может вымываться водой. Витамин В₁ регулирует углеводный обмен. Отсутствие его в организме вызывает расстройство центральной нервной системы, поэтому другое его название анейрии, аневрин.

Растения могут синтезировать тиамин, а животные и человек нет. Суточная потребность человека составляет 1-3 мг витамина В₁.

В 1911 г. К.Функ выделил кристаллическое вещество из рисовых отрубей, которое и является витамином В₁. Слово витамин им было составлено из двух частей: vita - жизнь и амин.

В 1936 г. американский химик Р.Уильямс осуществил синтез витамина В₁.

В организме он выступает как кофермент - кокарбоксилаза - эфир пирофосфорной кислоты и В₁. Это соединение катали­зирует (совместно с карбоксилазой) декарбоксилирование пировиноградной кислоты.

Тиаминфосфат вместе с пантотеновой кислотой способствуют синтезу ацетилхолина и, следовательно, необходимы для нормального функционирования нервной системы.

Витамин В₂

Рибофлавин является производным пятиатомного спирта рибитола и метилированного производного изоаллоксазина:

Из биологических источников выделено уже более 20 биологически активных веществ этого типа.

Витамин В₂ содержится в больших количествах в молочных продуктах и яйцах, дрожжах, рыбе, моркови, шпинате, капусте, томатах, картофеле.

Он входит в состав «дыхательного фермента» и служит переносчиком водорода вдыхательной цепи. Рибофлавин является окислительно-восстано-вительным агентом.

Человеку требуется в день 1-3 мг витамина В₂. Симпто­мами, свидетельствующими о недостатке витамина, служит растрескивание губ и уголков рта, к остановке роста, выпадению волос; в тяжелых случаях – воспаление роговицы и помутнение хрусталика глаз.

Впервые рибофлавин был описан в 1879 г. как желтый пигмент коровьего молока, а выделен он был в 1933 г. из молочной сыворотки. Структура этого витамина была установлена независимо 2 группами исследователей в 1935 г. (П.Каррер и Р. Кун)

Этот витамин осуществляет многие реакции в составе важнейших ферментных систем - оксидаз и дегидрогеназ:

Молекула рибофлавина на свету неустойчива, что нес­колько осложнило установление ее структуры. Однако, в конце концов структура была разгадана путем изучения продуктов фотолиза; впоследствии подтверждена синтезом. В настоящее время освоено промышленное производство этого витамина, представляющего собой игольчатые кристаллы желто-оранжевого цвета, горькие на вкус. Этот витамин устойчив при нагревании в кислой среде.

Витамин В₆

В 1932 г. в комплексе витаминов В было обнаружено еще одно вещество, которое было названо витамином В₆ (адермин), структура его установлена и подтверждена синтезом в 1939-1944 гг. Как было показано, этот новый витамин необходим для нормального роста крыс. Недостаток его в рационе крыс вызывал дерматит. В течение долгого времени предполагали, что этот витамин играет существенную роль и в физиологии человека. Однако лишь в 1962 г. было показано, насколько важна эта роль в жизнедеятельности человека, когда было обнаружено, что недостаток в организме витамина В₆ вызвает анемию.

Термином «витамин В₆» обозначают в настоящее время:

поскольку все эти соединения в живой клетке легко превращаются друг в друга.

Витамин В₆ входит в состав кофермента и ряда переносчиков аминогрупп – ферментов, называемых трансаминазами, а также в состав декарбоксилаз и других ферментов. Несомненна роль витамина В₆ и в обмене жиров. Недостаток этого витамина вызывает сухой себоррейный дерматит лица, шеи, груди, явления конъюктивита, потерю аппетита, тошноту и др. симптомы. Много витамина В₆ в сухих пивных дрожжах, пшенице, ячмене, мясе, сыре, рыбных продуктах. Суточная потребность человека в этом витамине точно не установлена, обычно рекомендуемые дозы 1-2 мг. Значительная доля поступает за счет деятельности кишечной микрофлоры.

Обычно у взрослых людей авитаминоз В₆ не возникает, но прием противотуберкулезного препарата, способного связы­вать пиридоксаль, может вызвать тошноту, дерматиты, конвульсии у детей.

Витамин В₉ (В_с) - фолиевая кислота

Впервые выделен Р.Уильямсом в 1941 г. из листьев шпината как фактор роста цыплят (folium - лист). В 1940 г. в печени обнаружен фактор В_с, устраняющий анемию у цыплят, оказавшийся тоже фолиевой кислотой (индекс «с» от англ. chicken -цыпленок). Позднее этот витамин выделен как активный ростовой фактор ряда микроорганизмов и предохраняющий фактор беременных женщин и обезьян от злокачественной анемии и назван витамином М (monkey - обезьяна). Биохимические функции фолиевая кислота выполняет в виде фолиновой кис-лоты (тетрагидрофолиевой).

Соединение трех фрагментов нестойко, нагревание до 100⁰С быстро разрушает его. Фолиевая кислота разрушается и в кислых и в щелочных растворах, устойчива только в интервале значений рН от 5,0 до 10,0.

Фолиевая кислота часто действует совместно с витамином В₁₂ и фолиновой кислотой (производное тетрагидрофолиевой кислоты, имеющее альдегидную группу у азота птеридинового кольца). Основной функцией этих витаминов является синтез в организме пуриновых и пиримидиновых оснований и порфиринов, из которых образуется гемин. По этой причине фолиевая кислота, как и витамин В₁₂, обладают противоанемичным действием.

Фолиевая кислота синтезируется бактериями кишечника. Если синтез почему-то нарушен, может развиться болезненное состояние с желудочно-кишечными расстройствами, ахилией, глосситом, стоматитом и явлениями анемии. В этих случаях необходимо введение в пищу препаратов фолиевой кислоты и витамина В₁₂. Фолиевая кислота содержится в дрожжах, печени, почках, салате, петрушке, бобовых.

При некоторых других заболеваниях (лейкоз, лейкемия) нужен антивитамин В - аминоптерин, содержащий в пиримидиновом кольце вместо кетогруппы иминогруппу:

Витамин В₁₂

В состав витамина входит 4,6% кобальта, поэтому его называют кобаламин. Он играет важную роль в процессе кроветворения, протекающего непрерывно в костном мозгу.

Молекула кобаламина состоит из трех частей - планарной, в основе которой лежит тетрапиррольное ядро коррина, стабилизирующего центральный атом Со, перпендикулярной к ней нуклеотидной части, построенной из рибозы и 5,6-диметилбензимидазола и замкнутой в макроцикл через карбоксамидный атом азоттетрапиррольной группировки и метилпропандиол и анионной части, которая у кофермента заменена на аденозильный остаток, соединенный с атомом Со необычной кобальт-углеродной связью.

В организме человека витамин В₁₂ превращается в кофермент кобамамид:

Основная биохимическая функция этого кофермента заключается в изомеризации L-глутаминовой кислоты в β-метиласпарагиновую кислоту, лизина - в масляную и уксусную кислоты, превращении глицерина в β-оксипропионовый альдегид.

Витамин В₁₂ успешно применяется теперь для лечения опасного заболевания - злокачественного малокровия, при котором происходит постепенное уменьшение содержания гемоглобина в крови. Он проявляет также анаболические свой­ства и используется в педиатрии для новорожденных детей с недостаточной массой тела.

Витамин В₁₂ синтезируется в организме человека бактериями кишечной флоры, кроме того, он поступает с пищей. Содержится в печени крупного рогатого скота и некоторых рыб.

Количества, отвечающие дневной потребности витамина В₁₂, точно не установлены, но измеряются они величинами порядка 15 мкг, т.е. являются наименьшими из всех необходимых человеку количеств витаминов.

Понижение содержания витамина В₁₂ в организме ведет к развитию анемических состояний. Такие состояния могут возникнуть, например, после употребления слишком больших дох антибиотиков, убивающих кишечную флору, или вследствие болезненных процессов, нарушающих всасывание витамина В₁₂.

Всего витаминов группы В - 15 (некоторые авторы насчи­тывают еще больше).