Витамины, растворимые в жирах

Витамины группы А

С химической точки зрения ретинол представляет собой циклический непредельный одноатомный спирт, состоящий из шестичленного кольца (b-ионон), двух остатков изопрена и первичной спиртовой группы:

Известны три витамина группы А: А₁, А₂, и цис-форма витамина А₁ (неовитамин А). Витамин А₂ отличается от витамина А₁ наличием дополнительной двойной связи в кольце b-ионона. Витамины группы А хорошо растворимы в жирах и жирорастворителях: бензоле, хлороформе, эфире, ацетоне и др. В организме легко окисляются при участии специфических ферментов с образованием соответствующих цис- и транс-альдегидов (ретиненов, ретинали); могут откладываться в печени в форме сложных эфиров с уксусной или пальмитиновой кислотой.

Витамин А оказывает влияние на барьерную функцию кожи, слизистых оболочек, проницаемость клеточных мембран и биосинтез их компонентов. Характерными симптомами недостаточности витамина А у человека и животных являются торможение роста, снижение массы тела, общее истощение организма, специфические поражения кожи, слизистых оболочек глаз. Происходит пролиферация и патологическое ороговение эпителия кожи; процесс сопровождается развитием фолликулярного гиперкератоза, кожа усиленно шелушится, становится сухой. В результате начинаются вторичные гнойные и гнилостные процессы. При авитаминозе А поражается также эпителий слизистой оболочки всего пищеварительного тракта, мочеполового и дыхательного аппаратов. Характерно поражение глазного яблока – ксерофтальмия, т.е. развитие сухости роговой оболочки глаза (от греч. xeros – сухой, ophthalmos - глаз) вследствие закупорки слезного канала. Глазное яблоко не омывается слезной жидкостью, которая, как известно, обладает бактерицидным свойством. В результате этого развиваются воспаления конъюктивиты, отек, изъявления и размягчения роговицы – кератомаляция (от греч. keras - рог, malatia - распад).

Велико значение витамина А в процессе светоощущения. Основным светочувствительным пигментом сетчатки является родопсин, состоящий из липопротеина опсина и простетической группы, представленной альдегидом витамина А₁ (ретиналь). На свету родопсин расщепляется на белок опсин и ретиналь, последний подвергается серии конформационных изменений и превращений в транс-форму. С этими превращениями связана трансформация энергии световых лучей в зрительное возбуждение (процесс перехода из цис-ретиналя в транс-форму возбуждает в зрительном нерве импульс, воспринимаемый мозгом как свет). В темноте происходит обратный процесс – синтез родопсина, требующий наличия активной формы альдегида-11-цис-ретиналя, который может синтезироваться из цис-ретинола, или транс-ретиналя, или транс-формы витамина А при участии двух специфических ферментов – дегидрогеназы и изомеразы. Зрительные циклы превращений родопсина в сетчатке глаза и в темноте имеют место как в палочках, так и в колбочках:

 

Ранним симптомом при гиповитаминозе А является куриная, или ночная слепота (гемералопия), она выражается в потере остроты зрения, точнее, способности различать предметы в сумерках, хотя днем больные видят нормально.

Суточная потребность для взрослого человека в среднем составляет 2,7 мг витамина А или от 2 до 5 мг b-каротина. У человека основным органом, в котором частично откладывается про запас витамин А, является печень. В норме в ней содержится около 20 мг этого витамина на 100 г ткани.

Витамин А широко распространен в природе. Наиболее богаты этим витамином продукты животного происхождения: печень крупного рогатого скота и свиней, яичный желток, цельное молоко, масло, сметана, сливки. Особенно много свободного витамина А в жире печени морского окуня (35%), трески, палтуса.

Растения содержат провитамин А – каротины, выделенных впервые из моркови (от лат. carota - морковь). Известны три типа каротинов: a-, b-, g-каротины, отличающиеся друг от друга химическим строением и биологической активностью. Наибольшей биологической активностью обладает b-каротин, поскольку он содержит два b-иононовых кольца и при распаде в организме из него образуются две молекулы витамина А:

При окислительном распаде a- и g-каротинов образуется только по одной молекуле витамина А, поскольку эти провитамины содержат по одному b-иононовому кольцу. Расщепление каротинов на молекулы витамина А происходит преимущественно в кишечнике под действием специфического фермента b-каротин-диоксигеназы в присутствии молекулярного кислорода. Пи этом образуются 2 молекулы ретиналя, которые под действием специфической кишечной редуктазы восстанавливаются в витамин А. Степень усвоения каротинов и свободного витамина А зависит как от содержания жиров в пище, так и от наличия свободных желчных кислот, являющихся абсолютно необходимыми соединениями для процесса всасывания продуктов распада жиров.

Витамины группы D

Витамин D (кальциферол; антирахитический витамин) существует в виде нескольких соединений, различающихся как по химическому строению, так и по биологической активности. Для человека и животных активными препаратами считаются витамины D₂ (эргостерин) и D₃ (холестерин).

Витамины D₂ и D₃ представляют собой бесцветные кристаллы с температурой плавления 115-117^оС, нерастворимые в воде, но хорошо растворимые в жирах, хлороформе, эфире и других растворителях.

Эргостерин(ол) представляет собой одноатомный ненасыщенный циклический спирт, в основе которого лежит конденсированная кольцевая система циклопентанпергидрофенантрена. Под действием УФ-лучей эргостерин через ряд промежуточных продуктов (люмистерин, тахистерин) превращается в витамин D₂:

Витамин D₂ образуется из эргостерина в результате разрыва связи между 9-м и 10-м углеродными атомами кольца В под действием УФ-лучей. Предшественником витамина D₃ является холестерин. Благодаря наличию холестерина и 7-дегидро­холестерина в составе липидов кожи человека возможен синтез витамина D₃ при солнечном облучении или облучении лампой ультрафиолетового излучения поверхности тела.

7-дегидрохолестерин Витамин D₃ (холекальциферол)

 

В растениях содержатся провитамины витаминов группы D – фитостерины – метиленциклоартенол, кампестерин, ситостерин, стигмастерин.

Недостаток витамина D в рационе детей приводит к возникновению заболевания - рахита, в основе развития которого лежат изменения фосфорно-кальциевого обмена и нарушения отложения в костной ткани фосфата кальция. Основные симптомы рахита обусловлены нарушением нормального процесса остеогенеза. Развивается остеомаляция – размягчение костей. Кости ног становятся мягкими и под тяжестью тела принимают уродливые О- или Х-образные формы. Признаками рахита являются также большая голова и увеличенный живот (обусловлено гипотонией мышц), задержку появления первых зубов и формирования дентина.

Витамин D выполняет свои биологические функции в организме в форме образующихся из него активных метаболитов: 1,25-диоксихолекальциферол [1,25(ОН)₂D₃] и 24,25-диоксихолекальциферол [24,25(ОН)₂D₃]. Считается, что эти активные метаболиты выполняют скорее гормональную, чем биокаталитическую роль, функционируют в системе гомеостатической регуляции обмена кальция и минерализации костной ткани. 1,25(ОН)₂D₃ участвует в регуляции процессов всасывания Са и Р в кишечнике, реабсорбции в почечных канальцах костной ткани. Процессы остеогенеза и ремоделирования костной ткани, напротив, регулируются 24,25(ОН)₂D₃.

Суточная потребность в витамине D для детей колеблется от 10 до 25мкг (500-1000 МЕ) в зависимости от возраста, физиологического состояния организма, соотношения солей фосфора и кальция в рационе и т.д. Для взрослого человека достаточно минимальное количество витамина D.

Наибольшее количество витамина D₃ содержится в продуктах животного происхождения: сливочном масле, желтке яиц, печени и жирах, а также в рыбьем жире, который широко используется для профилактики и лечения рахита. Из растительных продуктов наиболее богаты витамином D₂ растительные масла (подсолнечное, оливковое и др.); много витамина D₂ в дрожжах. Для профилактики рахита в детском возрасте, помимо полноценного питания, рекомендуется УФ-облучение поверхности кожи (солнечное облучение, лампы ультрафиолетового облучения).

Гипервитаминоз у людей может наблюдаться при приеме более 1 500 000 МЕ в сутки, прием очень больших доз витамина может вызвать смертельный исход.

Витамины группы К

Витамин К (нафтохинон) представлен двумя соединениями. К группе витаминов К относятся два типа хинонов с боковыми цепями, представленными изопреноидными звеньями (цепями): витамины К₁ и К₂. В основе циклической структуры обоих витаминов лежит кольцо 1,4-нафтохинона.

Витамин К₁ (филлохинон) впервые был изолирован из люцерны. Это производное 2-метил-1,4-нафтохинона, содержащего в 3-м положении фитильный радикал, имеющий 20 атомов углерода.

Витамин К₂ открыт в растениях и организме животных и содержит в боковой цепи от 6 до 9 изопреновых единиц.

Витамин К₁ представляет собой светло-желтую жидкость, неустойчивую при нагревании в щелочной среде и при облучении, а витамин К₂ – желтые кристаллы; онтакже неустойчив. Оба препарата нерастворимы в воде, но хорошо растворимы в органических растворителях: бензоле, хлороформе, ацетоне, гексане и др.

Витамин К является антигеморрагическим фактором. При авитаминозе К возникают самопроизвольные паренхиматозные и капиллярные кровотечения (носовые кровотечения, внутренние кровоизлияния). Любые поражения сосудов при авитаминозе могут привести к обильным кровотечениям. У человека авитаминоз К встречается реже, чем другие авитаминозы, так как смешанная пища довольно богата витамином К и, кроме того, витамин К синтезируется клеточной микрофлорой кишечника в количестве, достаточном для предотвращения авитаминоза.

Витамин К принимает участие в синтезе протромбина в печени, он необходим как стимулятор биосинтеза минимум 4 белков-ферментов, участвующих в сложном процессе свертывания крови: факторов II, VII, IX, X. Протромбин, являясь протеолитическим ферментом, расщепляет специфические пептидные связи растворимого белка крови фибриногена с образованием нерастворимого фибрина. Витамин К выполняет кофакторную функцию в реакции g-карбоксилирования остатков глутаминовой кислоты в молекуле белка, в частности протромбина; источником СО₂ является НСО₃^-. Реакция постсинтетического карбоксилирования g-карбоксильной группы глутамата играет, кроме того, важную роль в связывании ионов Са⁺² молекулой белка, поскольку при этом образуются дополнительные отрицательно заряженные ионы карбоксильных групп.

Наиболее богаты витамином К зеленые листья каштана, крапивы, люцерны, овощи: капуста, шпинат, тыква и т.д. Из животных продуктов он содержится только в печени свиньи. Суточная потребность в витамине К для человека точно не установлена, поскольку он синтезируется микроорганизмами кишечника; считается достаточным количество около 1 мг.

Витамины группы Е

Витамин Е или токоферол (от греч. tocos - потомство, pherо - несу) представляет группу близких по химическому строению соединений. В настоящее время известно 8 природных соединений, обладающих биологической активностью витамина Е.

Токоферолы представляют собой производные 2-метил-2(4^/,8^/,12^/ триметилтридецил)-хроман-6-ола, или токола.

Различные токоферолы (a, b, g и др.) отличаются друг от друга числом и расположением метильных групп в бензольном кольце. Они представляют собой бесцветные маслянистые жидкости, хорошо растворимые в жирах (маслах) и жирорастворителях, весьма устойчивые к нагреванию, но быстро разрушающиеся под действием УФ-излучений.

Человек получает достаточное количество витамина Е с растительными маслами. Недостаточность его отмечена в некоторых тропических странах, где основным источником пищи являются углеводы, тогда как жиры употребляются незначительно. Препараты витамина Е применяются в медицинской практике, они предотвращают самопроизвольные аборты у женщин. У животных, в частности, крыс, недостаточность витамина Е вызывает нарушение эмбриогенеза и дегенеративные изменения репродуктивных органов, что приводит к стерильности. У самок в большей степени поражается плацента, чем яичники; процесс оплодотворения яйца не нарушен, но плод скоро рассасывается. У самцов происходит атрофия половых желез, приводящая к полной или частичной стерилизации. При недостаточности витамина Е наблюдается мышечная дистрофия, жировая инфильтрация печени, дегенерация спинного мозга. У животных наблюдается снижение подвижности, в мышцах снижается количество миозина, гликогена, калия, магния, фосфора и креатина и, наоборот, повышается содержание липидов и хлорида натрия.

Токоферолы выполняют в организме две главные метаболитические функции. Во-первых, являются главными природными жирорастворимыми антиоксидантами. Они разрушают наиболее реактивные формы кислорода и соответственно предохраняют от окисления полиненасыщенные жирные кислоты, препятствуют образованию вредных для живых организмов органических перекисей. Во-вторых, токоферолы играют специфическую роль в обмене селена, который, являясь интегративной частью фермента глутатионпероксидазы, обеспечивает защиту мембран от разрушающего действия пероксидных радикалов. Биологическая роль витамина Е сводится, таким образом, к предотвращению аутоокисления липидов биомембран и возможному снижению потребности в глутатионпероксидазе, необходимой для разрушения образующихся в клетке перекисей.

Важнейшим источником витамина Е для человека являются растительные масла (подсолнечное, хлопковое, соевое, кукурузное и др.), а также салат, капуста и семена злаков. Наибольшее количество витамина Е содержится в пшеничном зерне в зародыше и алейроновом слое: 15,.84 и 5,77 мг на 100 г соответственно. В муке содержание витамина Е незначительно: 1,1 мг на 100 г. Витамин Е содержится в мясе, сливочном масле, яичном желтке и др. Витамин Е откладывается в организме во многих тканях (мышцах, поджелудочной железе, жировой ткани), поэтому развитие авитаминоза Е почти не наблюдается, даже если этот витамин не поступает с пищей в течение нескольких месяцев.