Биохимические основы жизнедеятельности организма человека - Волков Н.И., Несен Э.Н. 2000

Биохимические основы жизнедеятельности организма человека
Витамины
Характеристика водорастворимых витаминов

Молекулы водорастворимых витаминов содержат гидрофильные группы (-NH₂; -ОН; -СООН и др.), которые способствуют их хорошему растворению в воде. В связи с этим они легко всасываются в кровь из кишечника, а их избыток быстро выводится с мочой, поэтому не возникает состояние гипервитаминозов. В организме человека витамины этой группы не накапливают­ся, отсутствие их в пище приводит к быстрому развитию гиповитаминозов или авитаминозов, поэтому они должны систематически поступать в определенных количествах (табл. 10). Водорастворимые витамины отлича­ются термолабильностью и устойчивостью в кислой среде. Многие из них как кофакторы входят в состав различных ферментов, регулирующих обмен веществ. Так, например, в регуляции аэробного окисления углеводов при­нимают участие пять витаминов группы В и витамин С (рис. 44).

ТАБЛИЦА 10 Суточная потребность у взрослого человека в водорастворимых витаминах и их пищевые источники

Рис. 44 Участие водорастворимых витаминов в регуляции окисления углеводов в скелетных мышцах

Витамин В₁

Биологическое действие. Витамин В₁ (тиамин) участвует в регуляции уг­леводного обмена, так как является составной частью ферментов, ускоря­ющих превращение пировиноградной кислоты в ацетил-КоА — основное промежуточное вещество аэробного окисления углеводов и других ве­ществ. Этот витамин входит также в состав ферментов, участвующих в биосинтезе нуклеиновых кислот, а также ферментов цикла лимонной кислоты, увеличивающих образование АТФ, особенно в нервных клетках.

Авитаминоз связан с накоплением в организме пировиноградной кис­лоты, которая в больших количествах вызывает изменение кислотно-ос­новного состояния организма и нарушение функций центральной и пери­ферической нервных систем, а также нарушение синтеза ацетилхолина вследствие снижения образования АТФ. В результате развивается заболе­вание нервной системы полиневрит (болезнь бери-бери) — прогрессиру­ющая дегенерация нервов: потеря кожной чувствительности, нарушение секреторной и моторной функции желудочно-кишечного тракта, паралич мышц с последующей их атрофией.

Гиповитаминоз для тиамина характерен накоплением в организме продуктов обмена углеводов (пировиноградной и молочной кислот), в результате чего изменяется кислотно-основное равновесие и угнетается секреторная функция желудка, снижается сопротивляемость организма к инфекциям, появляется раздражительность и общая слабость.

При мышечной деятельности суточная потребность в витамине В1 уве­личивается до 6—8 мг в связи с участием его в регуляции аэробных про­цессов энергообразования, особенно в видах спорта на выносливость.

Химическое строение. Витамин В₁ представляет гетероциклическое соединение, содержащее кольца пиримидина и тиазола. В его состав вхо­дит аминогруппа (NH₂) и сера (S), поэтому он называется тиамином:

Витамин В₁ — первый витамин, в чистом виде полученный в лабора­торных условиях К. Функом в 1911 г.

Витамин В₂

Биологическое действие. Витамин В₂ (рибофлавин) участвует в процессах аэробного энергообразования (тканевого дыхания), так как входит в состав флавиновых коферментов ФАД и ФМН, которые выполняют функцию пере­носчиков водорода. Кроме того, он регулирует превращение аминокислот и биосинтез белка и таким образом стимулирует процессы роста.

Авитаминоз проявляется в виде воспаления слизистой оболочки рта, нарушения зрения, задержки роста, специфических дерматитов. Со сто­роны нервной системы авитаминоз характеризуется судорогами и пара­личами.

Гиповитаминоз проявляется в изменении слизистой оболочки губ и языка, шелушении, возникновении трещин на губах, снижении остроты зрения в темноте, появлении головной боли, судорог и слабости мышц.

Химическое строение. Витамин В₂ является производным изоаллоксазина и спирта рибитола:

Потребность в витамине В₂ увеличивается при неполноценном белко­вом рационе, в условиях гипоксии и при усиленной мышечной деятельнос­ти, связанной со значительным усилением аэробного энергообразования.

Витамин В₃

Биологическое действие. Витамин В₃ (пантотеновая кислота) входит в состав кофермента ацетилирования — коэнзима А, который участвует в аэробном окислении углеводов, жиров и белков, т. е. регулирует обмен энергии. Он также участвует в синтезе жирных кислот, белков, ацетилхо­лина, гормонов коры надпочечников.

Авитаминоз у здоровых людей не наблюдается, так как потребность в витамине В₃ удовлетворяется микрофлорой кишечника.

Гиповитаминоз проявляется дерматитами, потерей массы тела, выпа­дением и поседением волос, дискоординацией движений ("гусиные ша­ги"), параличом.

Химическое строение. Витамин В₃ состоит из пантоевой кислоты и аланина, которые соединены пептидной связью:

Витамин В₆

Биологическое действие. Витамин В₆ (пиридоксин) участвует в регуля­ции обмена аминокислот и в синтезе белка, проявляя анаболический эффект. Он также регулирует липидный обмен, усиливая усвоение нена­сыщенных жирных кислот. Этот витамин входит в состав фермента фосфорилазы, который усиливает распад гликогена в тканях, способству­ет повышению содержания креатина в мышцах, влияет на образование се­ротонина, гистамина, ГАМК, которые участвуют в регуляции процессов сокращения мышц и функций нервной системы.

Авитаминоз встречается редко, так как этот витамин частично синте­зируется микрофлорой толстого кишечника. Однако при длительном применении антибиотиков возможно развитие авитаминоза, который про­является дерматитами, снижением количества эритроцитов и угнетанием процесса роста, поражением нервной системы.

Гиповитаминоз проявляется потерей аппетита, уменьшением числа лимфоцитов в крови, ослаблением памяти, дерматитами.

Химическое строение. Витамин В₆ является производным пиримиди­на и может быть представлен в виде трех соединений — пиридоксина, пиридоксаля и пиридоксамина:

В организме все они превращаются в пиридоксальфосфат, который и осуществляет биологическую функцию витамина В₆.

Витамин В₁₂

Биологическое действие. Витамин В₁₂ (цианкобаламин) участвует в син­тезе нуклеиновых кислот и превращениях аминокислот, что приводит к ак­тивации синтеза белка, процессов роста и восстановления, т. е. проявля­ет наиболее сильное анаболическое действие. Он увеличивает количество эритроцитов и предупреждает жировую инфильтрацию печени (липотропное действие), а также улучшает обмен аминокислоты метионина и влия­ет на процессы биологического окисления пировиноградной и уксусной кислот.

Авитаминоз проявляется в виде злокачественной анемии, симптомами которой является резкое уменьшение количества эритроцитов, снижение уровня гемоглобина, появление незрелых форменных элементов крови. Заболевание взаимосвязано с нарушением образования соляной кислоты и белка транскоррина в слизистой оболочке желудка, необходимого для всасывания витамина В₁₂ в кровь.

Химическое строение. Витамин В₁₂ имеет сложную структуру, близ­кую к гемоглобину. В его состав входят 4 пиррольных кольца, которые со­единены не атомом железа, как в гемоглобине, а атомом кобальта (Со):

Дефицит всех витаминов группы В у спортсменов отрицательно сказы­вается на мышечной деятельности, поскольку они регулируют процессы энергообразования, а также процессы биосинтеза белка, что обеспечи­вает скорость восстановления организма и развитие адаптации. Однако их избыток в организме не приводит к дополнительному приросту физичес­кой работоспособности.

Витамин Н

Биологическое действие. Витамин Н (биотин) участвует в обмене высших жирных кислот, азотистых оснований и нуклеиновых кислот, а также в биосин­тезе глюкозы. Поэтому он необходим для функции мышц и нервной системы.

Авитаминоз не характерен, так как витамин Н синтезируется микро­флорой кишечника.

Гиповитаминоз может развиваться при употреблении большого коли­чества сырых куриных яиц, в которых содержится белок авидин. Авидин связывает биотин в желудочно-кишечном тракте с образованием не рас­творимого в воде комплекса и делает его недоступным для усвоения. Не­достаточность биотина проявляется шелушением кожи, болью в мышцах, малокровием, снижением работоспособности, себореей (усиленное выде­ление жира сальными железами).

Химическое строение. Витамин Н является производным монокарбо­новой валериановой кислоты, тиофена и циклической формы мочевины:

Биотин (греч. bios — жизнь) впервые выделен в 1935 г. из яичного жел­тка. Для получения 1 г биотина потребовалось 225 кг сухого яичного желтка.

Витамин С

Биологическое действие. Витамин С (аскорбиновая кислота) участвует в окислительно-восстановительных реакциях и передаче водорода при аэ­робном энергообразовании. Он влияет на синтез белка коллагена, способ­ствующего сохранению целостности опорных тканей (хрящей и костей) и нормальной проницаемости стенок сосудов. Активность многих ферментов зависит от присутствия аскорбиновой кислоты. Прежде всего это относит­ся к ферментам, участвующим в обмене аминокислот и нуклеиновых кислот, биосинтезе белков в мышцах, что определяет анаболическое действие витамина С. Этот витамин стимулирует процессы кроветворения, улучшая всасывание железа из кишечника, а также улучшает защитную функцию печени, что повышает устойчивость организма к различным ток­сическим веществам и способствует более быстрому восстановлению ор­ганизма после больших физических нагрузок. Витамин С влияет на синтез гормонов надпочечников, в том числе кортикостероидов, что улучшает приспособительные реакции организма, повышает устойчивость организ­ма к инфекционным и простудным заболеваниям. Благодаря таким биоло­гическим функциям он широко применяется в медицине и спорте.

Авитаминоз у человека проявляется в виде тяжелого заболевания — цинги (скорбут). При цинге повышается проницаемость кровеносных сосу­дов, особенно капилляров, что приводит к кровоизлиянию, кровоточивос­ти. Связано это с нарушением синтеза белка коллагена, придающего плот­ность сосудистым стенкам. При этом заболевании обычно наблюдается повреждение десен, точечные кровоизлияния на коже, а также поврежде­ние костей и, особенно, зубов. Для предотвращения цинги достаточно всего 10 мг аскорбиновой кислоты в сутки, однако с лечебной целью вво­дится 200—300 мг ∙ сут^-1. Тем не менее, как свидетельствуют данные пос­ледних лет, применение синтетических препаратов этого витамина в коли­честве более 60 мг способствует образованию в тканях токсических сое­динений.

Гиповитаминоз приводит к понижению устойчивости организма к раз­личным инфекционным заболеваниям, а также снижению секреторной и моторной функций желудочно-кишечного тракта и органов дыхания, воз­никновению кариеса зубов, кровоточивости десен, быстрой утомляемости. Такое состояние возникает не только при недопоступлении витамина с пи­щей, но и при загрязнении окружающей среды химическими веществами под влиянием больших физических нагрузок, а также при эмоциональных перегрузках, интенсивном росте в детском возрасте.

Потребность в аскорбиновой кислоте повышается в условиях высо­кой и низкой температуры окружающей среды, при напряженной нервно­психической деятельности, например у спортсменов в период соревно­ваний.

Химическое строение. Витамин С является ненасыщенной гексозой. Под воздействием ферментов он легко окисляется (отдает водород) и превращается в дегидроаскорбиновую кислоту, которая, присоединяя атомы водорода, снова превращается в аскорбиновую кислоту:

Таким образом витамин С участвует в окислительно-восстановитель­ных реакциях тканевого дыхания. Окисление аскорбиновой кислоты до дегидроаскорбиновой предохраняет ее от разрушения и выведения из организма. Этот процесс усиливается действием витамина Р.

Аскорбиновая кислота широко используется для профилактики и ле­чения многих заболеваний, а также для поддержания высокой физической работоспособности. При этом следует учитывать, что большие дозы вита­мина С могут вызывать нарушение костной ткани (остеопороз), репродук­тивной функции, способствовать тромбообразованию или даже злока­чественному перерождению тканей.

Витамин Р

Биологическое действие. Витамин Р (рутин), как и другие вещества с Р-витаминной активностью (цитрин, гесперидин, эридиктин, катехины), участвует в окислительно-восстановительных реакциях и стимулирует тка­невое дыхание, а также регулирует проницаемость капилляров. Такое дей­ствие витамина Р взаимосвязано с витамином С, что обусловило создание их комплексов (аскорутина и галаскорбина). Эти препараты улучшают состояние стенок кровеносных сосудов, регулируют кислотообразующую функцию желудка, процессы желчеобразования, скорость восстановитель­ных реакций в организме.

Авитаминоз практически не встречается, а гиповитаминоз может воз­никнуть при нарушении всасывания этого витамина в кишечнике и прояв­ляется в виде петехиальной сыпи (мелкие кровоизлияния вокруг волосяно­го мешочка), боли в ногах, слабости, быстрой утомляемости.

Химическое строение. Витамин Р является флавиновым производ­ным глюкозидов желто-оранжевого цвета:

Витамин Р впервые выделен из кожуры лимона в 1936 г. венгерским биохимиком А. Сент-Дьердьи.

Витамин РР (витамин В₅)

Биологическое действие. Витамин РР (никотиновая кислота) участвует в окислительно-восстановительных реакциях, являясь составной частью коферментов НАД и НАДФ — переносчиков атомов водорода. Эти коферменты учас­твуют в анаэробном и аэробном окислении углеводов, в образовании глико­гена в печени, синтезе жирных кислот и фосфолипидов, обмене аминокислот, нормализуют содержание холестерина в крови. В организме РР частично син­тезируется из незаменимой аминокислоты триптофана (провитамина РР).

Авитаминоз приводит к нарушению образования коферментов дегид­рогеназ, катализирующих процессы тканевого дыхания, и развитию забо­левания, называемого пеллагрой ("шероховатая кожа"). Пеллагра — это бо­лезнь трех "д": дерматит, диарея и деменция (слабоумие, выражающееся потерей памяти, галлюцинациями, бредом). Отмечается также нарушение сердечной деятельности. Заболевание развивается при неполноценном белковом питании (недопоступление в организм аминокислоты триптофа­на, содержащегося в мясе) и недостатке витамина В₆, который необходим для синтеза витамина РР.

Гиповитаминоз вызывает буро-коричневую пигментацию кожи, преиму­щественно на открытых местах тела, ороговение и шелушение кожи, а так­же психические нарушения — раздражительность, апатию.

Химическое строение. Витамин РР является производным пиридина и может быть представлен никотиновой кислотой (а) и никотинамидом (б):

Биологическая активность обоих соединений практически одинакова. Никотиновая кислота устойчива к нагреванию, воздействию кислорода воздуха, света, к кислой и щелочной среде.

Витамин В_с

Биологическое действие. Витамин В_с (фолиевая кислота) участвует в об­мене аминокислот и нуклеиновых кислот, что связано с усилением синте­за белка (анаболическое действие). Фолиевая кислота способствует вса­сыванию витамина В₁₂, чем усиливает процессы кроветворения, оказывая антианемическое действие. Она способна присоединять водород, что оп­ределяет ее участие в окислительно-восстановительных процессах, свя­занных с энергообразованием.

Авитаминоз связан с нарушением синтеза нуклеиновых кислот и про­цессов кроветворения, что приводит к снижению содержания гемоглобина (анемии и лейкопении).

Гиповитаминоз проявляется кровоточивостью слизистых оболочек рта, десен, поражением желудочно-кишечного тракта, жировой инфильтрацией печени, развитием дерматитов, стоматитов.

Химическое строение. В состав молекулы витамина В_с входят глута­миновая кислота, парааминобензойная кислота, птеридин:

Фолиевая кислота впервые выделена из листьев шпината, откуда и по­лучила название (лат. folium — лист). В организме человека фолиевая кис­лота превращается в тетрагидрофолиевую кислоту, проявляющую биоло­гическую активность.