Витамин С, аскорбиновая кислота, антискорбутный фактор

Строение. По химической структуре аскорбиновая кислота является производным глюкозы и легко синтезируется растительными и большинством животных организмов. Исключением является человек и другие приматы, морские свинки. Существует в двух формах:

                         О=С                                       О=С

                               ç                                              ç     

                   НО¾ С                                       О=С

                              çç О         -2Н                 ç О

                   НО¾ С                                       О=С

                               ç                                             ç

                      Н¾ С                 +2Н        Н¾С

                               ç                                             ç

                   НО¾ С ¾Н                          НО¾С ¾Н

                              ½                                            ½

                               СН2ОН                                 СН2ОН      

 

L-аскорбиновая кислота    L-дегидроаскорбиновая кислота

 

Способность аскорбиновой кислоты обратимо окисляться в дегидроаскорбиновую кислоту определяет её биологическую роль.

Биологическая роль витамина С - участие в окислительно-восстановительных реациях в организме. Можно выделить несколько групп реакций:

В присутствии железа Fе²⁺ аскорбат катализирует гидроксилирование ряда соединений:

1..Образование гомогентизиновой кислоты из п -оксифенилуксусной (катаболизм тирозина)

2..серотонина из триптамина (биогенные амины) 

3..карнитина из g-бутиробетаина (перенос жирных кислот через митохондриальную мембрану)

4. Гидроксилирование пролина и лизина при синтезе коллагена

II. Ещё одна важная функция аскорбиновой кислоты, так же связанная с её способностью образовывать редокс-пару - поддержание ионов железа в состоянии Fе²⁺. Это способствует:

а) лучшему всасыванию железа в кишечнике, с одной стороны;

б) ускоренному высвобождению железа из ферритина;

в) восстановлению метгемоглобина в гемоглобин Fе ²⁺.

III. Кроме того, аскорбат обладает антиоксидантной активностью, защищая клеточные мембраны от повреждающего действия активных форм кислорода.

Суточная потребность - от 40 до 100 мг. Доза в 10 мг предупреждает развитие цинги. Избыточный прием витамина С (>500 мг) быстро приводит к насыщению тканей аскорбатом и выведению излишков с мочой. В животных тканях витамин находится как в свободной, так и в связанной форме. Это позволяет поддерживать нормальный метаболический уровень организма в течение месяца при отсутствии витамина С в пище. Учитывая сезонный характер поступления витамина С в организм с растительной пищей в условиях средней полосы, рекомендуется принимать препараты аскорбиновой кислоты с ноября месяца.

Основные пищевые источники: зелёные части растений, ягоды (смородина, рябина), цитрусовые, лук (зелёный и репчатый).

Проявления недостаточности. Ц инга с её классическими проявлениями - разрыхлением дёсен, выпадением зубов, паренхимными кровоизлияниями в наше время не встречается. Однако у детей, при неправильном питании, может наблюдаться ряд симптомов характерных для С-гиповитаминоза. Это:

1. Болезненность и опухание суствов;

2. Точечные кровоизлияния (петехии);

3. Неправильное развитие зубов

4. Замедленное развитие скелета

5. Анемия.

Основой всех этих изменений, за исключением анемии, является нарушение образования коллагена и хондроитинсульфата. Образующийся коллаген оказывается обедненным оксипролином.

 

Витамин В₁₂, цианкобаламин

Строение. Имеет очень сложную структуру. Центральной частью молекулы является порфириноподобная корриновая система. Она представляет собой 4 пиррольных кольца, замкнутыхв единую систему, но место железа занимает атом кобальта. Так же как и железо в геме, атом Со²⁺ образует 2 ковалентные и 4 координационные связи. Две ковалентные и две координационые затрачиваются на связи с пиррольными кольцами, одна кординационная на связь с 5,6-диметилбензимидазолом и еще одна может быть занята различными заместителями.

В животных клетках обнаружены две активные формы витамина В₁₂, выполняющие коферментные функции – дезоксиаденозилкобаламин и метилкобаламин.

Биологическая роль. В организме животных кобаламидные коферменты участвуют в двух реакциях:

1. Метилмалонил-КоА-мутазная реакция

В процессе окисления высших жирных кислот с нечётным числом атомов углерода, помимо ацетил-КоА, образуется ещё и 3-х углеродный пропионил-КоА. Дальнейший его катаболизм протекает по схеме:

                                                                             СООН

СН₃-СН₂-СО~SКоА + СО₂ ^{биотинфермент}     СН₃-СН-СО~SКоА      

пропионил-КоА                                       метилмалонил-КоА

 

^{метилмалонил-КоАмутаза} СООН-СН₂-СН₂-СО~SКоА

       В₁₂                      сукцинил-КоА

         

При дефиците витамина В₁₂ блокируется последняя реакция и накапливается метилмалонил-КоА, токсичный для задних и боковых столбов спинного мозга и приводит к их деградации.

2. Реакция трансметилирования в синтезе метионина из гомоцистеина. В этой реакции витамин В₁₂ является промежуточным акцептором метильной группы, донором которой является N⁵-метил ТГФК.

 

N⁵-СН₃– ТГФК            ОКСИКОБАЛАМИН           МЕТИОНИН

         ТГФК          МЕТИЛКОБАЛАМИН          ГОМОЦИСТЕИН

 

Фермент, катализирующий реакцию – метионинсинтаза. Нарушение реакций трансметилирования при дефиците витамина В₁₂ приводит к двояким последствиям:

А) Нарушению синтез метионина и, как следствие, сопряженных с ним синтезов – белков, фосфолипидов (холина);

В) Накоплению N⁵-метилТГФК, что приводит к ингибированию образования других производных ТГФК и связанных с ними синтезов пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов, а в конечном итоге – нуклеиновых кислот.

Проявления недостаточности: злокачественная или пернициозная анемия (появление в крови макроцитов и мегалоцитов).

Причины недостаточности. Экзогенный гиповитаминоз связан с недостаточностью витамина в пище и характерен для вегетарианцев и беременных. Эндогенный гиповитаминоз связан с нарушением всасывания и усвоения витамина. Для эффективного всасывания пищевого витамина В₁₂ необходим специальный гликопротеин, вырабатываемый обкладочными клетками желудка - внутренний фактор Кастла. Он образует с витамином комплекс в соотношении 1:1 и всасывается в тонком кишечнике. Гастрогенный В₁₂-гиповитаминоз связан с недостатком внутреннего фактора Кастла при атрофии слизистой желудка (болезнь Аддисона-Бирмера) или субтотальной резекции желудка. Энтерогенный В₁₂-гиповитаминоз является следствием нарушения всасывания витамина у носителей широкого лентеца, хронических больных энтероколитом, после резекции тонкого кишечника.

Пищевые источники. Синтезируется только микроорганизмами. В организм человека поступает с продуктами животного происхождения. Ни растительная пища, ни дрожжи не могут быть источником витамина В₁₂.

 

Фолиевая кислота, В₉

Биологическая роль. Коферментной формой витамина В₉ является тетрагидрофолиевая кислота (ТГФК), образующаяся в результате последовательного восстановления фолиевой кислоты НАДФН-зависимыми редуктазами.

 

Биологическая роль ТГФК связана с её способностью присоединять одноуглеродные радикалы. Их источниками в организме человека могут служить различные соединения, однако, наибольшая роль принадлежит серину, который может образовываться из глюкозы в количествах необходимых организму.

Известно несколько коферментных форм ТГФК, которые при участии ферментов могут переходить друг в друга.

Фолиевая кислота

                                НАДФН₂               фолатредуктаза                  

                                НАДФ⁺                        (витамин С)

ДГФК

                                     НАДФН₂                   дигидрофолатредуктаза

                                        НАДФ⁺                       (вит. С)

                                                                                       метионин

                                                             ТГФК

                                          Серин           В₆ В₁₂     гомоцистеин                 

                                         Глицин

Тимидиловый нуклеотид   N⁵N¹⁰-метилен ТГФК            N⁵-метил ТГФК

                                          НАДФ⁺                   ФАДН₂ ФАД

                                        НАДФН₂                    + Н₂О

                                        N⁵N¹⁰-метенил ТГФК                 N¹⁰-формил ТГФК

                                                             Синтез пуриновых нуклеотидов

 

Таким образом, производные ТГФК участвуют в процессах:

1. обмена серина и глицина

2. синтеза метионина

3. синтеза тимидилового нуклеотида

4. синтеза пуриновых нуклеотидов

Из схемы видно, что образование и метаболизм коферментных форм фолиевой кислоты связаны с обеспеченностью организма другими витаминами. В первую очередь это В₁₂, аскорбиновая кислота. Недостаточность биотина так же приводит к нарушению обмена активных форм фолиевой кислоты.

Проявления недостаточности. Недостаточность фолиевой кислоты у человека вызывает характерные нарушения в обмене, которые ведут к развитию мегалобластической анемии. Нарушения касаются не только эритроцитов, но и других форменных элементов крови.

Пищевые источники. Фолаты широко представлены в природе – они синтезируются микроорганизмами и высшими растениями. При термической обработке растительных продуктов фолиевая кислота практически полностью утрачивается, поэтому основным её источником являются свежие овощи и фрукты.

Потребность в витамине возрастает при беременности и лактации, заболеваниях желудочно-кишечного тракта с нарушением всасывания, заболеваниях печени, длительном применении сульфаниламидов.

 

Витамин Н, биотин

Биологическая роль. Подобно другим водорастворимым витаминам выполняет коферментную функцию. Образует комплексы биотин-фермент за счёт пептидной связи своей карбоксильной группы с аминогруппой лизина белковых субъединиц. Биотинсодержащие ферменты катализируют реакции карбоксилирования с фиксацией углекислого газа.

В качестве примера можно привести реакции образования

А) малонил-КоА из ацетил-КоА под действием ацетил-КоА-карбоксилазы в синтезе высших жирных кислот

Б) оксалоацетата из пирувата под действием пируваткарбоксилазы

Проявления недостаточности: очаговое выпадение волос, шелушение и пепельная бледность кожи, атрофия вкусовых сосочков, потеря аппетита, мышечные боли, депресия.

Причины недостаточности:

1. употребление в пищу больших количеств сырых яиц

2. поносы

3. длительное применение антибиотиков

Источники витамина. Основным источником витамина Н является микрофлора кишечника. Бактериальный синтез полностью покрывает потребности взрослого человека.

 

Так как коферментные функции остальных водорастворимых витаминов мы уже разбирали в соответствующих разделах обмена веществ, информацию о них приводится в кратком виде.

 

Витамин В₁ - тиамин.

 

Активная форма: кофермент тиаминдифосфат.

Биологическая роль: участвует в реакциях окислительного декарбоксилирования пировиноградной и a-кетоглутаровой кислот, транскетолазных реакциях пентозофосфатного пути.

Суточная потребность: 1-2 мг.

Основные пищевые источники: мука грубого помола, бобовые, мясо, рыба.

Гиповитаминоз - болезнь “бери-бери”. Симптомы: 1. периферические невриты; 2. мышечная слабость; 3. дискоординация движений; 4. увеличение размеров сердца; 5. повышение уровня пирувата в крови. Основная причина смертности у больных бери-бери - сердечная недостаточность.

 

Витамин В₂ - рибофлавин.

 

                      Флавинадениндинуклеотид

Активная форма – коферменты флавинмононуклеотид и флавинадениндинуклеотид.

Биологичекая роль – окислительно-восстановительные реакции. Например: 1. перенос водородов в процессе дыхания и микросомального окисления, 2. окисление сукцината 3. окисление высших жирных кислот.

Суточная потребность 1.5-3.0 мг

Основные пищевые источники: молоко, печень, мясные продукты, яйца, жёлтые овощи.

Гиповитаминоз часто встречается у беременных, детей, у людей в состоянии стресса. Симптомы:

1. воспаление сосочков языка - глоссит; 2. растрескивание губ и уголков рта – ангулярный стоматит; 3. помутнение хрусталика - катаракта; 4. воспаление роговицы глаза - кератит.

 

Витамин В₆ - пиридоксин.

Активная форма: кофермент пиридоксальфосфат Биологическая роль - участвует в реакциях: 1. трансаминирования; 2. декарбоксилирования аминокислот; 3. синтеза никотинамида из триптофана; 4. синтеза d-аминолевулиновой кислоты (синтез гема). Суточная потребность – 2 мг

 

 

 

                                                                              пиридоксальфосфат

 

Основные пищевые источники: хлеб, горох, фасоль, картофель, мясо.

Гиповитаминоз - недостаточность витамина не вызывает специфических симптомов.