Биохимия (Витамины)

Биохимия (Витамины)

История развития витаминов

1880 г. – российский ученый Н. И. Лунин впервые обратил внимание на то,  что помимо белков, жиров, углеводов, минеральных солей и воды, животным необходимы некие особые факторы питания, без которых они заболевают и гибнут.

1912 г. –  польский исследователь К. Функ  выделил из рисовых отрубей вещество, предохраняющее от заболевания бери-бери, и назвал его витамин (от лат. vita–жизнь и амин, поскольку это вещество содержало NH2-группу).

Общая характеристика витаминов:

1) обладают исключительно высокой биологической активностью и требуются организму в очень небольших количествах – от нескольких мкг до нескольких десятков мг в день.

2) участвуют в обмене веществ в основном как участники биокатализа

3) почти все водорастворимые витамины и  жирорастворимый витамин К являются коферментами или кофакторами биохимических реакций

4) витамины А, Д, Е способны регулировать работу генетического аппарата клетки. Витамины – это необходимые для жизнедеятельности низкомолекулярные органические соединения, синтез которых у организма данного вида отсутствует или ограничен (за исключением витамина Д, который может синтезироваться в коже человека).

Биохимия (Витамины)

Витамин А (ретинол, антиксерофтальмический, витамин роста)

Строение: жирорастворимый,  циклический непредельный одноатомный спирт.

Биохимические функции:

1) структурный компонент клеточных мембран

2) регулирует рост и дифференцировку клеток эмбриона и молодого организма,  деление и дифференцировку быстро пролиферирующих тканей, в первую очередь, эпителиальных,  хряща и костной ткани.

3) участвует в фотохимическом акте зрения

4) важнейший компонент антиоксидантной защиты организма (взаимодействует со свободными радикалами различных типов благодаря наличию сопряженных двойных связей, усиливает АО действие токоферола, активирует включение Se в состав глутатионпероксидазы)

5) витамин А и ретиноиды стимулируют  реакции  КИО (увеличивают активность Т-к)

6) витамин А является антиканцерогеном

7) может проявлять себя как прооксидант (легко окисляется кислородом с образованием высокотоксичных перекисных продуктов)

Биохимия (Витамины)

Витамин D (кальциферол, антирахитический)

Химическое строение и свойства: наиболее важным из группы витаминов Д является витамин Д3 –1,25-дигидроксихолекальциферол. Холекальциферол образуется  из 7-дегидрохолестерола в клетках кожи человека под влиянием УФ-лучей.

Витамин Д3 (холекальциферол)

Всасываются подобно витамину А, в  печени витамины подвергаются гидроксилированию микросомной системой оксигеназ по С-25 , затем переносятся с помощью специфического транспортного белка с током крови в почки, где осуществляется вторая реакция гидроксилирования по С-1 с помощью митохондриальных оксигеназ. В реакциях гидроксилирования принимает участие витамин С. Витамин Д3 накапливается в жировой ткани.

Биохимические функции:

1) витамин Д3 можно рассматривать как прогормон, превращающийся в 1,25(ОН)2-Д3, действующий аналогично стероидным гормонам. Отвечает за синтез Са2+-АТФ-азы в энтероцитах и других клетках.

2) ускоряет всасывание кальция и фосфора в кишечнике.

3) в костной ткани стимулирует  деминерализацию (синергично с паратирином).

4) в почках увеличенивает реабсорбцию кальция и фосфатов

5) участвует в регуляции роста и дифференцировке клеток костного мозга.

6) обладает антиоксидантным и антиканцерогенным действием.

Биохимия (Витамины)

Витамин Е (токоферол, витамин размножения)

Химическое строение и свойства: жирорастворимый, имеет гидрофобный хвост и ядро, содержащее ОН-группу. Токоферолы – прозрачные, светло-желтые,  вязкие масла, хорошо растворимые в большинстве органических растворителей. Медленно окисляются на воздухе, разрушаются под действием УФ-лучей.

Биохимические функции:

1.  универсальный протектор клеточных мембран от окислительного повреждения:

А) занимает такое положение в мембране, которое препятствует контакту кислорода с ненасыщенными липидами

Б) его  подвижный  гидроксил ядра способен непосредственно взаимодействовать со свободными радикалами кислорода (О2?, НО?, НО2?), свободными радикалами ненасыщенных  жирных  кислот (RO?, RO2?) и пероксидами жирных кислот

В) способен предохранять от окисления SH-группы мембранных белков

Г) способен защищать от окисления двойные связи в молекулах каротина и витамина А.

Д) совместно с аскорбиновой кислотой способствует включению селена в состав активного центра глутатионпероксидазы, тем самым он активизирует ферментативную антиоксидантную защиту  (глутатионпероксидаза обезвреживает гидропероксиды липидов).

Биохимия (Витамины)

Витамин К (нафтохиноны, антигеморрагический)

Химическое строение и свойства: это две группы хинонов с боковыми изопреноидными цепями: витамин К1 (филлохиноны – есть только у растений) и витамин К2 (менахиноны). Не растворимы в воде, хорошо растворимы в органических растворителях, разрушаются при  нагревании в щелочной среде и на свету. Витамин К синтезируется микрофлорой кишечника.

Биохимические функции:

1) является коферментом ?-глутамилкарбоксилазы, карбоксилирующей глутаминовую кислоту с образованием ?-карбоксиглутаминовой кислоты.

g-карбоксиглутаминовая кислота является Са++-связывающей аминокислотой, которая необходима для функционирования кальцийсвязывающих белков. К таковым относятся:

  • Факторы свертывающей системы крови: IX, VII, X и протромбин;
  • Регуляторные белки (протеин С и протеин S), нуждающиеся в g – карбоксиглутаминовой кислоте для Са-индуцированного взаимодействия с поверхностью клеточной мембраны;
  • Белки минерализации костной ткани (костный g-карбоксиглутаминовый протеин и другие). Поскольку при дефекте синтеза  костного g-карбоксиглутаминового белка  кальцифицируются артерии и хрящи, возможно, что его функцией является также контроль за внекостной кальцификацией;
  • Витамин К-зависимый белок Gas 6, активирующий рост гладкомышечных клеток; витамин К-зависимый сократительный белок хвостика сперматозоида;
  • Некоторые нейротоксины (например, содержащиеся в яде улитки).

Общей особенностью всех витамин-К-зависимых белков является формирование белковой сеточки, образованной -карбоксиглутаминовой кислотой, связанной с кальцием. Такая сеточка впервые была описана для протромбина. Протромбин в присутствие Са++ связывается с биомембраной, что является необходимым условием для реализации процесса свертывания крови.

Биохимия (Витамины)

Витамин H (биотин, антисеборрейный)

Химическое строение и свойства: состоит из имидазольного и тетрагидротиофенового колец, боковая цепь представлена валериановой кислотой. Плохо растворяется в воде, хорошо в спирте. Устойчив при нагревании.

Биотин способен образовывать с авидином – гликопротеином белка  куриного яйца –  прочный комплекс, который не может расщепляться пищеварительными ферментами. Поэтому при частом употреблении сырых яиц прекращается всасывание присутствующего в пище биотина.

Биохимические функции:

Коферментная форма – биотин (карбоксибиотинлизин – в тканях, карбоксибиотин – в крови).

Витамин Н способствует усвоению тканями ионов бикарбоната (но не СО2) и активирует реакции карбоксилирования и транскарбоксилирования в составе следующих карбоксибиотинил-ферментов:

1. Пируваткарбоксилазы – фермента, катализирующего АТФ-зависимое образование

Оксалацетата из пирувата и НСО3- (ключевого митохондриального фермента глюконеогенеза)

Пируват → ЩУК + AДФ + Фн

2. Ацетил-КоА-карбоксилазы – первого фермента в реакциях биосинтеза жирных кислот.

Ацетил-КоА +  АТФ + СО2 + Н2О → малонил-КоА + АДФ + Фн

3. Пропионил-КоА-карбоксилазы – фермента, участвующего в окислении жирных кислот с нечетным числом атомов углерода.

Пропионил-КоА +  АТФ + СО2 + Н2О → метилмалонил-КоА + АДФ + Фн → сукцинил-КоА (в результате изомеризации при участии витамина В12)

Биохимия (Витамины)

Витамин B1 (тиамин, антиневритный витамин)

Химическое строение и свойства: водорастворимый,  состоит из двух гетероциклических колец – аминопиримидинового и тиазолового. Хорошо сохраняется в кислой среде и выдерживает нагревание до высокой температуры, быстро разрушается в щелочной среде.

Витамин В1 присутствует в различных органах и тканях как в форме свободного тиамина, так и в форме его фосфорных эфиров: тиаминмонофосфата (ТМФ), тиаминдифосфата (ТДФ, синонимы: тиаминпирофосфат, ТПФ, кокарбоксилаза) и тиаминтрифосфата (ТТФ – важная роль в метаболизме нервной ткани). Основной коферментной формой (60–80 % от общего внутриклеточного  содержания) является ТПФ.

Биохимические функции:

1)  витамин В1 в форме ТПФ является составной частью ферментов, катализирующих реакции прямого и окислительного декарбоксилирования кетокислот

А) прямое декарбоксилирование ПВК с помощью пируватдекарбоксилазы:

ПВК → СО2 + ацетальдегид

Б) окислительное декарбоксилирование ПВК с помощью пируватдегдрогеназы:

ПВК + КоА-SH + НАД+ → ацетил-КоА + НАДН+Н+

Биохимия (Витамины)

Витамин B2 (рибофлавин)

Химическое строение и свойства: водорастворимый, гетероциклическое изоаллоксазиновое ядро, к которому присоединен в 9 положении спирт рибитол (производное D-рибозы). Окисленная форма желтого цвета. Хорошо растворим в воде, устойчив в кислой среде, легко разрушается под действием видимого и УФ-облучения.

Биохимические свойства:

В пище находится преимущественно в составе своих коферментных форм, связанных с белками, – флавопротеинов. В энтероцитах рибофлавин фосфорилируется до ФМН (флавин-мононуклеотида) и ФАД (флавин-аденин-динуклеотида).

Входит в состав флавиновых коферментов – ФМН и ФАД.

Роль этих коферментов заключается в следующем:

1)  коферменты оксидаз,  переносящих электроны и Н+ с окисляемого субстрата на кислород (участвуют в распаде аминокислот (оксидазы D – и  L-аминокислот), нуклеотидов (ксантиноксидаза), биогенных аминов (моно – и диаминоксидазы)

2) промежуточные переносчики электронов и протонов в дыхательной цепи:  ФМН входит  в состав I-го комплекса цепи тканевого дыхания,  ФАД – в состав II-го комплекса.

3) ФАД – кофермент  пируват – и  ?-кетоглутаратдегидрогеназных комплексов (наряду с ТПФ и другими коферментами ФАД осуществляет окислительное декарбоксилирование соответствующих кетокислот), а также единственный кофермент сукцинатдегидрогеназы.

4) ФАД – участник реакций окисления жирных кислот в митохондриях (он является коферментом ацил-КоА-дегидрогеназы).

Биохимия (Витамины)

Витамин B6 (пиридоксин, антидерматитный витамин, «король обмена аминокислот»)

Химическое строение и свойства. производные пиридина (пиридоксин, пиридоксаль, пиридоксамин), отличающихся друг от друга наличием спиртовой, альдегидной или аминогруппы. Пиридоксин хорошо растворяется в воде и этаноле, устойчив в кислой и щелочной средах, легко разрушается под действием света при рН=7,0.

Коферментные функции выполняют 2 фосфорилированных производных пиридоксина: придоксальфосфат и пиридоксаминфосфат.

Биохимические функции:

А) Коферментные формы витамина В6 входят в состав следующих ферментов:

1. аминотрансфераз АК, катализирующих переаминирование

2. декарбоксилаз АК (образование биогенных аминов –  гистамина, серотонина, ГАМК), а также моноаминоксидаз, гистаминазы (диаминооксидаза) и аминотрансферазы ГАМК, обезвреживающих (окисляющих) биогенные амины

3. изомераз АК (превращает D-АК в  L-АК)

Биохимия (Витамины)

Витамин B12 (кобаламин, антианемический витамин)

Химическое строение и свойства: водорастворимый, кобальтсодержащее порфироподобное ядро, связанное координационной связью с 4 атомами азота и с атомом азота 5,6-диметилбензимидазола.

Содержащийся в пище витамин В12 в желудочном соке связывается  с  вырабатываемым обкладочными клетками слизистой желудка белком – гликопротеином, получившим название “внутренний фактор Касла”. Одна молекула этого белка избирательно связывает одну молекулу витамина; далее в подвздошной кишке этот комплекс взаимодействует со специфическими рецепторами мембран энтероцитов и всасывается путем эндоцитоза. Без внутреннего фактора Касла витамин не всасывается.

Биохимические функции:

Коферментные формы – метилкобаламин, дезоксиаденозилкобаламин.

1) синтез метионина из гомоцистеина (явно не удовлетворяющий потребностям организма) с помощью метионинсинтазы:

Гомоцистеин + метил-В12 → метионин + В12.