Химическое строение и биохимические свойства жирорастворимых витаминов

Витамин А (ретинол)

(антиксерофтальмический)

Жирорастворимый витамин А представляет собой циклический непредельный одноатомный спирт, состоящий из ретинолового кольца и боковой цепи построенной из 2-х остатков изопрена и первичной спиртовой группы.

Ретинол	Ретиналь
Ретиноевая кислота

Спиртовая форма витамина А – ретинол, в организме окисляется до ретиналя и ретиноевой кислоты.

Биохимическая функция

Витамин Аможет образовываться в слизистой кишечника и печени из провитаминов – a-, b- и g-каротинов под действием каротиноксигеназы. Наибольшей активностью обладает b-каротин, который служит предшественникомдвух молекул ретинола, в то время как из других провитаминов может быть образована только одна молекула витамина А.

В организме ретинол превращается в ретиналь и ретиноевую кислоту, участвующие в регуляции ряда функций:

1. ретинол является структурным компонентом клеточных мембран;

2. регулирует рост и дифференцировку клеток эмбриона и молодого организма, а также деление и дифференцировку быстро проли-ферируюших тканей, в первую очередь, эпителиальных, хряща и костной ткани. Он контролирует синтез белков цитоскелета, реакции распада и синтеза гликопротеинов. Синтез последних осуществляется в аппарате Гольджи. Недостаток витамина А приводит к нарушению синтеза гликопротеинов (точнее, реакций гликозилирования, т. е. присоединения углеводного компонента к белку), что проявляется в потере защитных свойств слизистых оболочек.

3. является важнейшим компонентом антиоксидантной защиты организма.

4. витамин А и ретиноиды стимулируют реакции клеточного иммунитета, в частности, увеличивают активность Т-киллеров.

5. витамин А является антиканцерогеном, так как при его недостатке в организме увеличивается риск развития рака легкого и рака других локализаций.

6. участвует в фотохимическом акте зрения.

Участие витамина А в процессе зрительного восприятия

Светочувствительный аппарат глаза – сетчатка. Падающий на сетчатку свет адсорбируется и трансформируется пигментами сетчатки в другую форму энергии. У человека сетчатка содержит 2 типа рецепторных клеток: палочки и колбочки. Первые реагируют на слабое (сумеречное) освещение, а колбочки – на хорошее освещение (дневное зрение). Палочки содержат зрительный пигмент родопсин, а колбочки – йодопсин. Оба пигмента – сложные белки, отличающиеся своей белковой частью. В качестве кофермента оба белка содержат 11-цис-ретиналь, альдегидное производное витамина А.

Рисунок 13.1 – Схема зрительного цикла: 1 – цис-ретиналь в темноте соединяется с белком опсином, образуя родопсин; 2 – под действием кванта света происходит фотоизомеризация 11-цис-ретиналя в транс-ретиналь; 3 – транс-ретиналь-опсин распадается на транс-ретиналь и опсин; 4 – поскольку пигменты встроены в мембраны светочувствительных клеток сетчатки, это приводит к местной деполяризации мембраны и возникновению нервного импульса, распространяющегося по нервному волокну; 5 – заключительный этап этого процесса – регенерация исходного пигмента, происходит при участии ретиналь-изомеразы.

Витамин Е (токоферол)

(антистерильный)

По химической природе витамин Е представляет собой группу родственных соединений – токоферолов, молекулы которых состоят из двух компонентов: хроманолового кольца, являющегося производным бензохинона, и изопреноидной боковой цепи. Кроме токоферолов к группе витамина Е относятся a-, b-, g- и d-токотриенолы – аналоги соответствующих токоферолов, которые отличаются от последних наличием двойных связей в боковой цепи. Наибольшую биологическую активность проявляет a-токоферол (от др.-греч. τόκος – «деторождение», и φέρειν – «приносить»).

Источником токоферолов являются исключительно растительные организмы.

Биохимическая функция

Витамин Е является универсальным протектором клеточных мембран от окислительного повреждения. Он занимает такое положение в мембране, которое препятствует контакту кислорода с ненасыщенными липидами мембран (образование гидрофобных комплексов). Это защищает биомембраны от их перекисной деструкции. Антиоксидантные свойства токоферола обусловлены также способностью подвижного гидроксила хроманового ядра его молекулы непосредственно взаимодействовать с активными формами кислорода (О₂^•¯, НО^• НО₂^•), свободными радикалами ненасыщенных жирных кислот (RO^•, RO₂^•) и перекисями жирных кислот.

Мембраностабилизируюшее действие витамина проявляется и в его свойстве предохранять от окисления SH-группы мембранных белков. Его антиоксидантное действие заключается также в способности защищать от окисления двойные связи в молекулах каротина и витамина А. Витамин Е (совместно с аскорбатом) способствует включению селена в состав активного центра глутатионпероксидазы, тем самым он активизирует ферментативную антиоксидантную защиту (глутатионпероксидаза обезвреживает гидропероксиды липидов).

Токоферол является не только антиоксидантом, но и актигипоксантом, что объясняется его способностью стабилизировать митохондриальную мембрану и экономить потребление кислорода клетками. Следует отметить, что из всех клеточных органелл митохондрии наиболее чувствительны к повреждению, так как в них содержится больше всего легко окисляющихся ненасыщенных липидов. Вследствие мембраностабилизирующего эффекта витамина Е в митохондриях увеличивается сопряженность окислительного фосфорилирования, образование АТФ и креатинфосфата. Важно также отметить, что витамин контролирует биосинтез убихинона – компонента дыхательной цепи и главного антиоксиданта митохондрий.

Токоферол контролирует синтез нуклеиновых кислот (на уровне транскрипции), а также гема, микросомных цитохромов и других гемсодержаших белков.

Витамин Е обладает способностью угнетать активность фосфолипазы А₂ лизосом, разрушающей фосфолипиды мембран. Повреждение мембран лизосом приводит к выходу в цитозоль протеолитических ферментов, которые и повреждают клетку.

Витамин Е является эффективным иммуномодулятором, способствующим укреплению иммунозащитных сил организма.



Витамин D (кальциферол)

(антирахитический)

Кальциферолы – группа химически родственных соединений, относящихся к производным стеринов. Биологически наиболее активными являются витамины – D₂ и D₃. Витамин D₂ (эргокальциферол) представляет собой производное эргостерина – растительного стероида, встречающегося в некоторых грибах, дрожжах и растительных маслах.

Эргокальциферол	Холекальциферол

При ультрафиолетовом облучении пищевых продуктов из эргостерина образуется витамин D₂, используемый в лечебных целях. Витамин D₃ – холекальциферол образуется в коже человека из 7-дегидрохолестерина под действием УФ-лучей (Рис. 13.2).

Рисунок 13.2 – Схема образования витаминов D₂и D₃. Провитамины D₂ и D₃ представлены стеринами, у которых в кольце В присутствуют две двойные связи. При воздействии света в процессе фотохимической реакции происходит расщепление кольца В. А – 7-дегидрохолестерин, провитамин D₃, (синтезируется из холестерина); Б – эргостерин – провитамин D₂.

Биохимическая функция

В организме человека витамин D₃ идроксилируется в положениях 25 и 1 и превращается в биологически активное соединение 1, 25-дигидроксихолекальциферол (кальцитриол).

Кальцитриол

Кальцитриол выполняет гормональную функцию, участвуя в регуляции обмена Са²⁺ и фосфатов, стимулируя всасывание Са²⁺ в кишечнике и кальцификацию костной ткани, реабсорбцию Са²⁺ и фосфатов в почках. При низкой концентрации Са²⁺ или высокой концентрации D₃ он стимулирует мобилизацию Са²⁺ из костей.

Кальцитриол принимает участие в регуляции роста и дифференцировке клеток костного мозга, обладает антиоксидантным и антиканцерогенным действием.

Витамин К (нафтохиноны)

(антигеморрагический)

Витамин K по химической природе представляет ряд производных 2-метил-1,4-нафтохинона, сходного строения и близкой функции в организме. Обычно они имеют метилированный нафтохиноновый фрагмент с переменной по числу звеньев алифатической боковой цепью в положении 3. Филлохинон (также называемый витамином K₁) содержит 4 изопреноидных звена, одно из которых является ненасыщенным.

Филлохинон (витамин К1)

В природе найдены только два витамина группы К: выделенный из люцерны витамин K₁ и выделенный из гниющей рыбной муки K₂. Кроме природных витаминов К, в настоящее время известен ряд производных нафтохинона, обладающих антигеморрагическим действием, которые получены синтетическим путем. К их числу относятся следующие соединения: витамин К₃ (2-метил-1,4-нафтохинон), витамин К₄ (2-метил-1,4-нафтогидрохинон), витамин К₅ (2-метил-4-амино-1-нафтогидрохинон), витамин К₆ (2-метил-1,4-диаминонафтохинон), витамин К₇ (3-метил-4-амино-1-нафтогидрохинон).

Витамин К существует в нескольких формах в растениях как филлохинон(К₁), в клетках кишечной флоры как менахинон(К₂). Они различаются строением и количеством изопреновых единиц в боковой цепи.

Менахинон (витамин К2, n = 6, 7 или 9)	Менадион (витамин К3)

Синтезированы аналоги витамина К – менадион (витамин К₃, лишенный боковой цепи) и его водорастворимый аналог викасол, последний широко применяется в медицинской практике.

В тканях образуется активная форма витамина – менахинон-4 (содержит четыре изопреноидные единицы).

Биохимическая функция

Витамин К является коферментом γ-глутаматкарбоксилазы, карбокси-лирующей глутаминовую кислоту с образованием γ-карбоксиглутаминовой кислоты. γ-Глутаматкарбоксилаза участвует в активации факторов свертывания крови: протромбина (фактор II), проконвертина (фактор VII), фактора Кристмаса (фактор IX) и фактора Стюарта (фактор X). Указанные белковые факторы синтезируются как неактивные предшественники. Один из этапов их активации  – карбоксилирование по остаткам глутаминовой кислоты с образованием γ-карбоксиглутаминовой кислоты, необходимой для последующего связывания ионов кальция (Рис. 13.3).

Рисунок 13.3 – Роль витамина К в процессе свертывания крови

При взаимодействии активной восстановленной формы витамина К с γ-глутаматкарбоксилазой в присутствии кислорода образуется сильное основание (алкоксид), способное отнять от γ-С атома глутаминовой кислоты водород, на место которого присоединяется СО₂ – при этом образуется γ-карбоксиглутаминовая кислота. В ходе реакции появляются короткоживущие

И высоко токсичные промежуточные соединения (свободные радикалы витамина К), которые превращаются в нетоксичный 2,3-эпоксид витамина К в присутствие глутамата. Обратная регенерация гидрохинона происходит с участием ферментов редуктаз. Из сказанногоследует, что при дефиците глутаминовой кислоты в клетке затрудняется обезвреживание токсичных свободных радикалов витамина К.

2. Химическое строение и биологическая роль водорастворимых витаминов

2.1 Витамин B₁ (тиамин)

(антиневритный)

Тиамин по химической природе представляет собой производное тиазола и пиримидина, соединенных метиленовым мостиком.

Витамин В₁, присутствует в различных органах и тканях как в форме свободного тиамина, так и его фосфорных эфиров: тиаминмонофосфата (ТМФ), тиаминдифосфата (ТДФ, синонимы: тиаминпирофосфат, ТПФ) и тиаминтрифосфата (ТТФ).

Основной коферментной формой (60–80 % от общего внутриклеточного) является ТПФ.

Тиаминпирофосфат (ТПФ)

Биохимическая функция