<<
>>

Витамины — собственно



Витамин А. Семейство из трех основных соединений одинаковой дитер- пеновой структуры с ярко выраженной
липофильностью: ретинол (витамин-А,- спирт), ретиналь (витамин-А,-альдегид) и ретиноевая кислота (витамин-А,-кислота).




Кроме того, описана также группа витамина А2 (спиртовая и альдегидная форма), которая отличается от витаминов А, большей длиной сопряженной полиеновой цепочки (дополнительный олефиновый фрагмент при С3-С4).

Структуру этих соединений (кроме того, что это изопреноиды, как уже было отмечено) можно определить как сопряженную полиеновую систему с активирующей кислородной функцией, т.е. тоже сопряженной. Отсюда следует: во-первых, как полнены они поглощают свет видимой области; во-вторых, кислородные функции в соответствии со своей способностью к сопряжению обеспечивают определенный батохромный сдвиг их длинноволновой полосы поглощения. Фактически все
эти вещества имеют окраску от желтой до оранжевой (табл. 10.1.1).

В своем основном состоянии молекулы ретиноидов (так можно называть в общем все соединения группы витаминов А) имеют транс-конфигурацию всех двойных связей. Но эта ситуация может легко меняться при поглощении молекулой кванта световой энергии: в таком случае одна из тс-связей приобретает цис-конфигурацию — обычно это связь С1,-С12. Естественно, что легче всего такую операцию проделают те ретиноиды, которые поглощают “наиболее видимый свет”, т.е. ретиноиды с наиболее длинноволновым перехг дом. Таковыми являются рети- нали и А2, т.е. витамины-А-альде- гиды.

Теперь о химических превращениях ретиноидов, которые в первую очередь связаны с их кислородными функциональными группами. Ретинолы как аллильные спирты, легко окисляются сначала до ретиналей, а потом до ретиноевых кислот. Этот процесс лежит в основе антиоксидантных свойств витамина А, а именно, витамина А-спир- та (схема 10.1.2).

Вторая важная реакция соединений из группы витамина А — это реакция их альдегидной формы — ретиналей с аминогруппой некоторых белков, которая приводит к образованию достаточно стабильных азометиновых производных. Такая реакция осуществляется в сетчатке человеческого глаза между

Таблица 10.1.1. Спектральные характеристики соединений группы витамина А
Витамины нм (ЕЮН) ^шах
А,-спирт 325 52.480
А^кислота 350 45.400
А,-альдегид 381 43.500
А2-спирт 350 41.200
А2-альдегид 401 41.450


ретиналем-А, и е-аминогруппой аминокислотного остатка лизина белка опси- на с образованием родопсина, который уже и выполняет функцию светочувствительного элемента нашей зрительной системы (схема 10.1.3).


Схема 10.1.2

Ret—СН2РН Ret— CH=0 Ret—СООН

Схема 10.1.3
СО-- СО—'
Ret—СН=0 + NH2— (СН2)4—СН ----- ► Ret—CH=N—(СН2)4-СН
NH—■ NH—•
опсин родопсин




Витамины группы А содержатся только в животных: наибольшие количества — в печени трески и акул, где ретинол-А1 находится в этерифициро- ванной форме; ретинол-А2 найден в пресноводных рыбах.

Провитаминами соединений группы А являются каротиноиды, которые содержатся исключительно в растениях и, попадая в организм животных, претерпевают переход в ретиналь реакцией окисления (см. главу 7). Так как ретинол очень легко окисляется, то в лекарственной практике его используют в виде уксуснокислого эфира (ретинолацетат,

Ret-CH2-OCOCH3), который к окислению значительно устойчивее. В живом организме из него под действием гидролизирующих ферментов высвобождается свободный ретинол — витамин А.

Витамин Вх. Единственный витамин из комплекса витаминов В, выполняющий витаминные функции самостоятельно. п-Аминобензойная кислота — соединение очень простой химической структуры, широко распространено в природе: пекарские дрожжи (5-6 ppm), пивные дрожжи (10-100 ppm). Витамин Вх существует в свободной форме и в связанном виде — в виде эфира.


СООН

Витамин Вк — ростовой фактор микроорганизмов, применяется как проти- ворахитичное средство, а также повышает устойчивость организма к УФ- облучению.

Витамин С (аскорбиновая кислота). Витамин С, безусловно, самый популярный в природе витамин, и популярность его неслучайна, поскольку он требуется человеческому организму
постоянно и в больших (по витаминным меркам) дозах Это водорастворимый витамин, участвующий в разнообразных биохимических процессах, многие из которых связаны с его антиоксидантными свойствами. Окисление аскорбиновой кислоты протекает в две стадии: первая стадия обратимо приводит к дегидроаскорбиновой кислоте, вторая стадия — необратимо к щавелевой.


Схема 10.1.4




Аскорбиновая кислота синтезируется всеми зелеными растениями, пресмыкающимися и земноводными.

Витамин С, скорее всего, в качестве кофермента не выступает, но самостоятельно участвует в функционировании различных ферментов, используя все ту же свою способность легко окисляться

Биосинтез аскорбиновой кислоты происходит из глюкозы и галактозы. Витамин С необходим для построения межклеточного вещества, регенерации и заживления тканей, поддержания целостности стенок кровеносных сосудов, обеспечения нормального гематологического и иммунологического статуса организма и его устойчивости к инфекции и стрессу.

Биохимия его действия заключается в функционировании ферментов, катализирующих гидроксилирование лизина и пролина при образовании коллагена; в гидроксилировании дофамина с образованием норадреналина; в метаболизме холестерина (возможно, что также реакциями гидроксили- рования); в метаболизме катехоламинов и стероидных гормонов; в предохранении глутатиона и SH-групп белков от окисления; в восстановлении

Fe3+ до Fe2+, обеспечивающим всасывание железа в кишечнике; в регуляции свободно-радикального окисления жирных кислот.

У человека он концентрируется в надпочечниках, печени и головном мозге, где он находится как в свободном, так и в связанном виде комплексно с белками, нуклеиновыми кислотами идр.

Основными растительными источниками являются: шиповник (1200 мг/100 г), черная смородина (200), красный перец (250), петрушка (150), клубника (60), цитрусовые и капуста (50).

Витамин D. Группа соединений, называемых также кальциферолами и обладающих антирахитическим действием. Различают четыре соединения этой группы — DrD4. Чисто природным из них является только витамер D3, который содержится в печени рыб. Очень близок по структуре к нему витамер D2, образующийся при УФ-облучении эр- гостерола, а последний продуцируется дрожжами и грибами. Витамин D4 (синтетический) получают УФ-облуче- нием 22,23-дигидрокси-эргостерола Собственно индивидуального витаме- ра D, не существует, под этой формой витамина D понимают молекулярное соединение люмистерола и витамера


D2 в соотношении 1:1. Вряд ли это смесь, поскольку комплекс очень прочен, он возгоняется в вакууме и имеет температуру плавления более высокую, чем другие D-витамеры.

Из приведенных формул и схем видно, что все D-витамеры очень близки по структуре, образуются по единой схеме и из очень близких по строению предшественников, т.е. стеролы, кроме


всего прочего, являются еще и провитаминами D.

Витамины D выполняют функции коэнзимов, работают в организме самостоятельно: имеется в виду — в несвязанной форме. Основную свою функцию витамины D выполняют в биологически активной форме — в виде дигидроксипроизводных, которые ответственны за транспорт ионов кальция (схема 10.1.6).

Известно, что соли кальция хорошо растворяются и комплексуются с различными спиртами. В данном случае такое взаимодействие является особо благоприятным за счет подключения двух или трех спиртовых гидроксилов витаминной молекулы. Моделирование и расчеты показывают, что молекула дигидрокси-D достаточно стабильна в конформации, где все три гидроксила находятся в одной области пространства с расстояниями между ними около 3-3,5 А, позволяющими иону кальция связываться ковалентно и координационно со всеми ими. В таком виде ион кальция оказывается как бы закутан в липофильную оболочку и становится растворимым в липидной системе, в липидном слое, т.е. приобретает способность проходить сквозь липидный слой, липидную мембрану.

Витамин Е. Группа природных соединений под общим названием “токоферолы”. Эти липидорастворимые соединения свою функцию выполняют
самостоятельно, т.е. в состав кофер- ментов и ферментов они не входят. Продуцируются токоферолы различными злаковыми, поэтому наибольшая концентрация их достигается в соответствующих растительных маслах: в кукурузном, в подсолнечном, в масле из пшеничных зародышей.

Все токоферолы (их четыре: а-, Р-, у-, 5-) имеют структуру бензопирана в соединении с изопреноидной цепью. Но так как гидрированный пирановый цикл токоферолов также является частью изопреноидной системы молекулы, с учетом кислородных функций бензольного кольца можно более точно определить их химическое строение как дитерпеноидное производное гидрохинона. Витамеры Е различаются между собой количеством и расположением метильных заместителей в гид- рохиноновом фрагменте.

а-Токоферол имеет максимальное количество этих заместителей, все водородные атомы его ароматического кольца замещены. Этот витамер наиболее биологически активен из всей группы соединений витамина Е. В то же время, 5-токоферол — наименее замещенный из этой группы витаме- ров, является и наименее активным.

Биологическая функция витамина Е достаточно однозначна и определяется она липофильностью его углеродного скелета и склонностью к окислению гид- рохинонового фрагмента — эти соединения являются биоантиоксидантами


и защищают от окисления липидные фрагменты клеток. Радикальный процесс взаимодействия токоферолов с

такими типичными окислителями, как кислород или перекиси может быть описан схемой 10.1.8.


Схема 10.1.8




Витамин L. Витамин представлен двумя витамерами: L, — о-аминобен- зойная кислота и 1_2 — 5-дезокси-5-ме- тилтиоаденозин.

Считается, что они являются факторами, необходимыми для процесса
лактации. Известно также, что из витамина Ц, чаще называемого антраниловой кислотой, синтезируется ряд алкалоидов в растениях. Пока не ясно, в какой форме проявляют они свою активность — в свободной или ковалентно-связанной.




Витамин U. Известен также под названием метионинметилсульфоний хлорид. Уже из этого названия видно, что структурной основой этого витамина является молекула протеиногенной аминокислоты метионина, сульфидная
группа которой переведена в сульфо- ниевое состояние. Это вещество прекрасно растворимо в воде в силу своей, можно сказать, дважды ионной структуры.

Продуцируется этот витамин многими растениями (в основном, овощами), более всего его в спарже, капусте, сельдерее, в листьях чая.

Основная функция витамина U — это донирование метильных групп в различных биохимических реакциях, которую
он выполняет наряду с S-аденозил- метионином, из которого он и образуется, но в отличие от последнего, является более устойчивым соединением, поэтому его можно считать еще и аккумулятором активных метильных групп.

В связи с вышесказанным, можно представить реакции синтеза витамина U и участия его в метилировании других соединений (в основном, это образование CHj-O-R, CH3-NH-R, СН3-С- фрагментов) следующей схемой:


Схема 10.1.9

Схема 10.1.10




Инозитол (мио-инозит, мезо-ино- зит). Один из стереоизомеров циклогексан- 1,2,3,4,5,6-гексола, обладающий витаминной активностью, хотя
формально и не внесен в таблицу витаминов. Это вещество, необходимое для ряда биохимических процессов в живых организмах (как растительных,

в биосинтезе олигосахаридов, хорошо комплексуется с катионами многих металлов как в свободной форме, так и в виде фосфатов. При этом координация катиона у молекулы инозитола возможна двумя вариантами (А и Б), что обеспечивает ему возможность комплексо- образования с большим разнообразием катионных частиц, обеспечивает их транспорт и коферментативное участие.

с небольшим набором функциональных групп: аминогруппа в пиримидиновом цикле и спиртовая группа у тиазольно- го фрагмента. Атом азота тиазольного цикла находится в аммонийном состоянии, а само соединение — в виде соли, спиртовая группа этерифицирована фосфорной кислотой. В живых организмах тиамин присутствует либо в свободном виде, либо в виде моно-, ди- и трифосфатов с наибольшей долей дифосфата.


Схема 10.2.1
Н3С^ ^,NH2 X= CI-, В г;
if ^ Y=H (тиамин);
сі Y= -Р03Н2 (тиаминмонофосфат, ТМФ);
Y= -P206H3 (тиаминдифосфат, ТДФ и ТРР);
CH3 Y= -Р309Н4 (тиаминтрифосфат, ТТФ).




Витамин В, является как раз тем соединением, попадающим под понятие витамин, которое самостоятельно никаких функций не выполняет, но в виде кофермента (ТРР) ряда важнейших ферментов углеводного обмена участвует в серии биохимических процессов, связанных с реакциями окислительного декарбоксилирования пиро- виноградной кислоты (пируват-дегидрогеназа), 2-оксоглутаровой кислоты, декарбоксилирования 2-оксоизовале- риановой и других разветвленных кетокислот (а-оксоглутарат-дегидрогена- за) и переноса двухуглеродного фрагмента с карбонильной группой (транс- кето лаза).

Известно несколько синтетических производных витамина В,, обладающих его активностью, но в отличие от оригинала — это жиро-растворимые соединения, а по химической структуре их можно считать про-витаминами В,, так как нетрудно увидеть путь их превращения непосредственно в тиамин (схема 10.2.2).

Витамин В2, известный также под названием рибофлавин, по своей биологической роли похож на тиамин, поскольку самостоятельно в биохимических процессах не участвует (так как это делает, например, витамин А), а в качестве предшественника формирует флавиновые коферменты и ферменты


(ФМН и cpAD), участвующие в окислительно-восстановительных процессах, в окислении жирных кислот, в окислительном декарбоксилировании кетокислот. Главным источником рибофлавина являются молочные продукты, яйца, печень и почки, дрожжи, гречка.

По химической структуре — это конденсированная система двух гетероциклов — пиримидина и пиразина с характерным заместителем при атоме N10 — этот сильно гидроксилирован- ный заместитель достаточно лабилен и обычно выполняет роль связующего звена при формировании коферментов.


Схема 10.2.3




Во всех этих ферментах флавино- вые коферменты осуществляют перенос электронов и протонов, отщепляемых
от окисляемых субстратов, присоединяя их в положения 1-5 по схеме

10.2.4.


Схема 10.2.4



Витамин В3, известный также как пантотеновая кислота, синтезируется зелеными растениями и микроорганизмами, втом числе и микрофлорой млекопитающих (и человека, в том числе). Также не выполняет самостоятельной функции, а является составной частью широко распространенного в живой природе, чуть ли не ключевого во многих биосинтетических схемах кофер- мента А (КоА, KoA-SH).

По своим химическим свойствам это типичная оксикислота, которая может образовывать производные как по карбоксильной группе (амиды, сложные эфиры и т.д.), так и по спиртовым
гидроксилам (сложные и простые эфиры), что используется природой при включении ее в структуру кофер- мента А, катализирующего реакции переноса ацетильного фрагмента (процесса, являющегося ключевым для многих биосинтетических путей), а также некоторых других кислотных остатков (R-CO-).

Химически эта кислота неустойчива в любой среде (кислой и щелочной) легко гидролизуется до р-аланина и пантолактона. Биологической активностью, ей подобной, обладают также пантотениловый спирт и пантетеин (схема 10.2.5).


Схема 10.2.5


СНз

?Нз нон НС\—ИНз

НО-СНз-С—CH-CO-NH-CH2-CH2-COOH ------------- gf / \ + nh2-ch2—сн2—соон

СНз ОН Н О о

Пантотеновая кислота

витамин В6 разнообразными микроорганизмами, а также растениями. Им наиболее богаты зеленый перец, дрожжи, печень млекопитающих, зерна пшеницы. Как пиридиновые основания, все эти соединения легко образуют соли с минеральными
кислотами (HCI наиболее подходящая), а как спирты — этерифицируются по спиртовым гидроксилам, in vivo фосфо- рилируется предпочтительно 5-мети- ленгидроксильный фрагмент. Из других функциональных производных этой группы соединений следует отметить пири- доксаль, альдегидная группа которого обеспечивает молекуле разнообразную и высокую химическую активность.


Схема 10.2.6



Схема 10.2.7




Из реакций альдегидной формы можно выделить ее конденсацию с аминами (схема 10.2.7).

Поскольку пиридоксаль собственно является активной формой витамина

В6, но в то же время наименее стабильной, живая система использует пири- доксол и пиридоксамин в качестве предшественников пиридоксаля согласно схеме 10.2.8.


Схема 10.2.8




Пиридоксальфосфат является ко- ферментной формой витамина Вв, входит в состав ферментов, катализирующих превращения а-аминокислот, основным из которых можно считать реакцию переаминирования.

Витамин В12 (кобаламины). Это группа соединений корринового ряда весьма сложной структуры, участвует в биохимических процессах в кофер- ментных формах. Продуцируются эти витамеры, в основном, микроорганизмами (актиномицинами) и сине-зелеными водорослями. В организме человека за это производство ответственна микрофлора кишечника. Пищевым его источником является рыба, печень, мясо, молочные продукты.

Витамеры В|2 (их три главных) в качестве основных структурных элементов
имеют следующие фрагменты: тетра- пиррольный цикл, сходный с порфи- риновым; ион кобальта (Со3+) внутри этого макроцикла, связанный с его четырьмя атомами азота, бензимида- зольный гетероцикл, ковалентно связанный с одним из пиррольных циклов и донорно-акцепторной связью с ионом кобальта; группировку X, ковалентно связанную с атомом кобальта. Кроме этого, в различных положениях макроцикла находятся алкильные, амидные и другие функции. Три основные формы витамина В|2 различаются между собой только группировкой X, которая в природных источниках находится в виде НО- (окси-ко- баламин) и СН3- (метилкобаламин). Синтетический витамин В12 имеет X=CN.


Из многочисленных химических свойств кобаламинов мы отметим лишь узловую их реакцию, связанную с обменом группировки X на различные другие. Так, оксикобаламин, являясь основной природной формой витамина В12, легко обменивает свой гидроксил, например, на метильную группу, а в такой форме коферментно связанный метилкобаламин выполняет функцию донора метильных групп в некоторых биосинтезах.

Витамин Вс (В9) — то же, что фолацин, представляет собой группу
производных фолиевой кислоты, широко распространенных в живой природе и присутствующих во всех животных, растительных и микробных клетках. Животные ее не синтезируют.

Молекула фолиевой кислоты состоит из трех фрагментов: азотистого гетероцикла птерина, п-аминобензойной кислоты и L-глутаминовой кислоты. Биологически активная форма фолиевой кислоты (ее гидрированная форма — тетрагидрофолиевая кислота) функционирует в живой системе как кофермент.


Схема 10.2.9




В коферментно-связанной форме тетрагидрофолиевая кислота выполняет функции переносчика одноуглерод- ных фрагментов (-СН3, -СН2-, -СН=, СН=0, -CH=NH) в биосинтезе пуриновых
и отчасти пиримидиновых оснований ДНК и РНК. Эти группировки обычно располагаются при атоме азота (N5) гетероцикла и атоме азота аминобензойной кислоты. Как правило, при этом


вместо одного остатка глутаминовой кислоты, содержится полипептидная цепочка из нескольких остатков глутаминовой кислоты — от 2 до 7.

Витамин Н. Основное название его —биотин. Он является витамином,

выполняющим свою функцию в связанной коферментной форме. Связь с ферментами этого коэнзима осуществляется амидной связью карбоксильной группы биотина и е-аминогруппы лизина.


Схема 10.2.11




В таком виде этот витамин-кофер- мент катализирует реакции карбокси- лирования органических кислот в нескольких биосинтетических схемах.

Биотин широко распространен в природе: его много в печени и в почках, богаты им зерна ржи и цветная капуста.

Реакция карбоксилирования начинается со взаимодействия биотина с С02,
при этом образуется активный интермедиат, который на следующей стадии реагирует с ацетил-СоА. Результатом этого процесса являются производные малоновой или щавелевоуксусной кислоты, т.е. карбоксилиро- вание осуществляется в (3-положение к карбонильной или карбоксильной функции субстрата.


Схема 10.2.12



Схема 10.2.13




Витамин Вт (карнитин). По своему химическому содержанию — это у-ами- но-р-гидроксикарбоновая кислота бетаиновой структуры, которая присутствует в тканях животных, растений, в микроорганизмах. Для некоторых насекомых карнитин является собственно витамином. Высшие животные синтезируют его из L-лизина и далее используют в качестве кофермента, участвующего в переносе остатков жирных кислот через мембраны из цитоплазмы в митохондрии. Карнитин, взаимодействия с кофермент- но связанной жирной кислотой, образует бифильное производное жирной кислоты, имеющее высокое сродство к липидному слою клеточных мембран. Это свойство и обеспечивает ему легкость внедрения в мембрану и транспорт через нее. Жирная кислота высвобождается после транспорта реакцией гидролиза (схема 10.2.13).

Витамин К. Группа соединений, являющаяся производными нафтохинона
и изопреноидов общей формулы К, где R — изопреноидный остаток (схема 10.2.14).

Различают два вида витаминов этой группы: витамин К, (филлохинон) и серия витаминов К2 (менахиноны). Кроме этих природных витамеров, иногда используют их синтетические аналоги, обладающие К-витаминной активностью: менадион (витамин К3) л 2-метил- 4-амино-нафтол (витамин К5)

Витамин К, встречается, в основном, в зеленых частях некоторых растений, витамины К2 синтезируются микроорганизмами. У человека и животных присутствует менахинон-6 (фарнихинон), т.е. изопреноидная ветвь его состоит из 6 изопреноидных остатков.

Витамин К выполняет свою основную функцию как кофермент реакций у-карбоксилирования остатка глутаминовой кислоты в неактивной форме факторов свертывания крови — протромбина, после чего соответствующий


белок приобретает способность связывать ионы Са2+ и протромбин становится тромбином, который и вызывает коагуляцию фибриногена, т.е. свертывание крови. Таким образом, “запуск”

процесса свертывания крови начинается с образования остатка малоновой кислоты в полипептидной цепи фермента с последующим образованием соли кальция по этому фрагменту.


Схема 10.2.15


£н-СН2-СН2СООН

І^Н




Витамин РР. Под названием ниа- цин этот витамин представлен, в основном, никотиновой кислотой и ее амидом, обладающими одинаковой витаминной активностью. Его некоторые синтетические производные проявляют
самостоятельную, невитаминную активность и применяются в терапии: никотиновый спирт — сосудорасширяющее, оксиниациновая кислота — анти- гиперлипопротеинемик, кордиамин — аналептик.


Схема 10.2.16



Следует отметить, что никотиновая кислота и все ее производные синтетически очень доступные вещества, едва ли не самые доступные из всего класса витаминов.

Организм человека синтезирует этот витамин самостоятельно, но в недостаточных количествах. Много его содержится в дрожжах, сушеных грибах, в мясе и печени, в некоторых крупах.

Витамин РР проявляет свое биологическое действие в коферментной форме: он формирует активный центр нико- тинамидных коферментов NAD и NADP, главная функция которых — перенос
электронов и атомов водорода в самых разнообразных биохимических процессах, т.е. окислительно-восстановительные стадии различных биосинтетических схем.

Оба эти кофермента являются фос- форилированными N-гликозидами ри- бозы, образованными реакцией непо- деленной пары гетероциклического атома азота (нуклеофильного центра) по электрофильному С'-атому D-рибо- фуранозы. Структура этого гликозида интересна тем, что атом азота становится аммонийным, а пиридиновый цикл — сильно электрофильным.


Схема 10.2.17




Последнее свойство этого фрагмента коферментов NAD+ и NADP+ (а этот фрагмент у них одинаковый) открывает возможность эффективного взаимодействия с различными донорами электронов, в частности — с гидрид-ионами. Т.е. в этом случае пиридиниевый никотин-амидный центр выполняет

10.3.

<< | >>

Еще по теме Витамины — собственно:

  1. ФИЗИЧЕСКИЙ УМ У каждой секунды своя собственная вечность и свой собственный закон - закон абсолютной истины.
  2. Обеспечение витаминами процессов синтеза в клетке. Показания и противопоказания к назначению витамина С
  3. Применение витаминов при регуляции энергетических процессов. Показания и противопоказания к назначению витамина В1
  4. Придумываем собственные позы
  5. 44.5. Определение возможности причинения повреждений собственной рукой
  6. Реконструкция молочных желез с использованием собственных тканей
  7. Витамин Р (цитрин, витамин проницаемости)
  8. Прекращение трудового договора. Увольнение работников по собственному желанию и по инициативе администрации
  9. Витамин В12- дефицитные анемии Метаболизм витамина В12
  10. Водорастворимые витамины
  11. Жирорастворимые витамины
  12. Витамины
  13. Витамин С
  14. ВИТАМИНЫ
  15. Витамин В6-дефицитные анемии
  16. Витамин А