Биологическая химия - часть 51

Таблица 7.1. Природа биокаталитической функции витаминов

Витамин

А (ретинол)
D (кальциферо-

лы)

Е (токоферол)

К (филлохинон)

B

1

 (тиамин)

В

2

 (рибофлавин)

РР (никотин-

амид, никотино-

вая кислота)

В

6

 (пиридоксин)

В

12

 (кобаламин)

В

с

 (фолиевая

кислота)

В

3

 (пантотено-

вая кислота)
Н (биотин)

С (аскорбиновая

кислота)

Впервые

описан

1913
1922

1922

1935

1926

1932

1937

1934

1948

1941

1933

1935

1925

Рекоменду-

емая суточ-

ная доза

для чело-

века, мг

Активная

(коферментная)

форма

Жирорастворимые витамины

2,7

0,01–0,025

5,0

1,0

Ретиналь

1,25-Диоксихоле-

кальциферол

–

–

Водорастворимые витамины

1,2

1,7

18

2

0,003

1–2,2

3–5

0,25

75

Тиаминпирофосфат

(ТПФ, ТДФ)

Флавинаденинди-

нуклеотид (ФАД),

флавинмононук-

леотид (ФМН)

НАД, НАДФ

Пиридоксаль-

фосфат (ПФ)
Дезоксиаденозил-

(или метил)-коб-

аламин

Тетрагидро-

фолиевая кислота

Коэнзим А

(кофермент А)
Биоцитин

(ε-N-биотинил-

лизин)

–

Биохимическая функция

(тип катализируемой

реакции)

Зрительный процесс
Обмен кальция и

фосфора
Транспорт электронов

(защита мембранных

липидов)

Перенос электронов (ко-

фактор в реакциях кар-

боксилирования)

Декарбоксилирование

α-кетокислот; перенос

активного альдегида

(транскетолаза)
Дыхание, перенос

водорода

Дыхание, перенос

водорода

Обмен аминокислот,

перенос аминогрупп
Кофермент ряда мета-

болических реакций

переноса алкильных

групп; метилирование

гомоцистеина
Транспорт одноуглерод-

ных групп
Транспорт ацильных

групп
Кофермент реак-

ций карбоксилирования

(транспорт СО

2

)

Восстанавливающий ко-

фактор для ряда моно-

оксигеназ; гидроксили-

рование пролина; ката-

болизм тирозина

209

оротовую кислоту, инозит, убихинон, парааминобензойную кислоту, кар-

нитин, линолевую и линоленовую кислоты, витамин U (противоязвенный

фактор) и ряд факторов роста птиц, крыс, цыплят, тканевых культур.

Недавно открыт еще один фактор, названный пирролохинолинохиноном.

Известны его коферментные и кофакторные свойства, однако пока не

раскрыты витаминные свойства (см. далее «Витаминоподобные вещества»).

Поскольку типичные проявления авитаминозов встречаются довольно ред-

ко, очевидно, нет необходимости в подробном описании клинической

картины гипо- и авитаминозов. Более подробно будут представлены све-

дения о биологической роли тех витаминов, механизм действия которых

уже расшифрован.

В табл. 7.1 суммированы известные к настоящему времени сведения о

суточной потребности, природе активной формы и физиологической роли

витаминов.

ВИТАМИНЫ, РАСТВОРИМЫЕ В ЖИРАХ

Витамины группы А

Витамин А (ретинол; антиксерофтальмический витамин) хорошо изучен.

Известны три витамина группы А: А

1

, А

2

 и цис-форма витамина А

1

,

названная  н е о в и т а м и н о м А. С химической точки зрения ретинол пред-

ставляет собой циклический непредельный одноатомный спирт, состоящий

из шестичленного кольца (β-ионон), двух остатков изопрена и первичной

спиртовой группы.

Витамин А

2

 отличается от витамина А

1

 наличием дополнительной

двойной связи в кольце β-ионона. Все 3 формы витаминов группы А су-

ществуют в виде стереоизомеров, однако только некоторые из них об-

ладают биологической активностью. Витамины группы А хорошо раство-

римы в жирах и жирорастворителях: бензоле, хлороформе, эфире, ацетоне

и др. В организме они легко окисляются при участии специфических

ферментов с образованием соответствующих цис- и транс-альдегидов,

получивших название  р е т и н е н о в (ретинали), т.е. альдегидов витамина

А; могут откладываться в печени в форме более устойчивых сложных

эфиров с уксусной или пальмитиновой кислотой.

Характерными симптомами недостаточности витамина А у человека

и животных являются торможение роста, снижение массы тела, общее

истощение организма, специфические поражения кожи, слизистых оболочек

и глаз. Прежде всего поражается эпителий кожи, что проявляется про-

лиферацией и патологическим ороговением его; процесс сопровождается

развитием фолликулярного гиперкератоза, кожа усиленно шелушится,

становится сухой. В результате начинаются вторичные гнойные и гни-

лостные процессы. При авитаминозе А поражается также эпителий сли-

зистой оболочки всего пищеварительного тракта, мочеполового и ды-

хательного аппаратов. Характерно поражение глазного яблока – ксеро-

фтальмия, т.е. развитие сухости роговой оболочки глаза (от греч. xeros –

210

Витамин А

1

 (ретинол)

сухой, ophthalmos – глаз) вследствие закупорки слезного канала, эпителий

которого также подвергается ороговению. Глазное яблоко не омывается

слезной жидкостью, которая, как известно, обладает бактерицидным

свойством. В результате этого развиваются воспаления конъюнктивы, отек,

изъязвление и размягчение роговицы. Этот комплекс поражений обозна-

чают термином «кератомаляция» (от греч. keras – рог, malatia – распад); она

развивается очень быстро, иногда в течение нескольких часов. Распад

и размягчение роговицы связаны с развитием гнойного процесса, поскольку

гнилостные микроорганизмы при отсутствии слезной жидкости быстро

развиваются на поверхности роговицы.

К наиболее ранним и специфическим симптомам авитаминоза А (гипо-

витаминоза А) относится куриная, или ночная, слепота (гемералопия). Она

выражается в потере остроты зрения, точнее, способности различать пред-

меты в сумерках, хотя больные днем видят нормально.

Помимо гипо- и авитаминозов, описаны случаи гипервитаминоза А при

употреблении в пищу печени белого медведя, тюленя, моржа, в которой

содержится много свободного витамина А. Характерны проявления гипер-

витаминоза А: воспаление глаз, гиперкератоз, выпадение волос, общее

истощение организма. При этом, как правило, отмечаются потеря аппетита,

головные боли, диспепсические явления (тошнота, рвота), бессонница.

Гипервитаминоз может развиться и у детей в результате приема больших

количеств рыбьего жира и препаратов витамина А. Описан острый гипер-

витаминоз у детей после приема больших доз витамина А, при этом

повышается его содержание в крови.

Биологическая роль. Витамин А оказывает влияние на барьерную функ-

цию кожи, слизистых оболочек, проницаемость клеточных мембран и био-

синтез их компонентов, в частности определенных гликопротеинов. Дейст-

вие витамина А в этих случаях связывают с его вероятной причастностью

к синтезу белка. Существует предположение, что благодаря наличию

двойных связей в молекуле витамин А может участвовать в окислительно-

восстановительных реакциях, поскольку он способен образовывать пере-

киси, которые в свою очередь повышают скорость окисления других

соединений.

Более подробно выяснено значение витамина А в процессе свето-

о щ у щ е н и я . В этом важном физиологическом процессе большую роль

играет особый хромолипопротеин – сложный белок родопсин, или зри-

тельный пурпур, являющийся основным светочувствительным пигментом

сетчатки, в частности палочек, занимающих ее периферическую часть.

Установлено, что родопсин состоит из липопротеина опсина и простети-

ческой группы, представленной альдегидом витамина A

1

 (ретиналь); связь

между ними осуществляется через альдегидную группу витамина и сво-

бодную ε-NH

2

-группу лизина молекулы белка с образованием шиффова

основания. На свету родопсин расщепляется на белок опсин и ретиналь;

последний подвергается серии конформационных изменений и превраще-

нию в транс-форму. С этими превращениями каким-то образом связана

трансформация энергии световых лучей в зрительное возбуждение – про-

цесс, молекулярный механизм которого до сих пор остается загадкой.

В темноте происходит обратный процесс – синтез родопсина, требующий

наличия активной формы альдегида – 11-цис-ретиналя, который может син-

тезироваться из цис-ретинола, или транс-ретиналя, или транс-формы ви-

тамина А при участии двух специфических ферментов – дегидрогеназы

и изомеразы. Более подробно цикл превращений родопсина в сетчатке глаза

на свету и в темноте можно представить в виде схемы:

211

Таким образом, под действием кванта света родопсин через ряд про-

межуточных продуктов («оранжевый» и «желтый» белки) распадается на

опсин и алло-транс-ретиналь, представляющий собой неактивную форму

альдегида витамина А. Имеются сведения, что алло-транс-ретиналь может

частично превращаться в активный 11-цис-ретиналь под влиянием света (на

схеме – пунктирная стрелка). Однако главным путем образования 11-цис-

ретиналя является ферментативное превращение транс-формы витамина

А в цис-форму (под действием изомеразы) и последующее окисление ее при

участии алкогольдегидрогеназы *.

Следует отметить, что подобные зрительные циклы имеют место как

в палочках, так и в колбочках. Показано, что сетчатка содержит 3 типа

клеток-колбочек, каждый из которых наделен одним из трех цветочувстви-

тельных пигментов, поглощающих синий, зеленый и красный свет со-

ответственно при 430, 540 и 575 нм. Оказалось, что все 3 пигмента,

получившие название иодопсинов, также содержат 11-цис-ретиналь, но

различаются по природе опсина (колбочные типы опсина). Некоторые

формы цветовой слепоты (дальтонизм) вызваны врожденным отсутствием

синтеза одного из 3 типов опсина в колбочках или синтезом дефектного

опсина (люди не различают красный или зеленый цвет).

Распространение в природе и суточная потребность. Витамин А широко

распространен. Наиболее богаты этим витамином следующие продукты

животного происхождения: печень крупного рогатого скота и свиней,

яичный желток, цельное молоко, масло, сметана, сливки. Особенно много

свободного витамина А в жирах печени морского окуня, трески, палтуса:

в частности, в жире печени морского окуня содержание витамина А доходит

до 35%. Источниками витамина А для человека являются также красно-

мякотные овощи (морковь, томаты, перец и др.), в которых витамин

А содержится в виде  п р о в и т а м и н о в – к а р о т и н о в , выделенных впервые

из моркови (от лат. carota – морковь). Известны 3 типа каротинов: α-, β-

* Поглощенный фотон уже через несколько пико(милли)секунд вызывает образование

ряда промежуточных продуктов фотолиза, различающихся по спектрам поглощения [пре-

люмиродопсин (543 нм), люмиродопсин (497 нм), метародопсин I (480 нм) и метародопсин II

(380 нм)]; последний в течение нескольких секунд полностью гидролизуется на опсин и

транс-ретиналь.

212

В темноте

Родопсин

(опсин-11-цис-ретиналь)

На свету

Люмиродопсин

Метародопсин

транс-Ретиналь

+

Опсин

НАДН + Н

+

НАД

+

транс -Ретинол

Витамин А (транс-форма)

Изомераза

Алкогольдегидрогеназа

На свету

Изомераза

Витамин А (цис-форма)

11-цис -Ретинол

НАД

+

НАДН + Н

+

Опсин

+ 11-цис-Ретиналь