Биологическая химия - часть 52

и γ-каротины, отличающиеся друг от друга химическим строением и био-

логической активностью. Наибольшей биологической активностью обла-

дает β-каротин, поскольку он содержит два β-иононовых кольца и при

распаде в организме из него образуются две молекулы витамина А.

При окислительном распаде α- и γ-каротинов образуется только по

одной молекуле витамина А, поскольку эти провитамины содержат по

одному β-иононовому кольцу. Расщепление каротинов на молекулы ви-

тамина А происходит преимущественно в кишечнике под действием спе-

цифического фермента β-каротин-диоксигеназы (не исключена возможность

аналогичного превращения и в печени) в присутствии молекулярного

кислорода. При этом образуются 2 молекулы ретиналя, которые под

действием специфической кишечной редуктазы восстанавливаются в ви-

тамин А. Степень усвоения каротинов и свободного витамина А зависит как

от содержания жиров в пище, так и от наличия свободных желчных кислот,

являющихся абсолютно необходимыми соединениями для процесса вса-

сывания продуктов распада жиров.

Суточная потребность для взрослого человека составляет в среднем

2,7 мг витамина А или от 2 до 5 мг β-каротина. У человека основным

органом, в котором частично откладывается про запас витамин А, является

печень. В норме в ней содержится около 20 мг этого витамина на 100 г

ткани.

Витамины группы D

Витамин D (кальциферол; антирахитический витамин) существует в виде

нескольких соединений, различающихся как по химическому строению, так

и по биологической активности. Для человека и животных активными

препаратами считаются витамины D

2

 и D

3

, хотя в литературе известен

и витамин D

4

 (дигидроэргокальциферол). В природных продуктах со-

держатся преимущественно провитамины D

2

 и D

3

 – соответственно эрго-

стерин и холестерин.

В 1924 г. А. Гесс, М. Вейншток и независимо от них Г. Стинбок из

растительных масел и продуктов питания после воздействия на них

УФ-лучами с длиной волны 280–310 нм получили активный препарат,

предотвращающий развитие рахита у детей. Оказалось, что активное

начало связано с каким-то стерином, который был идентифицирован

с эргостерином и назван витамином D

1

. В 1932 г. А. Виндаус выделил

эргостерол из дрожжей и показал, что истинным витамином D является не

эргостерин, а продукт его превращения, образующийся при УФ-облучении,

который был назван витамином D

2

, или кальциферолом. В 1956 г. Между-

народная комиссия по химической номенклатуре предложила для витамина

D

2

 новое название – «эргокальциферол».

С химической точки зрения эргостерин(ол) представляет собой одно-

атомный ненасыщенный циклический спирт, в основе структуры которого

лежит конденсированная кольцевая система циклопентанпергидрофенан-

213

β-Каротин

трена. Под действием УФ-лучей эргостерин через ряд промежуточных

продуктов (люмистерин, тахистерин) превращается в витамин D

2

:

Витамин D

2

 образуется из эргостерина в результате разрыва связи

между 9-м и 10-м углеродными атомами кольца В под действием УФ-лучей.

В 1936 г. в лаборатории А. Виндауса был выделен активный в от-

ношении рахита препарат из рыбьего жира и назван витамином D

3

.

Выяснилось, что предшественником витамина D

3

 является не эргостерин,

а  х о л е с т е р и н . А. Виндаус в 1937 г. выделил из поверхностных слоев кожи

свиньи 7-дегидрохолестерин, который при УФ-облучении превращался

в активный витамин D

3

:

Следует отметить, что благодаря наличию холестерина и 7-дегидро-

холестерина в составе липидов кожи человека возможен синтез витамина

D

3

 при солнечном облучении или облучении лампой ультрафиолетового

излучения поверхности тела. Этим приемом особенно широко пользуются

при лечении рахита у детей.

Витамины D

2

 и D

3

 представляют собой бесцветные кристаллы с тем-

пературой плавления 115–117°С, нерастворимые в воде, но хорошо раство-

римые в жирах, хлороформе, эфире и других жирорастворителях.

Недостаток витамина D в рационе детей приводит к возникновению

широко известного заболевания – рахита, в основе развития которого

лежат изменения фосфорно-кальциевого обмена и нарушение отложения

в костной ткани фосфата кальция. Поэтому основные симптомы рахита

обусловлены нарушением нормального процесса остеогенеза. Развивается

остеомаляция – размягчение костей. Кости становятся мягкими и под тя-

жестью тела принимают уродливые О- или Х-образные формы. На костно-

хрящевой границе ребер отмечаются своеобразные утолщения – так на-

зываемые рахитические четки. У детей, больных рахитом, относительно

большая голова и увеличенный живот. Развитие последнего симптома

обусловлено гипотонией мышц. Нарушение процесса остеогенеза при ра-

214

УФ

Эргостерин

Витамин D

2

 (эргокальциферол)

УФ

7-Дегидрохолестерин

Витамин D

3

 (холекальциферол)

хите сказывается также на развитии зубов; задерживаются появление

первых зубов и формирование дентина. Для авитаминоза D взрослых

характерной особенностью является развитие остеопороза вследствие вы-

мывания уже отложившихся солей; кости становятся хрупкими, что часто

приводит к переломам.

Биологическая роль. Значение витамина D начинает проясняться в

последнее время. Получены доказательства, что при физиологических

условиях кальциферолы функционально инертны. По данным Г. де Лука

и соавт., витамин D выполняет свои биологические функции в организме

в форме образующихся из него активных метаболитов, в частности

1,25-диоксихолекальциферола [сокращенно обозначается 1,25(OH)

2

D

3

] и

24,25-диоксихолекальциферола [24,25(ОН)

2

D

3

] *, причем если гидрокси-

лирование в 25-м положении осуществляется в печени, то этот процесс в 1-м

положении протекает в почках. Ферменты, катализирующие эти реакции,

называются гидроксилазами, или монооксигеназами. В реакциях гидрокси-

лирования используется молекулярный кислород. Показано, что специ-

фическая lα-гидроксилаза содержится, помимо почек, в костной ткани

и плаценте. Имеются бесспорные доказательства, что именно эти активные

метаболиты, выполняя скорее гормональную, чем биокаталитическую,

роль, функционируют в системе гомеостатической регуляции обмена каль-

ция и минерализации костной ткани. В частности, 1,25(OH)

2

D

3

 участвует

в регуляции процессов всасывания Са и Р в кишечнике, резорбции костной

ткани и реабсорбции Са и Р в почечных канальцах. Процессы остеогенеза

и ремоделирования костной ткани, напротив, регулируются 24,25(OH)

2

D

3

.

Методом ауторадиографии показано накопление 1,25(OH)

2

D

3

 в ядрах

клеток органов-мишеней (почки, мозг, поджелудочная железа, гипофиз,

молочная железа), где он способствует синтезу мРНК, Са-связывающих

белков и гормонов, регулирующих обмен кальция; в то же время он не

обнаруживается в печени, селезенке, скелетной и сердечной мышцах. Под-

твердилось предположение о существовании специфического внутрикле-

точного белка, являющегося рецептором кальциферолов. Показано, что

1,25(OH)

2

D

3

 вызывает дифференцировку некоторых лейкозных клеток, что,

по-видимому, указывает на возможную связь между витаминами группы

D и опухолевым ростом. Это не означает, однако, что функции витамина

D осуществляются только через ядерный аппарат клетки. Совсем недавно

открыты новые пути метаболизма витаминов группы D, включающие

окисление в 23-м положении с образованием 23,25(OH)

2

D

3

 или 23-гид-

роксилированной формы 1,25(OH)

2

D

3

. Более того, 24- и 26-гидрокси-

лированные метаболиты D

3

, в частности 1-оксипроизводные последних, по

биологическому действию оказались в 10 раз более активными, чем

нативный 1,25(OH)

2

D.

Распространение в природе и суточная потребность. Наибольшее ко-

личество витамина D

3

 содержится в продуктах животного происхождения:

сливочном масле, желтке яиц, печени и в жирах, а также в рыбьем жире,

который широко используется для профилактики и лечения рахита. Из

растительных продуктов наиболее богаты витамином D

2

 растительные

масла (подсолнечное, оливковое и др.); много витамина D

2

 в дрожжах. Для

профилактики рахита в детском возрасте, помимо полноценного питания,

включающего масло, молоко, жиры, мясо и другие продукты, рекомен-

дуется УФ-облучение поверхности кожи (солнечное облучение, лампы

* Предшественником этих метаболитов является 25-оксихолекальциферол, который счи-

тается основной циркулирующей (транспортной) формой всех кальциферолов.

215

ультрафиолетового облучения), а также продукты растительного проис-

хождения, способствующие обогащению их витамином D. Суточная по-

требность в витамине D для детей колеблется от 10 до 25 мкг (500–1000 ME)

в зависимости от возраста, физиологического состояния организма, со-

отношений солей фосфора и кальция в рационе и др. Для взрослого

человека достаточно минимального количества витамина D.

Случаи гипервитаминоза D у людей наблюдаются при «ударной»

терапии рахита и некоторых дерматозов (волчанка). Гипервитаминоз был

отмечен после приема более 1500000 ME витамина D в сутки. Прием очень

больших доз витамина D может вызвать смертельный исход. У экспе-

риментальных животных гипервитаминоз сопровождается увеличением от-

ложения гидроксилапатита в костях и некоторых внутренних органах.

У собак, например, отмечена кальцификация почек. Все эти симптомы

исчезают после прекращения приема витамина.

Витамины группы К

К витаминам группы К, согласно номенклатуре биологической химии,

относятся 2 типа хинонов с боковыми цепями, представленными изопре-

ноидными звеньями (цепями): витамины К

1

 и К

2

 *. В основе циклической

структуры обоих витаминов лежит кольцо 1,4-нафтохинона. Заметим, что

животные ткани наделены способностью синтеза боковых изопреновых

цепей, но не могут синтезировать нафтохиноновый компонент. У боль-

шинства бактерий витамин К является компонентом дыхательной цепи

вместо убихинона.

Для витамина К

1

 сохранено название «филлохинон», а для витаминов

группы К

2

 введено название  « м е н а х и н о н » с указанием числа изопреновых

звеньев **. В частности, для витамина К

2

 рекомендовано название «мена-

хинон-6», где цифра 6 указывает число изопреновых звеньев в боковой цепи.

Витамин K

1

 (филлохинон) впервые был изолирован из люцерны. Это

производное 2-метил-1,4-нафтохинона, содержащего в 3-м положении фи-

тильный радикал, имеющий 20 атомов углерода:

Витамин К

2

 открыт в растениях и в организме животных и содержит

в боковой цепи от 6 до 9 изопреновых единиц.

* За открытие антигеморрагического действия витамина К Э. Дойзи и X. Дам удостоены

Нобелевской премии в 1943 г.

** При обозначении длины боковой изопреновой цепи за основу берут число изопреновых

звеньев, а не число углеродных атомов.

216

Витамин К

1

 (филлохинон)

Витамин К

2

 (менахинон; n = 6, 7 или 9)