Биологическая химия - часть 53

Витамин K

1

 представляет собой светло-желтую жидкость, неустой-

чивую при нагревании в щелочной среде и при облучении, а витамин

К

2

 – желтые кристаллы; он также неустойчив. Оба препарата нерастворимы

в воде, но хорошо растворимы в органических растворителях: бензоле,

хлороформе, ацетоне, гексане и др.

Помимо витаминов K

1

 и К

2

, некоторые производные нафтохинона

обладают витаминными свойствами и высокой антигеморрагической ак-

тивностью. Так, синтетический аналог витамина К, лишенный боковой цепи

в положении 3, называют витамином К

3

 (менадион, или 2-метил-1,4-нафто-

хинон); фактически он является провитамином. Поскольку витамин К

3

нерастворим в воде, на его основе были синтезированы десятки раст-

воримых в воде производных, одно из которых нашло широкое применение

в медицинской практике – это синтезированная А.В. Палладиным натрие-

вая соль бисульфитного производного витамина К

3

 –  в и к а с о л :

Витамин К является антигеморрагическим фактором, определенным

образом связанным со свертыванием крови: он существенно удлиняет его

период. Поэтому при авитаминозе К возникают самопроизвольные парен-

химатозные и капиллярные кровотечения (носовые кровотечения, внутрен-

ние кровоизлияния). Кроме того, любые поражения сосудов (включая

хирургические операции) при авитаминозе К могут привести к обильным

кровотечениям. У человека авитаминоз К встречается реже, чем другие

авитаминозы. Объясняется это двумя обстоятельствами: во-первых, сме-

шанная пища довольна богата витамином К (витамины группы К синте-

зируются в зеленых растениях и некоторыми микроорганизмами); во-

вторых, синтезируемого кишечной микрофлорой количества витамина

К вполне достаточно для предотвращения авитаминоза. Авитаминоз обыч-

но развивается при нарушении процесса всасывания жиров в кишечнике.

У детей грудного возраста часто возникают обильные подкожные крово-

течения и кровоизлияния; они наблюдаются и при так называемом гемор-

рагическом диатезе, являющемся следствием недостаточности свертывания

крови у матери.

Биологическая роль. Витамин К принимает участие в синтезе про-

тромбина в печени, вероятнее всего, через ферментную систему. Получены

доказательства, что витамин К необходим как стимулятор биосинтеза

в печени минимум 4 белков-ферментов, участвующих в сложном процессе

свертывания крови: факторов II, VII, IX, X. В частности, имеются данные,

что в молекуле указанных факторов обязательно присутствуют остатки

карбоксиглутаминовой кислоты; в молекуле активного протромбина таких

остатков оказалось 10. Протромбин, являясь протеолитическим фермен-

том, расщепляет специфические пептидные связи растворимого белка крови

фибриногена с образованием нерастворимого фибрина (см. главу 17).

Показано, что γ-карбоксилирование остатков глутаминовой кислоты в

молекуле белков, в частности протромбина, протекает посттрансляционно

217

Витамин К

3

Викасол

при участии γ-глутамилкарбоксилазы, требующей наличия витамина К;

источником СО

2

 является НСО

3–

. В этой реакции витамин К выполняет,

по-видимому, кофакторную функцию.

Реакция постсинтетического карбоксилирования γ-карбоксильной груп-

пы глутамата играет, кроме того, важную роль в связывании ионов Са

2+

молекулой белка, поскольку при этом образуются дополнительные от-

рицательно заряженные ионы карбоксильных групп. Следует указать, что

биотин не участвует в этой реакции карбоксилирования.

Одним из мощных антивитаминов К является природное вещество

д и к у м а р о л (дикумарин). Введение его вызывает резкое снижение в крови

протромбина и ряда других белковых факторов свертывания крови и

соответственно вызывает кровотечения. Аналогичным свойством в качестве

антикоагулянта обладает синтетический аналог витамина К варфарин,

который действует как конкурентный ингибитор тромбообразования.

Способность дикумарола и варфарина снижать свертываемость крови

в дальнейшем стали широко использовать для лечения болезней человека,

характеризующихся повышенной свертываемостью крови. В частности, при

коронарных тромбозах, тромбофлебитах оба эти препарата способствуют

разжижению сгустка крови, оказывая эффективное лечебное действие.

В случае возникновения кровотечения после введения дикумарола или

варфарина больным назначают препараты витамина К.

Распространение в природе и суточная потребность. Наиболее богаты

витамином К растения, в частности зеленые листья каштана, крапивы,

люцерны. К растительным продуктам, богатым витамином К, относятся

капуста, шпинат, тыква, зеленые томаты, арахисовое масло, ягоды рябины

и т.д. В животных продуктах, кроме печени свиньи, он почти нигде не

содержится. Суточная потребность в витамине К для человека точно не

установлена, поскольку он синтезируется микроорганизмами кишечника;

считается достаточным количество около 1 мг.

Витамины группы Е

В начале 20-х годов Г. Эванс показал, что в смешанной пище содержится

вещество, которое абсолютно необходимо для нормального размножения

животных. Так, у крыс, содержащихся на синтетической диете, включающей

218

Остаток L-глутамата

Остаток L-γ-карбоксиглутамата

Дикумарол

Салициловая

кислота

Варфарин

СО

2

молоко, препараты железа и дрожжи (в качестве источника витаминов

группы В), развивалось бесплодие. Добавление к такой диете листьев салата

полностью излечивало животных от бесплодия. Активное вещество, пре-

дохраняющее от бесплодия, было выделено из масла пшеничных заро-

дышей и хлопкового масла и названо  в и т а м и н о м Е, или  т о к о ф е р о л о м

(от греч. tokos – потомство, phero – несу). Вкоре был осуществлен и хи-

мический синтез. В настоящее время известно пять природных соединений,

обладающих биологической активностью витамина Е. Все они выделены

в чистом виде из растительных масел или получены синтетическим путем

и обозначаются соответственно α-, β-, γ-, δ-токоферолы и 8-метилтоко-

триенол.

С химической точки зрения токоферолы представляют собой производ-

ные 2-метил-2(4', 8', 12'-триметилтридецил)-хроман-6-ола, или токола *.

Различные токоферолы отличаются друг от друга числом и распо-

ложением метальных групп в бензольном кольце. Они представляют собой

бесцветные маслянистые жидкости, хорошо растворимые в жирах (маслах)

и жирорастворителях, весьма устойчивые к нагреванию, но быстро раз-

рушающиеся под действием УФ-излучений.

Изменения в организме человека при авитаминозе Е изучены недоста-

точно, поскольку с растительными маслами человек получает достаточное

количество витамина Е. Недостаточность его отмечена в некоторых тро-

пических странах, где основным источником пищи являются углеводы,

тогда как жиры употребляются в незначительных количествах. Препараты

витамина Е нашли применение в медицинской практике. Они иногда

предотвращают самопроизвольные (или привычные) аборты у женщин.

У экспериментальных животных, в частности крыс, недостаточность

витамина Е вызывает нарушение эмбриогенеза и дегенеративные изменения

репродуктивных органов, что приводит к стерильности. У самок в большей

степени поражается плацента, чем яичники; процесс оплодотворения яйца

не нарушен, но очень скоро плод рассасывается. У самцов происходит

атрофия половых желез, приводящая к полной или частичной стерильности.

К специфическим проявлениям недостаточности витамина Е относятся

также мышечная дистрофия, жировая инфильтрация печени, дегенерация

спинного мозга. Следствием дегенеративных и дистрофических изменений

мышц является резкое ограничение подвижности животных; в мышцах

резко снижается количество миозина, гликогена, калия, магния, фосфора

и креатина и, наоборот, повышается содержание липидов и хлорида натрия.

Биологическая роль. Существуют прямая связь между витамином Е

и тканевым дыханием и обратная связь между этим витамином и степенью

окисления липидов.

* Токотриенолы и токолы имеют почти одинаковую структуру; различаются тем, что

первые содержат вместо полностью гидрированной ненасыщенную изопреноидную боковую

цепь.

219

α-Токоферол

Известно, что токоферолы выполняют в организме две главные мета-

болические функции. Во-первых, они являются наиболее активными и,

возможно, главными природными жирорастворимыми антиоксидантами:

разрушают наиболее реактивные формы кислорода и соответственно

предохраняют от окисления полиненасыщенные жирные кислоты. Во-

вторых, токоферолы играют специфическую, пока еще не полностью

раскрытую роль в обмене селена. Селен, как известно, является интеграль-

ной частью глутатионпероксидазы – фермента, обеспечивающего защиту

мембран от разрушающего действия пероксидных радикалов. Биологи-

ческая роль витамина Е сводится, таким образом, к предотвращению

аутоокисления липидов биомембран и возможному снижению потребности

в глутатионпероксидазе, необходимой для разрушения образующихся в

клетке перекисей. Участие токоферолов в механизме транспорта электронов

и протонов, как и в регуляции процесса транскрипции генов, и их роль

в метаболизме убихинонов пока недостаточны выяснены.

Распространение в природе и суточная потребность. Витамины группы

Е относятся к весьма распространенным в природе соединениям. Важ-

нейшими источниками витамина Е для человека являются растительные

масла (подсолнечное, хлопковое, соевое, кукурузное и др.), а также салат,

капуста и семена злаков; из продуктов животного происхождения витамин

Е содержится в мясе, сливочном масле, яичном желтке и др. Витамин

Е откладывается в организме во многих тканях (мышцы, поджелудочная

железа, жировая ткань), поэтому развитие авитаминоза или гиповита-

миноза Е почти не наблюдается, даже если этот витамин не поступает

с пищей в течение нескольких месяцев. Подобным же образом можно

объяснить трудности определения суточной потребности в витамине Е,

которая по приблизительным подсчетам составляет около 5 мг.

ВИТАМИНЫ, РАСТВОРИМЫЕ В ВОДЕ

Условно можно считать, что отличительной особенностью витаминов,

растворимых в воде, является участие большинства из них в построении

молекул коферментов (см. табл. 7.1), представляющих собой низкомоле-

кулярные органические вещества небелковой природы, называемые также

простетическими группами и принимающие вместе с белковым компо-

нентом (апоферментом) непосредственное участие в каталитических реак-

циях. Коферментная роль с достоверностью доказана для следующих

витаминов и витаминоподобных веществ: B

1

, В

2

, В

6

, В

12

, РР, биотина,

фолиевой, парааминобензойной, пантотеновой и липоевой кислот, а также

жирорастворимых коэнзима Q и пирролохинолинохинона (PQQ). Почти все

они в организме человека и животных не синтезируются, поэтому не-

достаточное содержание или полное отсутствие этих витаминов в пище

приводит к существенным нарушениям процессов обмена веществ и раз-

витию соответствующего клинического синдрома, характерного для дан-

ного гипо- или авитаминоза.

Витамин B

1

Витамин В

1

 (тиамин; антиневритный), как отмечалось, был первым крис-

таллическим витамином, выделенным К. Функом в 1912 г. Позже был

осуществлен его химический синтез. Наряду с аминогруппой витамин B

1

содержит атомы серы, поэтому он был назван  т и а м и н о м . В химической

220