Водорастворимые витамины, О.А. Тимин - MedFsh.ru
ОМТ, Биохимия, Тимин, Водорастворимые витамины
Общая медицинская теория
ОМТ
ОМТ или Общая медицинская теория — это раздел, в котором размещены теоретические материалы, известные в любом медицинском вузе. Раздел ОМТ в пределах определенного вуза нужен для того, чтобы адаптировать такие материалы под тематические планы вуза. На данный момент тематических планов от пользователей нам не поступало.

Водорастворимые витамины

Витамин В1 (тиамин, антиневритный)

Источники

Черный хлеб, злаки, горох, фасоль, мясо, дрожжи.

Суточная потребность

2,0-3,0 мг.

Строение

В составе тиамина определяется пиримидиновое кольцо, соединенное с тиазоловым кольцом. Коферментной формой витамина является тиаминдифосфат.

Строение тиамина и тиаминдифосфата

Метаболизм

Всасывается в тонком кишечнике в виде свободного тиамина. Витамин фосфорилируется непосредственно в клетке-мишени. Примерно 50% всего В1 находится в мышцах, около 40% – в печени.

Биохимические функции

1. Входит в состав тиаминдифосфата (ТДФ), который является коферментом:

  • фермента транскетолазы второго этапа пентозофосфатного пути,
  • ферментов пируватдегидрогеназы и a-кетоглутаратдегидрогеназы, которые участвуют в энергетическом обмене.
Пример реакции с участием тиаминдифосфата

2. Входит в состав тиаминтрифосфата, который изучен еще недостаточно. Имеются разрозненные сведения об участии ТТФ в передаче нервного импульса, в генерации клеточного сигнала, в реакциях клеточного биоэлектрогенеза, в регуляции активности ионных каналов.

Гиповитаминоз

Причина

Недостаток в пище, а также избыток алкогольсодержащих напитков или углеводных продуктов питания, которые повышают потребность в витамине.

Клиническая картина

Болезнь «бери-бери» или «ножные кандалы» – нарушение метаболизма пищеварительной, сердечно-сосудистой и нервной систем из-за недостаточного энергетического и пластического обмена.

Со стороны нервной ткани наблюдаются:

  • полиневриты: снижение периферической чувствительности, утрата некоторых рефлексов, боли по ходу нервов,
  • энцефалопатия: синдром Вернике – спутанность сознания, нарушение координации, галлюцинации, нарушение зрительной функции, синдром Корсакова – ретроградная амнезия, неспособность усваивать новую информацию, болтливость.

Со стороны сердечно-сосудистой системы отмечается нарушение сердечного ритма, боли в сердце и увеличение его размеров.

В желудочно-кишечном тракте нарушается секреторная и моторная функция, возникает атония кишечника и запоры, исчезает аппетит, уменьшается кислотность желудочного сока.

Антивитамины В1

В кишечнике имеется бактериальная тиаминаза, разрушающая тиамин. Также этот фермент активен в сырой рыбе, устрицах.

Лекарственные формы

Свободный тиамин и ТДФ (кокарбоксилаза).

Витамин B2 (рибофлавин, витамин роста)

Источники

Достаточное количество содержат мясные продукты, печень, почки, молочные продукты, дрожжи. Также витамин образуется кишечными бактериями.

Суточная потребность

2,0-2,5 мг.

Строение

В состав рибофлавина входит флавин – изоаллоксазиновое кольцо с заместителями (азотистое основание) и спирт рибитол.

Коферментные формы витамина дополнительно содержат либо только фосфорную кислоту – флавинмононуклеотид (ФМН), либо фосфорную кислоту, дополнительно связанную с АМФ – флавинадениндинуклеотид (см также упрощенные формулы коферментов).

Строение рибофлавина, рибофлавин в составе коферментов ФМН и ФАД, упрощенное изображение данных коферментов

Метаболизм

В кишечнике рибофлавин освобождается из состава пищевых ФМН и ФАД, и диффундирует в кровь. В слизистой кишечника и других тканях вновь образуется ФМН и ФАД.

Биохимические функции

Кофермент оксидоредуктаз – обеспечивает перенос 2 атомов водорода в окислительно-восстановительных реакциях.

Механизм участия флавинового кофермента в биохимической реакции

Витамин содержат:

1. Дегидрогеназы энергетического обмена – пируватдегидрогеназа, a-кетоглутаратдегидрогеназа, сукцинатдегидрогеназа, ацил-SКоА-дегидрогеназа, митохондриальная глицерол-3-фосфатдегидрогеназа.

Пример реакции с участием ФАД-зависимой дегидрогеназы

2. Оксидазы, окисляющие субстраты с участием молекулярного кислорода. Например, реакции обезвреживания биогенных аминов (гистамина, серотонина, дофамина).

Пример реакции с участием оксидазы

Гиповитаминоз

Причина

Пищевая недостаточность, хранение пищевых продуктов на свету, фототерапия, алкоголизм и нарушения ЖКТ.

Клиническая картина

В первую очередь страдают высокоаэробные ткани – эпителий кожи и слизистых. Проявляется как сухость ротовой полости, губ и роговицы; хейлоз, т.е. трещины в уголках рта и на губах («заеды»), глоссит (фуксиновый язык), шелушение кожи в районе носогубного треугольника, мошонки, ушей и шеи, конъюнктивит и блефарит.

Сухость конъюнктивы и ее воспаление ведут к компенсаторному увеличению кровотока в этой зоне и улучшению снабжения ее кислородом, что проявляется как васкуляризация роговицы.

Антивитамины В2

  1. Акрихин (атебрин) – ингибирует функцию рибофлавина у простейших. Используется при лечении малярии, кожного лейшманиоза, трихомониаза, гельминтозов (лямблиоз, тениидоз).
  2. Мегафен – тормозит образование ФАД в нервной ткани, используется как седативное средство.
  3. Токсофлавин – конкурентный ингибитор флавиновых дегидрогеназ.

Лекарственные формы

Свободный рибофлавин, ФМН и ФАД (коферментные формы).

Витамин B3 (PP, ниацин, антипеллагрический)

Название дано от итальянского выражения preventive pellagra – предотвращающий пеллагру.

Источники

Хорошим источником являются печень, мясо, рыба, бобовые, гречка, черный хлеб, в молоке и яйцах витамина мало. Также синтезируется в организме из триптофана – 60 мг триптофана равноценны примерно 1 мг никотинамида.

Суточная потребность

15-25 мг.

Строение

Витамин существует в виде никотиновой кислоты или никотинамида. Его коферментными формами являются никотинамидадениндинуклеотид (НАД) и фосфорилированная по 2′-атому рибозы форма – никотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАДФ).

Строение двух форм витамина PP, витамин в составе НАД и НАДФ, упрощенное изображение строения НАД и НАДФ

Биохимические функции

Перенос гидрид-ионов Н (атом водорода и электрон) в окислительно-восстановительных реакциях:

Механизм участия НАД и НАДФ в биохимических реакциях

Благодаря переносу гидрид-иона витамин обеспечивает следующие задачи:

  • Синтез и окисление карбоновых кислот, аминокислот (глутамат), жиров (холестерол, жирные кислоты) и углеводов, так как НАД и НАДФ служат коферментами большинства дегидрогеназ.
  • НАДН выполняет регулирующую функцию, поскольку является ингибитором некоторых реакций окисления, например, в цикле трикарбоновых кислот.
  • Защита наследственной информации – НАД является субстратом поли-АДФ-рибозилирования в процессе сшивки хромосомных разрывов и репарации ДНК.
  • Защита от свободных радикалов – НАДФН является необходимым компонентом антиоксидантной системы клетки (см раздел «Окислительный стресс»).
  • НАДФН участвует в реакциях синтеза тетрагидрофолиевой кислоты (см ниже) из фолиевой, например, после синтеза тимидилмонофосфата, восстановлении тиоредоксина при синтезе дезоксирибонуклеотидов.
Пример реакции с участием НАД

Гиповитаминоз

Причина

Пищевая недостаточность ниацина и триптофана.

Клиническая картина

Проявляется заболеванием пеллагра (итал.: pelle agra – шершавая кожа). Проявляется как синдром трех Д: деменция (нервные и психические расстройства, слабоумие), дерматиты (фотодерматиты), диарея (слабость, расстройство пищеварения, потеря аппетита). При отсутствии лечения заболевание кончается летально.

У детей при гиповитаминозе наблюдается замедление роста, похудание, анемия.

Антивитамины

Фтивазид, тубазид, ниазид – лекарства, используемые для лечения туберкулеза. По одной из гипотез, механизм действия ниазида – замена никотиновой кислоты в реакциях синтеза никотинамидаденин-динуклеотида (изо-НАД вместо НАД) и невозможность протекания окислительно-восстановительных реакций.

Лекарственные формы

Никотинамид и никотиновая кислота.

Витамин B5 (пантотеновая кислота)

Источники

Любые пищевые продукты, особенно бобовые, дрожжи, животные продукты.

Суточная потребность

10-15 мг.

Строение

Витамин существует только в виде пантотеновой кислоты, в ее составе находится b-аланин и пантоевая кислота (2,4-дигидрокси-3,3-диметилмасляная).

Его коферментными формами являются кофермент А (коэнзим А, HS-КоА) и 4-фосфопантетеин.

Строение пантотеновой кислоты, строение кофермента А

Биохимические функции

Коэнзим А не связан прочно с каким-либо ферментом, его функция – перенос жирных кислот (ацильных, в том числе ацетильных, групп):

  • в реакциях энергетического окисления глюкозы, жирных кислот и радикалов аминокислот, например, в работе ферментов пируватдегидрогеназы, a-кетоглутаратдегидрогеназы, ацил-SКоА-дегидрогеназы, еноил-SКоА-дегидрогеназы.
  • в реакциях синтеза жирных кислот, триацилглицеролов и фосфолипидов,
  • в реакциях синтеза ацетилхолина и гликозаминогликанов, образования гиппуровой кислоты и желчных кислот.
Пример реакции переноса жирных кислот с участием коэнзима А

Гиповитаминоз

Причина

Пищевая недостаточность.

Клиническая картина

Проявляется в виде педиолалгии (эритромелалгии) – поражение малых артерий дистальных отделов нижних конечностей, симптомом является жжение в стопах. В эксперименте проявляется поседение волос, поражение кожи и ЖКТ, дисфункции нервной системы, дистрофия надпочечников, стеатоз печени, апатия, депрессия, мышечная слабость, судороги.

Но так как витамин есть во всех продуктах, гиповитаминоз встречается очень редко.

Лекарственные формы

Пантотенат кальция, коэнзим А.

Витамин B6 (пиридоксин, антидерматитный)

Источники

Витамином богаты злаки, бобовые, дрожжи, печень, почки, мясо, также синтезируется кишечными бактериями.

Суточная потребность

1,5-2,0 мг

Строение

Витамин существует в виде пиридоксина. Его коферментными формами являются пи- ридоксальфосфат и пиридоксаминфосфат.

Строение пиридоксина и его коферментных форм

Биохимические функции

  1. Является коферментом фосфорилазы гликогена (50% всего витамина находится в мышцах), участвует в синтезе гема, фосфолипидов и сфинголипидов.
  2. Наиболее известная функция пиридоксиновых коферментов – перенос аминогрупп и карбоксильных групп в реакциях метаболизма аминокислот:
    • кофермент аминотрансфераз, переносящих аминогруппы между аминокислотами,
    • кофермент декарбоксилаз, участвующих в синтезе биогенных аминов из аминокислот, например, ГАМК (g-аминомасляная кислота, греч.: g – гамма) из глутаминовой кислоты.
Пример реакции с участием пиридоксальфосфата

Гиповитаминоз

Причина

Пищевая недостаточность, хранение продуктов на свету и консервирование, использование ряда лекарств (антитуберкулезные средства, L-ДОФА, эстрогены в составе противозачаточных средств), беременность, алкоголизм.

Клиническая картина

Повышенная возбудимость ЦНС, эпилептиформные судороги (из-за недостатка синтеза ГАМК), полиневриты, пеллагроподобные дерматиты, эритемы и пигментация кожи, отеки, анемии.

Лекарственные формы

Пиридоксин и пиридоксальфосфат.

Витамин C (аскорбиновая кислота, антицинготный)

Источники

Свежие овощи и фрукты (по убыванию количества): шиповник, смородина, перец сладкий, укроп, капуста, земляника, клубника, апельсины, лимоны, малина.

Суточная потребность

100 мг.

Строение

Витамин является производным глюкозы.

Механизм участия витамина С в биохимических реакциях

Биохимические функции

Участие в окислительно-восстановительных реакциях процессах в качестве кофермента оксидоредуктаз.

1. Реакции гидроксилирования:

  • пролина и лизина в их гидроксиформы при «созревании» коллагена,
  • при синтезе гиалуроновой кислоты и хондроитинсульфата, желчных кислот,
  • при синтезе кортикостероидов, катехоламинов и тиреоидных гормонов,
  • при синтезе биогенного амина нейромедиатора серотонина,
  • при синтезе карнитина (витаминоподобное вещество ВТ), необходимого для окисления жирных кислот.
Пример реакции с участием аскорбиновой кислоты

2. Восстановление иона Fe3+ в ион Fe2+ в кишечнике (улучшение всасывания) и в крови (высвобождение из связи с трансферрином).

3. Участие в иммунных реакциях:

  • повышает продукцию защитных белков нейтрофилов,
  • высокие дозы витамина стимулируют бактерицидную активность и миграцию нейтрофилов.

4. Антиоксидантная роль:

  • восстанавливает окисленный витамин Е,
  • лимитирует свободнорадикальные реакции в делящихся тканях,
  • ограничивает воспаление,
  • снижает окисление липопротеинов в плазме крови и, таким образом, оказывает антиатерогенный эффект.

Гиповитаминоз

Причина

Пищевая недостаточность, излишняя тепловая обработка пищи.

Клиническая картина

Цинга – нарушение синтеза коллагена, гиалуроновой кислоты и хондроитинсульфата, что приводит к поражению соединительной ткани, ломкости и проницаемости капилляров и к ухудшению заживления ран. Сопровождается дегенерацией одонтобластов и остеобластов, ухудшается состояние зубов.

Отмечается нарушение иммунитета, особенно легочного, развивается общая слабость, быстрая утомляемость, похудание, одышка, боли в сердце, отек нижних конечностей. У мужчин происходит слипание сперматозоидов и возникает бесплодие.

Снижается всасываемость железа в кишечнике, что вызывает нарушение синтеза гемоглобина и железодефицитную анемию. Уменьшается активность фолиевой кислоты – это приводит к мегалобластической анемии.

У детей дефицит аскорбиновой кислоты приводит к болезни Меллера-Барлоу, проявляющуюся в поражении костей: разрастание и минерализация хряща, торможение рассасывания хряща, корытовидное западение грудины, искривление длинных трубчатых костей ног, выступающие четкообразные концы ребер. Цинготные четки, в отличие от рахитических, болезненны.

Лекарственные формы

Аскорбиновая кислота чистая или с глюкозой.

Витамин B9 (Bc, фолиевая кислота)

Источники

Растительные продукты, дрожжи, мясо, печень, почки, желток яиц. Витамин активно синтезируется дружественной кишечной микрофлорой.

Суточная потребность

400 мкг.

Строение

Витамин представляет собой комплекс из трех составляющих – птеридина, парааминобензойной кислоты и глутаминовой кислоты. Остатков глутамата, соединенных через g-карбоксильную группу, может быть разное количество.

Строение фолиевой и тетрагидрофолиевой кислот и их взаимопревращение

Биохимические функции

Непосредственная функция тетрагидрофолиевой кислоты – перенос одноуглеродных фрагментов:

  • формила – в составе N -формил-ТГФК и N -формил-ТГФК,
  • метенила – в составе N5,N10-метенил-ТГФК,
  • метилена – в составе N5,N10-метилен-ТГФК,
  • метила – в составе N -метил-ТГФК,
  • формимина – в составе N5-формимино-ТГФК.

Благодаря способности переносить одноуглеродные фрагменты витамин

  • участвует в синтезе пуриновых оснований и тимидинмонофосфата, и, следовательно, в синтезе ДНК,
  • участвует в обмене аминокислот – обратимое превращение глицина и серина, N5-метил-ТГФК взаимодействует с витамином В12, являясь донором метильной группы при превращении гомоцистеина в метионин.
Пример реакции с участием тетрагидрофолиевой кислоты

Гиповитаминоз

Причина

Пищевая недостаточность, кислые продукты, тепловая обработка пищи, прием лекарств (барбитураты, сульфаниламиды и антибиотики, некоторые цитостатики – аминоптерин, метотрексат), алкоголизм и беременность.

Клиническая картина

В первую очередь затрагиваются органы кроветворения: так как клетки не теряют способности расти, и в них происходит нарушение синтеза ДНК с остановкой деления, то это приводит к образованию мегалобластов (крупных клеток) и мегалобластической анемии. По той же причине отмечается лейкопения.

Аналогично развивается поражение слизистых желудка и кишечного тракта (гастриты, энтериты), глоссит.

Отмечается замедление роста, конъюнктивит, ухудшение заживления ран, иммунодефициты, оживление хронических инфекций и субфебрилитет.

Лекарственные формы

Фолинат кальция.

Антивитамины

Антивитамином В9 является группа лекарственных антибактериальных соединений сульфаниламидов структурно схожих с компонентом фолиевой кислоты – парааминобензойной кислотой (ПАБК). В бактериальной клетке происходит конкуренция за активный центр фермента и нарушается использование ПАБК для синтеза фолиевой кислоты, что ведет к прекращению синтеза тимидилового нуклеотида, подавлению синтеза ДНК и размножения бактерии.

Сходство строения сульфаниламида и парааминобензойной кислоты, входящей в состав витамина В9

Витамин B12 (кобаламин, антианемический)

Источники

Из пищевых продуктов витамин содержат только животные продукты: печень, рыба, почки, мясо. Также он синтезируется кишечной микрофлорой, однако не доказана возможность всасывания витамина в нижних отделах ЖКТ.

Суточная потребность

2,5-5,0 мкг.

Строение

Цианкобаламин содержит 4 пиррольных кольца, ион кобальта (с валентностью от Co3+ до Co6+), группу CN. В организме при синтезе коферментных форм цианидная группа CN заменяется метильной или 5′-дезоксиаденозильной.

Метаболизм

Для всасывания в кишечнике необходим внутренний фактор Касла – гликопротеин, синтезируемый обкладочными клетками желудка. В крови транспортируется в виде гидроксикобаламина специфическими транспортными белками (a- и b-глобулинами).

Биохимические функции

Витамин В12 участвует в двух видах реакций – реакции изомеризации и метилирования.

1. Основой изомеризующего действия витамина В12 является возможность способствовать переносу атома водорода на атом углерода в обмен на какую-либо группу.

Участие витамина В12 в реакции изомеризации

Это имеет значение в процессе окисления остатков жирных кислот с нечетным числом атомов углерода, при утилизации углеродного скелета треонина, валина, лейцина, изолейцина, метионина, боковой цепи холестерола при котором образуется остаток пропионовой кислоты, который карбоксилируется до метилмалонила и далее превращается в сукцинил-SКоА – метаболит ЦТК.

2. В реакции трансметилирования при синтезе метионина метилкобаламин выступает посредником при переносе CH3-группы от метил-ТГФК на гомоцистеин.

Пример реакции метилирования с участием витамина В12

Гиповитаминоз

Причина

У вегетарианцев – пищевая недостаточность, однако чаще причиной является не отсутствие в пище, а плохое всасывание в результате заболеваний желудка и кишечника (атрофический гастрит и энтериты).

Также иногда встречаются аутоиммунные нарушения, при которых образуются антитела против обкладочных клеток желудка и против внутреннего фактора Касла (пернициозная анемия), что препятствует всасыванию витамина.

Клиническая картина

1. Макроцитарная анемия, при которой количество эритроцитов снижено в 3-4 раза. Она возникает чаще у пожилых, но может быть и у детей. Непосредственной причиной анемии является потеря фолиевой кислоты клетками при недостаточности витамина В12 и, как следствие, замедление деления клеток из-за снижения синтеза пуриновых нуклеотидов и ТМФ.

2. Неврологические нарушения:

  • замедление окисления жирных кислот с нечетным числом атомов углерода и накопление токсичного метилмалоната вызывает жировую дистрофию нейронов и демиелинизацию нервных волокон. Это проявляется в онемении кистей и стоп, ухудшении памяти, нарушении походки, снижении кожной чувствительности, нарушении сухожильных рефлексов (ахиллов, коленный),
  • нехватка метионина опосредует снижение активности реакций метилирования, в частности, уменьшается синтез нейромедиатора ацетилхолина.

Лекарственные формы

Цианкобаламин, кобамамид, оксикобаламин.

Витамин H (биотин, антисеборейный)

Источники

Из пищевых продуктов витамин содержат печень, почки, горох, соя, цветная капуста, грибы. Также он синтезируется кишечной микрофлорой.

Суточная потребность

150-200 мкг.

Строение

Гетероциклическая часть молекулы состоит из имидазольного и тиофенонового циклов. К последнему присоединена валериановая кислота, которая через COOH-группу связывается с лизином белковой части молекулы. Биотин-лизиновый конъюгат носит название биоцитин.

Строение биотина и пример участия витамина H в биохимических реакциях

Биохимические функции

Биотин участвует в переносе СО2 либо из НСО3 (реакции карбоксилирования), либо от R-СООН (реакция транскарбоксилирования). Этот перенос необходим:

  • при синтезе оксалоацетата – биотин находится в составе пируваткарбоксилазы (см. «Обмен углеводов»), что обеспечивает поддержание активности цикла трикарбоновых кислот и глюконеогенеза,
  • в синтезе жирных кислот – биотин находится в составе ацетил-SКоА-карбоксилазы (см. «Обмен липидов»),
  • в утилизации разветвленных углеродных цепей при катаболизме лейцина, изолейцина и некоторых жирных кислот – находится в составе пропионил-SКоА-карбоксилазы, образующей метилмалонил-SКоА. В дальнейшем метилмалонил-SКоА метаболизирует в реакции изомеризации с участием витамина B12.

Гиповитаминоз

Причина

Дисбактериоз и комплексное нарушение поступления витаминов, например, при длительном парентеральном питании. В эксперименте может быть вызван потреблением больших количеств сырых яиц (не менее 12 штук в день) в течение длительного времени (2 недели), т.к. в них содержится гликопротеин авидин (антивитамин, связывающий биотин).

Клиническая картина

У человека практически не встречается. В эксперименте обнаруживаются дерматиты, выделение жира сальными железами кожи (себорея), поражение ногтей, выпадение волос, анемия, анорексия, депрессия, усталость, сонливость.