биохимия. Лекция Водорастворимые витамины

• Название: Лекция Водорастворимые витамины
• Дата: 08.11.2020
• Размер: 50.08 Kb.
• Имя файла: биохимия.docx
• Тип: Лекция; #148746
• страница: 1 из 3

Лекция

Водорастворимые витамины

     К этой группе витаминов относят витамины группы В (В₁, В₂, В₃, В₅, В₆, В₁₂, витамин Н, витамин С, и др.). В химическом отношении витамины группы В  объединяет то, что все они содержат азот, то есть отвечают термину «витамин». В биологическом отношении их объединяет то, то они участвуют в построении молекул коферментов (кофермент – небелковая часть ферментов). Поэтому недостаток их приводит к нарушению обмена веществ.

Витамин В₁ (тиамин) – антиневритный витамин

     В 1896 году английский врач Эйкман заметил, что куры, питавшиеся полированным рисом, страдали нервным заболеванием, напоминавшим бери-бери у людей. После дачи курам неочищенного риса заболевание прекратилось. Он сделал вывод, что витамин содержится в оболочке зерен. В 1911 году польский ученый Казимир Функ выделил витамин в кристаллическом виде. Окончательное строение витамина В₁ установлено в 1973 году и осуществлен его синтез.

     Химическая природа витамина В₁. Тиамин состоит из кольца пиримидина, кольца тиозола и остатка этанола.

                N  =  C – NH₂                                                  +

    H₃C – C        C – CH₂ – N  –  C – CH₃                         

               N  –  CH            HC     C – CH₂ – CH₂OH         СL^-

         пиримидин                 S              этанол

                                          тиозол

     В кислой среде витамин В₁ существует в виде тиаминхлорида. В кислой среде (рН = 3) водные растворы витамина В₁ выдерживают нагревание до 140⁰С без снижения витаминной активности. В нейтральной или особенно щелочной среде тиамин быстро разрушается.

Влияние витамина В₁ на обмен веществ.

     В организме человека и животных  тиамин получаемый с пищей, соединяясь с фосфорной кислотой превращается в тиаминпирофосфат ТПФ, кофермент которой входит в состав ферментов декарбоксилаз α- кетокислот: α – кетоглутаровой, пировиноградной и др. Эти кетокислоты являются нормальными промежуточными продуктами обмена углеводов в организме.

     ТПФ является также коферментом транс-кетолаз – ферментов, участвующих в пентодном цикле превращения углеводов. То есть витамин В₁ тесно связан с углеводным обменом, а также белковым обменом.

     Помимо каталитической роли ТПФ витамин В₁ в виде различных фосфорных эфиров участвует в переносе богатых энергией фосфатных групп; в окислительно – восстановительных реакциях;  в биосинтезе ненасыщенных высших жирных кислот.

     При гиповитаминозе В₁ развивается заболевание бери-бери (полиневрит). Оно проявляется в прогрессирующей дегенерации нервных окончаний и проводящих пучков, следствием чего является потеря кожной чувствительности, нарушение сердечной деятельности, нарушение функций ЖКТ, нарушение водного обмена. В конце концов, наступает паралич и смерть. Но чаще встречаются различные по глубине В₁ – гиповитаминозы, которые проявляются в одышке, слабости, быстрой утомляемости, потере аппетита, понижении сопротивляемости к другим заболеваниям и тд. Это связывается с сильным снижением декарбоксилирования кетокислот, которые накапливаются в крови, тканях, особенно в мозге, чем объясняется появление нервных синдромов. При нарушении декарбоксилирования пировиноградной кислоты не будет образовываться уксусный альдегид и уксусная кислота, которая в обмене углеводов окисляется до СО₂ и Н₂О.

     У крс гиповитаминоз В₁ характеризуется энцефалопатией и потерей координации движений, коллапсом, конвульсиями, слепотой и развитием коматозного состояния. У цыплят  при В₁ – гиповитаминозе наблюдаются полиневриты, а также снижается всасывание и накопление в 12-перстной кишке метионина. Кроме того, у птиц тормозится биосинтез белков, на что указывает снижение содержания белка в печени и поджелудочной железе.

Источники витамина В₁

     Источниками витамина В₁ являются растительные корма, неочищенный рис, мука грубого помола, отруби, горох, семена, зародыши зерен злаковых, дрожжи. Тиамин синтезируется микрофлорой пищеварительного тракта, всасывается в виде свободного тиамина. В организме животных витамин В₁ содержится в пени, почках, сердечной мышце, мозге и др.

Витамин В₂ (рибофлавин)

Химическая природа витамина В₂. По структуре витамин В₂ представляет собой метилированное производное изоаллоксазина, соединенного со спиртом ребитолом.

                                                                  ОН    ОН   ОН

                                                       CH₂ – CH – CH – CH – CH₂OH

                                  N             N                      рибитол

H₃C –                                                   = O

H₃C –                                                  NH

                                  N             O

                    Изоаллоксазин

     В виду того, что в состав витамина входит рибоза, а сам он окрашен в желтый цвет(флавиновит) Каррер и Куп назвали витамин В₂ рибофлавином. Желтую окраску дает изоалаксазиновое кольцо в окисленной форме, в восстановленной форме витамин В₂ – бесцветный. Разрушается витамин В₂ при кипячении, а также при УФ- облучении.

 

 

                                  N             N                                                                               N –R       NH

H₃C –                                                   = O              +2Н        Н₃С –                                                      = O

H₃C –                                                  NH               –2Н         Н₃С –                                                     NH

                                  N             O                                                                             NH             O

              окисленная форма                                                                 восстановленная форма

                желтая окраска                                                                                  бесцветная

     Биологическая роль витамина В₂ связана с тем, что он подвергается фосфорилированию с образованием двух коферментов : флавинадениндинуклеотида ФАД и флавинмононуклеотида ФМН. Эти коферменты входят в состав флавопротеидов – которые являются ферментами дегидрогеназами,  катализирующими окислительно – восстановительные реакции. Они осуществляют перенос водорода в процессе тканевого дыхания, обеспечивая его достаточную интенсивность и способствуя образованию макроэргических соединений.

     Витамин В₂ участвует также в окислительно дезаминировании аминокислот и биосинтезе гемоглобина и других процессах.

     Гиповитаминоз В₂ сопровождается нарушением энергетического обмена, нарушается биосинтез аминокислот. При гиповитаминозе В₂ наблюдается задержка роста, дерматиты на коже человека, выпадение волос, поражение слизистых оболочек, стоматиты, кератиты, конъюнктивиты, поражение нервной системы, проявляющееся в мышечной слабости, параличи, переходящие в кому.

     Гиповитаминоз В₂ обычно наблюдается у птиц и свиней, у которых рибофлавин плохо синтезируется в пищеварительном тракте. У домашней птицы он проявляется параличами, вследствие дегенерации периферических нервов, а также снижением выводимости цыплят и задержкой роста молодняка. Профилактика гиповитаминоза  - зеленая подкормка, дрожжевание кормов.

     Источники витамина В₂ – растительные корма, дрожжи. Рибофлавин синтезируется также микрофлорой пищеварительного тракта.

Витамин В₃ (пантотеновая кислота) – антидерматитный витамин.

Химическая природа. Состоит из остатков α,γ – диокси – β,β – диметил – масляной кислоты и β - аланина, связанных между собой пептидной связью.

                     CH₃   OH    O

HO – ^γCH₂ – ^βC – ^αCH – C – NH – CH₂ – CH₂ – COOH

                     CH₃                        остаток β- аланина

α,γ – диокси – β,β –

метилмасляная кислота

     Влияние  витамина В₃ на обмен веществ связано с тем, что он входит в состав коэнзима А (кофермента А). Этот кофермент входит в состав ферментов ацетилирования, он переводит уксусную кислоту  и другие кислоты в активную форму.

СН₃                                                  СН₃

С = О  + HS – коА  _{тиолаза}^АТФ       С  S – коА + Н₂О

ОН                                                 О

укс. к-та                                     активная укс. к-та

     В активной форме уксусная кислота вовлекается в различные биохимические процессы, в частности в цикл трикарбоновых кислот и др. Коэнзим А играет важную роль в окислении и биосинтезе жирных кислот, окислительном декарбоксилировании кетокислот, биосинтезе стеролов, нейтральных жиров, фосфолипидов и других превращениях.

     Гиповитаминоз В₃ сопровождается нарушением липидного, белкового, углеводного и энергетического обменов. Чаще всего встречается у свиней и птицы, так как они потребляют мало травы и биосинтез витамина в пищеварительном тракте не происходит; применение антибиотиков также подавляет микрофлору пищеварительного тракта, а, следовательно, и биосинтез витамина.

     Источники витамина В₃ – растительные и дрожжеванные корма. Синтезируется витамин В₃ микрофлорой пищеварительного тракта, особенно у жвачных животных. После всасывания утилизируется в печени, частично почках, миокарде, скелетной мышце.

Витамин В₅(РР) (амид никотиновой кислоты или никотинамид) – антипеллагрический витамин

     Никотиновая кислота известна химикам давно, но только в 1937 году она была выделена из экстрактов печени и названа витамином РР (с итальянского – предохраняющая от пеллагры). Высшие растения и микроорганизмы способны синтезировать никотиновую кислоту. У жвачных она вырабатывается микрофлорой пищеварительного тракта, биосинтез ее происходит также в тканях животных из аминокислоты триптофан. В тканях из никотиновой кислоты образуется ее амид, то есть витамин В₅.

 

                         – С = О                                                               – С = O

                            ОН                                                                      NH₂

 

            N                                                                         N

никотиновая к-та                                            никотинамид

     Влияние витамина В₅ на обмен веществ заключается в том, что он , связываясь с нуклеотидами образует два кофермента: никотиниамдадениндинуклеотид (НАД) и никотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАДФ). НАД и НАДФ являются коферментами дегидрогеназ – ферментов, осуществляющих перенос электронов и протонов водорода от окисляемых субстратов на кислород в процессе тканевого дыхания, то есть ферментов, катализирующих окислительно – восстановительные реакции.

     Гиповитаминоз В₅ сопровождается возникновением пеллагры(жесткая, шершавая кожа - итальянский), которая характеризуется первичными симптомами, поражением кожи, задержкой в росте и расстройстве пищеварения. У птиц при этом бывают чешуйчатые дерматиты ног, нарушение оперения, диарея, снижение яйценоскости и выводимости цыплят.

     Развитие пеллагры связано с блокированием биоэнергетических процессов, что приводит к нарушению обмена веществ в тканях.

     Источники витамина В₅. У животных источником витамина В₅ являются зеленые корма, дрожжи, которые не только обогащают рационы белком и никотиновой кислотой, но и стимулируют ее  образование из триптофана – незаменимой аминокислоты, которой в организме мало. В кукурузе триптофан совсем отсутствует, сейчас выводят новые желтые сорта кукурузы, содержащей триптофан.

     Для профилактики В₅ – гиповитаминозов надо дрожжевать корма, балансировать их по триптофану.

     Витамин В₅ синтезируется у животных микрофлорой пищеварительного тракта, а также клетками тканей у жвачных при наличии триптофана. У крс витамин В₅ синтезируется микрофлорой рубца, у лошадей – слепой кишкой, поэтому у крс и лошадей клинический авитаминоз встречается редко. Чаще встречается у свиней, птицы, так как микробиальные процессы у них в пищеварительном тракте слабо развиты.

Витамин В₆ (пиридоксин) – антидерматитный.

     Химическая природа витамина В₆. Является производным пиридина 2 – метил – 3 – окси – 4,5 – диоксиметилпиридин:

                  СН₂ОН                                 Кроме того, витаминной активностью обладают еще два производ-

 НО –                  –  CH₂OH                   ных пиридоксина, имеющие в положении 4 пиримидинового кольца

Н₃С –                                                      альдегидную группу или аминную группу

                  N

пиридоксин (пиридоксиол)

           Н – С = О                                              СН₂ – NН₂

 НО –                  –  CH₂OH             НО –                   – СН₂ОН

Н₃С –                                               Н₃С –                

                  N                                                     N

      пиридоксаль                              пиридоксамин

     Все три вещества получили общее название «витамин В₆».

     Биологическая роль витамина В₆. Фосфорные эфиры его – фосфопиридоксаль и фосфопиридоксамин играют важную роль в обмене аминокислот.

 

           Н – С = О                      О                                           СН₂ – NН₂          О

 НО –                  –  CH₂ – О – Р – ОН                 НО –                  СН₂ – О – Р – ОН

Н₃С –                                       ОН                        Н₃С –                                  ОН

                  N                                                                          N

Фосфопиридоксаль                                                фосфопиридоксамин

(пиридоксаль – 5 – фосфат)                                  (пиридоксамин – 5 – фосфат)

     Фосфопиридоксаль является коферментом: аминотрансфераз – переносчиков аминогрупп; декарбоксилаз и дезаминаз аминокислот.

     Таки образом витамин В₆ участвует в амино –кислотном и белковом обмене.

     Выявлена каталитическая роль фофопиридоксаля в действии фермента фосфорилазы, играющий центральную роль в обмене гликогена в организме. Предполагают, что этот витамин принимает участие в обмене липидов. Кроме того, фосфопиридоксаль как кофермент участвует  в реакции переноса серы с метионина на серин, в образовании  адреналина, парадреналина, сератонина и гистамина, а также в обмене триптофана и тирозина.

     Гиповитаминоз В₆ сопровождается нарушением белкового и аминокислотного обмена. Клиническое проявление у свиней – потеря аппетита, отставание в росте, первые припадки, воспаление кожи – дерматиты, развитие анемии(количество гемоглобина падает до 30%); у птицы – нервные явления, нарушение белкового обмена, массовая гибель.

     Профилактика – дрожжевание коров, дача витаминной травяной муки.

     Источники витамина В₆– рисовые отруби, зародыши пшеницы, бобы, дрожжи и тд. Синтезируется в пищеварительном тракте и всасывается слизистой оболочкой кишечника. С током крови витамин вначале проникает в печень, а затем в другие ткани, где фосфорилириуется в соответствующий кофермент.

Витамин В₁₂ (кобаламин) – антианемический.

     Витамин В₁₂ – это витамин 20 века. В конце века авитаминоз В₁₂ считался неизлечимым заболеванием, сопровождавшимся злокачественной анемией – понижением гемоглобина в крови. Предполагали, что надо лечить вытяжкой из печени, так как все витамины откладываются в печени; приготовили препарат компакол, но это не дало нужных результатов.

     Расшифровал структуру витамина В₁₂ и впервые синтезировал его химическим путем Роберт Видворт, он получил нобелевскую премию.

     Химическая природа витамина В₁₂. Имеет  сложное строение. Он состоит из плоской хромофорной части и нуклеотидной группы, хромофорная (окрашенная в розовый цвет) часть представлена четырьмя восстановленными пиррольными кольцами, соединенными координационными связями с кобальтом и между собой. Этот циклический комплекс имеет восемь метильных групп и три в остатке пропионовой и уксусной кислот. Перпендикулярно хроматофорной части расположена нуклеотидная часть, содержащая диметилбензимидазол в качестве азотистого пуринового основания, остатки рибозы в качестве углевода и фосфорную кислоту.

     Этот нуклеотид соединяется с хроматофорной частью за счет боковых цепей, а также через дополнительную связь, идущую от кобальта к азоту бензимидазольного кольца.

     Витамин В₁₂ имеет группу – С= N  и его иногда называют цианокобаламин. Его молекулярная формула С₆₃Н₉₀N₁₄PCo.

     При замене циангруппы на гидроксил образуется оксикобаламин , являющийся природной физиологической формой витамина В₁₂ . Если циангруппу заменить на радикал метил, то образуется метилкобаламин.

Влияние витамина В₁₂ на обмен веществ

     Витамин В₁₂ является коферментом метилтрансфераз – ферментов, переносящих метильные группы, которых много в гемоглобине. Следовательно, витамин В₁₂ косвенно участвует в биосинтезе гемоглобина,  метилтрансфераза катализирует также биосинтез и других метилсодержащих веществ таких, как метионин, холин, креатин и других.

     Витамин В₁₂ участвует в синтезе пуриновых  и пиримидиновых оснований и нуклеиновых кислот. Витамин В₁₂  стимулирует функцию надпочечников, положительно влияя при этом на синтез глюкозы в печени.

     Гиповитаминоз В₁₂ у животных характеризуется задержкой в росте, развитием анемии, понижением аппетита, истощением организма, появлением неврозов и гибелью. У крс наблюдается ожирение печени (приводящее к развитию кетозов у коров и коз), нарушение обмена летучих жирных кислот и др. У поросят нарушается обмен серосодержащих аминокислот, снижается синтез белков, нуклеиновых кислот. У птицы наблюдается атрофия мышц ног, отечность и тд.

     Источники витамина В₁₂ . это единственный витамин, который не синтезируется растениями, а только микрофлорой пищеварительного тракта – пропионовокислыми бактериями, но только в присутствии кобальта. Недостаток Со в почве и растениях приводит к гиповитаминозу В₁₂.

Витамин С (аскорбиновая кислота) – противоцинготный витамин

     В середине 20 века цинга или скорбут считалась одним их тяжелых заболеваний. Лишь в 1982 году удалось получить очищенный препарат витамина С и позже выделить его в кристаллическом состоянии.

     Химическая природа. Витамин С является производным α – глюкозы:

 

 

          С = О                                                        С =О

НО – С                                                         О =С

НО – С        О                    – 2Н                  О =С       О

   Н – С                               + 2Н                 Н – С

НО – С – Н                                              НО – С – Н

         СН₂ ОН                                                     СН₂ОН

Аскорбиновая кислота                   дегидроаскорбиновая кислота

Восст. форма витамина С              окисленная форма витамина С

     Аскорбиновая кислота и ее дегидро форма  образует окислительно – восстановительную систему, которая может, как отдавать, так и принимать атомы водорода.

     В растениях витамин С быстро окисляется с образованием дегидроаскорбиновой кислоты. Особенно быстро витамин С разрушается в присутствии окислителя в нейтральной или щелочной среде при нагревании.

     Участие витамина С в обмене веществ связано с его окислительно – восстановительными свойствами. Этим объясняется изменение углеводного обмена при скорбуте и исчезновение гликогена из печени, а затем понижение сахара в крови. В результате наблюдается распад мышечного белка и появление креатина в моче. Аскорбиновая кислота участвует в гидроксилировании и окислении гормонов надпочечников.

     Гиповитаминоз С у животных встречается редко, и в основном протекает скрыто, сопровождаясь снижением продуктивности и ослаблением защитных функций. При этом усиливается основной обмен и снижается биосинтез коллагена и эластина. В коже больных в 2 раза снижается количество проколлагена. Нарушение биосинтеза важнейших внеклеточных белков(коллагена и проколлагена) , связывающих межклеточные и опорные структуры в организме, является одни из основных факторов в развитии цинги.

     При недостатке витамина С у животных снижается аминирование белов мозга и синтез глутатиона , нарушается окисление ароматических аминокислот (тирозина и фенилаланина).

     Источники витамина С – растительные корма. Он также синтезируется у животных в тканях и микрофлорой пищеварительного тракта. В тканях биосинтез витамина С происходит из углеводов, однако, он в полной мере не удовлетворяет потребности животных в этом витамине. Поэтому  при скармливании витамина С домашней птице и поросятам, у них улучшается рост и общее состояние организма. У крс сильнее развита микрофлора пищеварительного тракта и у них витамин С лучше синтезируется.







Витамин Н – биотин

     Химическая природа – это монокарбоновая кислота гетероциклического строения. Гетероциклическая часть представлена гидрированным тиофеновым кольцом, к которому присоединен остаток карбамида (мочевины)

                                                 С = О                  остаток

                                HN                        NH          мочевины

                                 HC                        CH                 OH

          кольцо        H₂C                        CH – (CH₂)₄ – C = O

        тиофена                         S                    остаток валериановой  кислоты

 

     Биологическая роль витамина Н. Витамин Н является коферментом биосинтеза некоторых белков, карбоксилирования и декарбоксилирования жирных кислот, участвует в синтезе липидов, пуринов, мочевины и жирных кислот.

     При гиповитаминозе Н у птиц и пушных зверей наблюдаются дерматиты, себорея и отеки конечностей. У птиц происходит деформация костной ткани, отличается высокая эмбриональная смертность.

     Источники витамина Н – пивные дрожжи, соевый шрот, ячмень, овес, кукуруза.