Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
PAGE 14
Лекция 4
Витамины
Ко второй половине ХХ было установлено, что пищевая ценность продуктов питания определяется содержанием в них белков, жиров, углеводов, минеральных солей и воды.
Однако история длительных морских и сухопутных экспедиций свидетельствовала о возникновении и развитии ряда тяжёлых заболеваний, таких как цинга, обусловленных именно качеством продуктов, хотя они соответствовали требованиям в отношении содержания белков, жиров углеводов, минеральных солей и воды.
Витамины были открыты в конце XIX столетия во многом благодаря исследованиям русского врача Лунина Н. И.
Им был поставлен опыт на мышах. Одна группа мышей (контрольная) получала цельное молоко, а вторая (опытная) – питательную смесь из компонентов молока: белка, жира, молочного сахара, минеральных солей и воды. Спустя некоторое время мыши из опытной группы погибли, а мыши контрольной группы развивались нормально.
На основании проведенных исследований Лунин Н. И. сделал вывод о наличии в молоке дополнительных веществ, необходимых для нормальной жизнедеятельности живых организмов.
В 1912 году польский учёный Карл Функ впервые ввёл в обиход термин витамины (от лат. vita – жизнь).
Витамины – это группа низкомолекулярных, разнообразных по структуре органических веществ, необходимых в малых количествах для нормальной жизнедеятельности живых организмов.
В связи с важностью витаминов для жизнедеятельности человека и других млекопитающих необходимо отметить следующие:
1. Витамины, за редким исключением, не синтезируются в организме человека и других млекопитающих.
2. Витамины синтезируются растениями, грибами и частично микроорганизмами в составе микрофлоры кишечника.
3. Основным источником витаминов для человека являются продукты питания животного и растительного происхождения.
4. В количественном отношении потребность в витаминах очень мала: 0,1 – 0,2 мг в сутки для человека.
4.1. Классификация и номенклатура витаминов.
В связи с тем, что витамины по своей структуре относятся к самым различным классам органических веществ, их классифицируют по отношению к растворителям. По этому признаку все витамины делятся на две группы:
- жирорастворимые -A, D, E, K, Q - растворяются в маслах, спиртах и ацетоне;
- водорастворимые - B1, B2, B3, B5, B6, C- растворяются в воде;
Для каждого витамина существует:
- буквенное обозначение (буквы латинского алфавита);
- химическое название (определяется химической природой витамина);
- физиологическое название («анти» + название заболевания, возникающего при недостатке или отсутствии витамина).
!!! В настоящее время используются все три вида номенклатуры.
Кроме витаминов пища может содержать провитамины. Провитамины являются предшественниками витаминов. При попадании в организм человека провитамины превращаются в биологически активные формы витаминов.
4.2. Биологическая роль.
Большинство витаминов входят в состав сложных ферментов в качестве небелкового компонента - коферментов и простетических групп.
В связи с этим высокая активность ферментов и их влияние на обмен веществ зависят от обеспеченности организма витаминами.
По количеству витаминов, поступающих в организм человека с продуктами питания, принято выделять такие состояния организма как авитаминоз, гиповитаминоз и гипервитаминоз.
Авитаминоз - это специфическое нарушение обмена веществ, вызванное длительным дефицитом какого-либо витамина, которое приводит к определённому заболеванию или гибели организма.
Гиповитаминоз – это состояние, связанное со сниженным по сравнению с нормой содержанием витаминов.
Основные признаки гиповитаминоза: быстрая утомляемость, понижение работоспособности, остроты зрения в темноте, шелушение кожи, снижение сопротивляемости к инфекционным болезням.
Гипервитаминоз - это нарушение биохимических процессов и функций вследствие избыточного поступления в организм витаминов.
Из перечисленных патологических состояний у людей чаще всего наблюдаются гиповитаминозы. Наиболее распространённые причины гиповитаминозов следующие:
1. Причины гиповитаминоза, связанные с питанием:
а) использование продуктов с низким содержанием витаминов;
б) неправильное приготовление пищи, приводящее к разрушению витаминов (длительная варка или многократное разогревание);
в) однообразное питание.
2. Причины гиповитаминоза, связанные с состоянием организма:
а) заболевание желудочно-кишечного тракта и печени, сопровождающееся снижением всасывания витаминов;
б) угнетение микрофлоры кишечника в результате длительного использования антибиотиков и сульфаниламидных препаратов;
в) повышенная физическая нагрузка.
Поэтому у регулярно тренирующийся спортсменов потребность в витаминах возрастает в 1,5 – 2 раза.
Важно!!! Гипервитаминозы в отношении жирорастворимых витаминов возникают у спортсменов и людей, занимающихся культуризмом. Это обусловлено тем, что жирорастворимые витамины накапливаются в организме при чрезмерном использовании так называемых пищевых добавок.
4.3. Жирорастворимые витамины.
4.3.1. Витамин А (ретинол, антиксерофтальмический).
Витамин А или ретинол представляет собой непредельный одноатомный спирт, с большим числом сопряжённых двойных связей (рис. 4.1).
Рис. 4.1. Ретинол
В результате ферментативного окисления ретинол (спирт) превращается в физиологически более активную форму – ретиналь (альдегид) Рис. 4.2:
Рис. 4.2. Ретиналь (транс-форма)
Физиологическая функция ретиналя заключается в поддержании остроты зрения (рис 4.3):
Рис. 4.3. Биологическая функция витамина А
1) В цис-форме ретиналь соединяестя с белком сетчатки опсином, образуя родопсин (зрительный пурпур):
цис-ретиналь + опсин = родопсин
2) При поглощении световой энергии цис-ритеналь изомеризуется в транс-форму (транс-ретиналь) и в результате конформационных изменений отделяется от родопсина.
3) В процессе изомеризации возникает рецепторный потенциал, приводящий к возникновению зрительного нервного импульса.
Растения лишены витамина А, но в них в больших количествах содержится предшественник (провитамин) витамина А в форме каратиноидных пигментов (α-, β- , γ-каротинов). При ферментативном распаде каротинов в животных тканях образуется витамин А.
Авитаминоз: в случае отсутствия витамина А в пище в организме животного и человека возникает ряд специфических патологических изменений (А-авитаминоз):
- ослабление зрения в сумерках;
- поражение эпителиальных тканей (сухость, слущивание эпителия), в том числе роговицы глаза.
Сухость кожи и слизистых оболочек, способствующая проникновению в организм человека патогенных микроорганизмов, ведёт к возникновению бронхитов и катаров дыхательных путей.
Источник: витамина А для человека являются рыбий жир, сливочное масло, овощи: морковь, сладкий перец, томаты, зелёный лук, салат.
4.3.2. Витамин D (кальциферол, антирахитический).
Основная функция витамина D – поддержание в организме постоянной концентрации кальция и фосфора.
Витамин D, как и витамин А, существует в виде нескольких биологически активных форм.
Наиболее распространены витамины D2 и D3, их можно рассматривать как производные стеролов (Рис. 4.4):
Рис. 4.4. Витамин D2 (эргокальциферол) и витамин D3 (холекальциферол)
При отсутствии в рационе питания детей витамина D3 развивается широко известное заболевание – рахит. Причина его состоит в расстройстве фосфорно-кальциевого обмена и нарушении нормального отложения фосфата кальция в костной ткани.
Источники витамина D:
1. Синтез в организме - холекальциферол образуется в коже под воздействием ультрафиолетовых лучей солнечного света.
2. Животные: сливочное масло, сыр и другие молочные продукты, яичный желток, рыбий жир, икра.
3. Растительные: люцерна, хвощ, крапива, петрушка, грибы, семена подсолнуха.
4.3.3. Витамин Е (токоферол, антистерильный).
Витамин Е или α-токоферол (дословно – способствующий родам) имеет следующую химическую формулу (рис. 4.5):
Рис. 4.5. Витамин Е
Имеется три группы токоферолов, отличающихся по степени метилирования и биологической активности:
- α-токоферол (5,7,8-триметилтокол);
- β-токоферол (5,8-диметилтокол);
- γ-токоферол (5-монометилтокол).
!!! Витамин Е обладает ярко выраженными антиоксидантными свойствами: способен связывать свободные радикалы, образующиеся при неферментативном перекисном окислении липидов.
Благодаря своим антиоксидантным свойствам этот витамин поддерживает целостность биологических мембран, структурным компонентом которых он является.
Источником витамина Е являются растительные масла, салат, капуста, зерновые продукты, проростки пшеницы.
4.4. Водорастворимые витамины.
4.4.1. Витамин В1 (тиамин, антиневритный)
Рис. 4.6. Витамин B1
В организме человека и животных тиамин, получаемый с пищей, превращается в фосфорилированную форму - тиаминпирофосфат (ТПФ):
Рис. 4.7. Тиаминпирофосфат
ТПФ является коферментом тиаминовых ферметов, принимающих участие в углеводном обмене: декарбоксилировании α-кетокислот с образованием соответствующих альдегидов;
Пируватдекарбоксилаза катализирует расщепление пировиноградной кислоты до уксусного альдегида с отщеплением СО2:
CH3COCООH = CH3COH + СО2
Рис. 4.8. Реакция прямого декарбоксилирования пировиноградной кислоты
4.4.2. Витамин B2 или витамин роста (рибофлавин).
Молекула витамина В2 имеет следующее строение:
Рис. 4.9. Окисленная (окрашенная) витамина В2 и флавинадениндинуклеотид (ФАД)
Фосфорный эфир рибофлавина – флавинмононуклеотид (ФМН) - и более сложное соединение рибофлавина с адениновым нуклеотидом –флавинадениндинуклеотид (ФАД) - являются коферментами оксидоредуктаз – ферментов, обеспечивающих протекание окислительно-восстановительных реакций в организме
Авитаминоз, обусловленный дефицитом витамина В2, выражается в:
- остановке роста,
- выпадении волос,
- поражении слизистых оболочек,
- нарушении нормального синтеза гемоглобина.
Источником витамина В2 для человека являются:
- молоко и зелёные овощи;
- много витамина В2 в печени и почках животных;
- пивных и пекарских дрожжах.
4.4.3. Витамин В3 или антипелларгический (РР).
Витамин В3 – никотиновая кислота фактически является провитамином.
Антипелларгическим действием обладает амид никотиновой кислоты - никотинамид (рис. 4.10):
Рис. 4.10. Никотиновая кислота и амид никотиновой кислоты (никотинамид).
Никотинамид в качестве компонента входит в состав важнейших коферментов сложных ферментов оксидоредуктаз, принимающих активное участие в окислительно-восстановительных реакциях в организме.
1) никотинамидадендинуклеотид (НАД) – состоит из остатков двух нуклеотидов, соединенных фосфодиэфирной связью по фосфатным группировкам (рис. 4.11):
Рис. 4.11. Окисленная форма НАД (НАД+) и восстановленная форма НАД
(НАДH + H+)
Дефицит витамина В3 приводит к развитию заболевания пеллагры, которая проявляется в виде различных дерматитов с обострением после солнечного воздействия.
Источником витамина В3 для человека служат:
- пшеничный хлеб,
- печень и почки животных,
- картофель и многие другие продукты.
4.4.4. Витамин В5 или пантотеновая кислота.
По химической природе витамин В5 (пантотеновая кислота) – это α,γ-диокси-β,β-диметилбутерил-β-аланин:
Рис. 4.12. Витамин В5
Биохимические функции пантотеновая кислота выполняет в форме кофермента, который получил название коэнзима А или КоА или HS-КоА (рис. 4.13):
Рис. 4.13. Коэнзим А
Коэнзим А переносит кислотные радикалы на различные субстраты.
КоА играет важную роль в синтезе и расщеплении жирных кислот.
При недостатке пантотеновой кислоты развиваются такие патологические явления как:
- поражение кожных покровов и слизистых оболочек внутренних органов;
- потеря волосяного покрова и депигментация волос.
Источником витамина В5 являются:
- дрожжи, печень, зелёные овощи;
- кроме того, он синтезируется микрофлорой кишечника.
4.4.5. Витамин В6 или антидерматитный (пиридоксин)
Витамин В6 сейчас расматривают как сочетание трёх индивидуальных веществ: пиридоксола (спирта), пиридоксаля (альдегида) и пиридоксамина (амина) (рис. 4.14):
Все три формы витамина легко превращаются друг в друга, однако наибольшую биологическую значимость имеет фосфорилированная форма пиридоксаля – пиридоксальфосфат (рис. 4.15):
!!! Пиридоксальфосфат является кофермнтом аминортансфераз, ускоряющих реакции переаминирования аминокислот с кетокислотами.
Отсутствие в пище передоксина сопровождается резким нарушением обмена белков в организме. Основным типом В6-авитаминоза являются нарушения кроветворения и различного рода дерматиты.
Источником витамина В6 для человека являются говядина, горох, яичный желток и зелёные части растений.
4.4.6. Витамин С или аскорбиновая кислота
Витамин С (аскорбиновая кислота) была открыта при установлении причин развития такого тяжёлого заболевания как цинга.
Молекула аскорбиновой кислоты имеет следующее строение
(рис 4.16):
Рис. 4.16. L-дегидроаскорбиновая кислота (окисленная форма витамина С) и
L-дигидроаскорбиновая кислота (восстановленная форма витамина С)
Функции: витамин С участвует в важнейших окислительно-восстановительных процессах организма. Это свойство обусловлено способностью аскорбиновой кислоты легко отдавать и принимать два атома водорода
В присутствии кислорода или в растворе витамин С быстро разрушается.
Авитаминоз: при недостатке витамина С у человека и животных развивается специфическое заболевание - цинга.
Болезнь проявляется в повышении проницаемости и хрупкости кровеносных сосудов, вследствие чего возникают спонтанные кровоизлияния и характерные изменения костей и зубов. Зубы быстро разрушаются, расшатываются и выпадают.
Источником витамина С для человека служат самые разнообразные продукты растительного происхождения: чёрная смородина, плоды шиповника, лимоны, капуста.