Обмен водорастворимых витаминов

Витамины.

Витамины – низкомолекулярные вещества органической природы, необходимы для выполнения биохимических и физиологических функций, необходимые в небольших количествах, не выполняющих пластических и энергетических функций. Витамины являются активаторами биохимических процессов, т.к. обеспечивают выполнение каталитических функций ферментов. Витамины не синтезируются в организме или синтезируются в таких количествах, которые не достаточны для выполнения функций и поэтому должны поступать в составе пищевых продуктов, при резкой недостаточности витаминов в организме развивается характерный симптомокомплекс.

Термин «Витамин» впервые был использован для обозначения специфического микрокомпонента пищи органической природы, предотвращающего обусловленную неполноценным питанием болезнь бери-бери, распространенную в странах, где население употребляло в пищу много риса. Т.к. этот микрокомпонент обладал свойствами амина, польский биохимик Казимир Функ, получивший это вещество в чистом виде, назвал его «витамин», что означает «необходимый для жизни амин».

Витамины делят на 2 группы:

1. Водорастворимые – к этой группе относятся витамины В1, В2, В3, В5, В6, В7 (Н), В9 (В10, Вс), В12, С, Р.

2. Жирорастворимые – А, Е, D, К, F (совокупность всех полиненасыщенных кислот).

Выделяют группу витаминоподобных веществ. Это соединения, которые могут синтезироваться в организме и недостаток не вызывает развитие симптомокомплекса.

К витаминоподобным веществам относятся: пангамовая кислота, оротовая кислота, липоевая кислота, холин, инозитол, S-метилметионин, карнитин.

Функции витаминов.

1. Водорастворимые витамины являются коферментами или составной частью коферментов.

2. Жирорастворимые витамины входят в состав липопротеидного слоя мембран.

Нарушение функций витаминов:

Нарушение обмена витаминов может быть связано с нарушением

всасывания витаминов или их транспорта с кровью. Витамин в организме должен превратиться в активную форму. Нарушение образования активной формы кофермента или нарушение синтеза апофермента может привести к нарушению функций витаминов.

Этапы нарушений обмена витаминов.

Всасывание витаминов может нарушаться при повышенной перистальтике, при отсутствии рецепторов для витаминов.

Транспорт витаминов связан с альбуминами крови.

Синтез кофермента может быть нарушен при отсутствии ферментов, обеспечивающих синтез коферментов, отсутствие энергии.

При недостатке белков может быть нарушен синтез апофермента, что приведет к отсутствию апофермента.

Недостаточность витаминов в организме вызывает гиповитаминоз.

Авитаминоз – резко выраженная недостаточность витаминов в пище.

 

 

Диагностика гиповитаминозов

Концентрация витамина в крови или моче.

       
   


Норма Снижено (мало в пище, Нарушено всасывание)
Концентрация коферментов (в крови, клетках)  
Норма Снижено (нарушен биосинтез)
Активность витаминзависимых ферментов в клетках  
Снижено (апофермент синтезируется, но он аномален и связь с коферментом непрочная) Норма   Не определяется (синтезируется не активный апофермент)
     

 

Содержание витаминов определяют в лимфоцитах периферической крови и фибробластах кожи.

Причины возникновения и коррекция авитаминозов.

1. Оценка пищевого рациона (правильность обработки).

2. Оценка всасывания витаминов.

Для устранения этих авитаминозов вводят дозы близкие к физиологическим.

3. при снижении концентрации кофермента:

а) вводят кофермент и определяют концентрацию кофермента в клетке

б) вводят большие дозы витаминов для создания концентрационного эффекта, т.е. для увеличения концентрации субстрата. Доза витамина увеличивается в 100 – 500 раз, т.е. проводят мегавитаминотерапию. Лечение направлено на активацию ферментов, синтезирующих данный кофермент.

4. При снижении активности фермента вводят большие дозы витаминов, из которых синтезируется избыток кофермента, т.е. проводят мегавитаминотерапию.

5. При отсутствии активности фермента витаминотерапия не поможет, т.к. имеет место генетический дефект.

Если недостаток витамина приводит к недостаточности синтеза продукта В, то лечат введением вещества В, а если отрицательный эффект связан с накоплением вещества А, то нужно ограничить поступление вещества А:

А В

Причины нарушений обмена витаминов

1. Недостаток витаминов в пище или неправильная обработка пищи.

2. Нарушение всасывания витаминов. Для всасывания витамина В12 необходим внутренний фактор Кастла, выделяемый обкладочными клетками желудка, всасывание жирорастворимых витаминов происходит в присутствии желчных кислот. Всасывание может нарушаться при повышенной перистальтике, при отсутствии рецепторов для витаминов.

3. Нарушение транспорта витаминов в кровотоке и нарушение трансмембранного переноса в клетки-мишени.

В транспорте витаминов в кровотоке участвуют альбумины крови. Снижение концентрации альбуминов нарушает транспорт витаминов.

4. Нарушение синтеза коферментов из витаминов, из-за отсутствия ферментов и энергии.

5. Недостаток белков в пище приводит к недостатку аминокислот, из которых синтезируется апофермент, т.е. недостаток белка в пище вызывает нарушение синтеза апофермента.

6. Нарушение синтеза кофермента и апофермента приводит к нарушению синтеза витаминзависимого фермента.

Обмен водорастворимых витаминов

План

1. Название, обозначение

2. Активные формы

3. Функции

4. Диагностика нарушений функций

5. Нарушение функций

6. Коррекция нарушений функций.

 

 

Тиамин – В1

Коферментные формы: ТМФ, ТДФ, ТПФ. Основная коферментная форма тиаминпирофосфат.

Тип катализируемой реакции: декарбоксилирование -кетокислот.

ТПФ является коферментом пируватдегидрогеназы и -кетоглутаратдегидрогеназы.

Реакции катализируемые ТПФ:

1. Окислительное декарбоксилирование пирувата:

Накапливается пир, лак, ала.

Эта реакция сопрягает гликолиз и ЦТК. При нарушении этого процесса нарушается сгорание глю и нервная система не получает энергию.

2. окислительное декарбоксилирование -кетоглутарата

НООС-СН2-СН2-СО-СООН НООС-СН2-СН2-СОSКоА + НАДН+Н+

При нарушении первой реакции происходит накопление пирувата, лактата, аланина.

Нарушение окислительного декарбоксилирования -кетоглутаровой кислоты приводит к нарушению образования АТФ в клетке.

3. Витамин В1 участвует в окислении аминокислот с разветвленной углеродной цепью:

Блок приводит к накоплению амино и -кетокислот с разветвленной углеродной цепью. В клетках наблюдается дефицит фермента, участвующего в декарбоксилировании -кетокислот. Лечение зависит от сохранности активности фермента. При отсутствии активности фермента ограничивают поступление лей, илей. Развивается болезнь «моча с запахом кленового сиропа».

4. ТДФ входит в состав транскетолазы. Транскетолаза – фермент неокислительной фазы пентозофосфатного цикла. Пентозофосфатный цикл является поставщиком НАДФН и рибозо-5-фосфата. Следовательно ТДФ необходим для осуществления биохимических процессов, использующих НАДФН: синтез жирных кислот, стероидов, обезвреживания лекарств и ядов и рибозо-5-фосфат: синтез нуклеотидов, нуклеиновых кислот, нуклеотидных коферментов.

Патология: При недостаточности тиамина наблюдается неврологическое заболевание «бери-бери» («я не могу»). Распространено в странах, где население использует очищенный рис. Нарушается использование глю, как источника энергии.

Для бери-бери характерны мышечная слабость, истощение, плохая координация, периферический неврит, спутанность сознания, снижение частоты сердечных сокращений и увеличение размеров сердца. Причиной смерти чаще всего служит сердечная недостаточность.

Биохимическая диагностика «бери-бери» свидетельствует о повышении концентрации пирувата, что свидетельствует об участии ТПФ в качестве кофермента в пируватдегидрогеназном комплексе.

Кроме пирувата повышается концентрация лактата и аланина, что также используется для диагностики.

 

Нарушение обмена В1.

1. Врожденный дефицит пируватдегидрогеназного комплекса.

Судороги, полиневрит. Проявляется у детей. Лечат большими дозами тиамина (300-600 мг). Развивается лакцидоз.

2. Болезнь «моча с запахом кленового сиропа».

Накапливаются аминокислоты и кетокислоты с разветвленной углеродной цепью, которые превращаются в жирные кислоты с разветвленной углеродной цепью. Жирные кислоты с разветвленной углеродной цепью изменяют проводящую функцию нервных стволов.

3. Тиаминзависимый лакацидоз.

Активность пируватдегидрогеназного комплекса в норме. Пир превращаться в ЩУК не может, здесь возникает блок и тогда пир превращается в лактат. Лечат введением тиамина, а фермент, осуществляющий превращение пир в ЩУК является биотинзависимым, в введение тиамина увеличивает скорость ЦТК.

Тиаминзависимый лактатацидоз обусловлен дефектом пируваткарбоксилазы и его следует дифференцировать от врожденного дефекта пируватдегидрогеназного комплекса, который также характеризуется некоплением пир, лак и ала.

1 – пируваткарбоксилаза – активность нарушена при тиаминзависимом лактатацидозе;

2 – пируватдегидрогеназный комплекс – активность нарушеня при перемежающейся атаксии;

3 – фосфоенолпируваткарбоксилаза;

4 – глюконеогенез;

5 – гликолиз.

Недостаточность тиамина характерна для алкоголиков получила название синдрома Вернике-Корсакова, сопровождаетсярастройствами функций нервной системы, психозами, потерей памяти. Причиной этого необратимого заболевания является снижение активности транскетолазы.

 

Витамин В2 – рибофлавин.

Активные формы: ФАД, ФМН.

ФАД является коферментом дегидрогеназ, участвующих в окислении.

ФАД – кофермент флавинзависимых дегидрогеназ, участвующих в -окислении

 

жирных кислот.

ФАД – участвует в следующих реакциях:

1. Окислительное декарбоксилирование пирувата – входит в состав пируватдегидрогеназного комплекса:

СН3СОСООН СН3СОSКоА

2. Окислительное декарбоксилирование -кетоглутарата – входит в состав кетоглутаратдегидрогеназного комплекса:

НООС-СН2-СН2-СО-СООН НООС-СН2-СН2-СОSКоА

3. В окислении сукцината при СДГ

4. В окислении жирных кислот в митохондриях:

R-СН2-СН2-СОSКоА R-СН=СН-СОSКоА

5. Участие в работе дыхательной цепи

Недостаточность рибофлавина проявляется в снижении содержания коферментных форм в тканях.

Симптомы недостаточности В2 – поражения слизистой кожи и роговицы глаза, сухость слизистых губ, полости рта, в углу рта и на губах трещины. Повышено шелушение кожи лица, сухость конъюктивы, и воспаление, светобоязнь, прорастание роговицы сосудами (васкляризация), а затем помутнение

Практической применение В2.

Используют рибофлавин и коферментные препараты ФМН. Используют при заболеваниях глаз, кожи, плохо заживающих ранах, язвах. При отравлении СО, поражении печени.

 

Обмен витамина В3 (пантотеновая кислота).

Витамин В3 входит в состав кофермента А – HSKoA.

КоА участвует в следующих процессах:

1. Активирование ацетата и жирных кислот:

СН3СООН СН3СОSКоА

R-СН2-СН2-СООН R-СН2-СН2-СОSКоА

2. Синтез холестерина и других стероидов.

 

3. Синтез кетоновых тел:

4. Образование цитрата и превращение сукцинил-КоА на стадии субстратного фосфорилирования в цикле Кребса.

5. Синтетические реакции с использованием сукцинил-КоА (синтез -аминолевуленовой кислоты).

6. Синтез ацетилхолина.

7. Реакции ацетилирования (обезвреживание биогенных аминов).

8. Реакция обезвреживания чужеродных соединений и образование гиппуровой кислоты.

9. Реакция окисления пирувата и -кетоглутарата.

Недостаточность В3 не обнаружена. Гиповитаминоз изучен на добровольцах. При этом установлено снижение окисления пирувата, ацетилирования биогенных аминов и чужеродных соединений, поражение кожи, поседение волос, нарушения функций нервной системы.

В практике применяют пантотенат кальция, пантетин, КоА. Применяют при заболеваниях кожи, волос, при поражении печени, дистрофии сердечной мышцы.

Биохимически недостаточность витамина В3 (пантотеновой кислоты) можно распознать путем введения сульфонамида и бензоата натрия. В результате наблюдается снижение скорости выведения с мочой ацитилированного сульфонамида или гиппуровой кислоты.

 

 

Вопросы общей витаминологии

Со времен Гиппократа известна связь между пищевым рационом и некоторыми заболеваниями. Эти заболевания (которые теперь называют авитаминозами) успешно стихийно лечились. При куриной слепоте – печень, жир из печени трески – при рахите; настой отвара из хвои, лимонные соки – при цинге; кукуруза – при пеллагре; мясо, овощи, фрукты – при бери-бери.

Впервые термин для концентрата, полученного из пищевых веществ и эффективного при лечении бери-бери ввел Функ (1924). Большой вклад в учение о витаминах внесли и вносят русские и советские ученые. Так еще за 60 лет до работ Функа Н.И. Лунин экспериментально доказал и предсказал необходимость для жизни и нормального развития добавок к пище, т.е. витаминов (приоритет открытия несомненно принадлежит Н.И. Лунину).

Для витаминов характерны следующие признаки:

1. относительно низкая молекулярная масса, органическая природа.

2. ускоряют биохимические процессы, не служат пластическим и энергетическим материалом.

3. проявляют физиологическое действие в очень небольших количествах.

4. не синтезируются в организме (или синтезируются в очень небольших количествах, не выполняющих физиологических функций).

5. отсутствие или недостаток витаминов в организме вызывает развитие характерного симптомокомплекса.

Классификация витаминов.

По растворимости в воде и липидах витамины делят на 2 группы:

1. Водорастворимые – к этой группе относятся витамины В1(тиамин), В2(рибофлавин), группа витаминов РР (ниацины), В3(пантотеновая кислота), группа вит. В6(пиридоксин, пиридоксамин, пиридоксаль), В7 (Н, биотин), витамин С (аскорбиновая кислота).

2. Жирорастворимые – А (ретинол), Е (токоферолы), D (кальциферолы), К.

3. Витаминоподобные вещества. В15 (пангамовая кислота), В13 (оротовая кислота), N – липоевая кислота, Р - V – (S-метилметионин холин, инозитол, парааминобензойная кислота, карнитин).

Синтез витаминов.

В основном мы получаем витамины с растительной пищей. Некоторые витамины в небольших количествах синтезируются микрофлорой кишечника. Витамин В5 синтезируется из триптофана, витамин А – из каротинов, витамин D синтезируется из предшественников в коже.

Всасывание.

Многие витамины всасываются в кишечнике. Всасывание происходит против градиента концентрации. Витамин В1> 5мг не всасывается. Для многих витаминов есть специальные механизмы всасывания. Например, для всасывания витамина В12 нужен внутренний фактор Кастла.

Транспорт витаминов

Транспорт многих витаминов осуществляется с помощью специальных транспортных белков. Для витаминов Е, В12, D, А – хорошо изучены транспортные белки. Витамин А транспортирует ретинолсвязывающий глобулин.

Превращение витаминов в коферментные формы.

В клетках – мишенях витамины превращаются в активную форму (сам по себе ни один витамин не действует). Активные формы через клеточные мембраны не проникают, т.е. каждая клетка синтезирует активные формы для себя. Для превращения витамина в активную форму необходимы ферментные системы, микроэлементы.

Механизм действия водорастворимых витаминов.

Витамины образуют коферментные формы и в составе ферментов участвуют в катализе ферментативных реакций. Один витамин входит в состав разных ферментов. Чаще всего коферментные формы витаминов входят в состав оксидоредуктаз и фераз. Эти ферменты переносят протоны, электроны и различные группировки. Для того, чтобы кофермент выполнял свою функцию нужен апофермент. Синтез апофермента идет из аминокислот белков пищи.

 

Нарушения на каждом из этих этапов приводит к нарушению функций ферментов.

Всасывание витаминов может нарушаться при повышенной перистальтике, при отсутствии рецепторов для витаминов. Всасывание жирорастворимых витаминов может нарушаться при недостатке желчи, которая обеспечивает процесс эмульгирования.

Транспорт витаминов может быть нарушен в связи с снижением концентрации белков (альбуминов и глобулинов).

Синтез коферментов может быть нарушен при отсутствии ферментных систем, обеспечивающих синтез коферментов, при отсутствии энергии, недостатке микроэлементов.

При недостатке белков может быть нарушен синтез апоферментов, что приводит к нарушению функций витаминзависимых ферментов.

Механизм действия жирорастворимых витаминов.

1. Жирорастворимые витамины влияют на клеточные мембраны (влияние на липидную часть мембраны конформационные изменения мембранных белков, а это ферменты).

2. Жирорастворимые витамины влияют на генетический аппарат клетка (репликация, транскрипция, трансляция), но могут выполнять и коферментную функцию, например витамин К.

Авитаминоз, гиповитаминоз.

Авитаминоз – патологическое состояние, развивающееся вследствие длительного и полного отсутствия витамина (ов) в организме.

Гиповитаминоз – патологическое состояние, наступающее при неполной, частичной нехватке витамина (ов) в организме.

Причины возникновения гиповитаминозов.

1. Алиментарные (отклонение фактического рациона от поглощаемы рационов).

а) отсутствие витаминов в пищевых продуктах (однообразное питание, мало растительной пищи, сезонность).

б) неправильная кулинарная обработка при приготовлении пищи (длительное, неправильное хранение, температурный фактор, кислоты, щелочи при приготовлении консервированных продуктов).

в) национальные, местные обычаи.

2. Нарушения всасывания и транспорта витаминов

а) заболевания ЖКТ

б) заболевание печени (желчь – необходимое условие для всасывания

 

жирорастворимых витаминов).

в) нарушение синтеза белков – переносчиков.

3. Нарушение синтеза коферментов, изменение метаболизма витаминов, повышенное разрушение витаминов (климат, болезни, беременность, физическая нагрузка).

4. Резкое снижение энергозатрат в 2 – 3 раза, в соответствии с этим уменьшение потребления пищи.

5. Увеличение доли консервированных продуктов, полуфабрикатов, продуктов, приносящих калории.

Для борьбы с состоянием гиповитаминоза можно воспользоваться:

1. Витаминизацией продуктов питания.

2. Индивидуальная профилактика состояния гиповитаминоза путем назначения физиологических доз витаминов.

Клиническая картина гиповитаминозов.

I стадия – общая для всех витаминов – вялость, апатия, бессонница, быстрая утомляемость, головокружение, раздражительность, потеря аппетита.

II стадия – характерна клиническая картина для каждого витамина.

Определение недостатка витаминов.

I. Прямые тесты

1. Определение концентрации витаминов в крови, моче и тканях (лейкоциты, фибробласты кожи).

II. Функциональные тесты

1. Активность Ферментных систем, в состав которых входит витамин.

2. Определение концентрации метаболитов в реакции, катализируемой витаминзависимым ферментом

А В

Если недостаток витамина приводит к недостаточности синтеза продукта В, то лечат введением вещества В, а если отрицательный эффект связан с накоплением вещества А, то нужно ограничить поступление вещества А.

С лечебной целью назначают физиологические дозы витаминов, а также мегадозы. Выбор дозы зависит от причины и для ее установления проводят диагностику по схеме: