Аскорбиновая кислота — витамин С

Оглавление
Список сокращений
4
Классификация витаминов
6
Аскорбиновая кислота — витамин С
9
Тиамин — витамин В₁
45
Рибофлавин — витамин В₂
80
Витамин РР — В₃
104
Пантотеновая кислота — витамин В₅
139
Пиридоксин — витамин В₆
151
Биотин — витамин В₇
170
Фолиевая кислота — витамин В₉. Метафолин
185
Цианокобаламин — витамин В₁₂
206
Витамин А
228
Витамин D
251
Витамин Е
294
Витамин K
324
Приложения
351
Аскорбиновая кислота — витамин С
Международное наименование:
Используемые названия
(синонимы):
аскорбиновая кислота
(Acidum ascorbicum)
противоцинготный витамин,
противоскорбутный витамин
История открытия
В названии «аскорбиновая кислота» (лат. Acidum ascorbinicum)
зафиксирован тот факт, что это вещество предотвращает развитие
цинги (a + scorbutus).
Необходимость свежей растительной пищи для сохранения здоровья была подмечена с незапамятных времен, но заслуга в научном обосновании важности полноценного питания
в профилактике и терапии цинги принадлежит британскому
корабельному хирургу Джеймсу Линду, который в 1747 г. доказал, что цингу предотвращает включение в рацион цитрусовых.
Аскорбиновую кислоту в 1928–1933 гг. выделила и идентифицировала как индивидуальное вещество группа американских исследователей под руководством Альберта Сент-Дьерди, который получил за эту работу Нобелевскую премию по медицине
в 1937 г. Уже в 1934 г. был разработан путь химического синтеза
витамина C и начато его массовое производство [1].
Химическая природа
Аскорбиновая кислота — производное глюкозы в ее фуранозной форме (с 5-членным кольцом). Из двух пространственных
10
Аскорбиновая кислота — витамин С
изомеров только L-форма обладает биологической активностью.
В природных источниках аскорбиновая кислота находится в активной L-форме, тогда как при химическом синтезе получается
рацемат — смесь равных количеств L- и D-форм.
Молекула аскорбиновой кислоты (рис. 2) легко отдает электроны другим органическим молекулам, превращаясь в окисленную форму — дегидроаскорбиновую кислоту. Эта реакция
в организме обратима [1].
Рис. 2. Химическая формула аскорбиновой кислоты
Таким образом, молекула аскорбиновой кислоты существует
в виде двух пространственных изомеров (зеркальных отражений). Двойная связь в фуранозном цикле переносит пару электронов между гидроксильной и карбоксильной группами, отчего молекула аскорбиновой кислоты приобретает свойства
эффективного антиокислителя.
Биологическая роль
Витамин С является мощным восстановителем, это означает,
что он легко отдает электроны молекулам-акцепторам. В связи
с этим у витамина С две основные функции: антиоксидантная
[участие в окислительно-восстановительных (редокс-) реакциях]
и коферментная.
Витамин С, известный также как аскорбиновая кислота, является водорастворимым витамином. В отличие от большинства млекопитающих и других животных, люди не способны
синтезировать свой собственный витамин С. Таким образом,
мы должны получать витамин С из пищи.
Витамин С необходим для синтеза коллагена, важного структурного компонента кровеносных сосудов, сухожилий, связок
и костей. Витамин С также играет важную роль в синтезе нейромедиатора норадреналина. Медиаторы имеют решающее значение для функционирования мозга и, как известно, влияют
Фармакокинетика
на настроение. Кроме того, витамин С принимает участие в синтезе карнитина, небольшой молекулы, которая необходима для
транспортировки жира в митохондриях, где жир преобразуется
в энергию [2, 3].
Витамин С также является высокоэффективным антиоксидантом. Даже в небольших количествах витамин С может защитить
основные молекулы в организме, такие как белки, липиды (жиры),
углеводы, нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК), от повреждения
свободными радикалами и активными формами кислорода, которые возникают в процессе метаболизма, а также за счет воздействия токсинов и загрязняющих веществ (например, сигаретного
дыма). Витамин С также регенерирует другие антиоксиданты, такие как витамин Е [2]. Одно недавно проведенное исследование
у курильщиков обнаружило, что витамин С способен регенерировать витамин Е из его окисленной формы [4].
Роль витамина С в качестве кофермента также связана с его
окислительно-восстановительным потенциалом. Поддерживая
ферментсвязывающие металлы в их восстановленной форме,
витамин С помогает различным оксидазам в синтезе некоторых важных биомолекул. Клинические проявления дефицита
витамина С, такие как медленное заживление ран и снижение
переносимости физических нагрузок, являются результатом нарушения этих ферментативных реакций, а также проявлением
недостаточности коллагена, карнитина и нарушения синтеза катехоламинов (см. раздел «Дефицит»). Наконец, витамин С увеличивает биодоступность железа из продуктов питания путем
повышения кишечной абсорбции негемового железа [8], что достаточно широко используется при создании комбинированных
препаратов железа.
Фармакокинетика
Витамин С всасывается в тонкой кишке. Время достижения максимальной концентрации витамина С в плазме крови, по данным различных авторов, колеблется от 1,5 до 4 ч, при этом
бо́льшие значения соответствуют исследованиям с приемом
аскорбиновой кислоты в составе комплексных препаратов.
Рядом авторов установлено, что всасывание витамина С зависит от количества компонентов в препарате: чем меньше компонентов, тем лучше всасывание. Назначение аскорбиновой
11
Тиамин — витамин В₁
Международное наименование:
Используемые названия
(синонимы):
тиамин (Thiamine)
витамин В1, антиневритический
витамин, аневрин
История открытия
История открытия тиамина важна и интересна для истории витаминов в целом, поскольку именно присвоение ему названия «тиамин» привело к образованию слова «витамин» [лат. vita (жизнь)
+ англ. amine (амин) — «азотсодержащее соединение»]. Более
того, осознание, что отсутствие определенного вещества в рационе питания может приводить к различным заболеваниям, было
революционным в начале XX в. Таким образом, ранние исследования тиамина положили начало всем остальным исследованиям в области диетологии.
История тиамина неразрывно связана с болезнью бери-бери,
распространенной главным образом на Востоке. В переводе она
означает «не могу, не могу» и сопровождается расстройством
психики и серьезным мышечным истощением, ведущими к сердечной недостаточности. «Детская» бери-бери характеризуется
конвульсиями, рвотой, вздутием живота и отсутствием аппетита.
Впервые классическое описание данного заболевания появилось
в VII в. Автором этого описания был Чао-Ян-Фанг Ву-Чин.
К. Такаки, врачу японской армии, удалось уменьшить заболеваемость бери-бери в японском флоте путем изменения рациона
питания моряков.
46
Тиамин — витамин В₁
В 1897 г. голландские офицеры, медики Х. Эйкман и Гринс демонстрируют, что симптомы болезни бери-бери можно вызвать
у цыплят, если кормить их полированным рисом, но эти симптомы не появляются или исчезают, если в корм цыплят добавлять рисовые отруби.
Христиан Эйкман предположил существование паралитического яда в эндосперме (съедобная часть растения) риса и полезных для организма веществ, излечивающих болезнь бери-бери,
в рисовых отрубях. За исследования, которые привели к открытию витаминов, Эйкман получил в 1929 г. Нобелевскую премию
в области медицины.
В 1912 г. Казимир Функ выделил фактор, препятствующий
возникновению болезни бери-бери, из экстракта рисовых отрубей и назвал его «витамином» — амином, важным для жизни.
Название быстро прижилось и позволило привлечь внимание
к новой концепции, объясняющей возникновение ряда болезней
недостатком в пище определенных веществ.
В 1915 г. Мак-Колум и Девис предложили водорастворимый витамин В1 в качестве лечебного фактора против болезни бери-бери.
В 1926 г. Джансен и Донат выделили лечебный фактор против
болезни бери-бери из рисовых отрубей.
В 1927 г. Британский медицинский исследовательский совет
рекомендует витамин В1 для профилактики и лечения болезни
бери-бери.
В 1936 г. Роберт Вильямс, который первым начал экспериментировать с витамином В1 для лечения болезни бери-бери в 1910 г.
в Маниле, устанавливает и публикует химическую формулу витамина, дав ему название «тиамин», поскольку наиболее неожиданной характеристикой молекулы стало наличие в ней атома
серы (по-гречески «тейон»).
В 1937 г. впервые запущено коммерческое производство
тиамина.
В 1943 г. группы Вильямса и Фольца осуществляют диетические исследования, в результате которых они продемонстрировали недостаточность витамина В1 в продуктах питания, производимых в США.
В 1943 г. Американский департамент продовольствия и питания устанавливает стандарты витаминизации муки, требующие обязательного добавления тиамина, ниацина, рибофлавина
и железа в белую муку [1].
Биологическая роль: коферментная функция
Химическая природа
Тиамин является водорастворимым витамином, также обозначается как витамин B1 или аневрин. В его химической структуре
содержатся два кольца — пиримидиновое и тиазоловое, — соединенные метиленовой связью [2] (рис. 3).
Рис. 3. Химическая формула тиамина [3]
Тиамин встречается в организме человека как в виде свободного
тиамина, так и в виде различных фосфорилированных форм: тиаминмонофосфат (TMФ), тиаминтрифосфат (ТТФ) и тиаминпирофосфат (ТПФ), который также известен как тиаминдифосфат [4].
Биологическая роль: коферментная функция
Для синтеза ТПФ из свободного тиамина требуется магний, аденозинтрифосфат (АТФ), а также фермент тиаминпирофосфокиназа.
Тиаминпирофосфокиназа необходима в качестве кофермента для
работы четырех многокомпонентных ферментных комплексов,
связанных с метаболизмом углеводов и аминокислот.
Пируватдегидрогеназа, a-кетоглутаратдегидрогеназа и дегидрогеназа кетокислот с разветвленной цепью (BCKDH), каждая
из которых содержит различные ферментные комплексы, обнаружены в клеточных органеллах, называемых митохондрии. Они
катализируют декарбоксилирование пирувата, α-кетоглутаровой
кислоты и аминокислот с разветвленной цепью с образованием
ацетил-КоА, сукцинил-КоА, а также производных разветвленных аминокислот соответственно. Все продукты играют важную
роль в производстве энергии из пищи, протекающей по циклу
трикарбоновых кислот (цикл Кребса) [5].
Аминокислоты с разветвленной цепью, включая лейцин, изолейцин и валин, в конечном счете деградируют в ацетил-КоА
и сукцинил-КоА — «топливо», необходимое для цикла трикарбоновых кислот. Катаболизм вышеперечисленных аминокислот
47
Пантотеновая кислота — витамин В₅
Международное наименование:
Используемые названия
(синонимы):
пантотеновая кислота
(Pantothenic acid)
пантенол, декспантенол
История открытия
Пантотеновая кислота была открыта в 1933 г. Р. Уильямсом (Williams)
и соавт. в составе «биоса» — группы веществ природного происхождения, стимулирующих рост дрожжей. Это вещество оказалось
чрезвычайно широко распространенным во всех живых объектах
(микроорганизмы, растения, ткани животных), в связи с чем было
предложено название «пантотеновая кислота» (от греч. pantoten — повсюду). Оказалось, что пантотеновая кислота излечивает алиментарный дерматит цыплят. Ее назвали витамином G. Однако позже
название изменили на «витамин В5». Несмотря на присвоенный
порядковый номер 5, этот витамин был открыт четвертым среди
витаминов группы В, но после открытия витамина В6. В 1938 г. авторы, открывшие пантотеновую кислоту, выделили ее из дрожжей
и печени в высокоочищенном состоянии в форме кристаллической
кальциевой соли, а в 1940 г. была расшифрована ее структура [1, 2].
Химическая природа
Пантотеновая кислота по химической природе является дипептидом и состоит из b-аланина и 2,4-диокси-3,3-диметилмасляной кислоты (рис. 9). Пантотеновая кислота представляет собой
140
Пантотеновая кислота — витамин В₅
вязкую светло-желтую жидкость, хорошо растворимую в воде;
она малоустойчива и легко гидролизуется по месту пептидной
связи под действием слабых кислот и щелочей.
Рис. 9. Химическая формула пантотеновой кислоты [2]
Биологическая роль
Кофермент А
Пантотеновая кислота встречается во всех живых клетках в виде
кофермента А (КоА) — жизненно важного кофермента многочисленных химических реакций [3, 4]. КоА требуется для проведения химических реакций, которые генерируют энергию из пищи
(жиров, углеводов и белков). Для синтеза некоторых жиров, холестерина и стероидных гормонов необходимо присутствие КоА, как
и для синтеза нейротрансмиттера ацетилхолина, и гормона мелатонина. Для синтеза гема — компонента гемоглобина — также требуется КоА-содержащее соединение. Метаболизм ряда лекарственных средств и токсинов в печени протекает при участии КоА [5].
Коэнзим А получил свое название в связи с его ролью в реакциях ацетилирования. КоА является донором ацетильной
группы для большинства ацетилированных белков в организме.
Ацетилирование белков влияет на трехмерную структуру белков, потенциально изменяя их функции. Например, реакции ацетилирования могут изменять активность пептидных гормонов.
Считается, что ацетилирование белков играет важную роль в делении клеток и репликации ДНК, а также влияет на экспрессию
генов путем облегчения транскрипции мРНК. Кроме того, ряд
белков модифицируется путем присоединения длинноцепочечных жирных кислот, донором которых является КоА. Этот процесс обозначается термином «ацилирование белков», которое
необходимо для передачи клеточных сигналов [6].
Ацилпереносящий белок
Для активности ацилпереносящего белка в качестве кофермента
необходима пантотеновая кислота в виде 4’-фосфопантетеина [6, 7].
Дефицит пантотеновой кислоты
Как КоА, так и ацилпереносящий белок принимают участие
в синтезе жирных кислот. Жирные кислоты являются компонентами некоторых липидов, необходимых для протекания нормальных физиологических процессов. Например, сфинголипиды — эссенциальные жиры, являющиеся составной частью
миелиновой оболочки, которая усиливает передачу нервного
импульса. Другим примером таких жиров являются фосфолипиды — составные части клеточных мембран.
Фармакокинетика
Кальция пантотенат у детей хорошо всасывается в тонкой
кишке, где превращается в пантотеновую кислоту. У человека
витамин может абсорбироваться и в толстой кишке, возможно,
в связи с тем, что пантотеновая кислота в незначительных количествах синтезируется нормальной микрофлорой.
Наибольшая концентрация ее определяется в печени, затем
в надпочечниках, почках. В значительно меньших количествах
витамин концентрируется в миокарде и скелетной мускулатуре.
Около 60–70 % кислоты выводится в неизмененном виде с мочой,
остальное количество выделяется с содержимым кишечника.
Дефицит пантотеновой кислоты
Дефицит пантотеновой кислоты в организме человека очень редок и наблюдается только в случаях тяжелого нарушения питания. Были описаны такие симптомы, как онемение, болезненное
жжение и покалывание в ногах во время Второй мировой войны
у заключенных на Филиппинах, в Бирме, Японии, которые проходили при назначении пантотеновой кислоты [6]. Дефицит
пантотеновой кислоты у человека был экспериментально индуцирован при совместном введении антагониста пантотеновой
кислоты и обеднении рациона. Участники этого эксперимента
жаловались на головную боль, усталость, бессонницу, кишечные расстройства, онемение и покалывание в руках и ногах [8].
В более позднем исследовании участников перевели на диету, дефицитную по пантотеновой кислоте, при этом не возникли клинические признаки дефицита, хотя некоторые участники были
вялыми и жаловались на усталость [9]. Гомопантеинат — антагонист пантотеновой кислоты с холинергическим эффектом
141