ФГБOУ ВО «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОРДОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Н. П. ОГАРЁВА» Кафедра органической химии РЕФЕРАТ на тему: «Жирорастворимые витамины» по курсу «Химия биополимеров и их структурных компонентов» Выполнил: студент 1-го курса, 103 группы Савельева С.В. Дата сдачи 05.12.20 Проверил: к.и.н., доцент Нугаева Э.Ф. Саранск 2020 СОДЕРЖАНИЕ Введение ....................................................................................................................... 3 1. Витамин А (ретинол) ............................................................................................. 4 1.1. Биохимическая функция ................................................................................. 4 1.2. Физико-химические свойства ......................................................................... 6 1.3. Природные источники витамина А................................................................ 7 1.4. Применение витамина А в медицине ............................................................ 8 2. Витамин Е (токоферол) .......................................................................................... 9 2.1. Биохимическая функция ............................................................................... 10 2.2. Физико-химические свойства ....................................................................... 11 2.3. Природные источники витамина Е .............................................................. 12 2.4. Применение витамина Е в медицине ........................................................... 12 3. Витамин К (нафтохиноны) ................................................................................... 13 3.1. Биохимическая функция ............................................................................... 14 3.2. Физико-химические свойства ....................................................................... 15 3.3. Природные источники витамина К .............................................................. 16 3.4. Применение витамина К в медицине ........................................................... 17 4. Витамин Q (убихинон) ........................................................................................ 18 4.1. Биологическая роль витамина Q .................................................................. 18 4.2. Физико-химические свойства ....................................................................... 18 4.3. Природные источники Витамина Q (убихинона) ....................................... 19 4.4. Применение убихинона в медицине ............................................................ 19 Заключение ...................................................... Ошибка! Закладка не определена. Список использованных источников ........... Ошибка! Закладка не определена. Введение Витамины (лат. vita – жизнь) – низкомолекулярные органические соединения различной химической природы, необходимые для осуществления жизненно важных биохимических и физиологических процессов в живых организмах. Организм человека и животных не обладает способностью синтезировать витамины или синтезирует некоторые из них в недостаточном количестве, поэтому он должен их получать в готовом виде с пищей. Витамины обладают исключительно высокой биологической активностью и требуются организму в небольших количествах – от нескольких мкг до нескольких мг в день. Витамины классифицируют водорастворимые (гидрофильные) по и их растворимости: жирорастворимые различают (липофильные) витамины. Знание функций витаминов позволяет понять причину возникновения различных патологических состояний, связанных с нарушением метаболизма веществ. Общей закономерностью является то, что дефицит того или иного витамина приводит к снижению активности соответствующего фермента и, следовательно, к торможению катализируемой этим ферментом реакции. Поскольку организм является сбалансированной саморегулирующейся системой, изменение метаболизма какого-либо вещества влечет за собой изменение обмена и других соединений. Наблюдаемые изменения в организме в целом проявляются не сразу, поскольку организм на начальном этапе дефицита какого-либо витамина компенсирует возникшее отклонение, изменяя метаболизм других веществ так, чтобы снизить отрицательное влияние дефицита витамина (состояние гиповитаминоза). Если дефицит витамина устранен, организм возвращается в нормальное состояние. В том случае, если дефицит витамина оказывается существенным и отличается длительным промежутком времени, возникает авитаминоз, который при исчерпании компенсаторных ресурсов организма может иметь летальные последствия. 3 1. Витамин А (ретинол) (антиксерофтальмический) Жирорастворимый витамин А представляет собой циклический непредельный одноатомный спирт, состоящий из ретинолового кольца и боковой цепи построенной из 2-х остатков изопрена и первичной спиртовой группы: Ретинол Ретиналь Ретиноевая кислота Спиртовая форма витамина А – ретинол, который в организме окисляется до ретиналя и ретиноевой кислоты. 1.1 Биохимическая функция Витамин А может образовываться в слизистой кишечника и печени из провитаминов– -, - и - каротинов под действием каротиноксигеназы. Наибольшей активностью обладает --каротин, который служит предшественником двух молекул ретинола, в то время как из других провитаминов может быть образована только одна молекула витамина А. В организме ретинол превращается в ретиналь и ретиноевую 4 кислоту, участвующие в регуляции ряда функций: ретинол является структурным компонентом клеточных мембран; регулирует рост и дифференцировку клеток эмбриона и молодого организма, а также деление и дифференцировку быстро пролиферируюших тканей, в первую очередь, эпителиальных – хряща и костной ткани. Он контролирует синтез белков цитоскелета, реакции распада и синтеза гликопротеинов. Синтез последних осуществляется в аппарате Гольджи. Недостаток витамина А приводит к нарушению синтеза гликопротеинов (точнее, реакций гликозилирования, то есть присоединения углеводного компонента к белку), что проявляется в потере защитных свойств слизистых оболочек; является важнейшим компонентом антиоксидантной защиты организма; витамин А и ретиноиды стимулируют реакции клеточного иммунитета, в частности, увеличивают активность Т-киллеров; витамин А является антиканцерогеном, так как при его недостатке в организме увеличивается риск развития рака легкого и рака других локализаций; участвует в фотохимическом акте зрения. 5 1.2 Физико-химические свойства В 1909 г. Stepp установил, что пища, обычно обеспечивавшая нормальное развитие мышей, теряет свои питательные свойства, если из нее экстрагировать спиртом и эфиром какие-то неизвестные вещества. McCollum и Davies, а затем Osborne и Mendel показали, что у молодых крыс, находящихся останавливается рост; на искусственно добавление к составленной этой смеси пищевой смеси, сливочного масла восстанавливает рост. Osborne и Mendel выделили из сливочного масла активное начало, обеспечивающее рост животных; McCollum и Davies установили, что это вещество относится к неомыляемой фракции сливочного масла и назвали его "растворимый в жирах А-фактор". Drummond назвал этот фактор витамином А. В дальнейшем Steenbock обнаружил, что в ряде растительных продуктов (морковь, тыква, томаты и др.) содержатся красновато-желтые пигменты каротина или близкие к нему пигменты, называемые каротиноидами, обладающие А-витаминной активностью в организме животных. Moore выявил, что каротин является биологическим предшественником витамина А, так называемым провитамином, который в организме животных и человека превращается в витамин А. Каротин в чистом виде представляет собой темнокрасные или оранжевокрасные кристаллы с блестящим металлическим оттенком, без запаха. Каротин растворяется в жирах и растворителях жиров (хлороформ, бензол, эфир и др.) и не растворим в воде. Препараты каротина чувствительны к кислотам и окислителям, но стойки к щелочам. Кристаллы каротина при соприкосновении с воздухом окисляются и теряют свою биологическую активность. Каротин устойчив к воздействиям высокой температуры, но в отсутствие кислорода. Сам каротин не обладает свойствами витамина А. 6 Устойчивость витамина А и каротина, содержащихся в пищевых продуктах, значительно выше, чем препаратов этого витамина. Витамин А получен синтетическим путем в 1937 г. Витамин А в чистом виде представляет собой бледно-желтые игольчатые кристаллы, не растворимые в воде при комнатной температуре, но хорошо растворимые в жирах и большинстве органических растворителей жиров (эфир, бензин, хлорпикрин, ацетон и др.). Витамин А чувствителен к окислителям и в растворе разрушается кислородом при обычной температуре. Витамин А в среде без кислорода устойчив к высокой температуре и переносит нагревание до 120° без понижения активности. Химическая формула витамина А - С20Н30О. 1.3 Природные источники витамина А Витамин А содержится только в животных продуктах. Особенно богаты им рыбий жир, сливочное масло, печень. В растительных кормах содержится провитамин А - каротин, которые в организме животных под действием ферментов каротиназ превращается в витамин А. более активен каротин в разнотравье, сене, менее активен в кукурузе. Разрушается при длительной сушке сена (при пересушивании). Источником каротина является морковь, шиповник, красные помидоры, абрикосы, сладкий перец. Витамин А и каротин всасываются слизистой оболочкой тонких кишок и через воротную вену поступают в печень, а затем из нее в другие органы и ткани. В печени задерживается до 90% общего количества витамина А. 7 1.4 Применение витамина А в медицине Функции витамина А в организме человека широки и многообразны. Он является антиоксидантом и антигипоксантом – защищает организм от внешних и внутренних неблагоприятных воздействий. Таким образом, ретинол, по сути, «работает» витамином молодости, замедляя процесс старения. Витамин А обеспечивает нормальный обмен веществ, регулирует синтез белка, участвует в формировании костной и зубной ткани. Часто его называют витамином глаз, так как его наличие в решающей степени определяет качество зрения, особенно ночного. Кроме того, витамин А отвечает за увлажнение глаз, тем самым предохраняя их от пересыхания и травм роговицы. Витамин А является неотъемлемой частью стабильного функционирования иммунной системы, оказывает решающее значение в борьбе с различными инфекциями дыхательных, пищеварительных и мочеполовых путей. Он также усиливает защитную функцию слизистых оболочек, одновременно укрепляя их качественно. Ретинол относится к важнейшим составным элементам клеток кожи, обеспечивая ее гладкость и упругость. Средства с содержанием ретинола излечивают от угревой сыпи, акне, прыщей, применяются при восстановлении кожи после солнечных ожогов и ран. Витамин А также жизненно необходим в период эмбрионального развития человека, предохраняя его от патологий различного типа. Таким образом, получение в необходимом количестве витамина А является залогом как внутреннего баланса так и внешнего самоощущения. 8 Витамин Е (токоферол) 2. (антистерильный) По химической природе витамин Е представляет собой группу родственных соединений – токоферолов, молекулы которых состоят из двух компонентов: хроманолового кольца, являющегося производным бензохинона, и изопреноидной боковой цепи. Кроме токоферолов к группе витамина Е относятся - -, -, - и -токотриенолы – аналоги соответствующих токоферолов, которые отличаются от последних наличием двойных связей в боковой цепи. Наибольшую биологическую активность проявляет -токоферол (др.-греч. τόκος – «деторождение», и φέρειν – «прино- сить»). Источником токоферолов являются исключительно растительные организмы. 9 2.1 Биохимическая функция 2 Витамин Е является универсальным протектором клеточных мембран от окислительного повреждения. Он занимает такое положение в мембране, которое препятствует контакту кислорода с ненасыщенными липидами мембран (образование гидрофобных комплексов). Это защищает биомембраны от их перекисной деструкции. Мембраностабилизируюшее действие витамина проявляется и в его свойстве предохранять от окисления SH-группы мембранных белков. Его антиоксидантное действие заключается также в способности защищать от окисления двойные связи в молекулах каротина и витамина А. Витамин Е (совместно с аскорбатом) способствует включению селена в состав активного центра глутатионпероксидазы, тем самым он активизирует ферментативную антиоксидантную защиту (глутатионпероксидаза обезвреживает гидропероксиды липидов). Токоферол является не только антиоксидантом, но и актигипоксантом, что объясняется его способностью стабилизировать митохондриальную мембрану и экономить потребление кислорода клетками. Следует отметить, что из всех клеточных органелл митохондрии наиболее чувствительны к повреждению, так как в них содержится больше всего легко окисляющихся ненасыщенных липидов. мембраностабилизирующего эффекта витамина Е в увеличивается сопряженность окислительного Вследствие митохондриях фосфорилирования, образование АТФ и креатинфосфата. Важно также отметить, что витамин контролирует биосинтез убихинона – компонента дыхательной цепи и главного антиоксиданта митохондрий. Токоферол контролирует синтез нуклеиновых кислот (на уровне транскрипции), а также гема, микросомных цитохромов и других гемсо10 держаших белков. Витамин Е обладает способностью угнетать активность фосфолипазы А2 лизосом, разрушающей фосфолипиды мембран. Повреждение мембран лизосом приводит к выходу в цитозоль протеолитических ферментов, которые и повреждают клетку. Витамин Е является эффективным иммуномодулятором, способствующим укреплению иммунозащитных сил организма. 2.2 Физико-химические свойства При изучении витамина Е обнаружилось, что существует не одно, а несколько веществ, сходных по своему химическому строению и действию на животный организм. В настоящее время известно семь форм витамина Е. Эти вещества объединены одним названием "токоферолы", что по-гречески означает "несущие потомство". Наиболее активным по своему биологическому действию является α-токоферол. Активность других токоферолов значительно ниже. Так, если активность α-токоферола принять за 100, то активность β-токоферола составит 40, а γ-токоферола - 4-8,3. Химическая формула α-токоферола С29Н50О2. Витамин Е (α-токоферол) представляет собой маслянистую жидкость, не растворимую в воде, растворимую в спирте и эфире, он очень устойчив к нагреванию до 170°, к кислотам, менее устойчив к щелочам и окислителям. Витамин Е сохраняет активность при кулинарной обработке. Кислород воздуха и свет разрушают витамин Е. В 1938 г. витамин Е был получен путем химического синтеза. 11 2.3 Природные источники витамина Е Витамин Е содержится во всех растительных кормах и дрожжах, особенно много его в растительных маслах (подсолнечном, кукурузном, хлопковом, соевом, конопляном и др.) , салате, капусте, ягодах шиповника. Витамин Е синтезируется микрофлорой пищеварительного тракта (в рубце, толсто отделе кишечника). Всасывается в тонком отделе кишечника и депонируется затем в печени, жировой и мышечной тканях, миокарде, надпочечниках, селезенке, плаценте и тд. 2.4 Применение витамина Е в медицине Витамин Е выполняет следующие функции в организме: поддержание здорового уровня холестерина в организме; борьба со свободными радикалами и предупреждение возникновения болезней; восстановление поврежденной кожи; поддержание густоты волос; баланс уровня гормонов в крови; облегчение симптомов предменструального синдрома; улучшение зрения; замедление процесса деменции при болезни Альцгеймера и других нейровегетативных заболеваниях; возможное снижение риска раковых заболеваний; повышение выносливости и мышечной силы; большое значение при беременности, росте и развитии. 12 3. Витамин К (нафтохиноны) (антигеморрагический) Витамин K по химической природе представляет ряд производных 2метил-1,4-нафтохинона, сходного строения и близкой функции в организме. Обычно они имеют метилированный нафтохиноновый фрагмент с переменной по числу звеньев алифатической боковой цепью в положении 3. Филлохинон (также называемый витамином K1) содержит 4 изопреноидных звена, одно из которых является ненасыщенным. Филлохинон (витамин К1) В природе найдены только два витамина группы К: выделенный из люцерны витамин K1 и выделенный из гниющей рыбной муки K2. Кроме природных витаминов К, в настоящее время известен ряд производных нафтохинона, обладающих антигеморрагическим действием, которые получены синтетическим путем. К их числу относятся следующие соединения: витамин К3 (2-метил-1,4-нафтохинон), витамин К4 (2-метил1,4-нафтогидрохинон), витамин К5 (2-метил-4-амино-1-нафтогидрохинон), витамин К6 (2-метил-1,4-диаминонафтохинон), витамин К7 (3-метил- 4амино-1-нафтогидрохинон). Витамин К существует в нескольких формах в растениях как филлохинон (К1), в клетках кишечной флоры как менахинон (К2). 13 Менахинон (витамин К2, n = 6, 7 или 9) Менадион (Витамин К) Синтезированы аналоги витамина К – менадион (витамин К3, лишенный боковой цепи) и его водорастворимый аналог викасол, последний широко применяется в медицинской практике. В тканях образуется активная форма витамина – менахинон-4 (содержит четыре изопреноидные единицы). 3.1 Биохимическая функция Витамин К является коферментом γ-глутаматкарбоксилазы, кар- боксилирующей глутаминовую кислоту с образованием γ-карбоксиглу- таминовой кислоты. γ-глутаматкарбоксилаза участвует в активации факторов свертывания крови: протромбина (фактор II), проконвертина (фактор VII), фактора Кристмаса (фактор IX) и фактора Стюарта (фактор X). Указанные белковые факторы синтезируются как неактивные пред- шественники. Один из этапов их активации – карбоксилирование по остаткам глутаминовой кислоты с образованием γкарбоксиглутаминовой кислоты, необходимой для последующего связывания ионов кальция. При взаимодействии активной восстановленной формы витамина К с γ-глутаматкарбоксилазой в присутствии кислорода образуется сильное основание (алкоксид), способное отнять от γ-С атома глутаминовой кислоты водород, на место которого присоединяется СО2 – при этом образуется γ-карбоксиглутаминовая кислота. В ходе реакции появляются 14 короткоживущие и высоко токсичные промежуточные соединения (свободные радикалы витамина К), которые превращаются в нетоксичный 2,3- эпоксид витамина К в присутствие глутамата. Обратная регенерация ферментов редуктаз. Из гидрохинона происходит сказанного следует, что с участием при дефиците глутаминовой кислоты в клетке затрудняется обезвреживание токсичных свободных радикалов витамина К. 3.2 Физико-химические свойства Активный препарат витамина К был получен из экстрактов люцерны; он представлял собой маслянистое вещество светло-желтого цвета. Было установлено, что в гниющей рыбной муке под влиянием гнилостных бактерий образуется витамин К, однако вдвое менее активный, чем полученный из люцерны. Витамин К, выделенный из гниющей рыбной муки, представлял собой бледно-желтое кристаллическое вещество. Оба выделенные вещества не растворимы в воде, растворяются в маслах и органических растворителях. Ввиду разной биологической активности физических и химических свойств обоих препаратов им были присвоены различные наименования. Витамин К, выделенный из люцерны, получил название витамина K1; выделенный из гниющей рыбной муки - витамина К2. Далее был получен еще более активный препарат, названный витамином К3; он оказался в 3,5-4 раза более активным, чем витамин К1. Этот препарат получил название "метинон". Метинон представляет собой желтый кристаллический порошок, хорошо растворимый в масле и в 96° спирту, не растворимый в воде. Ультрафиолетовые лучи и щелочи разрушают витамины группы К. 15 В 1942 г. академиком А. В. Палладиным было получено производное метинона, названное им витамином К3-викасолом. Викасол является таким же биологически активным, как и метинон, но обладает рядом преимуществ: он растворим в воде, более устойчив к свету и при хранении, не раздражает слизистой оболочки желудочно-кишечного тракта. Вкусовые свойства его менее отрицательны (менее горький вкус), чем витамина К3. Викасол представляет собой бесцветный, мелкокристаллический порошок. Водные растворы викасола могут быть применены перорально и парентерально. Эффект действия проявляется быстрее, чем при употреблении метинона. Викасол является бисульфитным производным 2-метил-1,4-нафтохинона. Викасол чувствителен к окислителям и восстанавливающим веществам, к щелочам и крепким кислота. 3.3 Природные источники витамина К Витамин К содержится во всех растительных кормах, дрожжах, из продуктов животного происхождения им богата печень. Синтезируется витамин К микрофлорой пищеварительного тракта. 16 3.4 Применение витамина К в медицине Витамин К используется в медицине: для предотвращения кровотечений у новорожденных с низким уровнем витамина К; для этого витамин вводится перорально или в виде инъекций. лечение и профилактика кровотечений у людей, имеющих низкий уровень протеина под названием протромбин; витамин К принимается орально или внутривенно. при генетическом заболевании, называемом недостаточность факторов свертывания крови, зависящих от витамина К; прием витамина перорально или внутривенно помогает предотвратить кровотечения. для обращения эффектов приема слишком большого количества варфарина; эффективность достигается при приеме витамина одновременно с препаратом, стабилизируя процесс свертываемости крови. 17 4. Витамин Q (убихинон) О метоксильные СН3 – О – – СН3 группы СН3 СН3 – О – –(СН2 – СН = С – СН2)nН изопрен Является производным хинона, у которого в ядре содержится одна метильная и две метоксильные группы, а в боковой цепи изопреновая группировка, состоящая из 6-10 молекул. 4.1 Биологическая роль витамина Q Входит в качестве кофермента в состав электронпереносящих белков (хромопротеинов) внутренних мембран митохондрий. Осуществляет перенос электронов в цитохромной цепи, то есть участвует в окислительно – восстановительных процессах в организме. 4.2. Физико-химические свойства По химической природе кофермент Q имеет сходство в строении молекулы с витаминами Е и К и представляет собой 2,3-диметокси-5-метил-1,4-бензохинон с изопреновой цепью в 6-м положении. Число остатков изопрена в боковой цепи 18 убихинон в разных организмах варьируется от 6 до 10. Такие варианты кофермента Q обозначают как Сo Q6, Сo Q7 и т. д. В клетках Saccharomyces cerevisiae содержится Co Q6, Escherichia coli — Co Q8, грызунов — Co Q9. В митохондриях клеток большинства млекопитающих, включая человека, встречается убихинон только с 10 изопреновыми звеньями.[1] Кофермент Q представляет собой желто-оранжевые кристаллы без вкуса и запаха. Температура плавления 49-51° С. Растворим в диэтиловом эфире, очень слабо растворим в этаноле, практически нерастворим в воде. На свету постепенно разлагается и окрашивается. С водой образует эмульсию с концентрацией 10 %, 20 % и 40 %. 4.3 Природные источники Витамина Q (убихинона) Содержится витамин Q в тканях животных, растений и микроорганизмов. 4.4 Применение убихинона в медицине В настоящее время убихинон (коэнзим Q 10 – CоQ10) в медицине считается антиоксидантом, превосходящим все остальные естественные антиоксиданты, и его положительное клиническое влияние на организм сводится к следующему: 19 Повышению сократительной способности миокарда и поперечнополосатой мускулатуры. Улучшению кровотока в миокарде. Антиаритмическому и гипотензивному воздействию. Стимуляции процессов энергетического сжигания жиров. Обогащению жировой ткани кислородом, что обеспечивает эффективное снижение массы тела у тучных людей. Антиатеросклеротическому эффекту при атеросклерозе. Регуляции углеводного обмена – уровня глюкозы и улучшению реологических свойств крови. Стимуляции гемопоэза. Иммуномодуляции. Онко- и гепатопротекторному эффекту. Антипарадонтозному действию. 20 ЗАКЛЮЧЕНИЕ Таким образом, витамины — это незаменимые пищевые факторы, которые, присутствуя в небольших количествах в пище, обеспечивают нормальное развитие организма животных и человека и адекватную скорость протекания биохимических и физиологических процессов. Анализ многочисленных отечественных и зарубежных литературных данных последних лет позволяет сделать вывод о том, что прием витаминов может явиться серьезным инструментом профилактики отрицательного воздействия на организм человека радиационных факторов, снижения риска развития онкологических, сердечно-сосудистых, желудочно-кишечных, обменных и других видов наиболее распространенных заболеваний человека. 21 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 1. Кучеренко Н.Е. Биохимический справочник / Н.Е. Кучеренко, Р.П. Виноградова, А.Р. Литвиненко и др. – К.: Вища шк., 1978. 457 с. 2. Сорвачев К.Ф. Биологическая химия / К.Ф. Сорвачев. – М.: Просвещение, 1971. 234 с. 3. Кольман Я. Наглядная биохимия: Пер. с нем. / Я. Кольман, К.-Г. Рём. – М.: Мир, 2000. 326 с. 4. Витамины и минеральные вещества: Полная энциклопедия. Сост.: Т.П.Емельянов. - СПб. 2001. 213 с. 5. Минделл. Э. Справочник по витаминам и минеральным веществам / пер. с англ. - М.: “Издательство Медицина и питание”, 1997. - 320 с. 6. Милованов И. Справочник биологически активных пищевых добавок: пища для здоровья. М.: Феникс, 2005. 357 с. 22
