ЖИРОРОЗЧИННІ ВІТАМІНИ

ЖИРОРОЗЧИННІ ВІТАМІНИ. ВІТАМІНИ ЯК АНТИОКСИДАНТИ

 

Вітамін А (антиксерофтальмічний фактор)

Під назвою вітамін А об'єднують групу похідних від рослинних пігментів – каротинів. За структурою вітамін А – циклічний ненасичений одноатомний спирт, що складається із 6-членного кільця –бета-іонону, (2-х залишків ізопрену та первинної спиртової групи).

 

Вітаміни А1 і А2 мають однакову біологічну дію і фізико-хімічні властивості, але активність вітаміну А2 менша. Вітамін А термостабільний, але на повітрі він швидко окиснюється в місцях подвійних зв'язків, при цьому втрачається біологічна активність. У натуральних харчових продуктах окиснення не відбувається завдяки дії антиоксидантів, зокрема токоферолу. В анаеробних умовах, будучи стійким до окиснення, він проявляє властивості антиоксиданта.

Вітамін А міститься тільки в тваринних продуктах. В рослинах містяться його попередники – провітаміни. Провітамінами вітаміну А є рослинні пігменти каротини (від лат. carota – морква).

Розрізняють 3 різновиди каротинів: альфа, бета і гама. Для людини найціннішим є бета-каротин, у складі якого є два бета-іононові кільця. У слизовій кишечника під впливом ферменту каротиноксигенази він окиснюється у місці центрального подвійного зв'язку, при цьому утворюються 2 молекули активного ретинолу.

Каротини альфа- і гама містять тільки по одному бета-іононовому кільцю, тому при розщепленні в кишечнику утворюють по одній молекулі вітаміну А.

Обмін вітаміну А

Добова потреба вітаміну А для дорослої людини дорівнює в середньо­му 1,5-2,0 мг (5-6 тисяч МО), для дітей до 1 року – 0,5 мг.

Для вагітних жінок та матерів, що годують грудьми немовлят, дозу збільшують вдвоє. При інфекційних хворобах, пораненнях, а також при роботах, пов'язаних із напруженням зору, кількість вітаміну А також треба збільшувати.

Найбільше вітаміну А міститься в печінці морських риб, в печінці рогатої худоби, нирках і дещо менше у яєчному жовтку, вершковому маслі. Відповідно каротину багато є в червоному перці, моркві, цибулі, салаті, шпинаті, капусті, помідорах, ягодах обліпихи, горобини, абрикосах. Для всмоктування вітаміну А, як і інших жиророзчинних вітамінів, необхідні жовчні кислоти та жири. Каротини в слизовій кишечника і печінці частково перетворюються у вітамін А. У слизовій кишечника ретинол утворює складні ефіри з жирними кислотами, що мають довгий вуглецевий ланцюг. Ці ефіри транспортуються в складі хіломікронів ­через лімфатичну систему в кров. У плазмі крові ретинол зв'язується з ретинолтранс­портним білком (фракція альфа1-глобулінів) і доставляється до тканин. У сітківці ретинол перетворюється в ретиналь, що входить до складу родопсину і бере участь у зоровому процесі. Відкладається ретинол у печінці, частина його тут окиснюється в ретиналь, далі в ретиноєву кислоту, яка виділяється із жовчю у вигляді глюкуронідів. Усі форми вітаміну А (ретинол, ретиналь, ретиноєва кислота та ефірні форми) беруть участь у біохімічних процесах організму. За рахунок подвійних зв'язків вітамін А має відношення до регуляції окисно-відновних процесів, легко окиснюючись у складі мембран, змінює їх проникність та біосинтез компонентів мембран. Він стимулює бар'єрну функцію та проліферацію шкіри і всіх слизових, загальмовує перетворення циліндричного епітелію в плоский зроговілий; регулює нормальний ріст та диференціацію клітин ембріона і молодого організму, сприяє нормальному розвитку сперматозоїдів та плаценти під час вагітності. Реалізація цих функцій здійснюється за допомогою всіх форм вітаміну А, крім ретиноєвої кислоти. Ретиноєва кислота стимулює ріст кісток та м'яких тканин, що реалізується через активацію експресії генів. В ядрі клітин ретиноєва кислота зв'язується із внутрішньоядерним рецептором (рис. ). Утворений комплекс взаємодіє з хроматином, активує транскрипцію відповідних генів, що призводить до синтезу відповідних білків.

Але цілковито механізми участі вітаміну А в метаболічних процесах, що забезпечують його функції, не досліджені. Найбільш вивчена роль вітаміну А в акті зору. В цьому процесі він бере участь у формі цис-ретиналю – компонента, що входить до складу білка родопсину. Родопсин – хромопротеїн, що складається з білка опсину і простетичної групи – ретиналю. Відіграє роль фоторецептора плазматичних мембран світлочутливих клітин сітківки ока. У людини сітківка ока має 2 види світлочутливих клітин – палички і колбочки. Палички сприймають слабке освіт­лення (забезпечують сутінковий і нічний зір), колбочки реагують на добре освітлення (забезпечують кольоровий і денний зір). У колбочках замість родопсину є йодопсин, вони відрізняються між собою білковою частиною.

Під впливом світла ретиналь змінюється (із цис- переходить у трансформу). Одночасно поглинутий квант світла призводить до дисоціації родопсину на опсин та транс-ретиналь, що супроводжується деполяризацією мембран та виникненням потенціалу дії. Останній, поширюючись по зоровому нерву, зоровому перехресті, несе інформацію в ­мозок, у ділянку fissura calcarina, де здійснюється первинний аналіз світ­ло­відчуття (вищий аналіз відбувається у корі головного мозку цієї ділянки).

 

Відновлення родопсину здійснюється в темряві. Тут під впливом алкогольдегідрогенази за участю коферменту НАД транс-ретиналь відновлюється в транс-ретинол. Останній за допомогою ізомерази перетворюється в цис-ретинол, який через посередництво вже згаданої алкогольдегідрогенази окиснюється в цис-ретиналь. Цис-ретиналь, взаємодіючи з опсином, регенерує родопсин, який може далі брати участь у сприйнятті світлового сигналу. Перетворення родопсину на світлі і в темряві у вигляді схеми показані на таблиці. Існує думка, що транс-ретиналь може перетворюватися на світлі в цис-ретиналь під впливом ізомерази. Але значення цього процесу другорядне.

Під час відщеплення ретиналю від родопсину частина його руйнується, у зв'язку з чим для ресинтезу родопсину потрібні нові молекули вітаміну А. Тому при відсутності вітаміну А буде обмежений процес утворення цис-ретиналю та родопсину, що проявлятиметься зниженням здатності бачити ввечері та вночі – розвивається "куряча сліпота" (гемералопія), тобто знижується темнова адаптація, що є ранньою ознакою гіповітамінозу А. При гіповітамінозі порушується структура і функція епітелію – він орогіває, злущується. Це проявляється сухістю шкіри (ксеродермія), ороговінням епідермісу (гіперкератоз). Внаслідок ороговіння циліндричного епітелію та закупорювання слізних каналів настає сухість кон'юнктиви ока (ксерофтальмія), яка під впливом інфекції може швидко призводити до розм'якшення рогівки (кератомаляція) .

Одночасно спостерігається ороговіння та злущення епітелію дихальних шляхів, травного та сечовидільного трактів, що нерідко супроводжується закупорюванням видільних проток.

Хронічна нестача вітаміну А в молодому віці проявляється сповільненням росту, частими запаленнями дихальних шляхів. Надмірне потрапляння в організм вітаміну А супроводжується збільшенням проникності або руйнуванням мембран. Тому із лізосом в навколишнє середовище виходять кислі протеази та кисла фосфатаза, із мітохондрій – малатдегідрогеназа. Змін зазнають і ядерні мембрани. Гострий гіпервітаміноз А проявляється важкою інтоксикацією. Як антагоніст вітаміну А призначають тироксин та аскорбінову кислоту.

 

Вітамін D (кальциферол, антирахітний)

Вітамін D – спільна назва групи речовин рослинного і тваринного походження, що відносяться до стероїдів і проявляють антирахітну дію. Серед них найактивнішим є вітамін D2 (ергокальциферол) і D3 (холекальциферол).

Перший утворюється із рослинного попередника (провітаміну D2) – ергостеринy, а вітамін D3 – із 7-дегідрохолестерину, що міститься в шкірі людини і тварин. Під впливом ультрафіолетового випромінювання ергосте­рин перетворюється в ергокальциферол (вітамін D2), а 7‑дегідрохолестерин – в холекальциферол (вітамін D3). В основі їх будови лежить циклічний вуглеводень стеран, який є стереоізомером циклопентанпергідрофенантрену.

Треба мати на увазі, що у здорової людини, яка постійно піддається сонячному опроміненню, вітамін D у шкірі утворюється в достатній кількості. Щодо цього вітамін D не є типовим вітаміном.

Ці вітаміни стійкі до дії високої температури, але руйнуються під впливом мінеральних кислот та окисників. Вагітним та малим дітям рекомендується приймати сонячні ванни або опромінення кварцовими лампами з метою вироблення в шкірі вітаміну D.

Встановлено, що вітамін D не є біологічно активним. Біологічно активні форми його утворюються в печінці і нирках. Кальцифероли, що надходять з їжею, всмоктуються в тонкій кишці за допомогою жовчних кислот. Після всмоктування вони транспортуються в складі хіломікронів у кров, а далі – в печінку. В печінці під впливом ендоплазматичної гідро­ксилази в місці 25-го вуглецевого атома приєднується кисень з утворенням гідроксильної групи, тобто холекальциферол перетворюється в 25‑гідро­кси­холекальциферол. Останній кров'ю заноситься в нирки, де відповідна гідроксилаза приєднує кисень в першому положенні й утворює 1,25-ди­гідроксихолекальциферол. Це діюча форма вітаміну D, що має властивості гормону.

 

Таким чином, у шкірі під дією ультрафіолетового ­випромінювання 7‑дегідрохолестерин перетворюється в холекальциферол, з нього у печінці утворюється 25-гідроксихолекальциферол, а в нирках – 1,25-дигідрокси­холекальциферол. Таких перетворень зазнає як вітамін D2, так і вітамін D3. Формула 1,25-дигідроксихолекальциферолу має такий вигляд:

 

На обмін речовин вітамін D діє як синергіст паратгормону та антагоніст гормону щитовидної залози – тиреокальцитоніну. Є навіть думка, що активна форма вітаміну D є складовим ліпідним компонентом, який зв'язується з білковою частиною паратгормону. На рис. показана роль вітаміну D3 в обміні кальцію і фосфору.

 

Активна форма вітаміну D підтримує постійний рівень кальцію і фосфору в крові. У крові здорових людей вміст Са в середньому складає 2,2-2,7 ммоль/л, фосфору – 1,2-2,2 ммоль/л. Вітамін D стимулює всмоктування кальцію і фосфору в кишечнику за допомогою кишкової Са2+-АТФази та кальційзв'язувального білка.

Є припущення, що вплив вітаміну D на активний транспорт кальцію і фосфору реалізується опосередковано шляхом біосинтезу Са-АТФази та кальційзв'язувального білка в кишечнику та ниркових канальцях. Вітамін D сприяє посиленню тканинного дихання і окисного фосфорилювання, а також окисненню вуглеводів до лимонної кислоти. Крім цього, вітамін D стимулює мобілізацію кальцію з кісткової тканини. Таким чином, в загальному дія вітаміну D спрямована на підвищення вмісту іонів кальцію і фосфору в крові .

Нестача вітаміну D в організмі дітей проявляється у вигляді захворювання, яке називається рахітом. В основі цього захворювання лежать зміни обміну фосфору і кальцію, порушення відкладання їх солей у кістковій тканині. Чим молодший вік дитини, тим вища можливість захворювання на рахіт. Це пов'язано з тим, що молодші діти (грудного віку) одержують менше вітаміну D з їжею та меншу дозу ультрафіолетового опромінення. При рахіті загальмовані процеси всмоктування іонів кальцію і фосфатів у кишечнику і реабсорбція їх у нирках. Тому рівень їх у крові знижується (фосфору – на 50 %, кальцію – на 30 % від норми), загальмовується мінералізація кісток, тобто не відбувається відкладання мінеральних речовин на колагенову основу кісток, що ростуть. При рахіті зростає (більш як на порядок) вміст лужної фосфатази крові. Можливо, що це є компенсаторна реакція, спрямована на вирівнювання зниженого вмісту неорганічного фосфату.

 

Раннім проявом гіповітамінозу D є функціональні розлади центральної нервової системи в дитини, що проявляється переважанням процесів збудження. Трохи пізніше зміни торкаються м'язової системи (знижується тонус м'язів) та кістково-хрящового апарату.

Добова доза вітаміну D для дітей знаходиться в межах 12-25 мкг (500-1000 МО). Для дорослої людини потреба у вітаміні D в десятки разів менша, ніж для дітей. Джерелом вітаміну D є риб'ячий жир, печінка, вершкове масло, жовток яйця.

Починається промисловий випуск активних форм вітаміну D-25-гідроксихолекальциферолу та інших, що мають виражену антирахітну дію. Вітамін D застосовується для профілактики і лікування рахіту та деяких інших захворювань (туберкульоз кісток, шкіри).

 

При вживанні надмірних кількостей вітаміну D у дітей і дорослих розвивається гіпервітаміноз D. Він проявляється демінералізацією кісток і їх переломами, збільшенням вмісту кальцію і фосфатів у крові. Вони мобі­лізуються із кісток, всмоктуються із кишечника, реабсорбуються в нирках. Підвищення рівня кальцію і фосфору в крові призводить до кальцифікації внутрішніх органів – легень, нирок, судин тощо.

 

 Вітамін Е (токоферол, вітамін розмноження)

Назва токоферолу походить від двох грецьких слів "токос" – потомство і "феро" – несу. При дефіциті в кормах вітаміну Е в експериментальних тварин настає втрата здатності до відтворення потомства, переродження скелетних м'язів та міокарда, розлади нервової системи. У самиць плід гине в лоні від крововиливів, а в самців настає переро­дження статевих залоз (припиняється продукція сперматозоїдів). У той же час було показано, що сік із салату та олія із зародків зерен пшениці запобігає таким змінам. Для людини джерелом токоферолу є рослинні олії (соняшникова, кукурудзяна, оливкова та інші).

Продукти тваринного походження містять мало вітаміну Е. Добова доза для людини – 20-50 мг Е. Вітамінну дію мають метильні похідні токолу і токотрієнолу. Вони дуже близькі між собою за структурою і містять хроманове біциклічне ядро та залишок спирту фітолу із 16-ти атомів вуглецю.

Боковий вуглецевий ланцюг токоферолу, на противагу токотрієнолу, повністю гідрогенізований і не містить подвійних зв'язків.

 

Найкращу вітамінну активність проявляє α-токоферол. Всмоктування токоферолу, як і інших жиророзчинних вітамінів, відбувається у тонкому кишечнику при наявності жирів та жовчних кислот. У складі хіло­мікронів через лімфатичні капіляри він надходить в кров, а з ліпопро­теїнами крові заноситься в органи і тканини. Токоферол включається у склад клітинних мембран жирової тканини, печінки, скелетних м'язів.

Прояви гіповітамінозу Е у людини не описані, бо вона отримує цей вітамін у до­статній кількості. Правда, є дані, що в деяких тропічних країнах, де люди харчуються переважно рослинною їжею і мало вживають жирів, можуть спостерігатися гіповітамінози Е. Описані випадки ускладнень цирозу печінки, що проявляються зниженням вмісту вітаміну Е в сироватці крові, м'язовою слабкістю, креатинурією та посиленням гемолізу еритроцитів. Зміни ці зв'язані із погіршанням всмоктування жирів у кишках. Вітамін Е широко використовується в медицині.

Зараз промисловість випускає синтетичний препарат – токоферолу ацетат. Його вживають для запобігання самовільним викидням у жінок, при виснаженні центральної нервової системи, при перевтомах, для лікування опікової та променевої хвороб, уражень печінки, м'язової системи, для стимуляції імунної системи тощо.

Біологічна роль. Вітамін Е для людини і вищих тварин є потужним і головним жиророзчинним антиоксидантом. Його дія спрямована на посилення тканинного дихання й утримування на стаціонарному рівні вільнорадикального перекисного окиснення. Опосередковано як кофактор бере участь у транспорті електронів і протонів у дихальному ланцюзі, стимулює синтез убіхінону. Токоферол служить "пасткою" для вільних радикалів – утворює з ними неактивні форми, які обривають вільнорадикальний ланцюг. Цим він захищає від перекисного окиснення поліненасичені жирні кислоти в складі клітинних мембран. Мембранозахисна функція токоферолу тісно пов'язана із біологічною роллю селену, який є кофактором глутатіонпероксидази, що руйнує пероксидрадикали. Токоферол, інактивуючи першим вільні радикали, знижує потребу в глутатіонпероксидазі. Він також ­підвищує біологічну активність вітаміну А, ­захищаючи його боковий ненасичений ланцюг від окиснення. Звідси зрозуміло, чому саме гіповіта­міноз Е супроводжується патологією мембран у вигляді схильності еритроцитів до перекисного гемолізу, атрофії сім'яників, що призводить до безпліддя, розсмоктування плода під час вагітності, м'язової дистрофії, втрати внутрішньоклітинних компонентів та білків м'язів, некрозу печінки, розм'якшення мозку. Гіпервітамінозу Е в людини не виявлено. Відомо, що при надмірному надходженні вітаміну Е в організмі активується пероксидне окиснення ліпідів, яке приводить до підвищення використання вітаміну Е та зниження його вмісту до нормального рівня.

 

Вітамін К (нафтохінони, антигеморагічний,або вітамін коагуляції)

До вітаміну К відносять дві групи хінонів, в яких бічні радикали – ізопренові ланцюги різної довжини. Вітамін К1 (філохінон) має бічний ланцюг із чотирьох ізопренових ланок, знаходиться в рослинах. Вітамін К2 (менахінон), виявлений у тварин, містить у бічному ланцюзі 6 ізопренових ланок. Вітамін К1 (філохінон) вперше був виділений із люцерни. За структурою це 2-метил-1,4-нафтохінон, що містить у положенні 3 фітильний радикал із 20 вуглецевих атомів:

Вітамін К2 (менахінон) вперше був одержаний із гнилої рибної муки, де він синтезується мікрофлорою. Обидві різ­новидності вітаміну К нестійкі до нагрі­вання в лужному середовищі та опромінення. Вітамін К2 відрізняється від К1 тільки довжиною бічного ланцюга.

 

Існує синтетичний аналог вітаміну К, який не містить бічного ланцюга в 3-му положенні. Його називають вітаміном К3 (2-метил-1,4-нафто­хінон). На його основі були одержані інші водорозчинні препарати з ­вітамінною дією, зокрема вікасол, який являє собою натрієву сіль бісульфітного похідного вітаміну К3. Будова його така:

 

Вітамін К – антигеморагічний фактор, що має пряме відношення до згортання крові. При нестачі вітаміну К виникають геморагії (крововиливи). Вони можуть бути підшкірні, внутрішньом'язові, внутрішньоорганні. Навіть незначні пошкодження судин можуть викликати великі кровотечі. У грудних дітей нерідко бувають значні підшкірні крововоливи і кровотечі. Схильність до геморагій у дітей найчастіше спостерігається в перші 5 днів від народження. Проте через 7-10 днів прояви гіповітамінозу минають, що пов'язано із заселенням кишечника мікро­флорою і синтезом нею вітаміну К. У дорослих людей гіповітаміноз К буває рідко: він частково синтезується мікрофлорою товстої кишки, змішана рослинна їжа також містить в достатній кількості вітамін К.

Спільним для всіх жиророзчинних вітамінів є те, що вони можуть накопичуватись в організмі у великих кількостях. Тому їх відсутність у харчовому раціоні може не проявлятися на фізіологічному рівні протягом багатьох місяців. Гіповітаміноз К може виникати при порушеннях процесів всмоктування жирів у кишечнику або при тривалому ­вживанні антибіотиків, що мають здатність викликати дисбактеріоз у кишечнику. Порушення всмоктування жирів найчастіше буває за умов недостатнього синтезу або секреції жовчних кислот. При цьому погіршується всмоктування і жиророзчинних вітамінів, що може призводити до гіповітамінозу К.

Вітамін К, подібно до інших жиророзчинних вітамінів, утворюється в біологічних системах шляхом з'єднання залишків п'ятивуглецевого ізо­прену (2-метилбутадієну), які відіграють роль будівельних блоків для побудови різних жиророзчинних речовин. Роль вітаміну К у згортанні крові зумовлена його участю в утворенні протромбіну, який є неактивним попередником ферменту тромбіну, що перетворює білок плазми крові фібриноген у фібрин. Фібрин – нерозчинний волокнистий білок, що сприяє утворенню кров'яного згустка. Для того, щоб протромбін зміг активуватися і перетворитися в тромбін, він спершу повинен зв'язати іони кальцію. Нормальна молекула протромбіну містить декілька залишків особливої амінокислоти – гамма-карбоксиглутамінової кислоти, яка і зв'язує іони Са2+. При нестачі вітаміну К місце залишків гамма-карбоксиглутамінової кислоти займають залишки звичайної глутамінової кислоти. Вітамін К є стимулятором біосинтезу ще декількох білків-ферментів, необхідних для нормального згортання крові: про­конвертину (фактор VIІ), фактора Крістмаса (ІХ) і фактора Стюарта-Прауера (Х).

 

Крім участі у згортанні крові, вітамін К має відношення до процесів тканинного дихання, стимулює транспорт електронів по дихальному ланцюзі, пригнічує вільнорадикальне перекисне окиснення. Вітаміни К, як і токоферол та убіхінон, є ефективними "пастками" для супероксидного аніона-радикала (О2) в клітинах:

Джерелом вітаміну К для людини служать рослинні (капуста, шпинат, ягоди горобини, калини, фрукти) і тваринні (печінка) продукти. Добова потреба в ньому для дорослої людини складає в середньому 2 мг. У практичній медицині вітамін К і його синтетичний аналог вікасол застосовують при кровотечах і кровоточивості, а також з метою попередження кровотеч після операції на печінці. Вагітним жінкам за шість-вісім днів перед пологами дають вітамін К з метою запобігання геморагіям у новонароджених. Дуже високі дози вітаміну К – токсичні.

Антивітаміном К є природна речовина дикумарол (дикумарин). Дикумарол викликає різке зниження вмісту протромбіну та інших факторів згортання крові, що призводить до кровотеч. Його застосовують у випадках підвищеного згортання крові (тромбози, тромбофлебіти) з метою його запобігання.

 

Вітамін F

Під назвою вітамін F розуміють групу поліненасичених жирних кислот, зокрема лінолеву, ліноленову й арахідонову. Всі вони містяться в рослинних оліях, не можуть синтезуватися в тканинах людського організму, але є необхідними для нормальної життєдіяльності. Добова потреба у вітаміні F для дорослої людини складає в середньому приблизно 10 г. Він необхідний для нормального росту і регенерації шкірного епітелію, а також для біосинтезу простагландинів. Ненасичені жирні кислоти використовуються також для синтезу фосфо- і гліколіпідів, що йдуть на побудо­ву клітинних мембран. Вітамін F підтримує запаси вітаміну А і полегшує його вплив на обмін речовин в організмі, він також знижує вміст холестерину в крові. Дія ненасичених жирних кислот значною мірою залежить від вмісту токоферолу, який захищає їх від перекисного окиснення.

 Н3С–(СН2)4–СН=СН–СН2–СН=СН–(СН2)7–СООН

                                          Лінолева кислота

Н3С–СН2–СН=СН–СН2=СН=СН–СН2–СН=СН–(СН2)7–СООН

                                          Ліноленова кислота

Н3С–(СН2)7–Н=СН–СН2–СН=СН–СН2–СН=СН–СН2–СН=СН–(СН2)7–СООН

                                          Арахідонова кислота

Недостатність вітаміну F у людини майже не зустрічається. Припускають, що гіповітаміноз F супроводжується фолікулярним гіперкератозом, тобто надмірним зроговінням шкірного епітелію навколо волосяних фолікулів. Ці прояви аналогічні тим, що виникають при нестачі вітаміну А. У практичній медицині з метою профілактики атеросклерозу використовують препарати незамінних жирних кислот – лінетол і лінол.