10.1. Витамины — собственно

Витамин А. Семейство из трех основных соединений одинаковой дитерпеновой структуры с ярко выраженной липофильностью: ретинол (витамин-А,-спирт), ретиналь (витамин-А,-альдегид) и ретиноевая кислота (витамин-А,-кислота).

Кроме того, описана также группа витамина А2 (спиртовая и альдегидная форма), которая отличается от витаминов А, большей длиной сопряженной полиеновой цепочки (дополнительный олефиновый фрагмент при ).

Структуру этих соединений (кроме того, что это изопреноиды, как уже было отмечено) можно определить как сопряженную полиеновую систему с активирующей кислородной функцией, т.е. тоже сопряженной. Отсюда следует: во-первых, как полиены они поглощают свет видимой области; во-вторых, кислородные функции в соответствии со своей способностью к сопряжению обеспечивают определенный батохромный сдвиг их длинноволновой полосы поглощения. Фактически все эти вещества имеют окраску от желтой до оранжевой (табл. 10.1.1).

В своем основном состоянии молекулы ретиноидов (так можно называть в общем все соединения группы витаминов А) имеют транс-конфигурацию всех двойных связей. Но эта ситуация может легко меняться при поглощении молекулой кванта световой энергии: в таком случае одна из тс-связей приобретает цис-конфигурацию — обычно это связь . Естественно, что легче всего такую операцию проделают те ретиноиды, которые поглощают “наиболее видимый свет”, т.е. ретинонты с наиболее длинноволновым перехг дом. Таковыми являются ретинали и , т.е. витамины-А-альдегиды.

Теперь о химических превращениях ретиноидов, которые в первую очередь связаны с их кислородными функциональными группами. Ретинолы как аллильные спирты, легко окисляются сначала до ретиналей, а потом до ретиноевых кислот. Этот процесс лежит в основе антиоксидантных свойств витамина А, а именно, витамина А-спир-та (схема 10.1.2).

Вторая важная реакция соединений из группы витамина А — это реакция их альдегидной формы — ретиналей с аминогруппой некоторых белков, которая приводит к образованию достаточно стабильных азометиновых производных. Такая реакция осуществляется в сетчатке человеческого глаза между ретиналем-А, и -аминогруппой аминокислотного остатка лизина белка опсина с образованием родопсина, который уже и выполняет функцию светочувствительного элемента нашей зрительной системы (схема 10.1.3).

Таблица 10.1.1. Спектральные характеристики соединений группы витамина А

Схема 10.1.2

Витамины группы А содержатся только в животных: наибольшие количества — в печени трески и акул, где ретинол-А1 находится в этерифицированной форме; ретинол-А2 найден в пресноводных рыбах. Провитаминами соединений группы А являются каротиноиды, которые содержатся исключительно в растениях и, попадая в организм животных, претерпевают переход в ретиналь реакцией окисления (см. главу 7). Так как ретинол очень легко окисляется, то в лекарственной практике его используют в виде уксуснокислого эфира (ретинолацетат, ), который к окислению значительно устойчивее. В живом организме из него под действием гидролизирующих ферментов высвобождается свободный ретинол — витамин А.

Витамин Единственный витамин из комплекса витаминов В, выполняющий витаминные функции самостоятельно. -Аминобензойная кислота — соединение очень простой химической структуры, широко распространено в природе: пекарские дрожжи , пивные дрожжи . Витамин существует в свободной форме и в связанном виде — в виде эфира.

Витамин ростовой фактор микроорганизмов, применяется как противорахитичное средство, а также повышает устойчивость организма к УФ-облучению.

Витамин С (аскорбиновая кислота). Витамин С, безусловно, самый популярный в природе витамин, и популярность его неслучайна, поскольку он требуется человеческому организму постоянно и в больших (по витаминным меркам) дозах Это водорастворимый витамин, участвующий в разнообразных биохимических процессах, многие из которых связаны с его антиоксидантными свойствами. Окисление аскорбиновой кислоты протекает в две стадии: первая стадия обратимо приводит к дегидроаскорбиновой кислоте, вторая стадия — необратимо к щавелевой.

Схема 10.1.4

Аскорбиновая кислота синтезируется всеми зелеными растениями, пресмыкающимися и земноводными.

Витамин С, скорее всего, в качестве кофермента не выступает, но самостоятельно участвует в функционировании различных ферментов, используя все ту же свою способность легко окисляться

Биосинтез аскорбиновой кислоты происходит из глюкозы и галактозы. Витамин С необходим для построения межклеточного вещества, регенерации и заживления тканей, поддержания целостности стенок кровеносных сосудов, обеспечения нормального гематологического и иммунологического статуса организма и его устойчивости к инфекции и стрессу.

Биохимия его действия заключается в функционировании ферментов, катализирующих гидроксилирование лизина и пролина при образовании коллагена; в гидроксилировании дофамина с образованием норадреналина; в метаболизме холестерина (возможно, что также реакциями гидроксили-рования); в метаболизме катехоламинов и стероидных гормонов; в предохранении глутатиона и -групп белков от окисления; в восстановлении до обеспечивающим всасывание железа в кишечнике; в регуляции свободно-радикального окисления жирных кислот.

У человека он концентрируется в надпочечниках, печени и головном мозге, где он находится как в свободном, так и в связанном виде комплексно с белками, нуклеиновыми кислотами и др.

Основными растительными источниками являются: шиповник , черная смородина (200), красный перец (250), петрушка (150), клубника (60), цитрусовые и капуста (50).

Витамин D. Группа соединений, называемых также кальциферолами и обладающих антирахитическим действием. Различают четыре соединения этой группы Чисто природным из них является только витамер который содержится в печени рыб. Очень близок по структуре к нему витамер образующийся при УФ-облучении эр-гостерола, а последний продуцируется дрожжами и грибами. Витамин D4 (синтетический) получают УФ-облучением -дигидрокси-эргостерола Собственно индивидуального витамера D, не существует, под этой формой витамина D понимают молекулярное соединение люмистерола и витамера

Схема 10.1.5

(см. скан)

D2 в соотношении 1:1. Вряд ли это смесь, поскольку комплекс очень прочен, он возгоняется в вакууме и имеет температуру плавления более высокую, чем другие D-витамеры.

Из приведенных формул и схем видно, что все D-витамеры очень близки по структуре, образуются по единой схеме и из очень близких по строению предшественников, т.е. стеролы, кроме

Схема 10.1.6

всего прочего, являются еще и провитаминами D.

Витамины D выполняют функции коэнзимов, работают в организме самостоятельно: имеется в виду — в несвязанной форме. Основную свою функцию витамины D выполняют в биологически активной форме — в виде дигидроксипроизводных, которые ответственны за транспорт ионов кальция (схема 10.1.6).

Известно, что соли кальция хорошо растворяются и комплексуются с различными спиртами. В данном случае такое взаимодействие является особо благоприятным за счет подключения двух или трех спиртовых гидроксилов витаминной молекулы. Моделирование и расчеты показывают, что молекула дигидрокси-D достаточно стабильна в конформации, где все три гидроксила находятся в одной области пространства с расстояниями между ними около 3-3,5 А, позволяющими иону кальция связываться ковалентно и координационно со всеми ими. В таком виде ион кальция оказывается как бы закутан в липофильную оболочку и становится растворимым в липидной системе, в липидном слое, т.е. приобретает способность проходить сквозь липидный слой, липидную мембрану.

Витамин Е. Группа природных соединений под общим названием “токоферолы”. Эти липидорастворимые соединения свою функцию выполняют самостоятельно, т.е. в состав коферментов и ферментов они не входят. Продуцируются токоферолы различными злаковыми, поэтому наибольшая концентрация их достигается в соответствующих растительных маслах: в кукурузном, в подсолнечном, в масле из пшеничных зародышей.

Все токоферолы (их четыре: ) имеют структуру бензопирана в соединении с изопреноидной цепью. Но так как гидрированный пирановый цикл токоферолов также является частью изопреноидной системы молекулы, с учетом кислородных функций бензольного кольца можно более точно определить их химическое строение как дитерпеноидное производное гидрохинона. Витамеры Е различаются между собой количеством и расположением метильных заместителей в гидрохиноновом фрагменте.

а-Токоферол имеет максимальное количество этих заместителей, все водородные атомы его ароматического кольца замещены. Этот витамер наиболее биологически активен из всей группы соединений витамина Е. В то же время, 5-токоферол — наименее замещенный из этой группы витамеров, является и наименее активным.

Биологическая функция витамина Е достаточно однозначна и определяется она липофильностью его углеродного скелета и склонностью к окислению гидрохинонового фрагмента — эти соединения являются биоантиоксидантами

Схема 10.1.7

и защищают от окисления липидные фрагменты клеток. Радикальный процесс взаимодействия токоферолов с такими типичными окислителями, как кислород или перекиси может быть описан схемой 10.1.8.

Схема 10.1.8

Витамин L. Витамин представлен двумя витамерами: L, — о-аминобензойная кислота и L2 - 5-дезокси-5-метилтиоаденозин.

Считается, что они являются факторами, необходимыми для процесса лактации. Известно также, что из витамина чаще называемого антраниловой кислотой, синтезируется ряд алкалоидов в растениях. Пока не ясно, в какой форме проявляют они свою активность — в свободной или ковалентно-связанной.

Витамин U. Известен также под названием метионинметилсульфоний хлорид. Уже из этого названия видно, что структурной основой этого витамина является молекула протеиногенной аминокислоты метионина, сульфидная

группа которой переведена в сульфониевое состояние. Это вещество прекрасно растворимо в воде в силу своей, можно сказать, дважды ионной структуры.

Продуцируется этот витамин многими растениями (в основном, овощами), более всего его в спарже, капусте, сельдерее, в листьях чая.

Основная функция витамина U — это донирование метильных групп в различных биохимических реакциях, которую он выполняет наряду с S-аденозил-метионином, из которого он и образуется, но в отличие от последнего, является более устойчивым соединением, поэтому его можно считать еще и аккумулятором активных метильных групп.

В связи с вышесказанным, можно представить реакции синтеза витамина U и участия его в метилировании других соединений (в основном, это образование следующей схемой:

Схема 10.1.9

Схема 10.1.10

Инозитол (мио-инозит, мезо-инозит). Один из стереоизомеров цикло-гексан-1,2,3,4,5,6-гексола, обладающий витаминной активностью, хотя формально и не внесен в таблицу витаминов. Это вещество, необходимое для ряда биохимических процессов в живых организмах (как растительных,

так и животных), не может быть отнесено к какому-либо другому классу природных соединений.

Инозитол — универсальный компонент большинства живых организмов, где он находится как в свободном состоянии, так и в связанном — в виде фосфорных эфиров, фосфолипидов и фосфопротеинов. Он является незаменимым фактором роста дрожжей, участвует в биосинтезе олигосахаридов, хорошо комплексуется с катионами многих металлов как в свободной форме, так и в виде фосфатов. При этом координация катиона у молекулы инозитола возможна двумя вариантами (А и Б), что обеспечивает ему возможность комплексообразования с большим разнообразием катионных частиц, обеспечивает их транспорт и коферментативное участие.