Чтобы сообщить нам о грамматической ошибке на сайте
выделите её и нажмите Ctrl+Enter
Лечебное действие
Биохимические свойства витаминов
Амины — их даже классом органических веществ назвать невозможно. Аминокислоты — кислоты с аминогруппой, белки — полимеры аминокислот, липиды — вещества, содержащие длинные углеводородные цепочки. А вот у соединений группы аминов практически невозможно найти общие химические свойства. Но раз уж мы заговорили о «молекулах жизни», обойти молчанием витамины никак нельзя.
Витамины — «амины жизни»: это название придумал польский биохимик Казимир Функ, выделив вещество, предотвращающее болезнь бери-бери, и выяснив, что оно обладает свойствами амина. Позже выяснилось, что даже такой, чисто формальный признак — и тот не работает: аминогруппа есть не у всех витаминов, хотя у большинства она все же имеется. В настоящее время известно 13 витаминов — 9 водорастворимых и 4 жирорастворимых. (Иногда к ним причисляют еще: карнитин, инозитол, липоевую кислоту, биофлавоноиды...). Но хотя «химическое» определение витаминам дать трудно, их можно определить с позиций физиологии. Витамины — такие органические вещества, которые, во-первых, не являются источниками энергии или строительного материала, во-вторых, тем не менее, необходимы для нормальной работы организма и, в-третьих, в организме не синтезируются совсем или синтезируются в недостаточном количестве. А необходимы они потому, что входят в состав ферментов или коферментов (молекул-помощников).
Если вспомнить обширную сеть реакций метаболизма, происходящих в организме, то можно сказать, что витамины — слабые места этой огромной сети. Исчезновение любого из витаминов разрывает всего несколько ниточек, но, как известно, маленькие прорехи имеют тенденцию расползаться в огромные дыры. Остановилась реакция — начал накапливаться субстрат, возможно, небезвредный для клетки в больших дозах; возникла нехватка продукта, а также продуктов всех последующих реакций ветвящейся сети. (Причем, как мы увидим дальше, «продукт» многих витаминзависимых реакций — это энергия, полученная окислением жиров и углеводов и запасенная в виде АТФ. Значит, не будет витаминов — пища не будет питать.) И все это происходит не в единственной клетке, а во всем организме, и каждый орган, каждая ткань реагирует на неполадку по-своему... В общем, подобная ситуация описана в старой английской песенке: «Не было гвоздя — подкова пропала, не было подковы — лошадь захромала, лошадь захромала — командир убит...»
Хочется спросить: как же эволюция допустила такую ошибку? Почему, коль скоро витамины так важны, они не синтезируются в организме? Обзавелся бы человек еще десятком ферментов — мог бы питаться одной кашей, одной картошкой, одним мясом без овощей или питательным коктейлем простого состава... Но в том-то и дело, что почти на всем протяжении истории вида наша всеядность исправно обеспечивала приток этих веществ. Их синтезировали другие организмы, располагавшие нужными ферментами, — растения и животные, которые затем попадали в желудки к нашим предкам.
Потому-то, наверное, ферменты и приспособились использовать молекулы, поступающие с пищей, для того, чтобы эффективней проводить реакции. И только когда в рационе начинает чего-то не хватать, выясняется, как сильно это что-то нам нужно...
Витамины часто характеризуют по тому, что происходит с человеком при хронической нехватке данного вещества. Нехватка тиамина (витамина В1) — это болезнь бери-бери. Симптомы ее — быстрая потеря веса, мышечная слабость, плохая координация движений, спутанность сознания, нарушение сердечной деятельности. Бери-бери была особенно распространена в Азии в XIX веке — начале ХХ. Ее считали инфекционным заболеванием, пока датский врач К. Эйкман, работавший в районе современной Индонезии, не установил, что, если кормить цыплят очищенным рисом, у них развивается болезнь, похожая на бери-бери, а шелуха от риса предотвращает болезнь. Это заболевание — типичное дитя прогресса. В конце XIX века были изобретены машины, очищающие рис. Шлифованный «белый» рис содержит мало тиамина, а шелуха — много...
Другие продукты питания, богатые тиамином, — постное мясо, бобовые, рыба. У людей, получающих полноценное питание, как правило, не бывает нехватки этого витамина. А вот для алкоголиков, которые удовлетворяют потребность организма в энергии за счет спиртных напитков (спирт, при всех его очевидных недостатках, неплохой источник энергии), дефицит витамина В1), обычен. Возможно, именно здесь кроется одна из причин алкогольного синдрома Корсакова.
Тиаминпирофосфат (с цепочкой из двух фосфатов сбоку) — кофактор ферментов, которые переносят альдегидные группы с молекулы-донора на акцептор. Или отщепляют альдегидную группу, которая затем превращается в карбонат, то есть в углекислый газ. Нетрудно догадаться, что эта реакция, точнее, несколько реакций необходимы для важнейшего процесса в живой клетке, окисления питательных веществ до СО2 с выделением энергии.
Рибофлавин (витамин В2) действительно содержит рибозу, а желтый цвет (флавос — по-гречески «желтый») ему придает полициклическая система. Помимо молока и желтых овощей, он содержится в печени, яйцах, мясе. Рибофлавин входит в состав коферментов дегидрогеназ — ферментов, которые отрывают молекулы водорода от субстрата. Это все тот же цикл трикарбоновых кислот, все то же получение энергии из питательных веществ, только с другой стороны, менее заметной, чем выдыхание углекислого газа, но не менее важной. Как вода вращает турбину, преобразуя движение в электроэнергию, так «поток» отщепленных атомов водорода от молекулы к молекуле позволяет запасать энергию химических связей (например, в АТФ). А за начало этого потока отвечает рибофлавин. К счастью, синдром его нехватки не самый страшный: раздражение и растрескивание губ, особенно уголков рта, дерматит на лице, повышенная утомляемость. Триггером часто служит стресс. В общем, умереть от дефицита витамина В2 затруднительно, зато распространен он широко, даже в развитых странах.
Никотиновая кислота (витамин РР), точнее, ее амид — тоже витамин. Теперь их чаще называют ниацином и ниацинамидом, чтобы в зародыше пресечь у необразованных людей мысли о полезности курения. Разумеется, ни курение, ни жевание табака не обогащает организм витаминами. Дефицит ниацина — пеллагра (по-итальянски «шершавая кожа»). Для пеллагры, как говорят врачи, характерны три «д»: дерматит, диаррея, деменция (слабоумие). Пеллагра распространена везде, где люди едят мало мяса, молока, яиц. То есть среди бедноты и в тюрьмах.
Пеллагрой болел в заключении Н.В. Тимофеев-Ресовский. В своих «Воспоминаниях» он рассказывал о том, как его по этапу привезли в Москву: «Я помнил еще, что жену зовут Лелька, а как ее имя-отчество — забыл. Как сыновей зовут — забыл. Все забыл. Забыл свою фамилию. Что меня Николаем зовут — помнил, а как по батюшке — забыл. Последняя стадия пеллагры — удивительно приятная вещь. Лежишь, уже есть не хочется, ничего не хочется, в таком приятном розовом настроении, все забывши... » К счастью для российской и мировой биологии, в Москве Тимофеева-Ресовского поместили в больницу МВД: Родина передумала...
Пеллагра типична для слаборазвитых стран с теплым климатом, где недостаток белковой пищи восполняют кукурузой, а не, скажем, бобовыми. На самом деле в кукурузе никотинамид есть, но он не может усваиваться организмом. Однако в щелочной среде он переходит в легкоусвояемую форму.
Между прочим, индейцы Мексики и Центральной Америки, в рационе которых маис занимал почетное место, эту проблему решали, замачивая зерна в известковой воде. Другой вариант — приготовление блюд из смеси бобовых и кукурузных зерен. А вот европейцы на эти тонкости не обращали внимания, за что и поплатились.
Ниацин входит в состав двух коферментов — возможно, рекордсменов по длине названия: никотинаминадениндинуклеотида (НАД) и никотинамидадениндинуклеотидфосфата (НАДФ). Работа их заключается в том, чтобы переносить все тот же водород — источник энергии, ассистируя дегидрогеназам.
Пиридоксин (витамин В6) — простетическая группа целого ряда ферментов, катализирующих реакции с участием аминокислот. Превращаясь в пиридоксаль и пиридоксамин, он помогает переносить аминогруппы. Почему это важно, вряд ли надо пояснять: нет синтеза аминокислот — нет белков, нет отщепления аминогрупп от аминокислот — нет утилизации ненужных белков. Дефицит витамина В6 был обнаружен у туберкулезных больных, которых лечили изониазидом: это лекарство инактивирует пиридоксальфосфат. Вообще же эта форма витаминной недостаточности встречается редко.
Пантотеновая кислота (витамин B3) входит в состав кофермента А (который часто обозначают СоА, или, по-русски, КоА). И запасание жиров, и их расщепление с выделением энергии не обходится без кофермента А. С его же участием начинается центральный путь расщепления углеводов и жирных кислот. Хорошо еще, что дефицит пантотеновой кислоты — тоже экзотика, как и дефицит пиридоксина.
Фолиевая кислота (точнее, ее активная форма, тетрагидрофолиевая кислота) помогает ферментам переносить одноуглеродные фрагменты. Без такого перемещения блоков «молекулярного конструктора», в частности, уридин в составе ДНК не мог бы превратиться в тимин. (Именно поэтому противораковые лекарства блокируют реакцию образования тетрагидрофолата, тем самым останавливая удвоение ДНК и деление клеток опухоли.) Синдром ее нехватки — анемия, потеря веса, общая слабость. Фолиевая кислота содержится в зелени, печени, дрожжах и в мясе. Умеренная форма недостаточности фолиевой кислоты — по некоторым оценкам, самая распространенная в мире.
Зато дефицит биотина и витамина В12, так же, как пантотеновой кислоты и пиридоксина, у людей встречается редко.
Биотин (раньше его называли витамином Н) наряду с пантотеновой кислотой участвует в переносе группы СОО—, например, при образовании оксалоацетата из пирувата. (Эта реакция, обратная той, что входит в цикл трикарбоновых кислот, — звено противоположно направленной цепочки, накопления живой тканью глюкозы с затратой энергии.) К счастью, этот витамин широко распространен и хорошо усваивается. Исключение связано с яйцами: биотин содержится в их желтках, а в белках есть антидот к нему — авидин, белок, препятствующий всасыванию биотина. При употреблении в пищу сырых яиц биотин желтков не идет впрок. Но в вареном яйце денатурированный авидин теряет способность связывать биотин, поэтому, если человек не питается одним гоголь-моголем, биотиновая недостаточность ему вряд ли угрожает.
Витамин В12, он же цианкобаламин, помимо сложности своей структуры замечателен тем, что содержит кобальт. Его не синтезируют ни растения, ни животные, а только некоторые виды микроорганизмов — в том числе те, что обитают в кишечнике человека. (Так что можно лишь с натяжкой утверждать, что витамин В12 не вырабатывается в нашем организме!) Но если он не всасывается из кишечника, у человека начинается злокачественная анемия, которую лечат инъекциями витамина В12. Все не так страшно, поскольку печень человека умеет запасаться этим витамином в количествах, которых хватает на несколько лет. Он ассистирует в реакциях, связанных с переносом алкильной, карбоксильной, гидроксильной или аминогруппы на соседний атом углерода.
Витамин С — один из самых знаменитых. Взять хотя бы историю его изучения, связанную с великими географическими открытиями. Французская экспедиция на Ньюфаундленд в середине XVI века; кругосветное путешествие Магеллана; покорение Aрктики и Aнтарктики — с этого начинаются рассказы о том, как человечество искало средство от цинги.
Такое средство находили не раз и не раз забывали. Французы на Ньюфаундленде, как писал участник экспедиции Жак Картье, вылечились напитком из коры и листьев сассафраса лекарственного. В 60-х годах XVIII века Джеймс Линд установил, что морякам, страдающим цингой, помогает диета с лимонным соком. A вообще-то одно из первых описаний этой болезни (под названием кровавого илеоса) встречается у Гиппократа: «Изо рта скверно пахнет; десны отделяются от зубов; из ноздрей вытекает кровь. Иногда на ногах развиваются язвы; одни заживают, другие появляются. Цвет черен. Кожа истончается. Больной не расположен ни ходить, ни трудиться». И лекарство отец медицины рекомендовал вполне адекватное: листья дикого огурца и мед в разных видах (последнее, видимо, в качестве общеукрепляющего).
Так или иначе, до ХХ века эффективных противоцинготных средств не было. Aскорбиновую кислоту выделили из лимонного сока лишь в 1932 году. Зато во второй половине века ее прославил на весь мир крупнейший американский биохимик Лайнус Полинг, страстно пропагандировавший сверхдозы аскорбинки как средство и от инфекционных болезней, и от преждевременного старения, и даже от рака. Казалось бы, к концу века про витамин С мы узнали всё: но не тут-то было!
Aскорбат-ион участвует в качестве кофактора в гидроксилировании — фермент присоединяет к молекуле ОН-группу, а аскорбат при этом окисляется до дегидроаскорбата. Именно эта реакция важна для синтеза соединительной ткани у позвоночных: при окислении пролина до оксипролина в белке коллагене. A коллаген — это кожа, кости, зубы, сосуды, сердце, стекловидное тело глаза... Остановка этой реакции приводит к прекращению регенерации всех этих тканей, что как раз и дает цингу. Полинг также указывал, что аскорбат способствует превращению лизина в карнитин, который необходим для мышечных сокращений (отсюда быстрая утомляемость при дефиците витамина С), а также участвует в гидроксилировании вредных веществ. Повышение иммунитета, противовоспалительный и прочие чудодейственные эффекты аскорбинки не раз наблюдались в экспериментах, однако тут еще много простора для детальных исследований.
Привычное заклинание мам и врачей: «Ешь фрукты и овощи, в них витамины», в первую очередь относится к аскорбиновой кислоте. Больше всего ее в цитрусовых, помидорах, ананасах, а если выбирать что подешевле — то в смородине и капусте, особенно квашеной. Зато, в отличие от большинства витаминов, о которых шла речь до сих пор, ее почти нет в мясе, яйцах, рыбе, совсем нет в высушенных зернах злаков. К тому же витамин С разрушается при термообработке. У многих животных аскорбиновая кислота синтезируется в организме, но у человека — увы. Видимо, наши предки не страдали от мутаций в соответствующих генах, поскольку никогда не испытывали дефицита витамина С — ведь растительность занимала основное место в их рационе. Но цивилизация и тут все переменила...
К витаминам причисляют также био-флавоноиды, они же витамины Р или капилляроукрепляющие витамины — рутин, гесперидин, катехины. Они активны в присутствии аскорбинки и часто содержатся в тех же продуктах, что и она (например, в смородине). Известный всем препарат аскорутин — это как раз и есть аскорбинка плюс рутин.
Жирорастворимые витамины — A, D, Е, К — имеют несколько примечательных особенностей.
Во-первых, они могут давать серьезные осложнения, если их принимать в больших дозах. Водорастворимые витамины выводятся из организма с мочой, если их доза избыточна, а с жирорастворимыми этот фокус не проходит. Известны случаи, когда полярники умирали от гипервитаминоза A, съев печень белого медведя. Дело в том, что печенки позвоночных животных в холодных арктических районах накапливают особенно много этого витамина.
Во-вторых, все жирорастворимые витамины (кроме группы D) представляют собой полимеры изопрена, того самого, из которого получается каучук. Хорошо видны изопреновые мономеры в молекуле витамина A и его предшественника пигмента бета-каротина, который придает оранжевый цвет и полезные свойства обыкновенной моркови (а также многим другим желтым фруктам и овощам, от абрикосов до перцев и батата). Витамины A1 (ретинол, от retina — сетчатка глаза) и A содержатся в печени рыб: первый — у морских, второй у пресноводных.
Aльдегид витамина A, ретиналь, в комплексе с белком опсином дает родопсин, содержащийся в зрительных палочках. При хронической нехватке в питании витамина A и каротина у человека начинается ксерофтальмия (сухость глаз) и ксеромаляция (избыточное образование кератина в коже и роговице глаз). Такие страшные заболевания характерны для слаборазвитых тропических стран, а в более развитых чаще встречаются ранние стадии, которые сопровождаются снижением остроты ночного зрения. Причина его — в недостатке родопсина. Считается также, что недостаток витамина A уменьшает устойчивость тканей к инфекциям. На всякий случай еще раз напомним: гипервитаминоз A приводит к существенно более тяжелым последствиям, чем гиповитаминоз, так что принимать витаминные препараты следует строго по указаниям на этикетке. A лучше всего — есть побольше морковки, она гипервитаминоза не дает.
О витамине D мы писали совсем недавно.
Витамин D3 (холекальциферол) образуется в коже человека и животных из неактивного предшественника под действием ультрафиолетового света, он содержится также в печени рыб. В печени и почках человека D3 гидроксилируется в два этапа, и получается гормон 1, 25-дигидроксикальциферол, который регулирует кальциевый обмен. Симптом нехватки — рахит у детей, а у взрослых людей — остеомаляция. Особенно неприятные последствия нехватка витамина D3 может вызвать у немолодых женщин и будущих мам. Жутковатая примета «плюс один ребенок — минус один зуб», к несчастью, биохимически оправдана: развивающийся плод для своего роста использует кальций из организма матери, а отражается это в первую очередь на зубах. Чтобы такого не случилось, не забывайте гулять, а для вящей надежности — принимайте витамины, только опять же не переборщите.
Витамин D2 (эргокальциферол) получают в промышленных масштабах, облучая ультрафиолетом эргостерол дрожжей. A что касается воспетого детскими поэтами рыбьего жира — сейчас не ХХ век, можно купить его в виде гелевых капсул, так что знаменитого вкуса даже и не почувствуете.
Дефицит витаминов Е и К наблюдается крайне редко. В группу витамина Е входят альфа-, бета- и гамма-токоферол; особое значение имеет первый из них. Токоферолы содержатся в растительных маслах, много их в любимых диетологами семенах пшеницы. Да и в самом обычном рационе их содержание, как правило, не бывает меньше нормы. При недостатке его у животных, помимо шелушения кожи и утомляемости, развивается стерильность. Этот витамин часто прописывают беременным, хотя до сих пор не ясно, за счет чего он влияет на репродуктивную функцию. Но вреда от этого уж точно нет: даже в больших дозах он не так опасен, как другие жирорастворимые витамины. Вероятно, токоферол защищает липиды клеточных мембран от окисления и разрушения.
Витамин К, как и В12, синтезируют бактерии кишечника. Если нарушено его всасывание, то нарушается свертывание крови. Этот витамин входит в состав фермента, который навешивает карбоксильную группу на «хвост» нескольким остаткам глутаминовой кислоты в белке протромбине. Только после этого он превращается в тромбин — активный фермент, способный, в свою очередь, превратить фибриноген в фибрин. Не будет витамина К — не остановится кровь после пореза. Поэтому его прописывают новорожденным, больным до и после операции на печени или желчном пузыре.
Витамин К1, или филлохинон (с более короткой изопреноидной цепью), обнаружен у растений, менахинон К2 — у животных.
Здесь кончается очень краткий перечень витаминов и их биохимических свойств — и начинаются настоящие проблемы. Например, как физиологи определяют суточные дозы потребления витаминов и какие дозы самые «правильные»? В чем разница между дорогими и дешевыми витаминными препаратами? Может ли современный человек так организовать свое питание, чтобы все необходимые витамины получать с пищей? Чего мы еще не знаем о реакциях с их участием?.. Не знаем многого. Но о том, что знаем, полезно вспоминать каждый день — в столовой, в магазине, на кухне у холодильника. Не так уж трудно поджарить кусок печенки вместо сосиски и приготовить салатик. Особенно летом.
Е. Котина
По материалам журналов «Химия и жизнь XXI век»
Закладки по теме: витамины
Голосов: 1
Просмотров: 11150
Комментариев: 0
Комментариев: 0
