Жирорастворимые витамины

В работе осуществлено:
1) рассмотрение исторических аспектов понятия витаминов и представление данных о потребности в них организма человека;
2) проведение классификации витаминов;
3) рассмотрение группы жирорастворимых витаминов, в частности, определение значения и роли витаминов А, D, Е, К, Q и F. ...

ВВЕДЕНИЕ_____________________________________________
1. ИСТОРИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПОНЯТИЯ ВИТАМИНОВ И ПОТРЕБНОСТЬ ОРГАНИЗМА В НИХ______________________
2. КЛАССИФИКАЦИЯ ВИТАМИНОВ______________________
3. ЖИРОРАСТВОРИМЫЕ ВИТАМИНЫ____________________
3.1 Витамин А___________________________________________
3.2 Витамин D___________________________________________
3.3 Витамин Е___________________________________________
3.4 Витамин К___________________________________________
3.5 Витамин Q___________________________________________
3.6 Витамин F___________________________________________
ЗАКЛЮЧЕНИЕ__________________________________________
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ______________
ПРИЛОЖЕНИЕ__________________________________________

Актуальность изучения темы «Жирорастворимые витамины» состоит в значительной важности данной группы витаминов в общей жизнедеятельности человеческого организма. Необходимость детального изучения жирорастворимых витаминов не подвергается сомнению для становления будущих медицинских работников или фармацевтов.
Как известно, витаминами признаются низкомолекулярные органические вещества различной химической структуры, обладающие разнообразным спектром физиологического действия. Исходя из латинских слов: «vita» означает жизнь, а «amin» - азот. Таким образом, это жизненно необходимые азотсодержащие вещества.
Витамины не входят в состав клеток и тканей, которые образуют кости, мышцы, внутренние органы, кожу. Сами по себе они не являются источниками энергии, не заменяют пищу. Также витамины собо й не могут заменить и такие питательные вещества как белки. Но при этом поддержание жизни без всех необходимых витаминов является невозможным. Витамины регулируют обменные процессы, то есть они являются биокатализаторами. Именно через систему ферментов и гормонов витамины влияют на обмен веществ. Ферменты, в свою очередь, являются веществами белковой природы, которые находятся в живых клетках и могут запускать химические реакции в организме у человека. Ферменты ускоряют процессы химических реакций, здесь витамины и служат помощниками. Тем самым витамины являются необходимыми для биологически активных соединений – синтез гормонов, которые регулируют различные функции в организме. Для регулирования обмена веществ человеческого организма и поддержания его в хорошей форме витамины являются необходимыми элементами таких систем как ферментная и гормональная.
Впервые витамины были открыты русским ученым Н. И. Лужиным в 1881 году. Он установил, что мыши, получавшие диету, состоящую из отмытого казеина, сахара, растительного масла и солей, погибали. Мыши, которым давали натуральное молоко, развивались нормально. На основании этого был сделан вывод, что в молоке имеются дополнительные питательные вещества, отсутствие которых приводит к гибели мышей.
Польским ученым Фуком в 1912 году был выделен и изучен витамин В1, который содержал аминогруппу, поэтому им и было предложено название «витамины». В виду того, что химическая структура индивидуальных витаминов первоначально не была известна, их стали обозначать буквами латинского алфавита: А, В, С, D и т. д. была создана даже наука витаминология.
Цель настоящей работы состоит в обобщении общедоступных материалов по тематике жирорастворимых витаминов, систематизации сведений о них и определении роли жирорастворимых витаминов в жизнедеятельности человеческого организма.
В этой связи задачами работы станут: исследования:
1) рассмотрение исторических аспектов понятия витаминов и представление данных о потребности в них организма человека;
2) проведение классификации витаминов;
3) рассмотрение группы жирорастворимых витаминов, в частности, определение значения и роли витаминов А, D, Е, К, Q и F.
Объектом работы являются отношения в сфере химии и биологии витаминов.
Предметом работы является непосредственно группа жирорастворимых витаминов.
Для успешного решения поставленных задач был использован метод анализа и обобщения литературных источников.
Практическая значимость работы состоит в возможности применения результатов как при теоретическом изучении витаминов и их роли, так и в практической жизни в процессе разработки собственного рациона питания либо же профилактики различного рода заболеваний

- биотин (витамин Н, фактор роста для грибков, дрожжей и бактерий, антисеборейный);
- инозит;
- парааминобензойная кислота (фактор роста бактерий и фактор пигментации);
- фолиевая кислота (антианемический витамин, витамин роста для цыплят и бактерий);
- витамин В12 (антианемический витамин);
- витамин В15 (пангамовая кислота);
- витамин С (антискорбутный);
- витамин Р (витамин проницаемости).
Многие относят также к числу витаминов холин и непредельные жирные кислоты с двумя и большим числом двойных связей.
Все вышеперечисленные - растворимые в воде - витамины, за исключением инозита и витаминов С и Р, содержат азот в своей молекуле, и их часто объединяют в один комплекс витаминов группы В.
Можно привести также классификацию витаминов по их участию в физиологических функциях организма:
1) Витамины, участвующие в энергетическом и углеводном обмене веществ. В эту группу относится большая часть витаминов, включая витамины группы В, пантотеновую, фолиевую кислоту, витамин PP, биотин.
2) Витамины, обладающие антиоксидантной активностью, выражающейся в способности противодействовать повреждающим действиям свободных радикалов (агрессивные формы кислорода). В первую очередь это самый известный — витамин С (аскорбиновая кислота), а так же витамин Е, каратиноиды (витамин А).
3) Прогормоны — витамины, являющиеся предшественниками гормонов.
Далее, в соответствии с тематикой работы, рассмотрим детально содержание группы жирорастворимых витаминов.
3. Жирорастворимые витамины
3.1 Витамин А
Витамин A — группа близких по химическому строению веществ, которая включает ретиноиды: ретинол (витамин A1, аксерофтол), дегидроретинол (витамин A2), ретиналь (ретинен, альдегид витамина A1), ретиноевую кислоту и несколько провитаминов – каротиноидов, среди которых наиболее важным является β-каротин.
Ретиноиды содержатся в продуктах животного происхождения, а каротиноиды — растительных. Все эти вещества хорошо растворимы в неполярных органических растворителях (например, в маслах) и плохо растворимы в воде. Витамин А депонируется в печени, способен накапливаться в тканях, а при передозировке проявляет токсичность.
В организме человека и животных витамин А имеет много биохимически важных функций. Ретиналь является компонентом родопсина — основного зрительного пигмента. В форме ретиноевой кислоты он стимулирует рост и развитие. Ретинол является структурным компонентом клеточных мембран и обеспечивает антиоксидантную защиту организма.
При недостатке витамина A развиваются различные поражения эпителия, ухудшается зрение, нарушается смачивание роговицы, наблюдается снижение иммунной функции и замедление роста.
В 1906 году английский биохимик Фредерик Хопкинс предположил, что помимо белков, жиров, углеводов и т. д., пища содержит ещё какие-то вещества, необходимые для человеческого организма, которые он назвал «accessory food factors». В 1912 году Казимир Функ предложил название «витамин» — от латинских слов vita — жизнь, amine — амин (он ошибочно полагал, что все витамины содержат азот).
Открытие самого витамина A произошло в 1913 году. Две группы учёных: Элмер Макколлум (1859—1929) и Маргарет Дэвис (1887—1967) из Висконсинского университета и Томас Осборн (1859—1929) и Лафайет Мендель (1872—1935) из Йельского университета, независимо друг от друга после серии исследований пришли к выводу, что сливочное масло и желток куриного яйца содержат какое-то необходимое для нормальной жизнедеятельности вещество. На их экспериментах было показано, что мыши, питавшееся лишь комбинацией казеина, жира, лактозы, крахмала и соли, страдали от воспаления глаз и диареи и умирали по происшествии около 60 дней. При добавлении в рацион сливочного масла, масла из печени трески или яйца они приходили в норму. Это означало, что требовалось не только наличие жира, но и какие-то другие вещества. Макколлум разделил их на два класса — «жирорастворимый фактор A» (на самом деле содержал витамины A, E и D) и «водорастворимый фактор B».
В 1920 году Джек Сесиль Драммонд (1891—1952) предложил новую номенклатуру витаминов и после этого витамин А приобрёл современное название. В том же году Хопкинс показал, что при окислении или сильном нагревании витамин A разрушается.
В 1931 году швейцарский химик Пауль Каррер (1889—1971) описал химическую структуру витамина A. Его достижение было отмечено Нобелевской премией по химии в 1937 году. Гарри Холмс (1879—1958) и Рут Корбет кристаллизовали витамин A в 1937 году. В 1946 году Давид Адриан ван Дорп (1915—1995) и Йозеф Фердинанд Аренс (1914—2001) синтезировали витамин A. Отто Ислер (1920—1992) в 1947 году разработал промышленный метод его синтеза.
Роль витамина A в зрении была открыта биохимиком Джорджем Уолдом (1906—1997), за что он получил Нобелевскую премию по физиологии и медицине в 1967 году.
Вещества группы витамина A являются кристаллическими веществами. Они нерастворимы в воде, но хорошо растворимы в органических растворителях.
Ретинол разлагается кислородом воздуха и очень чувствителен к свету.
В таблице 3 представлены свойства соединений, входящих в группу А.
Таблица 3
Свойства соединений, входящих в группу А
Соединение
Молярная масса
Температура плавления, °C
λмакс (этанол), нм
Ретинол
286,46
64
324—325
Ретиналь
284,45
61—64
375
Ретиноевая кислота
300,45
181
347
Ретинолпальмитат
524,8
28—29
325—328
Ретинолацетат
328,5
57—58
326
Строение и формы соединений группы А представлены на рисунке 1.
Ретинол
Ретиналь
Ретиноевая кислота
Рис. 1 – Строение и формы соединений группы А
Витамин A представляет собой циклический непредельный спирт, состоящий из β-иононового кольца и боковой цепи из двух остатков изопрена и первичной спиртовой группы. В организме окисляется до ретиналя (витамин A-альдегид) и ретиноевой кислоты. Депонируется в печени в виде ретинилпальмитата, ретинилацетата иретинилфосфата.
В продуктах животного происхождения содержится во всех формах, однако так как чистый ретинол нестабилен, то основная часть находится в виде сложных эфировретинола.
В растениях содержатся провитамины A — некоторые каротиноиды. Предшественником витамина могут быть две группы структурно близких веществ: каротины (α-, β- и γ-каротины) и ксантофиллы (β-криптоксантин). Каротиноиды также являются изопреноидными соединениями, α и γ-каротины содержат по одному β-иононовому кольцу и при окислении образуется одна молекула ретинола, а в β-каротине содержится два иононовых кольца, следовательно, он обладает большей биологической активностью и из него образуется две молекулы ретинола.
Ретинол присутствует только в продуктах животного происхождения, особенно много его в печени морских рыб и млекопитающих. Источником витамина для человека могут также быть каротины. Они нетоксичны в высоких дозах, но не могут полностью заменить ретинол, так как лишь ограниченное количество способно превратиться в витамин A. Наибольшее количество β-каротина содержится в различных сортах моркови, но его концентрация может резко варьироваться от сорта к сорту (от 8 до 25 мг на 100 г). Хорошими источниками являются красный перец, зелёный лук, салат, тыква и томаты. Генетически модифицированный золотой рис, в зёрнах которого содержится большое количество бета-каротина, является потенциальным решением для устранения дефицита витамина A..
В среднем взрослому мужчине нужно 900 мкг, а женщине 700 мкг витамина A в сутки. Верхний допустимый уровень потребления для взрослых — 3000 мкг в сутки.
Усвоение витамина A из продуктов и лекарственной формы происходит с участием специальных гидролаз (карбоксилэстеразы и липазы) поджелудочной железы и слизистой оболочки тонкой кишки. У детей до 6 месяцев гидролазы функционируют недостаточно. Для всасывания важно наличие достаточного количества жирной пищи и желчи. Всасывание происходит в составе мицелл, затем в энтероцитах они включаются в состав хиломикронов. Попавший в клетку эпителия кишечника витамин вновь превращается в эфир пальмитиновой кислоты и в таком виде поступает в лимфу, а затем в кровь. Из мышцы всасывается только ацетат ретинола.
В крови витамин A соединяется со специальным белком, связывающим ретинол (БСР), синтезируемым в печени. Ретиноевая кислота соединяется с альбумином. Белок обеспечивает растворимость ретинола, защиту от окисления и транспорт в различные ткани. Препарат, не связанный с белком, токсичен. Затем образовавшийся комплекс (витамин A + БСР) соединяется ещё с одним белком — транстиретином, препятствующим фильтрации препарата в почках. По мере использования тканями витамина A происходит его отщепление от вышеназванных белков и поступление в ткани.
Главное место накопления витамина — печень (90 %), в меньших количествах также хранится в почках, жировой ткани и надпочечниках.
Поскольку только часть каротиноидов пищи могут преобразовываться в организме в витамин A, продукты питания сравнивают по количеству усвоенного организмом человека витамина A в форме ретинола. Некоторая путаница определения этого количества возникает из-за того, что представление об эквивалентном количестве с течением времени менялось.
Долго использовалась система, основанная на международных единицах (МЕ). Величина одной единицы МЕ была принята 0,3 мкг ретинола, 0,6 мкг β-каротина или 1,2 мкг других каротиноидов, являющихся провитаминами A.
Позднее стали использовать другую единицу — эквивалент ретинола (ЭР). 1 ЭР соответствовал 1 мкг ретинола, 2 мкг растворённого в жире β-каротина (из-за плохой растворимости в большинстве витаминных комплексов β-каротин растворён лишь частично), 6 мкг β-каротина в обычной пище (так как преобразование β-каротина в ретинол в этом случае ниже, чем в случае растворённого в жире β-каротина) или 12 мкг α-каротина, γ-каротина или β-криптоксантина в пище (поскольку из молекул этих каротиноидов образуется на 50 % меньше ретинола по сравнению с молекулами β-каротина).
Последующие исследования показали, что в действительности витаминная активность каротиноидов в два раза ниже, по сравнению с тем, что считалось ранее. В 2001 году Институт медицины США предложил новую единицу — эквивалент активности ретинола (RAE). 1 RAE соответствует 1 мкг ретинола, 2 мкг растворённого в жире β-каротина (в виде фармацевтического препарата), 12 мкг «пищевого» β-каротина или 24 мкг иных провитаминов A.
Синергистом витамина A является витамин E, который способствует сохранению ретинола в активной форме, всасыванию из кишечника и его анаболическим эффектам. Витамин A нередко назначают вместе с витамином D. При лечении гемералопии его следует назначать вместе с рибофлавином, никотиновой кислотой. Нельзя одновременно с витамином A назначать холестирамин, активированный уголь, нарушающие его всасывание.
Витамин A имеет следующие фармакологические эффекты:
1. Синтез ферментов, необходимых для активирования фосфоаденозинфосфосульфата (ФАФС), необходимого для синтеза: мукополисахаридов (хондроитинсерной кислоты и сульфогликанов — компонентов соединительной ткани, хрящей, костей; гиалуроновой кислоты — основного межклеточного вещества; гепарина) сульфоцереброзидов; таурина (входит в состав таурохолевой желчной кислоты, стимулирует синтез соматотропного гормона, участвует в синаптической передаче нервного импульса, обладает антикальциевым эффектом); ферментов печени, участвующих в метаболизме эндогенных и экзогенных веществ.
2. Синтез соматомединов A1, A2, B и C, способствующих синтезу белков мышечной ткани; включению фосфатов итимидина в ДНК, пролина в коллаген, уридина в РНК.
3. Гликолизирование полипептидных цепей: гликопротеинов крови (а1 — макроглобулин и др.); гликопротеинов, являющихся компонентами клеточных и субклеточных (митохондриальных и лизосомальных) мембран, что имеет огромное значение для завершения фагоцитоза; гликопротеина —фибронектина, участвующего в межклеточном взаимодействии, за счёт чего происходит торможение роста клеток.
4. Синтез половых гормонов, а также интерферона, иммуноглобулина A, лизоцима.
5. Синтез ферментов эпителиальных тканей, предупреждающих преждевременную кератинацию.
6. Активация рецепторов для кальцитриола (активного метаболита витамина D).
7. Синтез родопсина в палочках сетчатки, необходимого для сумеречного зрения.
Соединения группы витамина A имеют различную биологическую активность. Ретинол необходим для роста, дифференциации и сохранения функций эпителиальных и костных тканей, а также для размножения. Ретиналь важен в механизме зрения. Ретиноевая кислота в 10 раз активнее ретинола в процессах клеточной дифференциации, но менее активна в процессах размножения. Если крыс лишить всех остальных форм витамина A, то они могут продолжать нормально расти. Однако у таких крыс проявляется бесплодие (хотя высокие повторяющиеся дозы ретиноевой кислоты способны восстановить сперматогенез) и начинает вырождаться сетчатка, так как ретиноевая кислота не может быть восстановлена до ретиналя или ретинола, в то время как ретиналь свободно переходит в ретинол и обратно.
Витамин A в форме ретиналя играет важную роль в зрении. 11-Цис-ретиналь связывается с белками опсинами, образуя пигменты пурпурно-красного цвета родопсин или один из трёх видов йодопсинов — основные зрительные пигменты, участвующие в создании зрительного сигнала.
Благодаря наличию двух сопряжённых двойных связей в молекуле ретинол способен взаимодействовать со свободными радикалами, в том числе и со свободными радикалами кислорода. Эта важнейшая особенность витамина позволяет считать его эффективным антиоксидантом. Ретинол также значительно усиливает антиоксидантное действие витамина E. Вместе с токоферолом и витамином C он активирует включение селена в состав глутатионпероксидазы. Витамин A способен поддерживать SH-группы в восстановленном состоянии. Однако витамин A может проявить себя и как прооксидант, так как он легко окисляется кислородом воздуха с образованием высокотоксичных перекисных продуктов. Витамин E препятствует окислению ретинола.
Витамин A и его производные действуют на специфические рецепторные белки в клеточных ядрах. Далее такой лиганд-рецепторный комплекс связывается с участками ДНК и вызывает дерепрессию генов, регулируя таким образом синтез белков, ферментов или компонентов тканей.
Дефицит витамина A, по оценкам, затрагивает примерно треть детей в возрасте до пяти лет во всем мире. Он уносит жизни 670 000 детей в возрасте до пяти лет в год. Приблизительно 250 - 500 тысяч детей в развивающихся странах становятся слепыми каждый год в связи с дефицитом витамина A (в основном в Юго-Восточной Азии и Африке).
Недостаток витамина A может произойти из-за первичной или вторичной недостаточности. Первичный дефицит витамина A возникает среди детей и взрослых, которые не потребляют нужное количество каротиноидов из фруктов и овощей или витамина A из животных и молочных продуктов. Ранний отказ от грудного вскармливания может также увеличить риск дефицита витамина A.
Вторичный дефицит витамина A связан с хроническим нарушением всасывания липидов, желчеобразования и хроническому воздействию окислителей, таких как сигаретный дым, и хронический алкоголизм. Витамин A — жирорастворимый витамин, и зависит от мицеллярной солюбилизации для дисперсии в тонком кишечнике, что приводит к плохому использованию витамина A при низком содержании жиров. Дефицит цинка также может ухудшать всасывание, транспорт и метаболизм витамина A, поскольку он необходим для синтеза транспортных белков и в качестве кофактора для превращения ретинола в ретиналь. В недоедающих популяциях общее низкое употребление витамина A и цинка усиливают выраженность дефицита витамина A. Исследование, проведённое в Буркина-Фасо, показало значительное снижение заболеваемости малярией среди детей младшего возраста при использовании комбинации витамина A и цинка.
Наиболее ранним симптомом гиповитаминоза является куриная слепота — резкое снижение темновой адаптации. Характерными являются поражения эпителиальных тканей: кожи (фолликулярный гиперкератоз), слизистых оболочек кишечника (вплоть до образования язв), бронхов (частые бронхиты), мочеполовой системы (лёгкое инфицирование). Дерматиты сопровождаются патологической пролиферацией, кератинизацией и слущиванием эпителия. Десквамация эпителия слёзных каналов может приводить к их закупорке и уменьшению смачивания роговицы глаза - она высыхает (ксерофтальмия) и размягчается (кератомаляция) с образованием язв и «бельма». Поражение роговицы может развиваться очень быстро, так как нарушение защитных свойств эпителия приводит к вторичным инфекциям. При недостатке витамина также начинается отставание в росте.
Надлежащее обеспечение, но не избыток витамина A, особенно важен для беременных и кормящих женщин для нормального развития плода и в грудное молоко.
Метаболическая активность витамина ингибируется при употреблении алкоголя во время беременности и характеризуется такой же тератогенностью, что и материнский дефицит витамина A.
Для гипервитаминоза по витамину А характерны следующие симптомы: воспаление роговицы глаза, потеря аппетита, тошнота, увеличение печени, боли в суставах. Хроническое отравление витамином A наблюдается при регулярном употреблении высоких доз витамина, больших количеств рыбьего жира. При избыточном употреблении каротинов возможно пожелтение ладоней, подошв стоп и слизистых, однако даже в крайних случаях симптомов интоксикации не наблюдается. У животных более чем 100-кратное увеличение дозировки β-каротина приводило к прооксидантному эффекту. Этого не наблюдалось в присутствии витаминов E и C, которые защищают молекулу от окислительной деструкции.
Случаи острого отравления со смертельным исходом возможны при употреблении в пищу печени акулы, белого медведя, морских животных.
Острая форма отравления проявляется в виде судорог, паралича. При хронической форме передозировки повышается внутричерепное давление, что сопровождается головной болью, тошнотой, рвотой. Одновременно возникает отёчность жёлтого пятна и связанные с этим нарушения зрения. Проявляются геморрагии, а также признаки гепато- и нефротоксического действия больших доз витамина A. Могут происходить спонтанные переломы костей. Избыток витамина A может вызвать врождённые дефекты и поэтому не должен превышать рекомендуемой дневной нормы.
Большие дозы витамина A нельзя назначать беременным (особенно на ранних стадиях беременности) и даже за полгода до беременности, так как очень велика опасность возникновения тератогенного эффекта.
Существуют следующие показания к применению препаратов витамина A в медицинских целях:
- профилактика и устранение гиповитаминоза;
- инфекционные заболевания (вместе с витамином C);
- рахит (вместе с витамином D);
- никталопия (вместе с рибофлавином и никотиновой кислотой);
- кожные заболевания (псориаз, пустулезный дерматит и т. д.).
3.2 Витамин D
Витамин D - группа биологически активных веществ (в т. ч. холекальциферол и эргокальциферол). Холекальциферол синтезируется под действием ультрафиолетовых лучей в коже и поступает в организм человека с пищей. Эргокальциферол может поступать только с пищей.
Витамины группы D являются незаменимой частью пищевого рациона человека. Суточная потребность (RDA) в возрасте от 1 до 70 лет (включая беременных и кормящих матерей) составляет 15 мкг холекальциферола или 600 ME (международных единиц).
Витамин D (холекальциферол и эргокальциферол) является провитамином. Для активации холекальциферол сначала должен превратиться в печени в 25-гидрокси-холекальциферол (сокращенно 25(HO)D), а затем в почках – в 1,25-дигидрокси-холекальциферол (кальцитриол). При оценке адекватности обеспечения конкретного человека витамином D, наиболее полезным и универсальным лабораторным показателем является концентрация 25-гидрокси-холекальциферола в сыворотке крови. Её минимальное значение, обеспечивающее оптимальное здоровье костей у большинства людей в популяции, составляет 20 нг/мл (50 нмоль/л).
Однозначно установить дополнительную пользу от достижения значений выше 30 нг/мл (75 нмоль/л) в клинических исследованиях не удалось. Тем не менее согласно некоторым рекомендациям, «оптимальным» считается интервал 30-60 нг/мл (75-150 нмоль/л).
Жиры необходимы для адекватного всасывания витамина D в кишечнике. Основным источником промышленного получения витамина D (эргостерола) служат дрожжи.