Водорастворимые витамины. К водорастворимым витаминам относятся витамины группы В, аскорбиновая кислота, биотин

К водорастворимым витаминам относятся витамины группы В, аскорбиновая кислота, биотин. В группу витаминов В входят следующие витамины: В₁ В₂, РР, В₆, пантотеновая кислота, В_с, В₁₂. Витамины группы В - соединения весьма различного химического строения, имеющие разнообразные физико-химические характеристики. В отличие от жирорастворимых витаминов биологические функции витаминов группы В на молекулярном уровне хорошо изучены. За исключением витамина В₁₂ эта группа имеет один общий признак - витамины содержатся в достаточно больших количествах в пшеничных, рисовых отрубях и в дрожжах.

Витамин B₁ (тиамин) является производным пиримидина и тиазола, устойчив в форме катиона, чаще всего в виде хлоридгидрохлорида:

Гиповитаминоз В₁ приводит к нарушению центральной нервной системы в виде психической подавленности, общего недомогания, повышенной утомляемости, головной боли, бессонницы, ослабления внимания. Значительный дефицит витамина В₁ в организме ведет к тяжелому заболеванию, которое называется "бери-бери". Оно сопровождается полиневритом, параличами конечностей, сердцебиением, потерей чувствительности периферической нервной системы.

Витамин В_х играет большую роль в регуляции углеводного, жирового, минерального и водного обмена веществ. При недостатке этого витамина окисление углеводов не доходит до конца. В тканях накапливаются промежуточные продукты обмена - пировиноградная и молочная, кислоты, в результате чего нарушаются процессы передачи нервных импульсов.

Тиамин хорошо растворяется в воде (100 г на 100 см³). Свет, влажность, действие кислорода воздуха, нагревание снижают устойчивость витамина. Он довольно стабилен в кислой среде, легко разрушается в нейтральных и щелочных средах. Тиамин был первым витамином, полученным в очищенном виде польским ученым К. Функом. Именно аминогруппа, содержащаяся в пиримидиновом кольце, явилась причиной того, что тиамин был назван витамином, т.е. амином жизни.

Химический синтез тиамина в промышленных условиях осуществляется реакцией конденсации производных пиримидина и тиазола. Биологический способ синтеза с использованием ферментов для получения чистых препаратов тиамина не разработан. Помимо дрожжей, рисовых и пшеничных отрубей тиамин содержится в достаточном количестве во внутренних органах животных (сердце, печень, почки). В полированном (очищенном) рисе он практически отсутствует. Тиамин содержится в ржаном хлебе, гречневой и овсяной крупах. Лучшим источником витамина являются цельные зерна злаков, плоды бобовых растений, орехи, дрожжевые напитки, хлебный квас.

Антивитамином B₁ является расщепляющий его фермент тиаминаза, содержащийся в печени пресноводных рыб.

Витамин В₂ (рибофлавин) состоит из флавинового красящего вещества люминохрома и спирта рибитола:

Гиповитаминоз В₂ вызывает сухость и синюшность губ, вертикальные трещины на губах, трещины и корочки в углах рта, сухой ярко-красный язык. Гиповитаминоз снижает зрительную функцию, приводит к нарушению сердечной деятельности; вызывает понижение аппетита, похудание, слабость, апатию, головные боли, зуд, резь в глазах.

Этот витамин входит в состав ряда ферментов, участвующих в синтезе белков, жиров, в обмене углеводов.

Наиболее важным источником рибофлавина являются цельное молоко, простокваша, ацидофилин, кефир, сыр, печень, почки, сердце, яичный желток, пекарские и пивные дрожжи; витамин устойчив при кулинарной обработке продуктов.

В промышленности рибофлавин получают главным образом в результате химического синтеза, а также микробиологическим синтезом.

Витамин В₆ встречается в виде трех витамеров - пиридоксин, пиридоксаль и пиридоксамин:

В основе структуры витамина В₆ лежит кольцо пиридина. Гиповитаминоз В₆ проявляется в задержке роста, желудочно-кишечных расстройствах, потере аппетита, дерматите, возбудимости, конъюнктивите. Однако гиповитаминоз встречается редко, так как витамин В_б синтезируется в кишечнике микрофлорой.

Витамин В₆ входит в состав многих ферментов, участвующих в обмене аминокислот, ненасыщенных жирных кислот, холестерола.

Указанные витамеры хорошо растворимы в воде, легко образуют соли. Соли с НСl стабильны при действии повышенных температур и кислорода воздуха. В щелочных, нейтральных растворах они разрушаются на свету.

Важным источником витамина В_б являются пищевые продукты: мясо, печень, почки, мозги, икра трески, желток яиц, молоко, хлебные злаки и зеленые овощи. В процессе кулинарной обработки содержание витамина В₆ снижается на 20 - 35%, при копчении, консервировании мяса - более чем на 50%; его содержание в молоке (в стеклянных бутылках на солнечном свету) за 2 ч может снизиться на 50% и более.

Витамин РР (никотиновая кислота, В₅) и ее амид. В основе структуры этого витамина лежит пиридиновое основание:

Никотиновая кислота (ниацин) и ее амид предупреждают заболевание пеллагрой (поражение кожи на открытых местах тела, психические расстройства, апатию, быструю утомляемость, сердцебиение, снижение аппетита). Это белые кристаллические вещества; первое - слабо (1,7 г/100 см³), второе - хорошо (100 г/100 см³) растворимы в воде. Витамин РР устойчив в водных растворах к действию кислорода воздуха, света, к повышенной температуре. Он устойчив при консервировании и сушке пищевых продуктов. Биологическая активность обеих форм витамина РР одинакова.

Амид никотиновой кислоты входит в состав коферментов, участвующих в ферментативных реакциях, сопряженных с переносом водорода.

Для удовлетворения суточной потребности в витамине РР особенно существенное значение имеют мясо, печень, почки; из растений - арахис, грибы; им богаты пивные и пекарские дрожжи. В промышленном масштабе никотиновую кислоту получают химическим синтезом.

Витамин В₃ (пантотеновая кислота). В состав пантотеновой кислоты входят остатки диметилгидроксимасляной кислоты и -аланина:

Свободная пантотеновая кислота - нестабильное и чрезвычайно гигроскопическое соединение. Она используется обычно в форме солей кальция и натрия. Большое значение приобрел пантенол - производное пантотеновой кислоты, имеющее в остатке -аланина вместо карбоксильной группы гидроксильную группу. Пантенол так же биологически активен, как и пантотеновая кислота. Кальциевые и натриевые соли пантотеновой кислоты хорошо растворимы в воде (40 г/100 см³). Они устойчивы при действии кислорода воздуха и света; нестабильны при нагревании, быстро гидролизуются, особенно в кислой и щелочной средах.

Недостаток пантотеновой кислоты вызывает у животных задержку роста, поражения кожи, нарушение деятельности нервной системы и желудочно-кишечного тракта. Она является фактором роста некоторых молочнокислых бактерий.

Пантотеновая кислота в природе в свободном виде находится в редких случаях. Обычно она является составной частью кофермента А, играющего важную роль в углеводном и жировом обмене.

Наиболее богаты пантотеновой кислотой следующие продукты: печень, почки, яичный желток, молоко, рыба, горох, дрожжи, свежие фрукты, капуста, картофель. В промышленных масштабах пантотеновую кислоту получают с помощью химического синтеза.

В процессе термической обработки пищевых продуктов потери витамина могут достигать 25 - 50%, в связи с чем может возникнуть дефицит пантотеновой кислоты в организме человека.

Фолиевая кислота (витамин B₉) - это птероилглутаминовая кислота.

Фолиевая кислота содержит птериновое кольцо - гетероциклическую систему, состоящую из пиримидинового и пиразинового оснований, и остатки n-аминобензойной и глутаминовой кислот. Фолиевая кислота и фолаты - производные, содержащие от двух до семи молекул глутаминовой кислоты, - получили название витамина В_с.

Чистая фолиевая кислота имеет вид желтого мелкокристаллического вещества без вкуса и запаха; очень плохо растворима в воде, но хорошо растворима в слабощелочных растворах. На свету она разлагается.

Витамин В_с является важным фактором роста животных и микроорганизмов. Гиповитаминоз В_с ведет к развитию анемии (малокровия). Восстановленная форма фолиевой кислоты - тетрагидрофолиевая кислота - участвует в различных ферментативных реакциях, связанных с отщеплением и переносом одноуглеродных фрагментов. Благодаря этому тетрагидрофолиевая кислота играет важную роль в обмене ряда аминокислот - глицина, серина, гистидина, в синтезе метионина, пуриновых и пиримидиновых азотистых оснований.

Фолиевая кислота и ее производные широко распространены в природе. Ими богаты зеленые овощи и фрукты, земляника; сравнительно много ее в хлебе. Из животных продуктов исключительно богата ею говяжья печень; мясо, яйца и молоко бедны фолиевой кислотой.

Фолиевая кислота и ее производные довольно неустойчивы, поэтому легко могут разрушаться при технологической и кулинарной обработке пищи. Особенно легко они разрушаются в овощах, при длительной варке которых потери могут достигать 80 - 95%.

Витамин В₁₂ (цианкобаламин) - сильный кроветворящий фактор, широко используемый при злокачественной анемии, лучевой болезни, заболеваниях печени.

Витамин В₁₂ имеет весьма сложную структуру, и это - единственный витамин, содержащий металл (кобальт). Основной частью молекулы витамина В₁₂ является комплекс кобальта с азотистым макроциклом - коррином. Ядро коррина содержит четыре восстановленных пиррольных кольца А, В, С, Д, имеющих в -положении метильные, ацетамидные, пропионамидные заместители (рис. 19).

В цианкобаламине, обладающем биологической активностью, в качестве лиганда кобальта функционирует цианогруппа. В коферментной форме витамина В₁₂ цианогруппа замещена на 5'-дезоксиаденозильную группу; эта форма витамина В₁₂ называется 5'-дезоксиаденозилкобаламином. Ферменты, нуждающиеся в кобаламине (кофермент В₁₂), осуществляют реакции обмена между связанным с углеродом атомом водорода и какой-либо группой, связанной с соседним атомом углерода (гидроксильной, карбоксильной, алкильной или аминогруппой). Витамин В₁₂ - темно-красный кристаллический порошок, слабо растворимый в воде (1,2 г/100 см³). Сам он и его нейтральные и слабокислые растворы относительно стабильны при действии повышенных температур и кислорода воздуха, но неустойчивы при действии света или УФ-лучей, при действии щелочей, сильных кислот и восстановителей.

Цианкобаламин участвует в переносе метальных групп, например, при синтезе метионина, а также в процессах синтеза нуклеиновых кислот и обмена тетрагидрофолиевой кислоты.

Витамин В₁₂ синтезируется почти исключительно микроорганизмами, особенно актиномицетами, сине-зелеными водорослями. Он найден практически во всех животных тканях. Наиболее богаты им печень, почки, яичный желток, сыр. На 100 г сырой массы продукта его содержание достигает в мкг: говяжья печень – 50 - 130; говяжьи почки – 20 - 50; печень трески - 40.

Рис. 19. Химическое строение витамина B₁₂

Человек обеспечивает себя витамином В₁₂ в результате потребления продуктов питания животного происхождения и синтеза его микрофлорой пищеварительного тракта/

Травоядные животные снабжаются этим витамином микроорганизмами пищеварительного тракта, в основном рубца. Обогащение кормов витамином В₁₂, обычно дефицитных по метионину, улучшает их биологическую ценность, повышает продуктивность животноводства.

В промышленности витамин В₁₂ получают исключительно биологическим синтезом с использованием пропионовокислых и метанообразующих бактерий. Большое количество витамина В₁₂ образуется при биологической очистке сточных вод, в составе так называемого активного ила, который может служить источником выделения витамина В₁₂.

Витамин С (аскорбиновая кислота). Отсутствие аскорбиновой кислоты в пище вызывает заболевание - цингу. Все растения и животные синтезируют аскорбиновую кислоту, за исключением человека, обезьян и морской свинки. Внешне авитаминоз С проявляется в виде синюшности десен, их кровоточивости, бледности и сухости кожи, быстрой утомляемости при физических нагрузках, боли в мышцах; на ногах и туловище появляются кровоизлияния.

Аскорбиновая кислота представляет собой -лактон гексоновой кислоты с енольной формой структуры при С-2 и С-3 атомах; наиболее активной является L-аскорбиновая кислота.

Аскорбиновая кислота представляет собой белый кристаллический порошок кислого вкуса, хорошо растворимый в воде (более 20%). Она стабильна в сухом виде в темноте. В водных растворах, особенно в щелочной среде, эта кислота быстро окисляется обратимо до дегидроаскорбиновой кислоты, которая обладает такой же витаминной активностью, что и аскорбиновая кислота. Дальнейшее окисление дегидроаскорбиновой кислоты ведет к необратимому разложению ее до щавелевой и треоновой кислот. Окисление катализируется светом, ионами железа, меди, серебра и ферментами растений - аскорбинокси дазой и полифенолоксидазой. Процесс окисления задерживается в присутствии восстановителей, содержащих сульфгидрильные группы (цистеин, глутатион). Большинство белков и аминокислот задерживают окисление путем образования комплексов с аскорбиновой кислотой, известных под названием аскорбиноген. Аскорбиновая кислота легко восстанавливает окислители: бром, йод, 2,6-дихлорфенолиндофенол. В пищевых продуктах она играет роль антиоксиданта.

Биологические функции аскорбиновой кислоты многообразны и окончательно еще не расшифрованы. Она участвует в гидроксилировании пролина. Гидроксипролин является важнейшим строительным блоком коллагена соединительной ткани. Авитаминоз С ведет к нарушению синтеза коллагена и связанного с ним появления хрупкости кровеносных сосудов, разрушению кровеносных капилляров. Существенные изменения происходят в костях, зубы расшатываются и выпадают; нарушается связь между хрящом и костью.

Аскорбиновая кислота участвует в окислении аминокислот тирозина и фенилаланина; снижает потребность человека в витаминах В₁ В₂, А, Е, фолиевой, пантотеновой кислот, что, видимо, связано с ее антиоксидантными свойствами.

Аскорбиновая кислота широко распространена в природе. Она содержится почти во всех овощах, фруктах, ягодах. Особенно богаты аскорбиновой кислотой черная смородина, черноплодная рябина, красный перец, петрушка, цитрусовые, белокочанная капуста. Кладовой аскорбиновой кислоты являются плоды шиповника, содержащие 1200 мг на 100 г сухих плодов.

Суточная потребность человека в аскорбиновой кислоте составляет 75 мг; она, по крайней мере, на порядок выше суточной потребности в других витаминах. Постоянным источником ее в нашей пище являются картофель и капуста.

Исходным соединением для промышленного синтеза аскорбиновой кислоты служит D-глюкоза, которая в результате каталитического гидрирования превращается в сорбит. D-сорбит подвергается биохимическому окислению с образованием L-сорбозы. Последняя окисляется кислородом (в присутствии платины) или КМпО₄ до 2-кетогулоновой кислоты, которая при нагревании с разбавленными кислотами в результате дегидратации образует аскорбиновую кислоту:

При варке пищи может теряться до 50% аскорбиновой кислоты. Еще больше ее теряется при хранении готовой продукции. При сушке и консервировании плодов и овощей аскорбиновая кислота также легко разрушается. Разрушение ее происходит в результате окисления и особенно сильно в присутствии аскорбиноксидазы и полифенолксидазолы. Эти ферменты проявляют свое действие при очистке и измельчении овощей, при лежании в нарезанном виде, при закладке их в холодную воду, содержащую в достаточном количестве растворенный кислород. Повышение температуры активизирует разрушительное действие окислительных ферментов. Аскорбиновая кислота обладает достаточно высокой устойчивостью в кислой среде (рН 4 - 6), поэтому с целью ее длительной сохранности широко используется молочнокислое брожение, которое является основным процессом при квашении капусты, солении огурцов и томатов, мочке яблок, производстве кисломолочных продуктов.

Биотин (витамин Н) - циклическое производное мочевины с кольцом тиофена; представляет собой белое кристаллическое соединение, плохо растворимое в воде (примерно 20 мг/100 см³).

Сухой кристаллический биотин при нагревании в присутствии кислорода воздуха устойчив в слабокислых и слабощелочных растворах; при действии УФ-света он постепенно разрушается.

Биотин является важным фактором роста для дрожжей и ряда других микроорганизмов. Он частично присутствует в свободной форме (овощи, фрукты, молоко, отруби), частично в связанной форме с белком (органы животных, семена растений, дрожжи). Антивитамином биотина является яичнйй белок авидин, образующий прочный комплекс с биотипом. Высокое содержание в пище сырого яичного белка может привести к недостаточности биотина, признаком которой является поражение кожи, ногтей, выпадение волос.

Биологическая функция биотина заключается в том, что он входит в состав активной группы ферментов, участвующих в процессе карбоксилирования (присоединения СО₂) жирных кислот. У микроорганизмов он принимает участие в биосинтезе аспарагиновой кислоты, серина, треонина.

Потребность человека в биотине покрывается в основном за счет биосинтеза его кишечной микрофлорой. Некоторая часть его поступает с пищей. Богаты биотином цветная капуста, соя, горох, грибы, яичный желток, печень, сердце, дрожжи. Суточная потребность человека составляет 150 - 200 мкг.

Получают биотин с помощью химического синтеза.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: