2. ЗМІСТОВИЙ МОДУЛЬ 3. «Технологія
вітамінів»
Тема 14. ВІТАМІНИ МІКРОБНОГО
ПОХОДЖЕННЯ. Рибофлавін (В2).
Ціанкобаламін (В12). Аскорбінова
кислота (С). Каротиноїди (провітаміни
А). Вітамін А. Ергостерин і вітамін D.
2
3. 3.2. Вітаміни мікробного походження
Джерела вітамінів - рослини та мікроорганізми.
Менахінони та кобаламіни синтезуються виключно
мікроорганізмами. Мікробіологічним шляхом
одержують:
ергостерин, вітамін В12, вітамін В2, а також β-
каротин – попередник вітаміну А.
Продуцент вітаміну В5 - рекомбінантний штам
Escherichia coli –. продукує 65 г/л вітаміну В5 з
глюкози з використанням β-аланіну як
попередника. рекомбінантний штам Serratia
marcescens, здатний до біосинтезу біотину з
глюкози.
3
5. 3.2.1. Рибофлавін (вітамін В2)
Хімічна будова і властивості. Вітамін В2
відрізняється від інших вітамінів жовтим кольором
(flavus – жовтий). Проте, на відміну від окисненої,
відновлена форма вітаміну безбарвна.
Був вперше виділений з кисломолочної сироватки.
Синтезований Р. Куном у 1935 р.
Молекула рибофлавіну складається з гетероцикліч-
ного ізоалоксазинового ядра, до якого
приєднаний у 9-му положенні спирт рибітол
(похідне D-рибози).
Терміном флавіни позначаються похідні
ізоалоксазину, яким притаманна В2-вітамінна
активність.
5
7. Біосинтез флавінів здійснюється рослинними,
багатьма бактеріальними клітинами, а також
міцеліальними грибами і дріжджами. Завдяки
мікробному синтезу рибофлавіну у шлунково-
кишковому тракті рослиножуйні тварини не
потребують цього вітаміну. У інших тварин і
людини синтезованих у кишечнику флавінів
недостатньо для попередження гіповітамінозу.
Вітамін В2 добре розчинний у воді, стійкий у
кислому середовищі, проте легко руйнується у
нейтральному та лужному, а також під дією
видимого та ультрафіолетового опромінення.
7
8. Метаболізм. У харчових продуктах вітамін В2
переважно перебуває у вигляді своїх
коферментних форм, зв’язаних з білками –
флавопротеїнів. Під впливом травних ферментів
вітамін вивільнюється і всмоктується простою
дифузією у тонкому кишеч-нику. В ентероцитах
рибофлавін фосфорилюється до ФМН
(флавінмононуклеотиду) і ФАД
(флавінаденіндинуклеотиду). Аналогічні реакції
протікають у клітинах крові, печінки та інших
тканин.
Біохімічні функції. Основне значення вітаміну В2
полягає у тому, що він входить до складу
флавінових коферментів – ФМН і ФАД.
8
9. Гіповітаміноз. Недостача вітаміну В2, як і інших
вітамінів, супроводжується слабкістю, підвищеною
втомою, схильністю до простудних захворювань.
Специфічними проявами дефіциту цього вітаміну є
запальні процеси у слизових оболонках.
Спостерігається підвищене відлущування епітелію
шкіри, особливо на обличчі. Кон’юктива очей
втрачає блиск через сухість. Рогівка проростає
судинами (компенсаторна реакція на недостатність
дихальної функції рогівки) і потім мутніє.
Відзначається катаракта (помутніння хрусталику).
Про ступінь важкості гіповітамінозу можна судити
за рівнем у тканинах кофермент них форм
вітаміну, методи визначення яких досить
трудомісткі. Гіпервітаміноз не описаний.
9
10. Джерела вітаміну В2. Основними джерелами
рибофлавіну є печінка, нирки, жовток курячих
яєць, кисломолочний сир. У кислому молоці
вітаміну міститься більше, ніж у свіжому. У
рослинних продуктах вітаміну В2 мало (виняток –
мигдальні горіхи). Частково дефіцит рибофлавіну
поповнюється кишковою мікрофлорою. Хронічна
недостача рибофлавіну у харчуванні суттєво
збільшує ризик розвитку раку стравоходу та інших
органів. Застосування. Рибофлавін застосовують
під час лікування дерматитів, захворювань очей
(наприклад, надчутливості очей до світла,
судинних порушень у рогівці), а також за м’язових
судом, мігренях, за звичайних станів харчового
дефіциту і як засобу для покращення здоров’я.
10
11. 3.2.2. Ціанкобаламін (вітамін В12)
Хімічна будова і властивості.
До 1926 р. злоякісна анемія (хвороба Аддісона–
Бірмера) залишалася смертельним
захворюванням коли вперше для її лікування
застосували сиру печінку. Пошуки антианемічного
фактора, що міститься у печінці, завершились
успішно, і у 1955 р. Д. Ходжкін розшифрувала
структуру цього фактора і його просторову
конфігурацію за допомогою методу рентгено-
структурного аналізу. Структура вітаміну В12
відрізняється від будови всіх інших вітамінів своєю
складністю і наявністю у його молекулі іону
металу (кобальту). Молекула вітаміну В12
складає-ться з двох частин: кобальтовмісної
(порфіриноподіб-ної) і нуклеотидної.
11
13. Вітамін В12 одержаний за допомогою пропіоново-
кислих бактерій у порівнянні з актиноміцетами
винятково істинний (справжній) вітамін В12 на
відміну від останніх, які синтезують так званий
псевдовіта-мін.
Похідні вітаміну В12, синтезовані пропіоновокислими
бактеріями, перебувають в основному у так званій
коензимній формі, яка становить від 75–80 % суми
кобамідів. Ці форми характеризуються тим, що
місце ціаногрупи займає молекула 5′-
дезоксиаденозину, приєднана до атому кобальта
Со–С-зв’язком.
Ціанкобаламіну не притаманна коензимна активність,
і після введення в організм людини він повинен
трансформуватися в свою коензимну форму. 13
14. Біохімічні функції. Дотепер відомо близько
п’ятнадцяти різних реакцій, що відбуваються за
участю вітаміну В12, проте лише дві з них
протікають у клітинах ссавців: синтез метіоніну з
гомоцистеїну та ізомеризація D-метилмалоніл-КоА
у сукциніл-КоА.
Гіповітаміноз. Недостача кобаламінів виникає
внаслідок низького їх вмісту у їжі за вегетаріанської
дієти і особливо голодування. Суттєве значення
має порушення всмоктування вітаміну при
гастритах із зниженою кислотністю (у разі
порушення утворення внутрішнього фактору
Касла), операційному видаленні шлунка чи
дванадцятипалої кишки.
14
15. Гіповітаміноз проявляється злоякісною мегалоблас-
тичною анемією або анемією Аддісона–Бірмера.
Порушення кровотворної функції аналогічні таким
за дефіциту фолієвої кислоти. Таке порушення
кобаламінового гіповітамінозу важко пов’язати
безпосередньо з дефектом коферментних функцій
вітаміну В12.
Лікування полягає у зниженні вмісту у їжі білка (або
дієти з низьким вмістом ізолейцину, треоніну і
метіоніну), додатковому призначенні гомоцистеїну і
холіну, а також високих доз кобаламіну.
Гіпервітаміноз. Введення вітаміну навіть у
тисячекратній, порівняно з фізіологічною, дозі не
спричиняло токсичного ефекту.
15
16. Оцінка забезпечення організму вітаміном В12. Для
цієї мети служить визначення вмісту вітаміну у
сироватці крові, або визначення добової екскреції
метилмалонової кислоти, яка збільшується за
низького забезпечення організму кобаламіном (у
десятки і сотні разів). Іноді застосовують метод
навантаження парентеральним введенням
міченого за кобальтом вітаміну В12. Джерела
вітаміну В12. Синтез кобаламіну у природі
здійснюється виключно мікроорганізмами.
Тваринним і рослинним клітинам така здатність не
притаманна. Основні харчові джерела вітаміну –
печінка, м’ясо (у ньому кобаламіну у 20 разів
менше, ніж у печінці), морські продукти (краби,
лососеві, сардини), молоко, яйця.
16
17. 3.2.3. Аскорбінова кислота (вітамін С) L-
аскорбат
Хімічна будова і властивості. Вітамін С був
виділений у 1928 р., проте зв’язок між
захворюваніс-тю на цингу і недостачею вітаміну С
було доведено лише у 1932 р. Вітамін С є γ-
лактоном, близьким за структурою до глюкози.
Його молекула містить два асиметричні атоми
вуглецю (С4 і С5) і чотири оптичних ізомери.
Біологічно активна лише L-аскорбінова кислота.
Аскорбінова кислота утворює редокс-пару з
дегідроаскорбіновою кислотою, якій також
притаманні вітамінні властивості.
17
19. Водні розчини аскорбінової кислоти швидко окисню-
ться за присутності кисню навіть при кімнатній
температурі. Швидкість деградації підвищується із
збільшенням температури, рН розчину, за дії
ультрафіолетових (УФ) променів, за присутності
солей важких металів. Аскорбінова кислота
руйнується під час приготування їжі та зберігання
продуктів.
Метаболізм. Аскорбінова кислота всмоктується
простою дифузією у всьому травному тракті,
проте переважно це відбувається у тонкому
кишечнику. У крові і тканинах вона зв’язується з
різними високомо-лекулярними сполуками білкової
і небілкової приро-ди. Аскорбат і продукти його
розпаду видаляються з сечею.
19
20. Біохімічні функції. Вітамін С займає домінуюче
положення у позаклітинному антиоксидантному
захисті, значно переважаючи глутатіон-SH. Він є
також важливим внутрішньоклітинним
антиоксидан-том. Антиоксидантна функція
аскорбінової кислоти пояснюється її здатністю
легко віддавати два протони, використовувані у
реакціях знешкодження вільних радикалів. У
високих концентраціях цей вітамін «гасить» вільні
радикали кисню. Важливою функцією аскорбату є
знешкодження вільного радикалу токоферолу
(вітаміну Е), завдяки чому попереджується окисна
деструкція цього основного антиоксиданту
клітинних мембран.
20
21. Вітамін С бере участь у всмоктуванні заліза з
кишечника і вивільненні заліза, зв’язаного з транс-
портним білком крові (трансферином), полегшуючи
поступання цього металу у тканини. Він може
вклю-чатися у роботу дихального ланцюга
мітохондрій, будучи донором електронів для
цитохрому с.
Вітамін С бере активну участь у знешкодженні
токсинів, антибіотиків та інших чужорідних для
організму сполук, здійснюваних оксигеназною
системою цитохромів Р450. У складі оксигеназної
системи мікросом вітамін С відіграє роль
прооксидан-та, тобто як і в реакціях
гідроксилювання, забезпечує утворення вільних
радикалів кисню (так зване Fe2+
-
аскорбатстимулювальне перекисне окиснення21
22. Проте основним антиоксидантом, що попереджує
прооксидантну дію вітаміну С, є вітамін Е. Слід
зазначити, що виражений антиоксидантний ефект
аскорбінової кислоти виявляється тільки за
спільного його введення з токоферолом, оскільки
саме вітамін Е здатний ефективно видаляти вільні
радикали жирних кислот та їхні перекиси. Вітамін
С є антиканцерогеном не тільки в силу його
антиоксидантних властивостей, а й здатності
безпосередньо попереджувати нітрозаміновий
канцерогенез (ці сильні канцерогени утворюються
у кислому середовищі шлунка з нітритів і
аміносполук їжі). Проте аскорбат не захищає від
впливу вже утворених нітрозамінів, тому
консервовані м’ясні продукти слід вживати з
овочами і зеленню, багатими на вітамін С. 22
23. Гіповітаміноз. Уже незначний дефіцит вітаміну С
проявляється відчуттям втоми, зниженням
апетиту, підданістю простудним захворюванням.
Характерною є поява синців ( крововиливів) на
шкірі. Кровоточивість ясен – вже достатньо пізній
прояв гіповітамінозу С. Глибокий дефіцит вітаміну
С призводить до захворювання на цингу
(скорбут).
Основним симптомом цинги є порушення проник-
ності капілярів, зумовлене недостатністю гідрок-
силювання проліну і лізину у колагені, і порушення
синтезу хондроїтинсульфатів. Гіповітаміноз С
завжди супроводжується послабленням
імунозахисних сил організму, а також посиленням
реакцій вільно радика-льного окиснення, які
лежать в основі багатьох хво-роб – променевої
хвороби, раку, атеросклерозу, та ін. 23
24. Джерела вітаміну С. Лікувальні дози. В організмі
людини, мавп, морських свинок, індійської летючої
миші, деяких птахів вітамін С не синтезується. У
харчовому раціоні людини вітамін С повинен бути
присутнім постійно, так як він швидко
споживається, а надлишок уже через 4 год
повністю виводиться з організму. Джерелом
вітаміну С є рослинна їжа. Особливо багаті на
вітамін С перець і чорна смородина, далі йдуть
кріп, петрушка, капуста, щавель, цитрусові, суниця,
проте «чемпіоном» серед усіх рослин є шипшина:
1,2 г (!) на 100 г сухих ягід. Для профілактики цинги
потрібно щодоби приймати 50 мг аскорбінової
кислоти,
24
25. 3.2.4. Каротиноїди (провітаміни А)
Хімічна будова і властивості. Каротини є
ізопреноїдами і утворюються у рослинах під час
фотосинтезу, а також синтезуються
мікроорганізмами. Відомо три типи каротинів: α-, β-
та γ-каротини.
Структурна формула β-каротину
25
26. Вперше каротини були виділені з моркви, звідси і
їхня назва (carota – морква). α-, γ-каротини
містять по одному β-іононовому кільцю і за їхнього
окиснення утворюється одна молекула вітаміну А,
а у молекулі β-каротину – два β-іононових кільця і
йому прита-манна вища біологічна активність,
оскільки з його молекули утворюється дві
молекули ретинолу. Одночасний прийом з їжею
антиоксидантів, що попереджують окиснення
каротину за периферійними подвійними
зв’язками, а також вітаміну В12, який підвищує
активність каротиндіоксигенази, збільшує кількість
молекул каротину, що розщеплюються по центру, і
ефективність утворення вітаміну А внаслідок
цього підвищується у 1,5–2 рази.
26
27. Основним місцем перетворення каротину на
вітамін А є стінка кишечника. Оскільки каротини
жиророзчинні речовини, їхнє засвоєння
відбувається разом з ліпідами.
Каротини легко окиснюються киснем повітря,
чутливі до світла. Процес їхнього окиснення
відбувається аутокаталітично з утворенням
вільних радикалів. Вітамін Е здатний захищати
подвійні зв’язки у молекулі β-каротину від
окиснення.
27
28. Біохімічні функції. Наявність спряжених подвійних
зв’язків у молекулі вітаміну А і каротиноїдів
зумовлює їхню високу реакційну здатність за
взаємодії з віль-ними радикалами різних типів.
Каротиноїди виконую-ть роль антиоксидантів,
перехоплюючи синглетний кисень та інші активні
форми кисню. β-каротин є найважливішим
знешкоджувачем синглетного кисню. Оскільки
опромінення і канцерогенез характеризую-ться
вільно радикальною природою, β-каротин
справедливо вважається радіопротекторною
сполукою і антиканцерогеном. Йому притаманні
також і антимутагенні властивості. Вставлено
зворотну кореляцію між вмістом у дієті β-каротину
і частотою захворюваності на рак.
28
29. Дефіцит каротинів не описаний. За надлишкового
споживання каротинів у людини можливе
пожовтіння долонь, підошв стоп і слизових, проте
навіть у таких крайніх випадках виражених
симптомів інтоксикації не спостерігається. У
тварин більш ніж 100-кратне перевищення
дозування β-каротину збільшувало інтенсивність
реакцій перекисного окиснення ліпідів у тканинах
(прооксидантний ефект). Цього не спостерігалося
за присутності вітаміну Е і С (захист молекули
каротину від окисної деструкції).
Джерела. Найбільша кількість β-каротинів міститься
у моркві, проте у різних сортів моркви їхня кількість
може різко варіювати (від 8 до 25 мг на 100 г сирої
ваги). Багато каротинів міститься у червоному
перці, зеленій цибулі, салаті, гарбузі і томатах. 29
30. 3.2.5. Вітамін А (ретинол)
Хімічна будова і властивості. Вітамін А був
відкритий у 1940 р. і названий фактором росту,
оскільки за його видалення з кормів жиророзчинни-
ками спостерігали зупинку росту і загибель мишей.
Жиророзчинний вітамін А являє собою
циклічний ненасичений одноатомний спирт, що
складається з β-іононового кільця і бокового
ланцюга з двох залишків ізопрену і первинної
спиртової групи
30
31. Спиртова форма вітаміну А, ретинол, в організмі
окиснюється до ретиналю (альдегід вітаміну А) і
ретиноєвої кислоти (замість спиртової групи
утворюються карбоксильна)
31
Ретиналь Ретиноєва кислота
32. Метаболізм. Вітамін А може утворюватися у
слизовій кишечника і печінки з провітамінів – α-, β-
та γ-каротинів під дією ферменту
каротиноксигенази. Найактивнішим є β-каротин
(з нього утворюється дві молекули ретинолу, з
інших – лише одна).
Біохімічні функції. Роль вітаміну А у клітині така:
– ретинол є структурним компонентом клітинних
мембран;
– регулює ріст і диференціювання клітин ембріону
і молодого організму, а також поділ і диференцію-
вання швидко проліферуючих тканин, насампе-
ред, епітеліальних, хряща і кісткових тканин. Він
контролює синтез білків цитоскелету, реакції
розпаду і синтезу глікопротеїнів. Синтез останніх
відбувається у апараті Гольджі. 32
33. – бере участь у фотохімічному акті зору;
– є важливою складовою антиоксидантного захисту
організму;
– вітамін А і ретиноїди стимулюють реакції
клітинного імунітету, зокрема, підвищують
активність Т-кілерів;
– вітамін А є антиканцерогеном. За його дефіциту в
організмі підвищується захворюваність на рак
легенів і рак інших локалізацій.
33
34. Гіповітаміноз. Найбільш раннім симптомом
недостачі вітаміну А є куряча сліпота – різке
зниження темнової адаптації. Характерним є
уражен-ня епітеліальних тканин: шкіри
(фолікулярний гіпер-кератоз), слизових оболонок
кишечника (навіть до утворення виразок), бронхів
(часті бронхіти), сечоста-тевої системи (часті
інфікування).
Вітамін А називається також вітаміном росту.
Особливо помітним відставання у рості і загибель
за дефіциту ретинолу прослідковується у хижаків,
які не здатні синтезувати цей вітамін з каротинів.
Як ефективний антиоксидант вітамін А захищає
організм від «пероксидного стресу» – важливого
патогенетичного ланцюга багатьох важких
захворю-вань.
34
35. Вроджені порушення обміну вітаміну А.
Гіперкаротинемія зумовлена відсутністю кишкової
β-каротиноксигенази, що каталізує реакцію
утворення ретинолу з каротинів. Основними
симптомами є куряча сліпота і помутніння рогівки.
Різко знижений вміст ретинолу у крові.
Фолікулярний кератоз Дар’є – спадкове
захворювання, за якого разом із змінами шкіри і
слизових оболонок спостерігається відставан-ня
розумового розвитку і психози. Ефективним є
тривале призначення підвищених доз вітаміну А.
Гіпервітаміноз. Для гіпервітамінозу А характерні
такі симптоми: запалення рогівки ока, гіперкератоз,
втрата апетиту, нудота (за гострого отруєння –
блювання), діарея, головні болі, болі у суглобах,
збільшення печінки. Розвивається також загальне
виснаження організму.
35
36. Оцінка забезпеченості організму ретинолом.
Ступінь забезпеченості організму вітаміном А
визначається за його вмістом у крові.
Використовуються також показники темнової
адаптації, електроренограма. Допоміжним
показником є підвищення активності лізосомних
ферментів.
Джерела. Ретинол присутній тільки у тваринній їжі,
особливо його багато у печінці і жирі морських риб
і ссавців. Джерелом вітаміну для людини є також
каротини. Проте слід зазначити, що β-каротини
повністю замінити вітамін А не можуть, оскільки
тіль-ки обмежена їхня частина здатна
перетворитися на ретинол. І цієї кількості
недостатньо для прояву характерних
антиоксидантних властивостей вітаміну. 36
37. 3.2.6. Ергостерин і вітамін D
Хімічні будова і властивості. Ергостерин є
вихідним продуктом для виробництва жиророзчин-
ного вітаміну D. Група вітамінів D об’єднує
споріднені сполуки, найважливішими з яких є
вітамін D2 і D3, яким притаманні антирахітичні
властивості. Вітамін D2 (ергокальциферол)
утворюється за УФ-опромінення ергостерину,
вітамін D3 (холекальцифе-рол) утворюється як
проміжний продукт під час біосинтезу холестерину
(з 7-дегідрохолестерину) у клітинах шкіри людини
за дії УФ-променів. В основі структури ергостерину
і вітаміну D2 лежать чотири вуглецеві цикли (А, В,
С і D). У разі вітаміну D2 кільце В розімкнене.
Вуглеводнева структура ергостерину і вітаміну D2
зумовлює їхні ліпофільні властивості. 37
39. Гіповітаміноз. Недостача вітаміну D у дітей приз-
водить до захворювання рахітом. Основні прояви
цього захворювання зумовлені дефіцитом
кальцію. Насамперед страждає остогенез:
відзначається деформація скелету кінцівок
(викривлення їх результаті розм’якшення –
остеомаляція), черепа (пізнє заростання тім’ячка),
грудної клітини, затримує-ться прорізання зубів.
Розвивається гіпотонія м’язів (збільшений живіт)
підвищується нервово-м’язова збудливість (у
немовлят виявляється симптом облисіння із-за
частого обертання голівкою), можлива поява
судом. У дорослих дефіцит кальцію в організмі
призводить до карієсу і остеомаляції, у людей
похилого віку – до розвитку остеопорозу.
39
40. Вроджені порушення обміну вітаміну D.
Сімейний гіпофосфатемічний вітамін-D-
резистентний рахіт. Клінічне протікання цієї
форми рахіту досить варіабельне: від деякої
затримки росту дитини до розвитку симптомів
важкого рахіту. Змінення скелету зазвичай
проявляються на 1–2-му році життя. Затримка
росту і потовщення кісток за цього захворювання
призводять до формування приземистої
псевдоатлетичної статури.
Вроджений псевдодефіцитний вітамін-D-залежний
рахіт. Клінічна картина подібна проявам
«класичного» рахіту. У крові знижений вміст
кальцію, іноді – фосфору, різко підвищена
активність лужної фосфатази у крові (підвищення
активності цього ферменту є діагностичним
показником).
40
41. Лікування: призначення високих доз вітаміну D і
фосфатів.
Гіпервітаміноз. Надлишковий прийом вітаміну D
призводить до інтоксикації і супроводжується
вираженою демінералізацією кісток – аж до їхніх
переломів. Вміст кальцію у крові підвищується. Це
супроводжується кальцифікацією м’яких тканин,
особливо схильні до цього процесу нирки
(утворюються камені і розвивається ниркова
недостатність).
41
42. Оцінка забезпеченості організму вітаміном D.
Забезпеченість організму вітаміном D оцінюється
на підставі визначення активних форм вітаміну D у
крові і тканинах методом радіоконкурентного
аналізу; вмісту кальцію, фосфору і активності
лужної фосфатази у сироватці крові; рівня
екскреції з сечею фосфатів.
Джерела. Вітамін D3 міститься виключно у
тваринній їжі. Особливо багатий на цей вітамін
риб’ячий жир. Міститься він також у печінці, яєчних
жовтках. У рослинних оліях і молоці міститься
вітамін D2. Багато його у дріжджах. Біологічно
вітамін D2 менш активний порівняно з вітаміном D3.
42
