Презентация "Биохимия витаминов" – проект, доклад

Биохимия витаминов

Витамины – экзогенные, органические, низкомолекулярные вещества, необходимые для метаболизма и не являющиеся энергетическими субстратами

Источники витаминов – продукты питания и микрофлора кишечника

Биологическая роль витаминов - являются коферментами ферментов, одни участвуют в энергетическом обмена (В1, В2, В3, В5), а другие в пластическом (С, В6, В9, В12, А, Д, Е, К)

Классификация витаминов

Витамины энергетического обмена В1; В2; В3; В5; Витамины пластического обмена С; В6; В9; В12; А; Д; Е; К

Водорастворимые витамины В1; В2; В3; В5; С ; В6; В9; В12 Жирорастворимые витамины А; Д; Е; К

Витамин В5 (НАД)

Источником витамина В5 для человека являются не только пищевые продукты, но и микрофлора толстого кишечника, синтезирующая витамин из триптофана, которого много в молочных продуктах

После всасывания в тонком кишечнике никотиновая кислота с кровью переносится в печень, где превращается в никотинамид И никотиновая кислота, и никотинамид хорошо растворимы в воде и не связаны с белками плазмы

Главными потребителями никотинамида являются клетки органов, где очень высок уровень аэробного энергетического метаболизма - мозг, миокард, скелетные мышцы, почки, желудочно-кишечный тракт

В клетках этих органов никотинамид взаимодействует с АТФ, и образуются две активные формы витамина - НАД и НАДФ - являющиеся коферментами специфических дегидрогеназ

Фосфоглицеральдегиддегидрогеназа (гликолиз) Пируватдегидрогеназа (гликолиз) Лактатдегидрогеназа (гликолиз) Изоцитратдегидрогеназа (ЦТК) -Кетоглютаратдегидрогеназа (ЦТК) Малатдегидрогеназа (ЦТК) Оксиацилдегидрогеназа (ß-окисление) Глютаматдегидрогеназа (обмен аминокислот)

В отличие от НАД, НАДФ выступает в качестве кофермента не катаболических, а анаболических ферментов, причем в своей восстановленной форме (НАДФН2), которая образуется при окислении глюкозо-6-фосфата в пентозофосфатном пути

НАДФ

Глю-6-фосфат-дегидрогеназа (ПФП) Фенилаланингидроксилаза (синтез катехоламинов) Тирозингидроксилаза (синтез катехоламинов) Дофамингидроксилаза (синтез катехоламинов) Образование сквалена (синтез холестерола) 6. Цитохомы Р450 и В5 (детоксикационная функция)

Проявление недостаточности витамина В5 (учебник)

Витамин В2 (ФАД)

Подобно витамину В5, рибофлавин синтезируется бактериями кишечника, а также поступает с растительными и животными пищевыми продуктами, отличительной чертой которых является желтый цвет После всасывания механизмом облегченной диффузии рибофлавин связывается со специфическим альбумином плазмы и переносится в ткани-мишени

ФМН и ФАД-дегидрогеназы дыхательной цепи Сукцинатдегидрогеназа (ЦТК) Пируватдегидрогеназа (окислительное декарбоксилирование пирувата) -Кетоглютаратдегидрогеназа (ЦТК) Ксантиноксидаза (распад пуринов) Цитохомы Р450 и В5 (детоксикационная функция) NO -синтаза (образование NO)

Витамин В1 (ТПФ)

Как и предыдущие витамины, тиамин синтезируется микрофлорой кишечника и поступает с пищевыми продуктами

Пируватдегидрогеназа (окислительное декарбоксилирование пирувата) -Кетоглютаратдегидрогеназа (ЦТК)

Витамин В3 (КоА)

Источником пантотеновой кислоты в организме человека являются, прежде всего, микроорганизмы толстого кишечника, а также пищевые продукты У взрослых людей недостаточность пантотеновой кислоты практически не встречается

Пируватдегидрогеназа (окислительное декарбоксилирование пирувата) -Кетоглютаратдегидрогеназа (ЦТК) Ацил-КоА-дегидрогеназа (ß-окисление) Ацетил-КоА-ацилтрансфераза (ß-окисление) Ацил-КоА-карбоксилаза (синтез жиров) ГМГ-КоА-редуктаза (синтез холестерола) Ацетат-КоА-лигаза (синтез ацетилхолина) Участвует при синтезе гема

Витамин С

Источником аскорбиновой кислоты в организме человека являются пищевые продукты

Антиоксидантная роль витамина С

НО-Аск-ОН + O2•– = HO-Аск-O• + O22- +H+ HO-Аск-O• + O2•– = •O-Аск-O• + O22- + H+ •O- Аск-O• = O=Аск=O Регенерация вит.С O=Аск=O + 2НАДФН = НО-Аск-ОН + ДГА-редуктаза 2НАДФ+ + 2H+ =2НАДФН

О2• – окисляет при помощи витамина С (реакции гидроксилирования) :

Триптофан → серотонин Дофамин → норадреналин Холестерин → стероидные гормоны Пролин → оксипролин Лизин → оксилизин

Проявление недостаточности витамина С (учебник)

Витамин В6 (пиридоксальфосфат)

Главным источником пиридоксина являются бактерии желудочно-кишечного тракта, а также растительные пищевые продукты

Трансаминазы (обмен аминокислот) Дофадекарбоксилаза (синтез катехоламинов) 3, 5-Гидрокситриптофандекарбоксилаза (образование серотонина) Глутаматдекарбоксилаза (образование ГАМК) Гистидиндекарбоксилаза (образование гистамина) Цистотионинсинтаза, цистотионинлиаза (детоксикация гомоцистеина)

Проявление недостаточности витамина В6 (учебник)

Витамин В9 (ТГФК)

Главным источником фолиевой кислоты являются бактерии желудочно-кишечного тракта, а также растительные пищевые продукты

Метилтрансфераза (синтез нуклеитидов, креатина, холина) Метиленредуктаза (реанимирование метионина)

Витамин В9 в своей коферментой форме (тетрагидрофолат) играет особую роль в метиониновом цикле Метионин является донором метильных групп для реакции трансметилирования, благодаря которой происходит синтез пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов, холина, креатина, адреналина

Перенос одноуглеродных групп:

Проявление недостаточности витамина В9 (учебник)

Витамин В12 (кобаламин)

Структура кобаламина схожа со структурой гема гемоглобина Отличие в том, что в кобаламине вместо иона железа порфирин связывает кобальт (розового цвета, отсюда еще одно название витамина – розовый витамин) Кобальт является металлом с переменной валентностью, имеющий один не спаренный электрон на внешней орбитали

Известно, что молекулы, имеющие неспаренный электрон, являются свободными радикалами Поэтому кобальт обладает этими свойствами и для его нейтрализации в обкладочных клетках желудка вырабатывается специальный белок - фактор Кастла Этот фактор связывается с витамином В12 и сопровождает его до тонкого кишечника, где витамин всасывается В крови витамин В12 связывается с другим белком - транскобаламином В клетки кобаламин доставляется механизмом рецепторно-опосредованного эндоцитоза

Метилмалонил-КоА-мутаза (окисление жирных кислот с нечетным числом углеодов) Метионинсинтаза (реанимирование метионина) (см. предыдущий рис.)

Проявление недостаточности витамина В12 (учебник)

Витамин А (ретинол)

Источником витамина А служат продукты животного и растительного происхождения С растительными продуктами в организм поступает -каротин (бивитамин А), превращающийся в витамин А с помощью каротиназы печени После поступления в организм ретинол соединяется с ретинолсвязывающим белком плазмы крови

Спиртовая форма витамина A (ретинол) является формой хранения витамина в жировом депо организма Производные ретинола играют особую роль в фоторецепции и участвуют в регуляции процессов деления, роста и дифференцировки клеток

Ретинол в пигментных клетках сетчатки окисляется свободно-радикальным механизмом при участии цитохрома Р450 в серию хромофоров, именуемых родонинами Родонины относятся к подклассу непредельных углеводородов с регулярными тройными связями и обладают индивидуальным спектром поглощения трех основных цветов видимого спектра и ультрафиолета После образования родонины перемещаются с помощью специальных переносчиков к фоторецепторным

Строение производных ретинола -родонинов

Другой метаболит ретинола - ретиноивая кислота (РК), является важным участником регуляции деления и дифференцировки клеток-мишеней После прохождения через плазматическую мембрану РК связывается в цитозоле клеток со специфическим ядерным рецептором, после чего образовавшийся комплекс перемещается в ядро, где реагирует с промотором определенных генов Миокард и гладкие мышцы сосудов содержат рецепторы высокого сродства к ретиноевой кислоте

В сердце новорожденных РК регулирует переключение фетальной на взрослую программу синтеза структурных и функциональных элементов миокарда, в связи с чем при недостаточности витамина развивается гипоплазия и недостаточность сердечной мышцы У взрослых людей РК тормозит на уровне транскрипции экспрессию фетальной программы ремоделирования, включаемую при перегрузке миокарда, что выражается в торможении адаптивной гипертрофии

В легких РК оказывает сильное влияние на рост и дифференциацию эпителия, а также регулирует экспрессию компонентов мукоцилиарной системы Ядерные рецепторы РК активно экспрессируется в основных клетках ремоделирования костей - остеокластах, стимулируя дифференцировку РК способна ингибировать активность остеобластов, стимулируя образование остеокластов и индуцируя резорбцию кости (см. биохимию соединительной ткани)

Проявление недостаточности витамина А (учебник)

Витамин Д

Витамин D поступает с пищей в форме провитаминов D2 и D3, причем D2 содержится в растительных, а D3 животных продуктах Кроме того, провитамин D3 образуется в коже людей из 7-дегидрохолестерола при воздействии ультрафиолета

После всасывания в кишечнике провитамины транспортируются в составе хиломикронов в печень, куда также поступает и эндогенный D3 Провитамины проходят общий процесс последовательного гидроксилирования с помощью специфических цитохромов Р450 - сначала в печени, а затем в проксимальных канальцах почек, в результате чего образуются равно активные формы витамина Д - 1,25-(ОН)2D3 и 1,25-(ОН)2D2

Активация витамина Д

Основной биологической функцией Витамина D является участие в регуляции гомеостаза Са2+ Витамин D активирует абсорбцию Са2+ в тонком кишечнике Витамин D активирует реабсорбцию фильтруемого Са2+ в дистальных канальцах почек Витамин D активирует остеокласты и повышает транспорт Са2+ из жидкого компартмента кости в плазму

Участие витамина D в гомеостазе кальция

Механизм действия витамина D подобен действию стероидных гормонов: витамина D проникает через клеточную мембрану связывается с рецептором в цитоплазме образовавшийся комплекс – витамин-рецептор на уровне промотора активирует экспрессию кальбиндина кальбиндин - трансмембранный транспортер Са2+ в кишечнике и почках

В настоящее время показано, что важными мишенями витамина D являются также мышечные клетки сердца и сосудов По действию на эти клетки витамины А и D являются синергистами (см. вит.А)

Проявление недостаточности витамина Д (учебник)

Витамин Е (токоферол)

Источником токоферола служат растительные масла После всасывания с липидами, витамин Е накапливается в жировых депо и по мере необходимости переносится специфическими белками к различным клеткам В клетках этот витамин локализуется в плазматической мембране и мембранах митохондрий, а также в матриксе ядра

Антиоксидантная роль витамина Е

О2 + Т-OH  О22 + Т-О + Н+ Т-О + GSH  Т-OH + G-S или Т-О + НО-Аск-ОН  Т-OH + НО-Аск-О (см. неферм. Антиоксиданты)

В жизни гиповитаминоз Е у человека практически не встречается, но при патологическом оксидативном стрессе вследствие недостаточности антиоксидантных ферментов, умеренные дозы витамина E обладают выраженным протективным эффектом, защищая мембраны и другие клеточные элементы от пероксидации

Витамин К

Источниками витамина К являются растительные и животные продукты, а также бактерии тонкого кишечника

Химической особенностью факторов свертывания крови (протромбина, проконвертина, проакцелерина и др.) является наличие необычной -карбоксиглутаминовой аминокислоты, образующейся путем карбоксилирования глютамата Эту реакцию катализирует печеночный энзим глютаматкарбоксилаза, коферментом которого выступает витамин К

Глютаматкарбоксилаза также активно функционирует в остеобластах, где она катализирует -карбоксилирование специфического белка остеокальцина Глютаматкарбоксилаза также находится в цитозоле поперечно-полосатых, сердечной и гладких мышц, где она  -карбоксилирует основной сократительный белок миозин, повышая его функциональные возможности

Проявление недостаточности витамина К (учебник)