Biochemia 2008rozdział27.pdf

R O Z D Z I A Ł 27

Witaminy

27.1. Witaminy rozpuszczalne w wodzie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 383

27.1.1. Witamina B 1 – tiamina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 383

27.1.2. Witamina B 2 – ryboflawina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 384

27.1.3. Witamina B 3 – niacyna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 385

27.1.4. Witamina B 5 – kwas pantotenowy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 387

27.1.5. Witamina B 6 – pirydoksyna, pirydoksal, pirydoksamina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 387

27.1.6. Biotyna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 389

27.1.7. Kwas foliowy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 389

27.1.8. Witamina B 12 – kobalamina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 390

27.1.9. Witamina C – kwas askorbinowy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 393

27.2. Witaminy rozpuszczalne w tłuszczach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 394

27.2.1. Witamina A – retinol, retinal, kwas retinowy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 395

27.2.2. Witamina D – ergokalcyferol i cholekalcyferol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 398

27.2.3. Witamina E – α -tokoferol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 399

27.2.4. Witamina K . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 400

Witaminy są organicznymi, drobnocząsteczkowymi

składnikami diety człowieka, które muszą być dostarcza-

ne w drobnych ilościach. W odróżnieniu od większości

składników pokarmowych, witaminy nie są substratami

energetycznymi. Na ogół służą za substraty do syntezy

koenzymów.

Twórcą pojęcia witamina, czyli „amina życia” (łac.

vita – życie) jest polski biochemik Kazimierz Funk

(1884–1967), pracujący przez większość życia za grani-

cą. W świetle obecnej wiedzy nazwa ta nie jest w peł-

ni zasadna, ponieważ niektóre witaminy nie zawierają

w ogóle grup aminowych ani nawet azotu. Witaminy

dzielą się na dwie grupy, rozpuszczalne w wodzie i roz-

puszczalne w tłuszczach.

Zapotrzebowanie na witaminy jest dość dokładnie

poznane. W wielu krajach są zalecane określone dawki

dobowe poszczególnych witamin. Ich wartości są geo-

graficznie zróżnicowane i podlegają ciągłym korektom

wraz z postępem wiedzy na temat biochemii żywienia.

Zapotrzebowanie na witaminy zależy od płci, wieku,

masy ciała, sposobu odżywiania i stanu fizjologicznego.

Zdecydowanie wzrasta w okresie ciąży i laktacji.

27.1. Witaminy rozpuszczalne w wodzie

Witaminy rozpuszczalne w wodzie są łatwo wchła-

niane z jelit i transportowane do tkanek, gdzie są prze-

twarzane w aktywne koenzymy. Jako substancje drob-

nocząsteczkowe i rozpuszczalne w wodzie nie kumulują

się w organizmie do poziomu toksycznego, są łatwo

wydalane przez nerki.

27.1.1. Witamina B 1 – tiamina

Tiamina składa się z dwu części: pirymidynowej i tia-

zolowej, zespolonych mostkiem metylenowym (wzór

27.1). Poprzez fosforylację tiamina przechodzi w pi-

rofosforan tiaminy , TPP ( tiamine pyrophosphate ), peł-

niący funkcje koenzymatyczne. Reszty fosforanowe po-

chodzą z ATP, a miejscem wiązania pirofosforanu jest

grupa hydroksylowa tiaminy.

Witamina B 1 jest łatwo wchłaniana w jelicie cienkim

i transportowana do tkanek, gdzie jest fosforylowana

z wytworzeniem pirofosforanu tiaminy. Zapotrzebowa-

nie dobowe na tiaminę wynosi około 1 mg. Organizm

magazynuje około 30 mg witaminy B 1 , z czego większość

(około 80%) w postaci pirofosforanu tiaminy. Funkcja

383

Witaminy

wzór 27.1

ny w warunkach laboratoryjnych. Można tego dokonać,

mierząc wydalanie tiaminy z moczem lub przez wyka-

zanie wzrostu aktywności transketolazy krwinkowej, po

dodaniu do układu reagującego pirofosforanu tiaminy.

W przypadku dostatecznej zawartości witaminy B 1 we

krwi, dodatek TPP nie zwiększa aktywności transketo-

lazy , natomiast w przypadku jej niedoboru znacząco

zwiększa aktywność tego enzymu. W sposób pośredni

można wykazać niedobór tiaminy poprzez stwierdzenie

przyrostu stężenia mleczanu i pirogronianu po doust-

nym podaniu glukozy. Obniżona aktywność dehydroge-

nazy pirogronianowej , spowodowana niedoborem TPP,

powoduje spowolnienie procesu oksydacyjnej dekarbok-

sylacji pirogronianu i jego redukcję do mleczanu. Sprzy-

ja akumulacji pirogronianu i mleczanu w osoczu.

koenzymatyczna TPP polega na wiązaniu α-ketokwasów

w procesie ich oksydacyjnej dekarboksylacji i przeno-

szeniu aldehydów. Miejscem wiązania grupy C=O jest

atom C 2 pierścienia tiazolowego. Koenzym ten bierze

udział w reakcjach dwojakiego typu.

1. Pirofosforan tiaminy uczestniczy w reakcjach

oksydacyjnej dekarboksylacji α-ketokwasów w mito-

chondriach. Dotyczy to przede wszystkim dekarboksy-

lacji pirogronianu opisanej szczegółowo w rozdz. 7.3.1

oraz dekarboksylacji α-ketoglutaranu (rozdz. 8.1.4),

α-ketomaślanu i α-ketokwasów – powstałych w wyniku

deaminacji lub transaminacji aminokwasów.

2. Pirofosforan tiaminy, zawarty w cytosolu, uczest-

niczy w przebiegu szlaku pentozofosforanowego.

W reakcji katalizowanej przez transketolazę następuje

przeniesienie fragmentu dwuwęglowego (aldehydu gli-

kolowego) z jednego monosacharydu na drugi (rozdz.

12.2.2).

Niedobór tiaminy w krajach rozwiniętych jest zja-

wiskiem rzadkim. Występuje przede wszystkim u alko-

holików, w następstwie niedożywienia i upośledzonego

wchłaniania tej witaminy.

Archiwalna literatura medyczna zachowała opisy

ciężkiego niedoboru witaminy B 1 , który występował

masowo w Azji pod postacią choroby beri-beri. Pod

koniec XIX wieku, w związku z wprowadzoną zmianą

w technologii przetwarzania ryżu do celów spożywczych,

pojawiła się masowo najcięższa postać niedoboru tej wi-

taminy. Łuskanie i mielenie pozbawiało ryż witaminy B 1

zawartej w osłonkach ziaren. Choroba objawiała się po-

stępującym zanikiem mięśni, osłabieniem siły skurczo-

wej mięśnia sercowego, porażeniem mięśni okorucho-

wych, rozszerzeniem naczyń obwodowych, obrzękami

i licznymi objawami psychiatrycznymi.

Umiarkowany niedobór tiaminy powoduje dolegli-

wości żołądkowo-jelitowe, osłabienie siły mięśniowej

i objawy dysfunkcji nerwów obwodowych.

Niedobór tiaminy u alkoholików objawia się na ogół

licznymi objawami neurologicznymi. Choroba wcześnie

rozpoznana jest podatna na leczenie iniekcjami witami-

ny B 1 . Przewlekanie się choroby prowadzi do utrwale-

nia i nieodwracalności objawów neurologicznych.

Stan nasycenia organizmu tiaminą jest łatwy do oce-

27.1.2. Witamina B 2 – ryboflawina

Ryboflawina (witamina B 2 ) zawiera pierścień dime-

tyloizoalloksazyny, który wiąże kowalencyjnie rybitol.

Jest to alkohol pięciowęglowy, zawierający 5 grup hy-

droksylowych. Może być uważany za produkt redukcji

rybozy. Ryboflawina spełnia tylko jedną funkcję biolo-

giczną. Jest substratem do syntezy FMN i FAD, które są

grupami prostetycznymi flawoprotein, pełniących funk-

cje enzymów oksydoredukcyjnych (ryc. 27.1). Zarówno

wolna ryboflawina, jak i zredukowane koenzymy flawi-

nowe cechują się żółtą barwą (łac. flavus – żółty), od

której pochodzi nazwa tej witaminy oraz zawierających

ją białek. Silnie absorbują światło fioletowe o długości

450 nm. W formie utlenionej silnie fluoryzują. Są ter-

mostabilne, natomiast bardzo podatne na inaktywację

poprzez światło widzialne.

Ryboflawina jest absorbowana z górnego odcinka je-

lita cienkiego na drodze transportu aktywnego. Poprzez

krew przemieszcza się do tkanek, gdzie przekształca

się w FMN i FAD. Nadmiar ryboflawiny jest wydalany

z moczem w postaci niezmienionej lub przekształconej

przez enzymy mikrosomalne wątroby. Zapotrzebowa-

nie dorosłych na ryboflawinę wynosi około 1,4–1,7 mg

na dobę. Taka ilość znajduje się w przeciętnej diecie.

Dobrym źródłem witaminy B 2 są między innymi wątro-

ba, drożdże, jaja ptasie, mięso, produkty zbożowe oraz

mleko.

Objawy niedoboru witaminy B 2 , zazwyczaj równocze-

śnie z niedoborami innych witamin, występują przede

wszystkim u alkoholików. Należą do nich przede wszyst-

kim stany zapalne jamy ustnej, gardła, kącików ust oraz

zmiany łojotokowe skóry. Objawom tym niekiedy towa-

rzyszy niedokrwistość.

Niedobór ryboflawiny może pojawić się u noworod-

ków poddawanych fototerapii z powodu hiperbiliru-

binemii. Pod działaniem światła rozpada się zarówno

bilirubina, jak i ryboflawina.

Dość prostym testem na wykrycie niedoboru rybo-

flawiny jest pomiar aktywności reduktazy glutationowej

384

Witaminy rozpuszczalne w wodzie 27.1

w świeżym hemolizacie (produkt lizy krwinek czer-

wonych). Niedobór ryboflawiny sprawia, iż ilość FAD

w komórkach maleje, a wspomniany enzym wykazuje

tylko niewielką aktywność. Dodanie brakującego FAD

do układu reagującego powoduje znaczący przyrost ak-

tywności tego enzymu.

27.1.3. Witamina B 3 – niacyna

Niacyna (witamina B 3 ) jest kwasem nikotynowym .

Amid tego kwasu – niacynamid jest elementem skła-

dowym NAD i NADP, obecnych zarówno w komórkach

człowieka, jak i w pożywieniu (wzór 27.2).

Niacyna nie jest typową witaminą, ponieważ może

ona powstawać także w organizmie człowieka, jako me-

tabolit tryptofanu (rozdz. 18.5.4). Jednak tryptofan sam

jest związkiem egzogennym, a jego przemiana do kwasu

nikotynowego jest bardzo mało wydajna. Do powstania

1 mg niacyny potrzeba 60 mg tryptofanu, a proces ten

wymaga obecności innych witamin, jak ryboflawina, pi-

rydoksyna i tiamina. Ich niedobór upośledza tworzenie

niacyny z tryptofanu. Z tego powodu endogenna niacy-

na nie zaspokaja potrzeb organizmu. Zarówno trypto-

fan, jak i niacyna muszą być dostarczane z pożywieniem.

Dzienne zapotrzebowanie dorosłego człowieka na nia-

cynę wynosi około 15–20 mg. Połowa tej ilości może

pochodzić z przemiany tryptofanu. Dobrymi źródłami

pokarmowymi niacyny są drożdże, mięso, wątroba,

orzechy ziemne i nasiona roślin strączkowych.

Produkty pokarmowe zawierają niacynę w postaci

NAD i NADP. Są one hydrolizowane w przewodzie

pokarmowym. Wolna niacyna i wolny niacynamid są

absorbowane w jelicie cienkim i transportowane do tka-

nek, gdzie wbudowują się ponownie do NAD i NADP

(ryc. 27.2). Nadmiar niacyny jest wydalany drogą ner-

kową, częściowo jako niezmieniony kwas nikotynowy,

częściowo w postaci różnych metabolitów.

Niedobór niacyny i tryptofanu w diecie wywołuje

zespół chorobowy, zwany pelagrą. Występuje przede

wszystkim w regionach o dużym spożyciu kukurydzy.

Ziarna tej rośliny zawierają mało tryptofanu i niacyny,

wzór 27.2

385

Witaminy

Ryc. 27.2. Niacyna i jej przemiana w koenzymy: NAD + i NADP +

386

Witaminy rozpuszczalne w wodzie 27.1

a ponadto składniki te są trudno przyswajalne w prze-

wodzie pokarmowym, ponieważ występują w komplek-

sach z innymi substancjami.

Wczesnymi objawami choroby są uczucie znużenia,

brak łaknienia, zaburzenia procesu trawienia i motoryki

jelit oraz zmiany zapalne w jamie ustnej, obejmujące

głównie język. Objawami głębokiego niedoboru niacyny

są stany zapalne skóry (szczególnie eksponowanej na

działanie światła słonecznego), biegunki spowodowa-

ne rozległymi zmianami zapalnymi błony śluzowej jelit

i narastające z czasem trwania choroby zaburzenia psy-

chiczne, w ciężkich przypadkach nieodwracalne.

Kwas nikotynowy jest używany jako lek w leczeniu

hiperlipidemii. W wysokich dawkach (kilka gramów na

dobę) rozszerza naczynia obwodowe, zmniejsza uwalnia-

nie kwasów tłuszczowych z tkanki tłuszczowej i hamuje

wytwarzanie VLDL w wątrobie. Te efekty farmakolo-

giczne nie mają związku z funkcją witaminową kwasu

nikotynowego.

przemiany cysteiny. Fosforylacja panteteiny zachodzi

kosztem rozpadu ATP. Fragment nukleotydowy zawarty

w koenzymie A także pochodzi z ATP.

Dobowe zapotrzebowanie na tę witaminę ocenia się

na 4–7 mg. Powszechność występowania kwasu pantote-

nowego w materiale biologicznym sprawia, iż w patologii

ludzkiej nie obserwuje się objawów jego niedoboru.

27.1.5. Witamina B 6 – pirydoksyna, pirydoksal,

pirydoksamina

Termin witamina B 6 jest ogólną nazwą pokarmowych

prekursorów koenzymu, fosforanu pirydoksalu , PLP

( p yridoxa l p hosphate ). Obejmuje pirydoksynę, pirydok-

sal i pirydoksaminę oraz ich fosforylowane pochodne

(ryc. 27.4). Fosforylowane postacie witaminy B 6 są hy-

drolizowane w jelitach przez fosfatazę alkaliczną i w de-

fosforylowanej formie są absorbowane do krwiobiegu.

Mechanizm syntezy aktywnego koenzymu jest przedsta-

wiony na ryc. 27.4.

Całkowita zawartość PLP w organizmie dorosłych

wynosi około 25 mg. Zapotrzebowanie na witaminę B 6

jest proporcjonalne do zawartości białka w diecie i wy-

nosi 1,6–2,0 mg /dobę, w przeliczeniu na 100 gramów

spożytego białka. Wątroba, ryby, ziarna zbóż, orzechy,

rośliny strączkowe, żółtka jaj i drożdże są dobrymi źró-

dłami witaminy B 6 .

PLP stanowi grupę prostetyczną aminotransferaz .

Uczestniczy w przenoszeniu grup aminowych z α-ami-

nokwasu na α-ketokwas, w wyniku czego aminokwas

staje się ketokwasem, a ketokwas aminokwasem. Jest

przejściowym akceptorem i przenośnikiem grup ami-

nowych. Proces ten jest szczegółowo opisany w rozdz.

18.2.1. Ponadto PLP uczestniczy w innych reakcjach

związanych z metabolizmem aminokwasów i porfiryn,

np. jest koenzymem dekarboksylazy glutaminianowej ,

kinureninazy , uczestniczącej w metabolizmie tryptofanu

i syntazy δ -aminolewulinianowej , uczestniczącej w syn-

tezie hemu.

PLP pełni także funkcje koenzymu w reakcji katali-

zowanej przez fosforylazę glikogenową . Enzym ten wiąże

ponad połowę ogólnej ilości PLP obecnego w organi-

27.1.4. Witamina B 5 – kwas pantotenowy

Kwas pantotenowy składa się z β-alaniny i kwasu

pantoinowego (wzór 27.3).

Jest substratem do syntezy koenzymu A (ryc. 4.20)

i fosfopanteteiny (ryc. 27.3) – będącej składnikiem syn-

tazy kwasów tłuszczowych , a ściślej jednej z jej domen,

określanej symbolem ACP ( a cyl- c arrier p rotein ). Cyste-

amina, zawarta w obydwu koenzymach, jest produktem

wzór 27.3

Ryc. 27.3. Fosfopanteteina, pochodna kwasu pantotenowego, stanowiąca grupę prostetyczną syntazy kwasów tłuszczowych

387

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: