Vitamny Jana Novotn stav lk Chemie a biochemie
Vitamíny Jana Novotná Ústav lék. Chemie a biochemie 2. LF UK
n Vitamin B 1 objevil polský biochemik Kazimierz Funk v roce 1912 v otrubách rýže. n Navrhl název vitamin podle latinského vital a amine = „životně důležitý amin“. n Nejde o aminy z chemického hlediska, ale název se ujal. n Tento termín byl později rozšířen na všechny podobné látky (vitaminy A, B, C, …K a pseudovitaminy).
Biologický význam vitaminů n n Organické látky, vyžadovány v malých kvantech pro různé biochemické funkce a lidský organismus si je nedokáže sám vyrobit. V lidském organismu mají funkci katalyzátorů biochemických reakcí, antioxidantů, hormonů. Podílejí se na metabolismu bílkovin, tuků a cukrů. Nedostatek (hypovitaminóza) vede k různým onemocněním.
Biologický význam vitaminů n n n Přebytečných vitaminů rozpustných ve vodě se organismus dokáže zbavit. Toxické jsou hyper dávky vitaminů rozpustných v tucích. Vitaminy jsou nutné pro udržení mnohých tělesných funkcí a jsou schopny posilovat a udržovat imunitní reakce.
Působení vitamínů n n Hydrofilní vitaminy - součástí enzymů v anabolických a katabolických metabolických drahách, především kofaktory řady enzymů. Hydrofóbní vitaminy se podílejí na řadě fysiologických funkcí (vidění, srážení krve, hospodaření s vápníkem a fosforem), působí jako antioxidanty (interakce mezi vitaminem C a vitaminem E).
Vitamíny rozpustné v tucích Vitamín A - retinol n n n Biologicky aktivními formami jsou retinoidy: retinol, retinal, kyselina retinová. Prekurzory – provitamíny, karotenoidy. V živočišné potravě většinou ve formě esterů – retinol a douhá mastná kyselina (retinylpalmitát) Cyklohexanové jádro a isoprenoidní řetězec
Transport vit. A a jeho metabolismus § Estery retinolu → hydrolýza pankreat. enzymy. § Absorpce s účinností 60% -90%. § b-karoten štěpen b-karotendioxygenasou na retinal. § Střevní buňky → esterifikace retinolu a ten transport chylomikrony. § Remnants chylomikronů → játra→ esterifikace (pokud koncentrace esterů převýší 100 mg, jsou skladovány). §Transport retinolu (retinol-binding protein, RBP) do mimojaterních tkání.
Vitamín A a vidění n n Nutný pro tvorbu rodopsinu (tyčinky) a iodopsinu (čípky) - zrakového pigmentu. Retinaldehyd je prostetickou skupinou opsinu. All-trans-retinol izomerace → oxidace a 11 -cis-retinaldehyd reakce s opsinem (Lys) → holoprotein rodopsin. Působením světla → konformační změny opsinu.
Vitamín A a vidění n n Následuje celá série izomerací → a iniciace nervového signálu. Disociace aldehydu a opsinu. Nedostatek vitamínu vede k šerosleposti. Je také důležitý antioxidant.
Vitamin A a jeho další funkce Transkripce a diferenciace n Kyselina retinová reguluje přepis genů – působí přes jaderný receptor (podobně jako steroidní receptory). Retinol retinal kyselina retinová retinoldehydrogeasa retinaldehydrogenasa n n Vazbou na různé jaderné receptory stimuluje (RAR – retinoid acid receptor) nebo inhibuje (RXR- retinoid „X“ receptor) transkripci. Na RAR se váže all-trans-retinová kyselina a na RXR 9 -cis-retinová kyselina. Kyselina retinová je nezbytná pro funkci a udržování epitelových tkání.
Vitamin A - nedostatek n Prvotní příznak – ztráta citlivosti pro zelené světlo, n n stupňování → snížení adaptace na tlumené světlo noční slepota stupňování - cylindrický epitel se mění na dlaždicový (skvamózní) epitel → skvamózní metaplasie spojivky – redukce glykoproteinů v slzách, redukce slz → xeroftalmie ( „suché oko“), n komplikace bakteriální nebo chlamidiová infekce, perforace rohovky, slepota
Vitamin A - nedostatek n n Přeměna epitelu respiračního – ztráta ochranné funkce dýchacích cest (antibakteriální vlastnosti) → bronchitidy. Přeměna epitelu močových cest → vyšší frekvence tvorby močových kamenů. n Snížená imunita. Snížená reprodukční schopnosti (muži i ženy). n Celosvětový odhad nenostatku vit. A u dětí n n 3 – 10 mil. každoročně – xeroftalmie, 250 – 500 tis. – oslepne 1 mil zemře na infekce
Vitamin A - toxicita n Toxická dávka: n n jednorázově 200 mg dlouhodobě 40 mg denně n Akutní projev – bolest hlavy, zvracení, porucha vědomí. Chronická intoxikace – hubnutí, zvracení bolesti kloubů, svalů, rozmazané vidění, padání vlasů, nadměrný růst kostí. V těhotenství – teratogenní účinky. n Karotenoidy toxické nejsou - hromadění ve tkáních bohatých na n n lipidy (kůže dětí předávkovaných mrkvovou šťávou může být oranžová).
Zdroje vitaminu A n n n játra maso vejce mléko mléčné výrobky § mrkev § brokolice § špenát § papája § meruňky http: //health. allrefer. com/health/nutrition. html
Vitamín D n n n Kalciol, vitamin D 2 (cholekalciferol) → prekurzor kalcitriolu, D 3 (1, 25 dihydroxykalciferol). Reguluje spolu s PTH hladinu vápníku a fosfátů. Syntéza v kůži (7 -dehydrocholesterol) UV zářením → další přeměna v játrech a v ledvinách.
Syntéza UV záření 270 – 300 nm Fotolýza (trvá asi 12 dní) Neenzymatická reakce v kůži Transport do jater
Játra Ledviny Inaktivní forma
Účinky vitamínu D n Krví transportován na nosiči (vitamin-D binding protein, VDBP). n 1, 25(OH)2 D se váže na intracelulární receptory (střevo, kost, ledviny). n Hlavní funkcí je udržovat plasmatickou hladinu Ca (nezbytnou pro nervosvalovou aktivitu) a hladinu fosfátů: n n n zvýšení absorpce Ca ve střevě snížení vylučování Ca (stimuluje parathormon-dependentní reabsorpci Ca v distálním tubulu) mobilizuje kostní minerál spolu s parathormonem
Vitamin D - nedostatek n n n Porucha absorpce ve střevě. Nedostatečná hydroxylace (jaterní i renální, vrozený deficit 1 hydroxylasy). Nedostatek UV záření. Vit. D – nezbytný pro prevenci kostních změn (rachitis u rostoucích jedinců, osteomalacie u dospělých). Základním projevem nedostatku vit. D je porušená osifikace nově vytvořeného osteiodu, nadbytek nemineralizované matrix.
Vitamin D a imunita n Zvyšuje aktivitu NK buněk (cytotoxické lymfocyty). n Zvyšuje fagocytární schopnost makrofágů. n Snižuje riziko vzniku viróz (nachlazení, chřipka). n n Snižuje riziko vzniku řady nádorových onemocnění (karcinom tlustého střeva, karcinom prsu a vaječníků). Snižuje riziko kardiovaskulárních chorob – příznivě ovlivňuje složení plasmatických lipidů.
Zdroje vitaminu D n n n Kromě slunění: ryby různých druhů (losos, makrela sardinky, tuňák, sumec, úhoř), rybí tuk (z jater tresky) vejce, hovězí játra, houby
Vitamín E n n n Existují čtyři tokoferolové ( -, b-, g-, d-) a čtyři tokotrienolové izomery ( -, b-, g-, d-), které mají biologickou aktivitu. Všechny jsou tvořené chromanovým kruhem a hydrofobním fytylovým vedlejším řetězcem. Nejvyšší biologickou aktivitu vykazuje -tokoferol.
Vitamín E n Absobován v tenkém střevě, příjem je vázán na fungující vstřebávání tuků. n Krví přenášen v lipoproteinech → vychytáván v játrech receptory pro apolipoprotein E. n n Navázán na a-tokoferol transportní protein ( -TTP) → přenášen do cílových orgánů (přebytek uložen v adipocytech, ve svalech, játrech). b-, g- a d-tokoferoly přenášeny do žluče a degradovány.
Vitamin E jako antioxidant n Zastavuje radikálové reakce (peroxylový radikál ROO , kyslíkové radikály HO , lipoperoxidové radikály LOO ). Chromanové jádro s OH skupinou → vychytávání radikálů: -TOH + ROO + -Toc + ROOH Toc. OOR
Radikálová řetězová reakce PUFA-H = polynenasycená mastná kyselina PUFA-OO = peroxylový radikál polynenasycených mastných kyselin PUFA-OOH = hydroperoxypolynenasycená mastná kyselina PUFA-OH = hydroxypolynasycená MK Fosfolipasa A 2 superoxiddismutasa Glutathionperoxidasa Katalasa
Vitamin E jako antioxidant n n n Součinnost s vitaminem C → chromanový kruh s –OH skupinou je natočen do hydrofilní části membrány → na rozhraní vodné a hydrofóbní fáze reaguje s vit. C nebo glutathionem. Tokoferolový radikál v lipidové části membrány → rozštěpení chromanového jádra → vznik chinonů a hydrochinonů (nevratné metabolity lipoperoxidace), vit. E se již neobnoví. Obsah vyšších mastných kyselin značně převyšuje obsah -tokoferolu → během lipoperoxidace se vit. E rychle vstřebává.
Vitamin E jako enzymový kofaktor n n -tokoferolchinon vzniklý oxidací -tokoferolu může působit jako kofaktor vzniku nenasycených mitochondriálních mastných kyselin. -tokoferolchinon + cytochrom B 5 + NADH+H+ iniciuje tvorbu dvojné vazby MK – přechodně se mění na -tokoferol-hydrochinon (za přítomnosti O 2 se mění zpět na -tokoferolchinon).
Vitamin E – nedostatek a toxicita n n n Nedostatek -tokoferolu v plasmě je často spojen s poruchami vstřebávání nebo distribucí tuků, u cystické fibrózy, u pacientů s resekcí střeva. Projevy - neurologické potíže, zhoršení vidění, paralýza očního svalu, agregace krevních destiček, porucha fertility u mužů, snížená obranyschopnost. Toxicita relativně malá.
Zdroje vitaminu D n n n Rostlinné oleje – sojový, kukuřičný, slunečnicový, olivový, pšeničné klíčky, hlávkový salát, zelí, celer, ořechy http: //health. allrefer. com/health/nutrition. html
Vitamin K n n n Označení "K" je odvozeno z německého slova "Koagulation", srážení krve. Je nezbytný pro funkci několika proteinů podílejících se na srážení krve. Nezbytný v procesu mineralizace kostí, buněčného růstu a metabolismu proteinů cévní stěny.
Vitamin K n n n Vitamin K 1 (fylochinon) – rostlinný původ. Vitamin K 2 (menachinon) – produkován střevními bakteriemi. K 1 a K 2 jsou v organismu využívány rozdílným způsobem n n K 1 - hlavně pro srážení krve a jeho hlavním orgánem působení jsou játra, K 2 – důležitý v nekoagulačních dějích, v metabolismu a mineralizaci kostí, v buněčném růstu a v metabolismu buněk cévní stěny. Vitamin K 2 Syntetické deriváty Vit. K
Vitamin K - funkce n n n Kofaktor jaterní mikrosomální karboxylázy → mění glutamátové zbytky na g-karboxyglutamát během syntézy protrombinu a koagulačních faktorů VII, IX a X. Tato modifikace umožňuje vázat Ca 2+ ionty, umožňuje navázání koagulačních faktorů na membrány. Formuje vazebné místo pro Ca 2+ i u jiných proteinů – osteokalcin.
Vitamín K - nedostatek n n Nedostatek vzniká při poruše resorpce tuků ve střevech, jaterním selhání. Poruchy srážlivosti krve – nebezpečí u kojenců, život ohrožující krvácení (hemoragie). Řídnutí kostí – osteoporóza – špatná karboxylace osteokalcinu a snížená aktivita osteoblastů. Za normálních okolností nedochází k nedostatku, je v potravě hojně zastoupen.
Zdroje vitaminu K n n zelená listová zelenina rostlinné oleje brokolice cereálie http: //health. allrefer. com/health/nutrition. html
Vitamíny rozpustné ve vodě Vitamín B 1 (thiamin) n n První objevený vitamín. Složen ze substituovaných jader, je silně hydrofilní. Aktivní je jako thiamin pyrofosfát (thiamin difosfát), TPP je koenzym multienzymových komplexů n n oxidativní dekarboxylace a-ketokyselin → pyruvátdehydrogenasa v metablismu sacharidů, a-ketoglutarátdehydrogenasa → cyklus kyseliny citrónové, dehydrogenasa rozvětvených aminokyselin (valin, leucin, isoleucin). Koenzymem transketolas.
Vitamin B 1 - nedostatek n n Projevuje se jako beri-beri - degradace myelinových pochev motorických a sensorických vláken dolních končetin (parestézie, svalová slabost, vyčerpanost). Neurologické degenerativní změny (deprese, podrážděnost, zmatenost). Degenerace kardiovaskulární systému. Beri-beri způsobuje dlouhodobá konzumace potravy bohaté na sacharidy ale chudé na thiamin → loupaná rýže, bílá mouka a rafinovaný cukr.
Vitamin B 1 - zdroje n n neloupané obiloviny, cereálie maso pivovarské kvasnice med ořechy http: //health. allrefer. com/health/nutrition. html
Vitamin B 2 (riboflavin) n n n Žluté až oranžově žluté přírodní barvivo slabě rozpustné ve vodě. Patří mezi flaviny. Fluoreskuje, je odolný vůči vysokým teplotám, ale rozkládá se působením světla. Jako flavinmononukleotid FMN a flavinadenindinukleotid FAD součást enzymů přenášejících vodík u řady chemických reakcí.
Vitamin B 2 FMN → ATP-dependentní fosforylace riboflavinu FAD → další reakce s ATP, kdy je na FMN přenesen AMP
Funkce FMN a FAD jsou prostetické skupiny mnoha oxidoredukčních enzymů, flavoproteinů: n oxydasa a-aminokyselin – odbourávání aminokyselin n xantinoxidasa – odbourávání purinů n n n aldehydrogenasa mitochondriální glycerol-3 -fosfátdehydrogenasa – transport redukujících jednotek z mitochondrie do cytosolu sukcinátdehydrogenasa – cyklus kyseliny citrónové sukcinyl Co. A-dehydrogenasa – b-oxidace mastných kyselin NADH-dehydrogenasa – součást dýchacího řetězce v mitochondriích koenzymy při přenosu vodíku - vzniká redukovaná forma FMNH 2 a FADH 2
Vitamin B 2 v potravě n n n potraviny živočišného původu (játra, vepřové a hovězí maso, mléko, mléčné výrobky, ryby vejce), kakao, ořechy, kvasnice menší množství v cereáliích. n n Nedostatek vit B 2 - ve vyspělých zemích není znám (jen u alkoholiků, pacientů s chronickými infekcemi a pokročilými malignitami). Projevy - ragády ústních koutků, keratitida, dermatitida http: //health. allrefer. com/health/nutrition. html
Vitamin B 3 - niacin n n Aktivní forma je nikotinová kyselina a nikotinamid. NAD a NADP → klíčové složky metabolických drah sacharidů, lipidů, aminokyselin. Kyselina nikotinová zabraňuje uvolňování mastných kyselin z tukové tkáně, snížení lipoproteinů VLDL, IDL a LDL. Ve vysokých dávkách rozšiřuje cévy.
Niacin – nedostatek a toxicita n n n Nedostatek způsobuje nemoc pelagru (fotosensitivní dermatitida, šupinaté boláky). Možná syntéza z tryprofanu – 60 mg Trp nahradí 1 mg niacinu (ve většině cereálií není biologicky dostupná forma niacinu). Syntéza z Trp je pomalá a vyžaduje vitamín B 6. Toxicita – vysoké dávky způsobují jaterní poškození (použití při léčbě hyperlipidemie).
Vitamin B 3 v potravě n n n potraviny živočišného původu pivovarské kvasnice semena slunečnice, fazole, hrách zelená listová zelenina brokolice, mrkev http: //health. allrefer. com/health/nutrition. html
Vitamin B 5 – kyselina pantotenová n Součást acetyl-Co. A - amid mezi pantoátem a balaninem.
Vitamin B 5 – kyselina pantotenová n n Co. A – energetický metabolismus, vstup pyruvátu do cyklu kyseliny citrónové. Přeměna -ketoglutarátu na sukcynyl-Co. A Biosyntéza mastných kyselin, cholesterolu, acetylcholinu. Co. A – další reakce jako acylace, acetylace, signální transdukce, deaminace.
Vitamin B 5 - projevy nedostatku n n n Podobné jako u ostatních B vitamínů. Poruchy energetického metabolismu – únava a apatie. Poruchy syntézy acetylcholinu – neurologické symptomy (parestesie).
Vitamin B 5 v potravě n n n maso, potraviny živočišného původu, kvasnice, celozrnné pečivo (obiloviny nesmí být zbaveny svrchní slupky – tam je ho nejvíc), brokolice, avokádo mateří kašička
Vitamin B 6 - pyridoxin n Prekurzor aktivního koenzymu pyridoxalfosfátu – PPL.
Vitamin B 6 - pyridoxin n Více jak 100 enzymů obsahuje vit. B 6 Koenzymů metabolismu aminokyselin – transaminas, dekarboxylas, treoninaldolasy Koenzym fosforylasy v procesu štěpení glykogenu (svalová fosforylasa váže 70– 80 % celkového množství vitamínu B 6 v lidském těle). n n Nebytný pro metabolismus červených krvinek a tvorbu hemoglobinu. Účast konverze tryptofanu na niacin. Nezbytný pro imunitní systém a nervovou tkáň. Pomáhá udržovat hladinu glukosy v normálu.
Sled reakcí při transaminaci
Vitamin B 6 - projevy nedostatku a nadbytku n n n Nedostatek je vzácný, doprovází nedostatek celého B komplexu. Zvýšená nervosvalová dráždivost (cukání víček, u dětí až křeče), zapomnětlivost, záněty sliznice dutiny ústní. Přílišná spotřeb vitamínových doplňků vede u citlivých osob k alergické kožní reakce nebo k neurologickým problémům.
Vitamin B 6 v potravě n n n Potraviny živočišného původu (játra, vepřivé maso, makrely, vejce), Kvasnice, banány, brambory, avokádo, zelená listová zelenina (špenát, kapusta) a ostatní zelenina, ořechy celozrnný chléb http: //health. allrefer. com/health/nutrition. html
Vitamin B 7 - biotin n Kondenzát thiomočoviny a thiofenu se zbytkem kyseliny valerové
Vitamin B 7 - biotin n Koenzym řady karboxylačních reakcí - acetyl. Co. A-karboxylasa, pyruvátkarboxylasa. n n Důležitý pro vazbu CO 2. Důležitý v metabolismu sacharidů a lipidů.
Biotin v potravě n n n Potraviny živočišného původu (játra, ledviny, maso, vaječný žloutek), kvasnice, houby, mléko a mléčné výrobky Nedostatek může vyvolat změny na pokožce, vypadávání vlasů a nervové poruchy.
Vitamín B 9 – kyseliny listová n Kondenzát pteridinu + paraaminobenzoové kyseliny (PABA) + kyseliny glutamové
Vitamín B 9 – kyseliny listová n n Jako tetrahydrofolát (THT) – aktivní metabolit. Koenzym transferas přenášejích jednouhlíkaté zbytky. Tato reakce je součást syntézy nikleotidů a nukleových kyselin. N 5, N 10 -THT přenáší jednouhlíkaté zbytky (methylen nebo methenyl).
Vitamín B 9 – kyseliny listová n histidin Zdrojem jednouhlíkatých zbytků jsou: glycin serin cholin formimino-THF serin methylen-THF methyl-THF DNA methionin methenyl-THF formyl-methyonin formyl-THF puriny CO 2
Vitamín B 9 v potravě n n Nedostatek k. listové způsobuje megaloblastickou anémii. Mezi nejčastější příčiny hypovitaminózy patří alkoholismus piva, zásah alkoholu do metabolismu k. listové.
Vitamín B 9 – v potravě n n Zdroje živočišného původu mléko a mléčné výrobky pivovarské kvasnice listová zelenina http: //health. allrefer. com/health/nutrition. html
Vitamin B 12 - kobalamin n Komplex organických sloučenin, uvnitř molekuly je atom Co. Podobnost s molekulou hemu, v lidském těle se ale nesyntetizuje. U člověka dvě metabolicky aktivní formy: methylkobalamin a adenosylkobalamin.
Vitamin B 12 - kobalamin n Známy jsou jen dvě reakce katalysované vit. B 12: n n Cytoplasmatická metylace homocysteinu na methionin. Mitochondriální methylmalonyl-Co. A mutasa (methylmalonyl-Co. A → sukcynyl-Co. A) vyžaduje deoxyadenosylkobalamin.
Metabolismus vit. B 12 n n V žaludku po uvolnění z potravy, vytváří komplex se skupinou glykoproteinů, v duodenu se váže na „intrinsic factir, IF“ – vnitřní faktor, vazba na transkobalamin II (TC II), rychle vychytán játry, kostní dření, dalšími buňkami Intracelulárně transportován TC I
Poruhy metabolismu vit. B 12 n klíčový bod projevů hypovitaminosy B 12 → mutace a pokles aktivity enzymu N 5 -methyl THF – reduktasy (MTHFR) → přeměna homocysteinu → methionin) nebo nedostatek vit. B 12. Znemožněna přeměna N 5 -methyl THF na další formy THF.
Poruhy metabolismu vit. B 12 1. Důsledek → porucha syntézy DNA u hemopoetických buněk, megaloblastická maturace jader. Klinická manifestace – megaloblastová anémie. 2. Nedostatek methioninu vede k neurologickým poruchám (z methioninu se tvoří cholin, fosfolipidy, methyluje myelinový protein). Demyelinizace nervových vláken, degenerace axonů, zánik nervových buněk. Klinický obraz: parestézie v končetinách → ataxie → zpomalení reflexů, těžká demence. 3. Vrozená mutace MTHFR je v populaci velmi častá (30%), klinicky → snížené odbourávání homocysteinu → hyperhomocysteinemie → rizikový faktor ischemické choroby srdeční.
Vitamin B 12 v potravě n n Potraviny živočišného původu (ryby, měkkýši, drůbež, játra, vejce, mléko, mléčné výrobky. Veganská strava postrádá vit. B 12 http: //health. allrefer. com/health/nutrition. html
Vitamin C – kyselina askorbová n Řada fyziologických funkcí: n n syntéza kolagenu, karnitinu, neurotransmiterů syntéza a katabolismus tyrosinu metabolismus mikrosomů Redukující vlastnosti – předává elektrony (oxidace Cu 2+ a Fe 2+)
Vitamin C Donor elektronů pro řadu hydroxyláz n syntéza kolagenu – prolylhydroxylasa, lysylhydroxylasa a lysyloxidasa obsahují Fe 2+ a askorbát jako kofaktory Prolin (lysin) + -ketoglutarát + O 2 → 4 -hydroxyprolin (hydroxylysin) + CO 2 + sukcinát -ketoglutarát – redukující agens Askorbát udržuje železo v redukovaném stavu
Vitamin C n n syntéza karnitinu - trimethyllysinhydroxyláza a g- butyrobetainhydroxyláza syntéza anrenalinu a noradrenalinu dopamin-bhydroxyláza, redukuje Cu 2+ na Cu+ syntéza některých peptidových hormonů – obsahují Gly, peptidyl glycinhydroxyláza hydroxyluje -uhlík, redukuje Cu 2+. Posttranslační modifikace prekurzoru C reaktivního proteinu - aspartát-b-hydroxyláza.
Vitamin C – antioxidant
Vitamin C – antioxidant
Vitamin C – další funkce n Pro-oxidant - redukuje přechodné stavy iontů kovů při oxidačním stresu – Cu 2+ na Cu+ Fentonova reakce: 2 Fe 2+ + 2 H 2 O 2 → 2 Fe 3+ + 2 OH· + 2 OH− 2 Fe 3+ + askorbát → 2 Fe 2+ + dehydroaskorbát n Antihistamin n Imunita – resistence proti patogenům
Vitamin C v potravě n n n Nedostatek způsobuje kurděje. Vit. C usnadňuje vstřebávání železa. Doporučená denní dávka – 100 mg/den
Děkuji za pozornost
- Slides: 75