Участие витамина РР в обмене веществ
При беременности выделение Nl-метилникотинамида с мочой повышается приблизительно на 40% с III до VI-IX месяца беременности и возвращается к норме через 2 месяца после родов, поэтому национальный исследовательский совет США рекомендует повышение ниациновых эквивалентов на 3 мг в день в течение 3−6 и 6−9 месяцев беременности в соответствии с повышением потребления калорий. Для периода кормления… Читать ещё >
Участие витамина РР в обмене веществ (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Никотиновая кислота и никотинамид являются веществами, необходимыми для жизнедеятельности всех животных и растительных клеток. Они входят в состав коферментов НАД и НАДФ и вместе с апоферментами катализируют окислительно-восстановительные реакции клеточного обмена. Эта роль ни-котиновой кислоты установлена еще до того, как было открыто ее значение в качестве витамина PP. НАД был обнаружен еще в 1905 г., в 1933 г. было ус-тановлено его адениннуклеотидное строение, а в 1936 г. НАД в чистом виде был выделен из пивных дрожжей. Он представляет собой белый аморфный порошок, слабо растворимый в феноле и метаноле с соляной кислотой. В ультрафиолетовых лучах он имеет абсорбционный спектр 260 и 340 нм.
НАД представляет собой динуклеотид, состоящий из никотинамида, двух молекул рибозы, двух молекул фосфорной кислоты и аденина. НАДФ имеет сходное с НАД свойство взаимодействовать с водородом и тот же абсорбционный спектр. Он содержит одну молекулу никотинамида, две молекулы рибозы, одну молекулу аденина и три молекулы фосфорной кислоты, отличаясь от НАД наличием одного остатка фосфорной кислоты во втором положении аденозина.
НАД и НАДФ находятся во всех клетках организма животных и растений. Для примера представлена таблица их содержания в тканях крыс.
Ткани. | НАД+ НАД-Н2. в ммолях на 1 кг сырого веса. | НАД-Н в %. | НАД+ НАД-Н2. в ммолях на 1 кг сырого веса. | НАД-Н в %. | |
Печень. | 0,86. | 0,28. | |||
Сердце. | 0,72. | 0,049. | |||
Почки. | 0,66. | 0,077. | |||
Диафрагма. | 0,65. | 0,018. | |||
Эритроциты. | 0,14. | 0,011. | |||
Мы видим, что НАД находится в тканях в гораздо больших количествах, чем НАДФ. По их содержанию в тканях можно судить об интенсивности участия этих коферментов в обмене веществ. В клетках отношение НАД/НАД-Н2 выше отношения НАДФ/НАДФ-Н2. НАД и НАДФ в клетках, если исходить из расчета ферментативной активности всего гомогената, содержатся в большем количестве в ядре, где происходит их синтез, и в меньшем количстве — в митохондриях и микросомах Фермент НАД-пирофосфорилаза вхо-дит в состав ферментов клеточного ядра, НАД-Н-цитохром С-редуктаза и НАДФ-Н-цитохром С-редуктазав состав ферментов собственно ядерной оболочки, НАД-Н-дегидрогеназа, НАД-Н-цитохром С-редуктаза, НАД-Н-цитохром В5-редуктаза, НАД-Н-оксидаза и НАДи НАДФ-изоцитратдегидрогеназа — в состав ферментов митохондрий, НАД-Н-цитохром С-редуктаза, НАД-Н2-оксидаза, НАДФ-Н2-цитохром С-редуктазав состав ферментов зндоплазматического ретикулума. Таким образом, НАД и НАДФ участвуют в качестве коферментов в ряде весьма важных ферментных систем обмена веществ в организме человека и животных. Однако благодаря структурным особенностям белковых компонентов дегидрогеназ связь коферментов НАД и НАДФ с этими ферментами менее прочная, чем других содержащих витамины ферментов. Вследствие этого НАД и НАДФ могут принять участие во многих реакциях окисления и восстановления, мигрируя от одного апофермента к другому.
Нуклеотиды НАД и НАДФ, содержащие в качестве каталитически активной группировки амид никотиновой кислоты, относятся к наиболее универсальным по распространению и биологической роли коферментам.
Одним из наиболее характерных физических свойств никотинамидных коферментов является наличие у восстановленных форм (НАД-Н2 и НАДФ-Н2) полосы поглощения в ультрафиолетовом свете с максимумом при 340 нм. Возбуждение НАДФ-Н2 излучением с этой длиной волны приводит к появлению флуоресценции с максимумом при 480 нм.
Спектрофотометрические и спектрофлуориметрические методы, основанные на этих свойствах, применяются для аналитического определения никотинамидных коферментов, а также для измерения активности связанных с ними дегидрогеназ.
При участии никотинамидных коферментов специфические дегидрогеназы катализируют обратимые реакции дегидрирования спиртов, оксикислот и некоторых аминокислот в соответствующие альдегиды, кетоны и кетокислоты. В настоящее время выделены и изучены свойства большого количества ферментов,_содержащих_в_качестве_кофермента_никотинамид.
Важнейшие из этих ферментов следующие:
Алкогольдегидрогеназы (КФ1.1.1−2).
R-CH2-ОН+НАД (или НАДФ) —- R-СНО + НАД-Н (или НАДФ-Н) + Н+.
Альдегиддегидрогеназы (КФ1.2.1.3−5).
R-CHO+Н2О+НАД (или НАДФ)—- R-COOH+НАД-Н (или НАДФ-Н) + Н+.
Глюкозо-дегидрогеназа (КФ1.1.1.47).
D-глюкоза + НАД (или НАДФ) —- дельта-лактон-D-глюконовой кислоты + НАД-Н (или НАДФ-Н) + Н+.
ДегидрогеназаD-глюкозо-б-фосфата (КФ1.1.1.49).
D-глюкозо-б-фосфат + НАДФ —- дельта-лактон-6-фосфат D-глюконовой кислоты + НАДФ-Н + Н+.
Дегидрогеназа_L-глютаминовой_кислоты (КФ1.4.1.2−4).
L-глютаминовая кислота +НАД (или НАДФ) + Н2О—-альфа-кетоглютаровая кислота + NH+НАД-Н (или НАДФ-Н) Дегидрогеназа_L-глицеро-З-фосфата (КФ1.1.1.8).
L-глицеро-З-фосфат + НАД —- диоксиацетонфосфат + НАД-Н + Н+.
Дегидрогеназа молочной и яблочной кислот (КФ 1.1.1.27−28; 1.1.1.37−40).
R-CHOH-СООН + НАДФ —- R-СО-СООН + НАДФ-Н + Н+.
Наиболее важная биологическая функция никотинамидных коферментов состоит в их участии в переносе электронов и водорода от окисляющихся субстратов к кислороду в процессе клеточного дыхания. Молекулы НАД и НАДФ в окисленной форме обладают выраженными свойствами акцепторов независимо от того, получены ли они путем биосинтеза или химическим путем. Можно сделать вывод, что в основе механизма химического действия этих коферментов лежит высокое сродство никотинамида к электрону. На основе квантовой механики это определяется его низшей свободной молекулярной орбитой. В окисленных формах НАД и НАДФ являются сильными акцепторами электронов. Так как их высшая заполненная орбита расположена низко, они являются слабыми донаторами электронов. Для восстановленных форм НАД и НАДФ энергии орбит имеют обратное соотношение, поэтому коферменты в окисленной форме проявляют тенденцию к захвату электронов, а в восстановленной форме — к их отдаче. Это мы видим на примере целого ряда соединений, в образовании которых участвует НАД.
Таким образом, коферментные функции НАД и НАДФ проявляются главным образом в окислительно-восстановительных реакциях, в обратимом присоединении атома водорода. Главная функция коферментов выражается в обратимом превращении пиридинового кольца в 1,4-дигидропиридиновое.
При гидрировании пиридинового кольца меняется его световое поглощение. Дигидропиридиновая система обладает абсорбционным максимумом при 340 нм, а пиридиновая почти не имеет абсорбции в этой области. В процессах дегидрирования, которые катализируются никотинамидными коферментами, субстрат отдает два атома водорода (2Н или 2Н+ + 2е), но присоединяется к молекуле кофермента лишь один атом Н (в четвертом положении пиридинового цикла), а второй атом Н отдает коферменту электрон и превращается в Н+ (протон). Установлено, что передача атома Н от субстрата к НАДФ происходит непосредственно и стереоспецифично для данного фермента, всегда в одну сторону плоскости пиридинового ядра НАДФ. В зависимости от направления присоединения атома водорода все дегидрогеназы, содержащие НАД, разделяются на два типа-А и В.
К типу, А относятся дегидрогеназы спиртов, L-лактата, L-малата, D-глицерата, ацетальдегида и др., тогда как к типу Вдегидрогеназы L-глутамата, D-глюкозы, D-глицеро-З-фосфата, D-глицеральдегид-фосфата, бетаоксистероидов и др. Примером поэтапного включения в ход ферментативных реакций НАД, НАД-Н2, НАДФ и НАДФ-Н2 является цикл лимонной кислоты Кребса. Этот цикл служит центром скрещивания всех важных метаболических реакций, в которых принимают участие никотинамидаденинди-нуклеотиды.
В некоторых ферментативных реакциях, например в реакции анаэробного распада глюкозы, имеются 2 ферменталактат-дегидрогеназа и фос-фоглицеринальдегид-дегидрогеназа, которые соединяются системой НАД-НАД-Н2. Реакция эта обратима и ее направление определяется коэффициентом НАД/НАДН2 и концентрацией веществ в реакции .
Особой группой ферментов являются трансгидрогеназы, катализирующие реакции между НАД и НАДФ-Н2 в направлении дигидрирования НАДФ-Н2 за счет НАД.
С помощью специфической дегидрогеназы, коферментом которой служит НАДФ, осуществляется превращение фолиевой кислоты в тетрагидрофолиевую кислоту.
Особым вопросом является структура молекулы НАД-Н, которая представ-ляет собой дигидропиридин, имеющий два основных типа, содержащих алкильную группу в положении 1:1-алкил-1,2-дигидропиридины и 1-алкил-1,4-дигидропиридины .
Наибольшее биологическое значение имеют дигидропиридины, содержащие в 3-м положении карбамидную группу. Эти соединения имеют три изомера: 1,2, 1,4 и 1,6 .
Содержание витамина РР в продуктах (мг/100 г продукта).
Продукт. | Витамин РР. | Продукт. | Витамин РР. | Продукт. | Витамин РР. | Продукт. | Витамин РР. | |
Кофе в зернах. | 17,00. | Дрожжи. | 11,40. | Печень говяжья. | 9,00. | Кура. | 7,80. | |
Мясо кролика. | 6,20. | Почки и сердце говяжьи. | 5,70. | Грибы белые свежие. | 5,00. | Говядина. | 4,70. | |
Крупа гречневая. | 4,19. | Хлеб пшеничный зерновой. | 4,00. | Баранина. | 3,80. | Консервы рыбные в масле. | 3,63. | |
Колбаса вареная, сосиски. | 3,18. | Мозги говяжьи. | 3,00. | Крупа ячневая. | 2,74. | Кальмар | 2,54. | |
Треска. | 2,30. | Колбаса полукопченая. | 2,25. | Мука пшеничная, 1 с. | 2,20. | Свинина жирная. | 2,20. | |
Горох. | 2,20. | Бифидолакт. | 2,10. | Фундук. | 2,00. | Горошек зеленый. | 2,00. | |
Крупа перловая. | 2,00. | Паста томатная. | 1,90. | Какао-порошок. | 1,80. | Печень трески. | 1,79. | |
Хлеб столовый подовый. | 1,75. | Крупа рисовая. | 1,60. | Булка сдобная. | 1,59. | Батон. | 1,57. | |
Крупа пшеничная. | 1,55. | Ставрида. | 1,30. | Картофель. | 1,30. | Макароны, в.с. | 1,21. | |
Чеснок. | 1,20. | Мука пшеничная, в.с. и ржаная. | 1,20. | Молоко сухое обезжир. | 1,20. | Крупа манная, овсяная. | 1,20. | |
Сухари. | 1,07. | Морковь. | 1,00. | Крупа «Геркулес» . | 1,00. | Шпик свиной. | 1,00. | |
Грецкие орехи. | 1,00. | Перец сладкий красный. | 1,00. | Хлеб пшеничный, в.с. | 0,92. | Капуста кольраби. | 0,90. | |
Капуста белокочанная. | 0,74. | Персики, абрикосы. | 0,70. | Молоко сухое цельное. | 0,70. | Печенье. | 0,70. | |
Хлеб ржаной формовой. | 0,67. | Салат. | 0,65. | Баклажаны, капуста цветная. | 0,60. | Шпинат, перец сладкий зеленый. | 0,60. | |
Помидоры. | 0,53. | Тыква. | 0,50. | Масло сливочное. | 0,50. | Капуста квашеная. | 0,40. | |
Сыр «Прибалтийский» . | 0,40. | Дыня. | 0,40. | Пюре яблочное. | 0,38. | Яблоки. | 0,30. | |
Творог. | 0,30. | Лук зеленый. | 0,30. | Клубника, виноград, варенье сливовое. | 0,30. | Сок томатный. | 0,30. | |
Сыр, брынза. | 0,30. | Редька. | 0,25. | Арбуз. | 0,24. | Грейпфрут. | 0,23. | |
Апельсины. | 0,20. | Огурцы, свекла, лук репчатый. | 0,20. | Молоко сгущенное. | 0,20. | Яйцо куриное. | 0,19. | |
Сливки 10% жирн. | 0,15. | Простокваша, кефир | 0,14. | Груши. | 0,10. | Сок виноградный. | 0,10. | |
Сок яблочный. | 0,10. | Репа, редис. | 0,10. | Сливки, 20% жирн. | 0,10. | Молоко коровье. | 0,10. | |
Сметана, 30% жирн. | 0,07. | Мороженое сливочное. | 0,05. | Майонез. | 0,03. | Маргарин. | 0,02. | |
Минимальное суточное содержание никотиновой кислоты в пищевых рационах, включающих кукурузу, должно быть около 7,5 мг. Наряду с этим имеет значение то, что кукуруза большую часть никотиновой кислоты содержит в неусвояемом виде и бедна триптофаном, являющимся предшественником никотиновой кислоты (см. выше). Со времени этого открытия в изучение обмена и потребности в никотиновой кислоте должно быть также включено и потребление триптофана как потенциального ее источника. Во многих странах заболеваемость пеллагрой связана с преимущественным питанием кукурузой. Однако питание, в котором преобладают другие злаки, бедные никотиновой кислотой и триптофаном, так же приводит к явлениям недостаточности никотиновой кислоты. Связанная форма никотиновой кислоты содержится в злаках, но не обнаружена в бобовых продуктах и в продуктах животного происхождения. Она должна быть принята во внимание при оценке пищевых рационов в отношении никотиновой кислоты и составлении норм суточной потребности в никотиновой кислоте. В Мексике и Центральной Америке из кукурузы готовят лепешки «тортилла». При их приготовлении кукурузу обрабатывают известью, что освобождает связанную форму никотиновой кислоты и делает ее усвояемой организмом. Варка кукурузы не освобождает связанной формы никотиновой кислоты. Очевидно, этим объясняется низкая заболеваемость пеллагрой населения указанных районов. Имеются и другие продукты, содержащие усвояемую никотиновую кислоту и обладающие противопеллагрической активностью, например стручковые овощи, некоторые напитки и среди них прежде всего кофе. Как уже указывалось, из триптофана в организме образуется никотиновая кислота, причем триптофан обладает не только профилактическим, но и лечебным действием при пеллагре. Для более точного учета противопеллагрической активности триптофана он был. назван ниациновым эквивалентом. Таким образом, ниациновый эквивалент представляет собой 1 мг никотиновой кислоты или 60 мг триптофана. Содержание ниациновых эквивалентов в некоторых пищевых продуктах представлено в таблице.
Продукты. | Ниацин1 в мг на 1000 ккал. | Триптофан в мг на 1000 ккал. | Ниациновые эквиваленты на 1000 ккал. | Ниациновые эквиваленты, исправленные для связанного ниацина на 1000 ккал. | |
Коровье молоко. | 1,2. | 12,4. | 12,4. | ||
Женское молоко. | 2,5. | 9,8. | 9,8. | ||
Говядина. | 24,7. | 46,0. | 46,0. | ||
Яйца цельные. | 0,6. | 19,8. | 19,8. | ||
Соленая свинина. | 1,2. | 2,2. | 2,2. | ||
Пшеничная мука. | 2,5. | 7,4. | 5,0. | ||
Кукурузная крупа. | 1,8. | 3,0. | 1,2. | ||
Кукуруза. | 5,0. | 6,7. | 1,7. | ||
Величины для пшеничной муки, кукурузной крупы и кукурузы представляют собой количества связанного ниацина, который, как было показано, не усваивается. Поэтому ниациновые эквиваленты, исправленные в отношении содержания связанного ниацина, значительно снижены.
В таблице показано содержание ниацина, триптофана, ниациновых эквивалентов и ниациновых эквивалентов, исправленных для связанной формы ниацина (ниацитина), из расчета на 1000 ккал в наиболее распространенных пищевых продуктах (молоко, мясо, яйца, пшеница и кукуруза). Такие продукты, как пшеничная мука, кукурузная мука, рисовые и ячменные отруби, имеют довольно высокое содержание ниацина, однако почти весь он находится в связанной, неусвояемой форме. Поэтому количества ниациновых эквивалентов, уточненных в отношении связанного ниацина для этих продуктов, естественно снижаются.
Большинство пищевых рационов в США содержит от 500 до 1000 мг или больше триптофана в день и от 8 до 17 мг преформированного ниацина с общим количеством ниациновых эквивалентов от 16 до 38 мг. Группой экспертов ФАО/ВОЗ в Риме в 1965 г. было принято, что 5,5 мг ниациновых эквивалентов на 1000 ккал представляют собой соотношение, на основании которого может быть рекомендовано суточное потребление никотиновой кислоты. При этом соотношении ни у одного из наблюдаемых лиц не обнаружено клинических явлений пеллагры, а у некоторых даже отмечалось повышение выделения с мочой метаболитов никотиновой кислоты. Добавление к этому соотношению 20%, обеспечивающих индивидуальные вариации, дает рекомендуемое потребление никотиновой кислоты 6,6 мг на 1000 ккал в сутки.
При беременности выделение Nl-метилникотинамида с мочой повышается приблизительно на 40% с III до VI-IX месяца беременности и возвращается к норме через 2 месяца после родов, поэтому национальный исследовательский совет США рекомендует повышение ниациновых эквивалентов на 3 мг в день в течение 3−6 и 6−9 месяцев беременности в соответствии с повышением потребления калорий. Для периода кормления рекомендуется дополнительно 7 мг ниациновых эквивалентов. Женское молоко содержит в среднем 0,17 мг ниацина и 22 мг триптофана в 100мл-примерно 0,5 мг ниациновых эквивалентов. В отношении питания детей, у которых 15% калорийности обеспечивалось казеином молока, общее содержание никотиновой кислоты в рационе составляло 6 мг, а при питании, в котором 10% калорийности было за счет казеина, — 4 мг. Грудному ребенку весом 6 кг, получающему с материнским молоком 2 г белка на 1 кг веса, такое вскармливание обеспечивает 200 мг триптофана. Получаемое ребенком молоко содержит 3,3 мг никотиновой кислоты и 1,7 мг — за счет триптофана (всего 5 мг никотиновой кислоты). Для детей с момента рождения до 6 месяцев кормление грудью хорошо питающейся матери достаточно для удовлетворения потребности в ниациновых эквивалентах.
Вскармливаемый грудью ребенок, получающий 850 мл молока калорийностью 600 калорий, потребляет примерно 4,5 мг ниациновых эквивалентов в день. Все это указывает, что рекомендуемое потребление 6,6 мг ниациновых эквивалентов на 1000 ккал может быть принято для детей в возрасте от 6 месяцев и старше.
Установлена необходимость никотиновой кислоты не только для профилактики пеллагры, но и для регулирующего воздействия на высшую нервную деятельность. Головной мозг содержит наибольшее количество НАД, что говорит о важной роли коферментных соединений никотиновой кислоты для обеспечения нормальной деятельности центральной нервной системы. Правильное соотношение процессов возбуждения и торможения в коре больших полушарий и, особенно, прочность процесса внутреннего торможения, в значительной степени определяющего поведение человека, очень важны при адаптации организма человека к различным стрессовым ситуациям. Достаточно высокое содержание ниациновых эквивалентов должно быть обеспечено в питании лиц, работающих в условиях повышенного нервно-психического напряжения (члены летных экипажей, телефонистки, работники на пультах дистанционных управлений.
Степень физической нагрузки также, по-видимому, может влиять на потребность в никотиновой кислоте. Например, одной из причин развития пеллагры в период Великой Отечественной войны при прочих условиях считали сильное переутомление. Обмен ряда витаминов, в том числе никотиновой кислоты, претерпевает значительные изменения в процессе старения организма. У старых животных, а также у людей пожилого и особенно старческого возраста наблюдается снижение обеспеченности организма никотиновой кислотой с уменьшением выделения Nlметилникотинамида с мочой. Это связывают с развитием эндогенного полигиповитаминоза, одной из важных причин которого является возрастное понижение активности ферментных систем организма. Среди эндогенных факторов потребность в ниациновых эквивалентах значительно повышают заболевания желудочно-кишечного тракта, в особенности с поносами, различные инфекции, главным образом дизентерия и инфекционный гепатит, тифы, нервные и психические заболевания, особенно шизофрения, а также различные интоксикации.
Потребность в ниациновых эквивалентах увеличивается при приеме различных медикаментов, таких, как сульфаниламидные препараты, антибиотики, препараты изоникотиновой кислоты (фтивазид, тубазид), представляющие собой антагонисты никотиновой кислоты. Об этом следует помнить при построении пищевых рационов в соответствующих лечебных и профилактических учреждениях.
Как известно, никотиновая кислота наиболее устойчива из всех витаминов. Она весьма стойка при хранении и обычных методах консервирования. Потери ее при кулинарной обработке не превышают 15- 20%. Триптофан также очень стоек в отношении обычных методов тепловой обработки, применяемой в питании.