Зміст
"1-3"Відкриття вітамінів ................................................ ....................................... 2
Дослідження ролі вітамінів в організмі ............................................. ... 17
Застосування синтетичних вітамінів ............................................... .......... 26
Бібліографія ................................................. ............................................... 31
Відкриття вітамінів
Те, що харчування має бути збалансованим і різноманітним, знали не тільки практикуючі лікарі 19 століття, це прекрасно розуміли і раніше, коли ще нічого не було відомо про хімічний склад їжі. Дієтологи тим часом чекають кінця XIX століття, коли були відкриті містяться в їжі в мізерних кількостях речовини, такі необхідні для життя.До другої половини 19 століття було з'ясовано, що харчова цінність продуктів харчування визначається вмістом в них в основному наступних речовин: білків, жирів, вуглеводів, мінеральних солей і води.
Вважалося загальновизнаним, що якщо в їжу людини входять в певних кількостях всі ці поживні речовини, то вона повністю відповідає біологічним потребам організму. Це думка міцно вкоренилося в науці і підтримувалося такими авторитетними фізіологами того часу, як Петтенкофер, Фойт і Рубнер.
Однак практика далеко не завжди підтверджувала правильність укорінених уявлень про біологічну повноцінність їжі.
Практичний досвід лікарів і клінічні спостереження здавна з переконливістю вказували на існування низки специфічних захворювань, безпосередньо пов'язаних з дефектами харчування, хоча останнє цілком відповідало зазначеним вище вимогам. Про це свідчив також багатовікової практичний досвід учасників тривалих подорожей.
У Стародавньому світі добре була відома цинга, захворювання, при якому капіляри стають все більш і більш ламким, ясна кровоточать, зуби випадають, рани гояться з працею, якщо взагалі гояться, у хворого наростає слабкість, і врешті-решт він помирає. Особливо часто ця хвороба виникала у жителів міст, що знаходяться в облозі, у часи воєн і стихійних лих, і у мореплавців, які здійснювали тривалі подорожі по океану (Команда Магеллана більше страждала від цинги, ніж від загального недоїдання). Подібне траплялося при нестачі або відсутності в харчуванні свіжих овочів і фруктів. Кораблі, які вирушають у довге плавання, зазвичай завантажували таким провіантом, який не зіпсувався б в дорозі. Зазвичай це були сухарі і солона свинина. На жаль, лікарі впродовж багатьох століть не могли зв'язати цингу з раціоном.
У результаті цинга довгий час була бичем для мореплавців; від неї гинуло моряків більше, ніж, наприклад, у боях чи від корабельних аварій. Так, з 160 учасників відомої експедиції Васко да Гама прокладала морський шлях до Індії, 100 чоловік загинули від цинги.
Таким чином, практичний досвід чітко вказував на те, що цинга і деякі інші хвороби пов'язані з дефектами харчування, що навіть сама рясна їжа сама по собі ще далеко не завжди гарантує від подібних захворювань і що для попередження і лікування таких захворювань необхідно вводити в організм якісь -то додаткові речовини, які містяться не у всякій їжі.
Авітаміноз А був відомий з глибокої давнини. Відомо, що ще в Давньому Єгипті при курячої сліпоти - клінічному прояві авітамінозу "А" - вживали в їжу сиру печінку, що містить вітамін А. Наприклад, давньогрецький лікар Гіппократ призначав сиру печінку при курячій сліпоті. У Китаї для лікування хвороби очей також рекомендували застосовувати печінку.
Історія морських і сухопутних подорожей давала ряд повчальних прикладів, які вказували на те, що виникнення цинги може бути припинено, а цинготних хворі можуть бути вилікувані. У 1536 році французький мандрівник Жак Картьє був змушений залишитися на зиму в Канаді, де 100 чоловік з його загону захворіли на цингу. Місцеві індіанці, дізнавшись про це, запропонували їм засіб: воду, настояну на соснової глиці. Люди Картьє, будучи в повному розпачі, пішли цьому, на їх погляд, несерйозному раді та. одужали.
Два століття потому, в 1747 році, шотландський лікар Джеймс Лінд, зіткнувшись з кількома аналогічними випадками, спробував лікувати таких хворих свіжими фруктами і овочами. Апробируя свій метод лікування на матросів, які страждають на цингу, він виявив, що швидше за все поліпшення стану хворих викликають апельсини і лимони.
У черговому плаванні по Тихому океану під керівництвом знаменитого англійського мандрівника Дж. Кука, що тривав з 1772 по 1775 рр.., Брали участь два кораблі. На першому судні, яким командував Дж. Кук, були зроблені великі запаси свіжих овочів, фруктів, а також лимонного та морквяного соків. У результаті тривалого плавання жоден з членів екіпажу не захворів на цингу. На іншому судні, де не були зроблені запаси овочів і фруктів, чверть команди хворіла цингу.
На жаль, вищі офіцерські чини британського військово-морського флоту тільки в 1795 році скористалися результатами експериментів Лінда, включивши в щоденний матроський пайок сік лайма (та й то виключно для того, щоб запобігти поразці своєї страждає цингу флотилії у морській битві). Завдяки соку лайма британський військово-морський флот назавжди забув, що таке цинга. (З тих пір англійських матросів стали величати лайма, а прилеглий до Темзі район Лондона, де колись зберігали коробки з Лаймою, до цих пір носить назву Лаймхауз.)
Століттям пізніше, в 1891 році, Такакі, адмірал японського військово-морського флоту, також ввів різноманітність у раціон японських матросів, що складався до цього переважно з рису. Постійна рисова дієта викликала у екіпажів японських судів захворювання, відоме під назвою бери-бери.
У 1894 р. в норвезькому флоті з метою поліпшення харчування особового складу, замість житніх сухарів наказано було видавати білий хліб, а маргарин замінили вершковим маслом. Особовий склад флоту, позбавлений житніх сухарів і маргарину, в тривалих плаваннях хворів бери-бери, а екіпаж "старого морського вовка", поділявся з командою житніми сухарями, від авітамінозу В 1 на страждав.
Незважаючи на те, що хоча і в достатній мірі випадково, але все ж способи лікування цинги і бери-бери були знайдені, медики XIX століття відмовлялися вірити тому, що захворювання можна лікувати за допомогою дієти, їх недовіра особливо зросло після того, як Пастер висунув теорію, згідно з якою причиною хвороб були мікроби.
Експериментальне обгрунтування та науково-теоретичне узагальнення багатовікового практичного досвіду вперше стали можливі завдяки відкрило нову главу в науці дослідженням російського вченого Миколи Івановича Луніна, який вивчав у лабораторії Г. А. Бунге роль мінеральних речовин у харчуванні. У 1880 р. він захистив дисертацію "Про значення неорганічних солей для харчування тварин".
Н. І. Лунін проводив свої досліди на мишах, яких утримували на штучно приготованої їжі. Ця їжа складалася із суміші очищеного казеїну (білок молока), жиру молока, молочного цукру, солей, що входять до складу молока та води. Здавалося, в наявності були всі необхідні складові частини молока; між тим миші, що перебувало на такій дієті, не росли, втрачали у вазі, переставали поїдати дається їм корм, і нарешті, гинули. У той же час контрольна партія мишей, що отримала натуральне молоко, розвивалася цілком нормально. На підставі цих робіт М. І. Лунін у 1880 р. прийшов до наступного висновку: "... якщо, як вищезазначені досліди вчать, неможливо забезпечити життя білками, жирами, цукром, солями і водою, то з цього випливає, що в молоці , крім казеїну, жиру, молочного цукру і солей, містяться ще інші речовини, незамінні для харчування. Становить великий інтерес дослідити ці речовини і вивчити їх значення для харчування ".
Це було важливе наукове відкриття, спростовує сталі положення в науці про харчування. Результати робіт М. І. Луніна стали оскаржуватися, їх намагалися пояснити, наприклад, тим, що штучно приготовлена їжа, якої він у своїх дослідах годував тварин, була нібито несмачною.
У 1890 р. К.А. Сосін повторив досліди М. І. Луніна з іншим варіантом штучної дієти і повністю підтвердив висновки М. І. Луніна. Все ж і після цього бездоганний висновок не відразу отримав загальне визнання.
Досить близько до ідеї про існування вітамінів був В.В. Пашутін, який вважав цингу однієї з форм голодування в результаті дефіциту в їжі міститься в рослинах невідомої речовини.
Блискучим підтвердженням правильності висновку Н. І. Луніна стало встановлення в 1896 причини хвороби бері-бері, яка була особливо поширена в Японії та Індонезії серед населення, питались головним чином полірованим рисом.
Голландського лікаря Християна Ейкман послали дослідити бери-бери в які на той час голландської колонією острови Вест-Індії (нині територія Індонезії), оскільки вони були епідемічним районом цього захворювання (навіть у наші дні, коли відомі причини, що викликають хворобу, і способи її лікування , бері-бері щорічно забирає близько 100 000 життів). Тактакі зупинив поширення хвороби, змінивши дієту, але жителям цього азіатського регіону не приходило в голову, що причина цієї хвороби пов'язана з особливостями харчування.
Спочатку Ейкман порахував, що бери-бери - захворювання, що викликається мікробами, і, щоб спробувати знайти збудників цієї хвороби, використовував як піддослідних тварин курчат. Завдяки щасливому випадку людина, який стежив за птахом, виявився нечистий на руку. Майже всіх курчат розбив параліч, від якого більшість з них загинули, але ті, які залишилися живі, через чотири місяці прийшли в себе і стали абсолютно здоровими. Ейкман, заклопотаний тим, що його спроба виявити збудників хвороби виявилася невдалою, поцікавився, чим годували курчат, і виявив, що його слуга, який відповідав за їх зміст, економив на птаху (що виявилося дуже до речі): курчат годували залишками їжі з місцевого військового шпиталю - тобто переважно очищеним рисом. Коли ж через кілька місяців Ейкман найняв іншого помічника, той поклав кінець дрібному шахрайства і став годувати курчат тим, чим і належить, - неочищеним рисовим зерном, завдяки чому курчата і одужали.
Ейкман почав експериментувати. Він спробував навмисно містити курчат на шліфованої рисі, і незабаром всі вони захворіли. При переведенні хворих курчат на неочищений рис вони видужували. Це був перший випадок в історії, коли захворювання навмисне викликали неповноцінним раціоном. Ейкман вирішив, що поліневрит, яким страждали курчата, за симптомами дуже схожий на хворобу бері-бері, вражаючу людей. Може бути, і у людини бери-бери виникає тому, що він споживає в їжу шліфований рис?
Рис, призначений для харчування людини, шліфують для того, щоб він краще зберігався. Справа в тому, що в рисовому лушпинні містяться масла, які швидко прогоркают. Ейкман і Герріт Гріна, який з ним разом працював, спробували з'ясувати, що ж таке міститься в рисовому лушпинні, що запобігає захворюванню. Їм вдалося екстрагувати це речовина з лушпиння водою, після чого вони виявили, що воно проникає через мембрану, крізь яку не проходять білки. Значить, молекули речовини, пошуками якого вони займалися, повинні бути невеликими. На цьому дослідницькі можливості Ейкман були вичерпані, і йому так і не вдалося ідентифікувати речовину, що охороняє від бери-бери.
Тим часом інші дослідники натрапили на інші загадкові фактори, які здавалися їм необхідними для нормального функціонування організму. У 1905 році голландський дієтолог К.А. Пекельхарінг виявив, що всі його лабораторні миші захворіли вже через місяць змісту їх на раціоні, повноцінному щодо жирів, вуглеводів і білків. Миші швидко відчули себе краще після того, як він ввів в їх раціон кілька крапель молока. Біохімік з Англії Фредерік Хопкінс, який показав, наскільки важливо наявність в раціоні амінокислот, також провів серію експериментів, в результаті яких було зроблено висновок: у молочному білка казеїну міститься щось, що при додаванні в раціон забезпечує нормальний ріст і розвиток організму. Це щось добре розчинялося у воді. Додавання в раціон невеликих кількостей екстракту дріжджів виявилося ще більш ефективним, ніж використання в якості добавки казеїну.
За піонерську роботу у виявленні корисних поживних речовин, необхідних для життя, Ейкман і Хопкінс в 1929 році були удостоєні Нобелівської премії з медицини та фізіології.
Перед вченими виникла нова задача: знайти в продуктах харчування ці життєво необхідні чинники. У. Сузукі, Т. Шимамура і С. Одака екстрагували з рисового лушпиння речовина, яка дуже ефективно запобігало і виліковує бери-бери. П'яти - десяти міліграмів цієї речовини було достатньо, щоб повністю вилікувати курей. У тому ж році англійський біохімік, поляк за походженням, Казимир Фанк (пізніше він перебрався до Сполучених Штатів) виділив подібна речовина з дріжджів.
Оскільки, як було встановлено, ця речовина за хімічною природою було аміном (воно містила аміногрупу NH 2), Фанк назвав його вітаміном, що в перекладі з латини означає «життєвий амін». Фанк висловив припущення, що бери-бери, цинга, пелагра, рахіт-всі ці захворювання виникають через брак життєвих амінів в організмі. Припущення вченого виявилося вірним тільки в тому сенсі, що всі вказані захворювання дійсно виникають при дефіциті певних речовин, що містяться в їжі в невеликих кількостях. Але, як виявилося пізніше, зовсім не всі вітаміни за хімічною природою є амінами. Проте термін "вітаміни" настільки міцно увійшов в ужиток, що змінювати його не мало вже сенсу.
У 1913 році два американські біохіміка-Елмер Вірною Макколом і Маргарита Дейвіс - виявили інший фактор, який в незначних кількостях містився у вершковому маслі і в яєчних жовтках. Ця речовина погано розчиняється у воді, але добре в жирах. Макколом дав йому назву жиророзчинний фактор А, на відміну від речовини, що попереджають виникнення бери-бери, яке він ще раніше визначив як водорозчинний фактор В (фактором звичайно називають невідоме з точки зору хімічної природи речовина, яка виконує певну функцію).
Оскільки нічого більше про хімічну природу цих факторів не було відомо, то позначення речовин літерами виявилося цілком прийнятним. З тієї пори і ввійшло в традицію означати подібні фактори літерами латинського алфавіту. У 1920 році англійський біохімік Джек Сесіл Драммонд змінив їх назви на вітамін А і вітамін В. Він також припустив, що чинник, що перешкоджає виникненню цинги, відрізняється від цих вітамінів, і назвав його вітаміном С.
Незабаром вітамін А був ідентифікований як чинник, що перешкоджає розвитку підвищеної сухості тканин, які оточують очей, - рогової оболонки та кон'юнктиви. Це захворювання називають ксерофтальмией, що в перекладі з грецького означає «сухі очі». У 1920 році Макколом і його асистенти виявили, що речовина, що міститься в жирі печінки тріски, яке ефективно допомагало при лікуванні ксерофтальмії, перешкоджає та розвитку захворювання кісток - рахіту. Вони вирішили, що цей антирахітичний фактор є четвертим вітаміном, який вони назвали вітаміном В. Вітаміни D і А розчиняються в жирах, а вітаміни С і В розчиняються у воді.
Приблизно до 1930 року стало ясно, що вітамін В - це не одна речовина, а ціла група сполук, що розрізняються по своїх властивостях. Той його компонент, який був ефективний при лікуванні бери-бери, назвали вітаміном В 2, другий його компонент - вітаміном У 3 і т. д. Як виявилося згодом, відкриття деяких нових факторів, що належать до групи вітамінів В, виявилося артефактом. Це стосується вітамінів В3, 4 або В 5, про які з часу заяви про їх існування ніхто більше не чув. Тим не менше, число цих факторів зросла до 14. У цілому ця група вітамінів (всі вони розчинні у воді) отримала назву комплекс вітаміну В.
Дослідники відкривали все нові і нові фактори, що претендують на роль вітамінів (далеко не всі вони насправді виявилися такими), для їх позначення потрібні були нові літери. З'явилися вітаміни Е і К, обидва жиророзчинні, вони і насправді виконують роль вітамінів в організмі, а ось вітамін Р, як виявилося, не був вітаміном, а вітамін Н був одним із уже відомих вітамінів, що належать до групи вітамінів В.
Проте встановити хімічний склад і структуру вітамінів було справою непростою, тому що в продуктах харчування вони присутні в дуже малих кількостях. Наприклад, тонна рисового лушпиння містить всього лише п'ять грамів вітаміну В 1. Тільки в 1926 році нарешті вдалося екстрагувати достатню для проведення хімічного аналізу кількість вітаміну В. Два біохіміка з Голландії - Баренд Конрад Петрус Янсен і Вільям Фредерік Донат, використовуючи невелику кількість екстракту, встановили склад вітаміну В. Однак, як з'ясувалося, їх результати виявилися помилковими. Спробу встановити склад вітаміну В зробив в 1932 році Одейк. Він взяв для аналізу більша кількість екстракту, і це дозволило йому отримати майже вірні результати. Одейк першим встановив, що в молекулу вітаміну входить атом сірки.
І нарешті, в 1934 році Роберт Р. Вільяма після 20 років наполегливої праці, переробивши тонни рисової лушпайки, виділив вітамін В 1 у кількості, достатній для того, щоб встановити нарешті його структурну формулу. Формула вітаміну В 1 така:
|
CH CH 2 CH
Оскільки найбільш несподіваною характеристикою молекули стала наявність в ній атома сірки (по-грецьки «теіон»), вітамін В 1 отримав назву тіамін.
Дослідники, що займалися вітаміном С, зіткнулися з проблемами іншого роду. Отримати вітамін С в достатній кількості не представляло великої праці: його багато міститься в плодах цитрусових рослин. Набагато важче було знайти експериментальних тварин, які б не виробляли свій власний вітамін С. Більшість ссавців, за винятком людини та інших приматів, володіють здатністю синтезувати цей вітамін. Були потрібні недорогі піддослідні тварини, на яких можна було б створити модель цинги, щоб потім, згодовуючи їм різні фракції, одержувані із соку цитрусових, дізнатися, в якій з них міститься вітамін С.
У 1918 році американські біохіміки Б. Коен і Лафаетт Бенедикт Мендель нарешті знайшли таких експериментальних тварин, виявивши, що морські свинки не можуть синтезувати власний вітамін С. І дійсно, у морських свинок цинга розвивалася навіть швидше, ніж у людини. Але тут виникла чергова труднощі: вітамін С виявився дуже нестабільним (він найстабільніший з вітамінів), і всі спроби виділити його закінчувалися провалом, так як вітамін при виділенні втрачав свої властивості. Чимало дослідників безуспішно працювали над вирішенням цієї проблеми.
Вийшло так, що виділив в кінці кінців вітамін С людина, яка спеціально цим питанням не цікавився. Це був американський біохімік, угорець за походженням, Алберт Сент-Дьордь. У той час, а це був 1928 рік, він працював у лабораторії Хопкінса і, займаючись проблемою використання кисню тканинами, виділив з качанової капусти речовина, яке допомагало переносити атоми водню від одного з'єднання до іншого. Незабаром після цього Чарльз Глен Кінг і його співробітники з університету в Пітсбурзі, які направлено займалися виділенням вітаміну С, отримали з капусти якась речовина, яке володіло сильним захисним дією проти цинги. Більше того, вони виявили, що ця речовина ідентично кристалам, отриманим ними раніше з лимонного соку. У 1933 році Кінг встановив структуру цієї речовини. Виявилося, що воно складається з шести атомів вуглецю, належить до класу Сахаров, що відносяться до L-серії:
O
C C OH
OH OH
Цієї речовини дали назву аскорбінова кислота (слово «аскорбінова» походить від грецького слова, що означає «немає цинги»).
Що стосується вітаміну А, то перший натяк на його структуру дослідники отримали, зауваживши, що всі продукти, багаті вітаміном А, мають жовту або оранжеве забарвлення (вершкове масло, яєчний жовток, морква, риб'ячий жир і т. д.). Виявилося, характерний колір цих продуктів додає вуглеводень, відомий під назвою каротин, і в 1929 році британський біохімік Томас Мор показав, що в печінці щурів, що знаходилися на раціоні, який містив каротин, накопичується вітамін А. Вітамін А не мав жовтого забарвлення, з чого був зроблено висновок, що сам по собі каротин не є вітаміном А, каротин - його попередник, який перетворюється в печінці у вітамін А. (Тобто є провітаміном.)
У 1937 році американські хіміки Гаррі Николі Холмс і Рут Елізабет Корбет виділили з риб'ячого жиру вітамін А в кристалічному вигляді. Виявилося, що складається він з 20 атомів вуглецю і, по суті, є половиною молекули каротину з гідроксильною групою в місці розриву.
CH 2
Хіміки, які займалися вітаміном D, виявили, що його наявність в організмі залежить від сонячного світла. Ще в 1921 році дослідники, які працювали в групі Макколама (який першим довів існування вітамінів), показали, що у щурів, що знаходяться на раціоні, дефіцитному з вітаміну D, але утримуються на сонячному світлі, рахіт не розвивається. Біохіміки припустили, що вітамін D в організмі утворюється з провітаміну завдяки енергії сонця. І оскільки вітамін В розчинявся в жирах, вони почали шукати його попередник серед жиророзчинних компонентів їжі.
Розщеплюючи жири на фракції і впливаючи на ці фракції сонячним світлом, дослідники встановили, що речовина, яка при дії світла переходить у вітамін D, є стероїдом. Але який це стероїд? Вони перевірили холестерин та інші відомі природні стероїди, але не виявили у них властивостей вітаміну D. Пізніше, в 1926 році, американські біохіміки Отто Розенхайм і Т.А. Вебстер виявили що під дією світла на вітамін D перетворюється дуже близький до нього за хімічною структурою речовина ергостерол, яке було виділено раніше з жита, ураженої ріжком. Одночасно - і незалежно від них це ж відкриття зробив німецький хімік Адольф Віндаус. За цю роботу, а також і за інші досягнення в області вивчення стероїдів Віндаус в 1928 році був удостоєний звання лауреата Нобелівської премії в області хімії.
Однак питання про попередника вітаміну В в організмі залишалося відкритим: справа в тому, що ергостерол в організмі тварин не утворюється. З часом речовина, що є провітаміном У, було встановлено. Ним виявився 7-дегідрохолесте-рин, який відрізнявся від звичайного холестерину відсутністю двох атомів водню. Утворений вітамін D має наступну будову:
HO CH 2 CH
Одна їх форм вітаміну В називається кальциферол, що в перекладі з латинської означає «несучий кальцій». Ця назва кальциферол отримав за свою здатність посилювати відкладення кальцію в кістках.
Дефіцит вітамінів в організмі може виявлятися не тільки у вигляді гострого захворювання. У 1922 році Герберт Маклін Еванс і К.Дж. Скотт, співробітники Каліфорнійського університету, встановили, що причиною безпліддя у тварин також є дефіцит відповідного вітаміну. Тільки в 1936 році групі Еванса вдалося встановити, що це вітамін Е, і виділити його. Нового вітаміну дали назву токоферол, що в перекладі з грецького означає «виробляти дітей».
На жаль, до цих пір невідомо, наскільки велика потреба людини в цьому вітаміні, оскільки, безумовно, ніхто не наважиться викликати у людини експериментальне безпліддя, посадивши його на дієту, дефіцитну з вітаміну Е. А факт, що дефіцит вітаміну Е в раціоні викликає безпліддя у тварин, зовсім не означає, що в природних умовах стерильність у них розвивається саме з цієї причини.
У 30-х роках XX століття датський біохімік Карл Петер Хенрік Дам, експериментуючи на курчатах, виявив існування вітаміну, який бере участь у згортанні крові. Він назвав його коагуляційних вітаміном, згодом його стали називати скорочено вітаміном К. Пізніше Едвард Дойсі з колегами з університету в Сент-Луїсі виділили цей вітамін і визначили його структуру. За відкриття та встановлення структури вітаміну К Даму і Дойсі в 1943 році була присуджена Нобелівська премія з медицини та фізіології.
Вітамін До належить до числа вітамінів, надходження яких в організм мало залежить від складу їжі. У нормі наявність основної кількості цього вітаміну забезпечують бактерії, що населяють кишечник. Вони виробляють його настільки багато, що в калі цього вітаміну набагато більше, ніж в їжі. Більшою мірою авітамінозу До схильні новонароджені немовлята, що може проявитися у них в поганому згортанні крові і як наслідок в кровотечах. У деяких пологових будинках новонародженим перші три дні життя, поки кишкові бактерії не заселили кишечник, вводять вітамін К у вигляді ін'єкцій або ж лікарі призначають його матері за декілька днів до пологів. У наступні дні, коли бактерії заселяться в кишечник новонародженого, вони йому ще доставлять масу неприємностей, але, принаймні, тоді дитина буде захищена від кровотеч. У дійсності залишається загадкою питання: чи може організм існувати в умовах повної ізоляції від бактерій, або, іншими словами, не зайшов наш симбіоз з мікроорганізмами так далеко, що без них ми просто не можемо жити? Деякі дослідники пробували вирощувати тварин в умовах абсолютної стерильності. Миші, наприклад, в таких умовах навіть розмножувалися. Було отримано 12 поколінь мишей, яким не були відомі мікроби. Такі досліди в 1928 році проводилися в Нотрдамського університеті.
На стику 30-х і 40-х років біохіміки відкрили ще кілька вітамінів, що належать до групи В, яким були дані назви біотин, пантотенова кислота, піридоксин, фолієва кислота і ціанокобаламін. Всі ці вітаміни синтезуються кишковими бактеріями, більше того, вони присутні в достатніх кількостях у всіх продуктах харчування, так що для цих вітамінів випадки авітамінозу невідомі. Для того щоб з'ясувати, які симптоми виникають у разі дефіциту цих вітамінів, вченим доводилося навіть утримувати тварин на спеціальній дієті, штучно позбавленої цих вітамінів, або вводити в дієту антивітаміни, які б нейтралізували ті вітаміни, які утворюються кишковими бактеріями. (Антивітаміни - це речовини, схожі за структурою з вітамінами. В силу своєї схожості вони конкурентно інгібують фермент, який використовує даний вітамін як кофермент.)
Незабаром слідом за встановленням структури кожного вітаміну проводився його синтез, але були випадки, коли синтез вітаміну навіть передував встановленню його структури. Наприклад, група вчених, очолювана Уїльямсом, синтезувала тіамін в 1937 році, за три роки до того, як була встановлена його структура, а швейцарський біохімік, виходець з Польщі, Тадеуш Рейх-штейн та очолювана ним група хіміків синтезували аскорбінову кислоту в 1933 році, дещо раніше того, як Кінг остаточно встановив її точну структуру. Ще один приклад - вітамін А, який був синтезований в 1936 році незалежно двома групами хіміків також незадовго до того, як була остаточно встановлена його хімічна структура.
Дослідження ролі вітамінів в організмі
Біохімікам, звичайно, кортіло дізнатися, яким чином вітаміни, присутні в таких малих кількостях, грають таку важливу роль у хімічних процесах, що протікають в організмі. Детальне вивчення хімії ферментів дозволило знайти відповідь на це питання. Дослідники, що займалися хімією білків, давно знали, що деякі білки складаються не тільки з амінокислот, що в деяких з них можуть ще бути присутнім простетичні групи, як, наприклад, ген в гемоглобіні, який не є амінокислотою. Як правило, простетичні групи досить міцно пов'язані з іншою частиною молекули. Що стосується ферментів, то в деяких випадках неамінокіслотний фрагмент білкової молекули буває слабо пов'язаний з поліпептидного ланцюгом і може легко від неї відійти.Цей факт в 1904 році вперше виявив Артур Харден (незабаром після цього він відкрив фосфорсодержащие проміжні метаболіти). Харден працював з екстрактом дріжджів, яким він зброджують цукор. Він вносив екстракт в мішечок, зроблений з напівпроникною мембрани, і поміщав цей мішечок в чисту воду. Молекули невеликого розміру, які можуть вільно проникати через пори мембрани, виходили у воду, а великі молекули білків не могли вийти через пори в силу свого розміру, тому вони залишалися в мішечку. Після завершення цієї процедури (вона називається діаліз) Харден виявив, що екстракт повністю втратив свою зброджують активність. Ні розчин усередині мішечка, ні вода, яка була зовні, не зброджують цукор. Але при з'єднанні обох рідин (тієї, що була всередині мішечка, і тією, що була зовні) активність дріжджового екстракту відновлювалася.
Виходило, що крім великої молекули білка до складу ферменту входила ще якась невелика молекула, здатна проникати через пори мембрани, - молекула кофермент. Кофермент був необхідний для прояву активності ферменту (можна сказати, що він був «лезом» ферменту).
Хіміки відразу ж взялися за визначення структури помічника сбражіваюшего ферменту (втім, і інших коферментів теж). Швейцарський хімік, німець за походженням, Ганс Карл Август Симон фон Ейлер-Чеплін першим досяг успіху в цьому напрямку. У результаті він і Харден в 1929 році отримали Нобелівську премію в галузі хімії.
Згідно з результатами Ейлера-Чепліна, кофермент зброджуваного ферменту дріжджів складався з молекули аденіну, двох молекул рибози, двох фосфатних груп і молекули нікотинаміду, з'єднаних разом. Остання речовина, нікотинамід, було вперше виявлено в живих тканинах, тому немає нічого дивного в тому, що інтерес учених сконцентрувався в більшою мірою на ньому. (Це речовина отримала таку назву тому, що воно містить аміногрупу, CONH 3, і його можна легко отримати із нікотинової кислоти. Нікотинова кислота по структурі дуже схожа із які мають тютюні алкалоїдом нікотином, але діаметрально відрізняється від нього тим, що нікотинова кислота необхідна для життя, тоді як нікотин є смертельною отрутою). Формули нікотинової кислоти і нікотинаміду такі:
NN
Після встановлення Харденом структури коферменту він був відразу ж перейменований в никотинамидадвниндинуклеотид (або скорочено НАД): нікотинамід - оскільки в його склад входить ця речовина; аденіннуклеотід - оскільки фрагмент молекули коферменту представлений поєднанням аденіну, рибози і фосфату характерним для нуклеотидів, з яких побудовані нуклеїнові кислоти ; ді - оскільки таких фрагментів у коферменту два
Незабаром було виявлено інший кофермент, дуже схожий на НАД і відрізнявся від нього лише тим, що містив не дві фосфатні групи, а три. Йому дали назву никотинамидадениндинуклеотидфосфат (скорочено НАДФ). Обидва ці речовини НАД і НАДФ, широко поширені в організмі і є коферментами для багатьох ферментів, що здійснюють передачу атомів водню з однієї речовини на інше. (Назва цих ферментів дегідрогенази.) Коферменти НАД і НАДФ якраз і є тими речовинами, які виконують функцію переносників водню, фермент лише «вибирає» субстрат - то речовина, з яким потрібно провести подібну операцію (для кожного субстрату існує своя дегідрогеназа). Тому для організму життєво однаково важливі як фермент, так і кофермент, у разі дефіциту одного з них сповільнюється процес передачі водню і, отже, припиняється утилізація енергії, укладеної в харчових продуктах.
Як з'ясувалося, нікотинамід в організмі не утворюється Організм здатний синтезувати всі ферменти, всі компоненти, з яких складаються коферменти НАД і НАДФ, за винятком нікотинаміду, тому нікотинамід повинен надходити в готовому вигляді (або, принаймні, у вигляді нікотинової кислоти) з їжею . В іншому разі не буде відбуватися освіти НАД і НАДФ, і тоді загальмуються контрольовані ними реакції переносу водню.
Чи є нікотинамід або нікотинова кислота вітаміном? Свого часу ще Фанк (який ввів термін вітамін) виділив нікотинову кислоту з рисового лушпиння. Виявивши, що нікотинова кислота не лікує бери-бери, він втратив до неї інтерес. Але коли з'ясувалося, що ця речовина тісно пов'язане з діяльністю ферментів, біохіміки з Вісконсинського університету під керівництвом Конрада Арнольда Елвейема спробували застосувати нікотинову кислоту для лікування іншої хвороби, пов'язаної з неповноцінним харчуванням, - пелагри.
У 20-х роках XX століття американський лікар Джозеф Голдбергер займався вивченням пелагри (іноді цю хворобу називали італійської проказою} - захворювання, поширеного в той час в областях, віддалених від узбережжя, у південних штатах Америки на початку століття поширення пелагри носило навіть характер епідемії. Найбільш характерними симптомами пелагри є суха, покрита лусочками шкіра, діарея і запалений мову, іноді при цьому захворюванні спостерігаються психічні розлади. Голдбергер звернув увагу на те, що пелагра, як правило, вражала людей, що харчувалися переважно кукурудзяним борошном, і обходила сім'ї, в яких містили корів молочних порід. Він почав експериментувати з штучними раціонами; об'єктами дослідження служили тварини й в'язнів тюрем, серед яких пелагра була дуже поширена. Голдберг досяг деяких успіхів, зумівши викликати у собак аналогічне пелагрі захворювання, що характеризується почорнінням мови, і потім вилікувати його введенням у раціон екстракту дріжджів. У в'язнів після введення в їх раціон молока також зникали симптоми пелагри. Голдбергер вирішив, що в дріжджах і молоці міститься вітамін, що попереджає розвиток пелагри, він назвав його вітаміном РР (від pellagra-divventive », або« попереджуючий пелагру ») .
Отже, Елвейем вирішив випробувати нікотинову кислоту для лікування пелагри. Він додавав невеликі дози цієї речовини в раціон собакам, які страждають почорнінням мови, і спостерігав при цьому поліпшення їх стану. Збільшення дози нікотинової кислоти приводило до повного одужання тварин. Значить, припущення було правильним: нікотинова кислота - це вітамін, той самий вітамін РР, існування якого припускав Голдбергер.
Однак Асоціацію американських лікарів стурбував той факт, що через схожість назв нікотинової кислоти і нікотину громадськість може вирішити, що тютюн є джерелом вітамінів, тому було настійно рекомендовано не використовувати назви «нікотинова кислота» і «нікотинамід», замість них були запропоновані інші - ніацин, і відповідно ніаціамід. (У Росії використовуються вихідні назви нікотинова кислота, або вітамін РР, і нікотинамід, також застосовується в якості вітаміну РР.)
Поступово ставало ясно, що вітаміни найчастіше є частинами молекул коферментів, причому ці частини не синтезуються в організмах тварин і людей, тому вони повинні надходити ззовні. У 1932 році Варбург відкрив кофермент жовтого кольору, який також брав участь у перенесенні атомів водню. Згодом австрійський хімік Ріхард Кун виділив вітамін В 2, який був жовтого кольору, і встановив його структуру.
CH 2 OH
HO CH
HO CH
HO CH
CH 3
CH 3 CH NNO
CCCC
CCC NH
CH 3 CH N C
O
Вуглецева ланцюг, приєднана до середнього кільцю, схожа на молекулу речовини, що носить назву рібітол, тому вітамін В2 отримав назву рибофлавін («флавін» походить від латинського слова, що означає «жовтий»). Аналіз спектра поглинання рибофлавіну показав, що він дуже схожий на спектр поглинання жовтого коферменту Варбурга. У 1935 році Кун виявив, що кофермент Варбурга має також активністю рибофлавіну. У тому ж році шведський біохімік Хуго Теорелля встановив структуру жовтого коферменту Варбурга: це був рибофлавін з приєднаною до нього фосфатної групою. (Пізніше, в 1954 році, був знайдений другий, більш складний за структурою кофермент, до складу молекули якого входив рибофлавін).
За виконану роботу Кун в 1938 році був удостоєний Нобелівської премії з хімії, Теорелля в 1955 році була присуджена така ж премія, тільки з медицини та фізіології. Куну проте, не пощастило: премію йому присудили незабаром після того, як Австрія була захоплена фашистською Німеччиною, і правлячий режим змусив його відмовитися від нагороди.
Синтезував рибофлавін швейцарський хімік Пауль Каррер - за це, а також за дослідження інших вітамінів йому в 1937 році була присуджена Нобелівська премія в галузі хімії. (Солауреатом цієї премії був англійський хімік Волтер Норман Хауорт, який отримав її за дослідження структури вуглеводів.)
У 1937 році німецькі біохіміки К. Ломанн і П. Шустер відкрили важливий кофермент, у який як частина структури входив тіамін. Протягом 40-х років було виявлено багато прикладів зв'язку вітамінів групи В з коферментами. Піридоксин, пантотенова кислота, фолієва кислота, біотин - кожне з цих сполук було пов'язано з однією або кількома групами ферментів.
Приклад вітамінів чудово ілюструє економічність організму людини. Клітини звільнили себе від зобов'язання синтезувати вітаміни, оскільки ті виконують тільки одну спеціальну функцію, і взяли на себе виправданий ризик отримувати вітаміни разом з їжею. Відомо велика кількість інших життєво важливих речовин, які необхідні організму в мізерних кількостях, але організм їх тим не менше виробляє сам. Наприклад, АТФ синтезується в загальному-то з тих же самих блоків, з яких синтезуються і такі необхідні для життєдіяльності нуклеїнові кислоти. Важко уявити, щоб будь-якої організм втратив фермент, необхідний для синтезу нуклеїнових кислот, і при цьому б вижив, тому що нуклеїнові кислоти необхідні організму в таких великих кількостях, що навряд чи він поклався б на харчування як на основний спосіб поставки блоків, необхідних для будівлі молекул нуклеїнових кислот. І здатність організму синтезувати нуклеїнові кислоти автоматично надає йому здатність синтезувати АТФ. Отже, всі відомі організми здатні самі виробляти АТФ, і навряд чи знайдеться коли-небудь такий, який не буде здатний виконувати цю функцію.
Синтезувати такі спеціальні речовини, як вітаміни, було б все одно, що на автомобілебудівному заводі встановити поруч з конвеєрною лінією спеціальні машини для виробництва гайок і болтів. Набагато простіше отримувати ці самі гайки і болти від постачальника без шкоди для лінії по збірці автомобілів. Точно так само організму простіше отримувати вітаміни ззовні з їжею, заощаджуючи при цьому місце і матеріали, необхідні для їх синтезу.
Вітаміни ілюструють й інший важливий аспект життя. Наскільки відомо, вітаміни групи В необхідні всім живим клітинам. Коферменти - незамінна частина клітинного механізму будь живої клітини, будь то рослинна, тваринна або бактеріальна. Якщо клітина живе і росте, вона повинна або отримувати ці вітаміни з їжею, або проводити їх сама. Настільки універсальна потребу всіх живих клітин в одній і тій же групі речовин є вражаючою деталлю, яскраво свідчить про єдність життя й про можливе походження її з єдиного первісного джерела, що зародився в первозданному океані.
Якщо роль вітамінів групи В добре відома, то над з'ясуванням хімічних функцій інших вітамінів слід ще добряче попрацювати. Значні успіхи були досягнуті у вивченні тільки одного з них - вітаміну А.
У 1925 році американські фізіологи Л.С. Фрідерічі та Є. Пагорб виявили, що вміст щурів на дієті, дефіцитній з вітаміну А, призводить до появи у тварин труднощів при виконанні завдань при тьмяному освітленні. Вивчення сітчастої оболонки очей цих тварин показало, що в ній бракує речовини, званого зоровим пігментом.
У сітчастій оболонці очей є два типи клітин: так звані палички і колбочки. У паличках якраз і знаходиться зоровий фермент, і цей тип клітин спеціалізується на баченні в тьмяному світлі. Тому недолік зорового пігменту погіршує тільки зір при поганій освітленості і призводить до розвитку захворювання, званого курячою сліпотою.
У 1938 році біолог з Гарвардського університету Джордж Уальд почав вивчати хімічні аспекти зору при тьмяному освітленні. Він виявив, що світло викликає поділ зорового пігменту, або родопсину, на два компоненти: білок опсин і небілкової частина ретиналь. Як виявилося, ретиналь по структурі дуже схожий на вітамін А.
У темряві ретиналь завжди з'єднується з білком опсинів, при цьому утворюється родопсин. У силу нестабільності ретиналя невелика його частина, після відділення на світлі від опсина, руйнується. Однак кількість ретиналя поповнюється за рахунок вітаміну А, який перетворюється на ретиналь після видалення з його молекули двох атомів водню, що відбувається за допомогою ферменту. Таким чином, вітамін А є постійним резервом ретиналя. Дефіцит вітаміну А в дієті призводить до дефіциту ретиналя і відповідно до зменшення кількості родопсину в паличках, що і є причиною курячої сліпоти. За серію робіт, присвячених біохімії зору, Уальд у 1967 році став лауреатом Нобелівської премії в області медицини і фізіології.
Вітамін А повинен виконувати й інші функції, оскільки його нестача викликає сухість слизових оболонок, а також ряд інших симптомів, які ніяк не пов'язані з сітчастою оболонкою ока. Але на жаль, ці функції вітаміну А ще не відомі.
Те ж саме можна сказати і про вітаміни С, D, Е і К. У 1970 році Лайнус Полінг викликав сенсацію своїм повідомленням про те, що великі дози вітаміну С здатні знизити частоту виникнення простудних захворювань. Публіка буквально змела запаси цього вітаміну з аптечних полиць. Подальші дослідження показали правильність затвердження Поллінг.
Вітаміни в великій мірі забезпечують нормальне функціонування нервової системи, м'язів і інших органів і багатьох фізіологічних систем. Від рівня вітамінної забезпеченості живлення залежить рівень розумової та фізичної працездатності, витривалості і стійкості організму до впливу несприятливих факторів зовнішнього середовища, включаючи інфекції і дії токсинів.
Іншою важливою властивістю вітамінів є їх здатність частково чи повністю усунути небажані побічні дії ряду медикаментозних засобів, у тому числі антибіотиків, перешкоджати розвитку лікарських ускладнень.
В даний час відомо близько 20 різних вітамінів. Встановлено і їх хімічна структура; це дало можливість організувати промислове виробництво вітамінів не тільки шляхом переробки продуктів, у яких вони містяться в готовому вигляді, але і штучно, шляхом їх хімічного синтезу.
Поява синтетичних вітамінів зробило можливим штучну вітамінізацію продуктів харчування (першим вітамінізоване молоко, це сталося ще в 1924 році), а також виготовлення недорогих вітамінних комплексів, які можна було б придбати в аптеках. Поступово, з відкриттям різних вітамінів, були виведені середні показники необхідного споживання кожного вітаміну в залежності від віку та статі, від характеру роботи і зони проживання людини. Було доведено, що потреба організму в кожному окремому вітаміні не є величиною постійною, а залежить від багатьох факторів. Так, при інтенсивних фізичних і психічних навантаженнях, переохолодженні, вагітності, інтоксикації, в зоні холодного клімату з недостатньою інсоляцією і при різних захворюваннях для підтримки захисних сил організму значно зростає потреба у вітамінах. Також підвищується потреба у вітамінах для підтримки стійкості організму людини до різних хвороб.
Розроблено різні дієти збалансованого харчування, що включають в себе весь необхідний для життєдіяльності комплекс вітамінів. Дієти розраховують залежно від віку, захворювань та умов життя.
Ввівши вперше термін "вітаміни", Казимир Функ також запропонував термін "авітаміноз", тобто відсутність вітамінів в організмі людини. Авітаміноз можливий тільки при повному припиненні надходження вітамінів, не синтезованих в організмі і не депонуються в ньому, і супроводжується розвитком певних патологічних станів. Набагато частіше зустрічаються стану, звані гіповітамінозами, тобто недостатність одного з вітамінів. При відсутності в харчовому раціоні одночасно кількох вітамінів розвивається поліавітаміноз або полівітаміни недостатність (полігіповітаміноз).
Вітамін С руйнується при термообробці, і майже не міститься ні в м'ясі, ні в яйцях, ні в рибі, його немає у висушених зернах злаків. На відміну від більшості тварин, вітамін не синтезується в організмі людини. А під вплив цивілізації люди все менше вживають свіжих овочів, фруктів і ягід.
У той же час вітамін С відповідає за регенерацію тканин, підвищує імунітет, має протизапальний ефект.
Може спостерігається дефіцит вітамінів групи В. Авітаміноз В 1 часто спостерігається у людей, що зловживають алкоголем. Дефіцит вітаміну В 2, хоча синдром від його нестачі не найстрашніший (роздратування і потріскування губ, дерматит на обличчі, підвищена стомлюваність), широко поширений навіть у розвинених країнах. Дефіцит вітаміну В 6 і В 3 в цілому зустрічається вкрай рідко.
Через нестачу ніацину в організмі розвивається пелагра, яка типова для слаборозвинених країн з теплим кліматом, де нестача білкової їжі заповнюють кукурудзою, а не, скажімо, бобовими, а так само скрізь, де люди їдять мало м'яса, молока, яєць, тобто серед бідноти і у в'язницях.
З усіх вітамінів найбільш часто проявляється недостатність вітаміну D. Як правило, авітаміноз D виникає у маленьких дітей, що живуть у північних районах, де в зимовий час буває мало сонячного світла, і виявляється він у розвитку у цих дітей рахіту. А в дорослих розвивається остеомаляція. Для заповнення змісту цього вітаміну потрібна їжа, піддавалися опромінюванню сонячним світлом або введення в неї добавок, що містять вітамін D.
При хронічному недоліку в харчуванні вітаміну А і каротину в людини починається ксерофтальмія (сухість очей) і ксеромаляція (надмірне утворення кератину в шкірі та на рогівці очей). Такі страшні захворювання характерні для слаборозвинених тропічних країн, а в більш розвинених частіше зустрічаються ранні його стадії, які супроводжуються зниженням гостроти нічного зору. Вважається також, що гіповітаміноз А зменшує стійкість тканин до інфекцій.
Дефіцит вітамінів Е і К спостерігається вкрай рідко. Вітамін К, як і вітамін В 12, синтезують бактерії кишечника. Але якщо порушено його всмоктування, то порушується згортання крові. Тому його прописують новонародженим, хворим до і після операції на печінці або жовчному міхурі. Вітамін Е часто прописують вагітним, хоча до цих пір не ясно, за рахунок чого він впливає на репродуктивну функцію.
Але потрібно пам'ятати, що жиророзчинні вітаміни - A, D, E, K-мають деякі особливості. На відміну від водорозчинний вітамінів, вони не виводяться з організму і можуть викликати серйозні ускладнення, якщо їх приймати у великих кількостях. Відомі випадки, коли полярники вмирали від гіпервітамінозу А, з'ївши печінку білого ведмедя. Справа в тому, що печінки хребетних тварин у холодних арктичних районах накопичують особливо багато цього вітаміну.
У нашому кліматі додатковий прийом вітамінів часто рекомендують восени і навесні, так як зміна структури харчування не дозволяє нам круглий рік отримувати всі необхідні вітаміни в потрібних кількостях.
Маленьким дітям вітаміни абсолютно необхідні: недостатнє їх надходження може уповільнити ріст дитини та його розумовий розвиток. У малюків, які не отримують вітаміни в належних кількостях, порушується обмін речовин, знижується імунітет. Саме тому виробники дитячого харчування обов'язково збагачують свої продукти (молочні суміші, овочеві і фруктові соки, пюре, каші) всіма необхідними вітамінами.
Якщо говорити взагалі, то настільки широке впровадження вітамінних препаратів в наше життя, обумовлене, головним чином, стараннями фармацевтичних фірм, оскільки це приносить їм шалені прибутки, не пішла людям на шкоду.
2. Біохімічні основи життєдіяльності людини: навч. посібник для студентів вузів. / Ю.Б. Пилипович, А.С. Конічев, Г.А. Івастьянова, Н.М. Кутузова. - М.: ВЛАДОС, 2005. - 407 с.
3. Комов, В.П. Біохімія: підручник для вузів / В.П. Комов, В. Н. Шведова. - М.: Дрофа, 2004. - 638 с.
4. Котіна, Є. «Аміни» з аміногрупами і без. / Є. Котіна / / Хімія і життя. - № 8,9.
5. Проскуріна, І.К. Біохімія: навч. посібник для студентів вузів / І.К. Проскуріна. - М.: ВЛАДОС-ПРЕС, 2004. - 236 с.
6. Тупікін, Є.І. Загальна біологія з основами природоохоронної діяльності: навч. посібник. / Є.І. Тупікін. - М.: ІРПО; вид. центр «Академія», 1999. - 394 с.
Як з'ясувалося, нікотинамід в організмі не утворюється Організм здатний синтезувати всі ферменти, всі компоненти, з яких складаються коферменти НАД і НАДФ, за винятком нікотинаміду, тому нікотинамід повинен надходити в готовому вигляді (або, принаймні, у вигляді нікотинової кислоти) з їжею . В іншому разі не буде відбуватися освіти НАД і НАДФ, і тоді загальмуються контрольовані ними реакції переносу водню.
Чи є нікотинамід або нікотинова кислота вітаміном? Свого часу ще Фанк (який ввів термін вітамін) виділив нікотинову кислоту з рисового лушпиння. Виявивши, що нікотинова кислота не лікує бери-бери, він втратив до неї інтерес. Але коли з'ясувалося, що ця речовина тісно пов'язане з діяльністю ферментів, біохіміки з Вісконсинського університету під керівництвом Конрада Арнольда Елвейема спробували застосувати нікотинову кислоту для лікування іншої хвороби, пов'язаної з неповноцінним харчуванням, - пелагри.
У 20-х роках XX століття американський лікар Джозеф Голдбергер займався вивченням пелагри (іноді цю хворобу називали італійської проказою} - захворювання, поширеного в той час в областях, віддалених від узбережжя, у південних штатах Америки на початку століття поширення пелагри носило навіть характер епідемії. Найбільш характерними симптомами пелагри є суха, покрита лусочками шкіра, діарея і запалений мову, іноді при цьому захворюванні спостерігаються психічні розлади. Голдбергер звернув увагу на те, що пелагра, як правило, вражала людей, що харчувалися переважно кукурудзяним борошном, і обходила сім'ї, в яких містили корів молочних порід. Він почав експериментувати з штучними раціонами; об'єктами дослідження служили тварини й в'язнів тюрем, серед яких пелагра була дуже поширена. Голдберг досяг деяких успіхів, зумівши викликати у собак аналогічне пелагрі захворювання, що характеризується почорнінням мови, і потім вилікувати його введенням у раціон екстракту дріжджів. У в'язнів після введення в їх раціон молока також зникали симптоми пелагри. Голдбергер вирішив, що в дріжджах і молоці міститься вітамін, що попереджає розвиток пелагри, він назвав його вітаміном РР (від pellagra-divventive », або« попереджуючий пелагру ») .
Отже, Елвейем вирішив випробувати нікотинову кислоту для лікування пелагри. Він додавав невеликі дози цієї речовини в раціон собакам, які страждають почорнінням мови, і спостерігав при цьому поліпшення їх стану. Збільшення дози нікотинової кислоти приводило до повного одужання тварин. Значить, припущення було правильним: нікотинова кислота - це вітамін, той самий вітамін РР, існування якого припускав Голдбергер.
Однак Асоціацію американських лікарів стурбував той факт, що через схожість назв нікотинової кислоти і нікотину громадськість може вирішити, що тютюн є джерелом вітамінів, тому було настійно рекомендовано не використовувати назви «нікотинова кислота» і «нікотинамід», замість них були запропоновані інші - ніацин, і відповідно ніаціамід. (У Росії використовуються вихідні назви нікотинова кислота, або вітамін РР, і нікотинамід, також застосовується в якості вітаміну РР.)
Поступово ставало ясно, що вітаміни найчастіше є частинами молекул коферментів, причому ці частини не синтезуються в організмах тварин і людей, тому вони повинні надходити ззовні. У 1932 році Варбург відкрив кофермент жовтого кольору, який також брав участь у перенесенні атомів водню. Згодом австрійський хімік Ріхард Кун виділив вітамін В 2, який був жовтого кольору, і встановив його структуру.
O
Вуглецева ланцюг, приєднана до середнього кільцю, схожа на молекулу речовини, що носить назву рібітол, тому вітамін В2 отримав назву рибофлавін («флавін» походить від латинського слова, що означає «жовтий»). Аналіз спектра поглинання рибофлавіну показав, що він дуже схожий на спектр поглинання жовтого коферменту Варбурга. У 1935 році Кун виявив, що кофермент Варбурга має також активністю рибофлавіну. У тому ж році шведський біохімік Хуго Теорелля встановив структуру жовтого коферменту Варбурга: це був рибофлавін з приєднаною до нього фосфатної групою. (Пізніше, в 1954 році, був знайдений другий, більш складний за структурою кофермент, до складу молекули якого входив рибофлавін).
За виконану роботу Кун в 1938 році був удостоєний Нобелівської премії з хімії, Теорелля в 1955 році була присуджена така ж премія, тільки з медицини та фізіології. Куну проте, не пощастило: премію йому присудили незабаром після того, як Австрія була захоплена фашистською Німеччиною, і правлячий режим змусив його відмовитися від нагороди.
Синтезував рибофлавін швейцарський хімік Пауль Каррер - за це, а також за дослідження інших вітамінів йому в 1937 році була присуджена Нобелівська премія в галузі хімії. (Солауреатом цієї премії був англійський хімік Волтер Норман Хауорт, який отримав її за дослідження структури вуглеводів.)
У 1937 році німецькі біохіміки К. Ломанн і П. Шустер відкрили важливий кофермент, у який як частина структури входив тіамін. Протягом 40-х років було виявлено багато прикладів зв'язку вітамінів групи В з коферментами. Піридоксин, пантотенова кислота, фолієва кислота, біотин - кожне з цих сполук було пов'язано з однією або кількома групами ферментів.
Приклад вітамінів чудово ілюструє економічність організму людини. Клітини звільнили себе від зобов'язання синтезувати вітаміни, оскільки ті виконують тільки одну спеціальну функцію, і взяли на себе виправданий ризик отримувати вітаміни разом з їжею. Відомо велика кількість інших життєво важливих речовин, які необхідні організму в мізерних кількостях, але організм їх тим не менше виробляє сам. Наприклад, АТФ синтезується в загальному-то з тих же самих блоків, з яких синтезуються і такі необхідні для життєдіяльності нуклеїнові кислоти. Важко уявити, щоб будь-якої організм втратив фермент, необхідний для синтезу нуклеїнових кислот, і при цьому б вижив, тому що нуклеїнові кислоти необхідні організму в таких великих кількостях, що навряд чи він поклався б на харчування як на основний спосіб поставки блоків, необхідних для будівлі молекул нуклеїнових кислот. І здатність організму синтезувати нуклеїнові кислоти автоматично надає йому здатність синтезувати АТФ. Отже, всі відомі організми здатні самі виробляти АТФ, і навряд чи знайдеться коли-небудь такий, який не буде здатний виконувати цю функцію.
Синтезувати такі спеціальні речовини, як вітаміни, було б все одно, що на автомобілебудівному заводі встановити поруч з конвеєрною лінією спеціальні машини для виробництва гайок і болтів. Набагато простіше отримувати ці самі гайки і болти від постачальника без шкоди для лінії по збірці автомобілів. Точно так само організму простіше отримувати вітаміни ззовні з їжею, заощаджуючи при цьому місце і матеріали, необхідні для їх синтезу.
Вітаміни ілюструють й інший важливий аспект життя. Наскільки відомо, вітаміни групи В необхідні всім живим клітинам. Коферменти - незамінна частина клітинного механізму будь живої клітини, будь то рослинна, тваринна або бактеріальна. Якщо клітина живе і росте, вона повинна або отримувати ці вітаміни з їжею, або проводити їх сама. Настільки універсальна потребу всіх живих клітин в одній і тій же групі речовин є вражаючою деталлю, яскраво свідчить про єдність життя й про можливе походження її з єдиного первісного джерела, що зародився в первозданному океані.
Якщо роль вітамінів групи В добре відома, то над з'ясуванням хімічних функцій інших вітамінів слід ще добряче попрацювати. Значні успіхи були досягнуті у вивченні тільки одного з них - вітаміну А.
У 1925 році американські фізіологи Л.С. Фрідерічі та Є. Пагорб виявили, що вміст щурів на дієті, дефіцитній з вітаміну А, призводить до появи у тварин труднощів при виконанні завдань при тьмяному освітленні. Вивчення сітчастої оболонки очей цих тварин показало, що в ній бракує речовини, званого зоровим пігментом.
У сітчастій оболонці очей є два типи клітин: так звані палички і колбочки. У паличках якраз і знаходиться зоровий фермент, і цей тип клітин спеціалізується на баченні в тьмяному світлі. Тому недолік зорового пігменту погіршує тільки зір при поганій освітленості і призводить до розвитку захворювання, званого курячою сліпотою.
У 1938 році біолог з Гарвардського університету Джордж Уальд почав вивчати хімічні аспекти зору при тьмяному освітленні. Він виявив, що світло викликає поділ зорового пігменту, або родопсину, на два компоненти: білок опсин і небілкової частина ретиналь. Як виявилося, ретиналь по структурі дуже схожий на вітамін А.
У темряві ретиналь завжди з'єднується з білком опсинів, при цьому утворюється родопсин. У силу нестабільності ретиналя невелика його частина, після відділення на світлі від опсина, руйнується. Однак кількість ретиналя поповнюється за рахунок вітаміну А, який перетворюється на ретиналь після видалення з його молекули двох атомів водню, що відбувається за допомогою ферменту. Таким чином, вітамін А є постійним резервом ретиналя. Дефіцит вітаміну А в дієті призводить до дефіциту ретиналя і відповідно до зменшення кількості родопсину в паличках, що і є причиною курячої сліпоти. За серію робіт, присвячених біохімії зору, Уальд у 1967 році став лауреатом Нобелівської премії в області медицини і фізіології.
Вітамін А повинен виконувати й інші функції, оскільки його нестача викликає сухість слизових оболонок, а також ряд інших симптомів, які ніяк не пов'язані з сітчастою оболонкою ока. Але на жаль, ці функції вітаміну А ще не відомі.
Те ж саме можна сказати і про вітаміни С, D, Е і К. У 1970 році Лайнус Полінг викликав сенсацію своїм повідомленням про те, що великі дози вітаміну С здатні знизити частоту виникнення простудних захворювань. Публіка буквально змела запаси цього вітаміну з аптечних полиць. Подальші дослідження показали правильність затвердження Поллінг.
Застосування синтетичних вітамінів
Вітаміни, група незамінних для організму людини і тварин органічних сполук, що володіють дуже високою біологічною активністю, присутніх у незначних кількостях у продуктах харчування, але що мають величезне значення для нормального обміну речовин і життєдіяльності. Основна їх кількість поступає в організм з їжею, і тільки деякі синтезуються в кишечнику живуть у ньому корисними мікроорганізмами, однак і в цьому випадку їх буває не завжди достатньо. Сучасна наукова інформація свідчить про виключно різноманітному участі вітамінів в процесі забезпечення життєдіяльності людського організму. Одні з них є обов'язковими компонентами гормонів, регулюючих численні етапи обміну речовин в організмі, інші є початковим матеріалом для синтезу тканинних гормонів. Вітаміни є так само складовою частиною близько 150 ферментів, які в живому організмі працюють в якості каталізатора хімічних процесів, що дозволяють здійснювати хімічні процеси обміну речовин з величезною швидкістю при температурі тіла людини.Вітаміни в великій мірі забезпечують нормальне функціонування нервової системи, м'язів і інших органів і багатьох фізіологічних систем. Від рівня вітамінної забезпеченості живлення залежить рівень розумової та фізичної працездатності, витривалості і стійкості організму до впливу несприятливих факторів зовнішнього середовища, включаючи інфекції і дії токсинів.
Іншою важливою властивістю вітамінів є їх здатність частково чи повністю усунути небажані побічні дії ряду медикаментозних засобів, у тому числі антибіотиків, перешкоджати розвитку лікарських ускладнень.
В даний час відомо близько 20 різних вітамінів. Встановлено і їх хімічна структура; це дало можливість організувати промислове виробництво вітамінів не тільки шляхом переробки продуктів, у яких вони містяться в готовому вигляді, але і штучно, шляхом їх хімічного синтезу.
Поява синтетичних вітамінів зробило можливим штучну вітамінізацію продуктів харчування (першим вітамінізоване молоко, це сталося ще в 1924 році), а також виготовлення недорогих вітамінних комплексів, які можна було б придбати в аптеках. Поступово, з відкриттям різних вітамінів, були виведені середні показники необхідного споживання кожного вітаміну в залежності від віку та статі, від характеру роботи і зони проживання людини. Було доведено, що потреба організму в кожному окремому вітаміні не є величиною постійною, а залежить від багатьох факторів. Так, при інтенсивних фізичних і психічних навантаженнях, переохолодженні, вагітності, інтоксикації, в зоні холодного клімату з недостатньою інсоляцією і при різних захворюваннях для підтримки захисних сил організму значно зростає потреба у вітамінах. Також підвищується потреба у вітамінах для підтримки стійкості організму людини до різних хвороб.
Розроблено різні дієти збалансованого харчування, що включають в себе весь необхідний для життєдіяльності комплекс вітамінів. Дієти розраховують залежно від віку, захворювань та умов життя.
Ввівши вперше термін "вітаміни", Казимир Функ також запропонував термін "авітаміноз", тобто відсутність вітамінів в організмі людини. Авітаміноз можливий тільки при повному припиненні надходження вітамінів, не синтезованих в організмі і не депонуються в ньому, і супроводжується розвитком певних патологічних станів. Набагато частіше зустрічаються стану, звані гіповітамінозами, тобто недостатність одного з вітамінів. При відсутності в харчовому раціоні одночасно кількох вітамінів розвивається поліавітаміноз або полівітаміни недостатність (полігіповітаміноз).
Вітамін С руйнується при термообробці, і майже не міститься ні в м'ясі, ні в яйцях, ні в рибі, його немає у висушених зернах злаків. На відміну від більшості тварин, вітамін не синтезується в організмі людини. А під вплив цивілізації люди все менше вживають свіжих овочів, фруктів і ягід.
У той же час вітамін С відповідає за регенерацію тканин, підвищує імунітет, має протизапальний ефект.
Може спостерігається дефіцит вітамінів групи В. Авітаміноз В 1 часто спостерігається у людей, що зловживають алкоголем. Дефіцит вітаміну В 2, хоча синдром від його нестачі не найстрашніший (роздратування і потріскування губ, дерматит на обличчі, підвищена стомлюваність), широко поширений навіть у розвинених країнах. Дефіцит вітаміну В 6 і В 3 в цілому зустрічається вкрай рідко.
Через нестачу ніацину в організмі розвивається пелагра, яка типова для слаборозвинених країн з теплим кліматом, де нестача білкової їжі заповнюють кукурудзою, а не, скажімо, бобовими, а так само скрізь, де люди їдять мало м'яса, молока, яєць, тобто серед бідноти і у в'язницях.
З усіх вітамінів найбільш часто проявляється недостатність вітаміну D. Як правило, авітаміноз D виникає у маленьких дітей, що живуть у північних районах, де в зимовий час буває мало сонячного світла, і виявляється він у розвитку у цих дітей рахіту. А в дорослих розвивається остеомаляція. Для заповнення змісту цього вітаміну потрібна їжа, піддавалися опромінюванню сонячним світлом або введення в неї добавок, що містять вітамін D.
При хронічному недоліку в харчуванні вітаміну А і каротину в людини починається ксерофтальмія (сухість очей) і ксеромаляція (надмірне утворення кератину в шкірі та на рогівці очей). Такі страшні захворювання характерні для слаборозвинених тропічних країн, а в більш розвинених частіше зустрічаються ранні його стадії, які супроводжуються зниженням гостроти нічного зору. Вважається також, що гіповітаміноз А зменшує стійкість тканин до інфекцій.
Дефіцит вітамінів Е і К спостерігається вкрай рідко. Вітамін К, як і вітамін В 12, синтезують бактерії кишечника. Але якщо порушено його всмоктування, то порушується згортання крові. Тому його прописують новонародженим, хворим до і після операції на печінці або жовчному міхурі. Вітамін Е часто прописують вагітним, хоча до цих пір не ясно, за рахунок чого він впливає на репродуктивну функцію.
Але потрібно пам'ятати, що жиророзчинні вітаміни - A, D, E, K-мають деякі особливості. На відміну від водорозчинний вітамінів, вони не виводяться з організму і можуть викликати серйозні ускладнення, якщо їх приймати у великих кількостях. Відомі випадки, коли полярники вмирали від гіпервітамінозу А, з'ївши печінку білого ведмедя. Справа в тому, що печінки хребетних тварин у холодних арктичних районах накопичують особливо багато цього вітаміну.
У нашому кліматі додатковий прийом вітамінів часто рекомендують восени і навесні, так як зміна структури харчування не дозволяє нам круглий рік отримувати всі необхідні вітаміни в потрібних кількостях.
Маленьким дітям вітаміни абсолютно необхідні: недостатнє їх надходження може уповільнити ріст дитини та його розумовий розвиток. У малюків, які не отримують вітаміни в належних кількостях, порушується обмін речовин, знижується імунітет. Саме тому виробники дитячого харчування обов'язково збагачують свої продукти (молочні суміші, овочеві і фруктові соки, пюре, каші) всіма необхідними вітамінами.
Якщо говорити взагалі, то настільки широке впровадження вітамінних препаратів в наше життя, обумовлене, головним чином, стараннями фармацевтичних фірм, оскільки це приносить їм шалені прибутки, не пішла людям на шкоду.
Бібліографія
1. Азімов, А. Путівник по науці. Від єгипетських пірамід до космічних станцій. / Айзік Азімов. пер. з англ. - М.: ЗАТ Центр-Телеграф, 2004. - 788 с.2. Біохімічні основи життєдіяльності людини: навч. посібник для студентів вузів. / Ю.Б. Пилипович, А.С. Конічев, Г.А. Івастьянова, Н.М. Кутузова. - М.: ВЛАДОС, 2005. - 407 с.
3. Комов, В.П. Біохімія: підручник для вузів / В.П. Комов, В. Н. Шведова. - М.: Дрофа, 2004. - 638 с.
4. Котіна, Є. «Аміни» з аміногрупами і без. / Є. Котіна / / Хімія і життя. - № 8,9.
5. Проскуріна, І.К. Біохімія: навч. посібник для студентів вузів / І.К. Проскуріна. - М.: ВЛАДОС-ПРЕС, 2004. - 236 с.
6. Тупікін, Є.І. Загальна біологія з основами природоохоронної діяльності: навч. посібник. / Є.І. Тупікін. - М.: ІРПО; вид. центр «Академія», 1999. - 394 с.