Определение витаминов и их физико-химические свойства.

Тема: Лекарственные растения и сырье, содержащие витамины

Задание 1. Ответить на теоретические вопросы.

История развития науки о витаминах.

ВИТАМИНЫ – органические вещества различной химической природы, не образующиеся в достаточном количестве клетками человеческого организма, но необходимые для его нормальной жизнедеятельности. Витамины проявляют биологическую активность в очень малых концентрациях. Они выполняют функции регуляторов обмена веществ. Большинство витаминов входит в состав ферментов, являясь их коферментами. Приоритет открытия витаминов принадлежит русскому врачу Николаю Ивановичу Лунину. В 1880 г. Н.И. Лунин писал, что в пище, кроме «казеина, жира, молочного сахара и солей, содержатся еще другие вещества, незаменимые для питания».

Термин «витамины» был предложен польским ученым Казимиром Функом в 1912 году от лат. «vita» - «жизнь», т.е. дословно термин означает «амины жизни». Поскольку первое выделенное в кристаллическом виде вещество, а это был тиамин (B₁) из отрубей риса, содержало азот, то К. Функ предполагал, что наличие азота характерно для всех витаминов. Термин «витамины» не точен, но сохранился до настоящего времени. Каждому витамину, помимо хими­ческого названия, исторически при­сваивалось буквенное (латинское) обозначение, нередко связанное с особенностями его действия. Так, кис­лота никотиновая (может быть получе­на лабораторно окислением алкалои­да никотина) получила название вита­мин РР по первым буквам английских слов «pellagra preventing» — предотв­ращающая пеллагру (пеллагра — ави­таминоз из-за отсутствия упомянутого вещества в пище). Биотин получил на­звание витамин Н, поскольку его недо­статок вызывает сухость и шелушение кожи (от нем. «Наut» — кожа), и т. п.

2. Распространение витаминов в растительном мире, локализация в растениях, влияние факторов окружающей среды на содержание витаминов.

Витамины встречаются в растениях практически всех семейств. Витамины локализуются в зеленых частях растений, цветках, плодах (витамины С, Р, К, каротиноиды) и в семенах (витамины Е и F). Водорастворимые витамины находятся в растворенном состоянии в клеточном соке, жирорастворимые витамины включены в пластиды и алейроновые зерна. Каротиноиды находятся в хлоропластах и хромопластах, они встроены в мембраны тилакоидов или растворены в липидных каплях – пластоглобулах. Содержание витаминов в растениях зависит от генетических особенностей вида и от условий среды. Например, витамином С у травянистых растений наиболее богаты листья, затем в убывающем порядке идут цветки, почки, прилистники, плоды, корни, черешки, стебли. В листьях верхних ярусов витамина С больше, чем в нижних. В плодах наблюдается следующая закономерность накопления витаминов: витамин С и каротиноиды - максимальное количество в фазу полной зрелости; витамин Р - максимум, когда плоды сформировались и достигли половины своего размера, в период формирования семян содержание витамина Р резко уменьшается.

Изучено влияние факторов внешней среды на накопление витамина С и каротиноидов. В границах ареала растений в северных районах произрастания накапливается больше аскорбиновой кислоты, а в южных районах - больше каротиноидов. Повышение температуры воздуха способствует накоплению каротиноидов, а при понижении температуры, т.е. в прохладный сезон, накапливается больше витамина С. Увеличение влажности способствует накоплению витамина С и каротиноидов, но избыток влаги действует отрицательно. Накоплению витамина С способствуют увеличение освещенности, азотные и комплексные удобрения, почвы плодородные легкие суглинистые и супесчаные. Культура и селекция приводят к снижению накопления витамина С и каротиноидов.

Роль витаминов в жизни растений.

Витамины принимают непосредственное участие в фотосинтезе, питании и размножении растений. Выяснена роль многих ферментов, принимающих участие в поглощении углекислоты листом зеленого растения и превращении ее, в конечном счете, в углеводы, аминокислоты и белки. В состав некоторых ферментов входят витамины: B₆, РР, биотин и др. Например, в хлоропластах - органах клеток, где происходит усвоение углекислоты, - всегда содержится провитамин А - каротин, который участвует в поглощении энергии света, а вместе с тем предохраняет хлорофилл от разрушения коротковолновой радиацией. Витамин С защищает хлорофилл от окисления и вместе с витамином К участвует во многих реакциях, происходящих при фотосинтезе.

Под влиянием витаминов резко повышается интенсивность фотосинтеза. Это связано не только с непосредственным участием витаминов в усвоении углекислоты, но и с активацией всех физиологических процессов в листе, с изменением содержания хлорофилла и других пигментов, а также водного режима листа. Усиливая превращение продуктов фотосинтеза, витамины РР, В₁ и другие ускоряют отток из листа сахаров и тем самым создают благоприятные условия для более интенсивного усвоения углекислого газа зеленым растением.

Значительная роль принадлежит витаминам также в усвоении и превращении питательных веществ в растительном организме, в частности — в усвоении атмосферного азота и поглощении растением микроэлементов. При участии витамина В₆ происходит присоединение к некоторым органическим кислотам аммиака, поступающего из почвы; при этом образуются аминокислоты, которые из корней поднимаются вверх по растению, поступают в растущие побеги и используются для образования белков.

Важную роль играют витамины и в процессах размножения растений. Например, витамины необходимы для нормального формирования пыльцы и пестика. И не случайно в пыльце витамины концентрируются в огромных количествах. Особенно много в ней витамина Е и провитамина А — каротина. Именно каротин и близкие к нему соединения и придают пыльце ее обычную желтую окраску.

Каротин участвует в прорастании пыльцы и росте пыльцевых трубок. Дальнейший рост завязей, связанный с притоком к ним питательных веществ и переработкой их в жизненно необходимые соединения, происходит тоже при непосредственном участии витаминов.
В созревших семенах витамины накапливаются в значительных количествах. По мере созревания семян из них исчезает лишь витамин С.

Существенным образом изменяется содержание витаминов при хранении семян. Как правило, чем дольше хранятся семена, тем меньше в них остается витаминов. Когда семена прорастают, содержание витаминов в них снова резко увеличивается.

Определение витаминов и их физико-химические свойства.

Витамины - природные низкомолекулярные органические вещества разного химического строения, синтезируемые главным образом растениями, частично микроорганизмами. В клетках растений витамины могут быть в свободном состоянии или связанном (фосфорилированные, протеинизированные и др.). Для них характерна высокая биологическая активность. Отсутствие или недостаток витамином приводит к развитию гипо- или авитаминозов.

Витамин С– аскорбиновая кислота.

гамма-лактон 2,3-дегидро-альфа-гулоновой кислоты (гексуроновая кислота)

Существует в двух формах - аскорбиновой и дегидроаскорбиновой кислот. Обе формы легко переходят друг в друга при соответствующих условиях, обе формы одинаково фармакологически активны. Аскорбиновая кислота – белый кристаллический порошок, кислого вкуса. Легко растворяется в воде и спирте, не растворяется в органических растворителях: эфире, хлороформе, бензоле. Аскорбиновая кислота – нестойкое вещество. В водных растворах она легко разрушается под действием кислорода воздуха, света; следы железа и меди ускоряют процесс разрушения (окисления).

Аскорбиновая кислота участвует в окислительно-восстановительных реакциях, в том числе в липидном и пигментном обмене, активирует протромбин, обладает десенсибилизирующем действием, поднимает жизненный тонус организма и повышает сопротивляемость к экстремальным воздействиям. Недостаток витамина С вызывает цингу, или скорбут (рыхлость десен, выпадение зубов, кровоизлияния).

Витамин Р – полифенольные гетероциклические соединения группы флавоноидов.

Эпикатехин листьев чая (производное флаванола)	Эриодиктиол кожуры цитрусовых (производное флаванона)
Кверцетин плодов аронии черноплодной и бутонов софоры японской (производное флавонола)

Укрепляют стенки кровеносных сосудов и капилляров.

Каротиноиды – предшественники (провитамины) витамина А – жирорастворимые растительные пигменты желтого, оранжевого или красного цвета. По своей химической природе являются тетратерпеноидами с общей формулой [(С₅H₈)₂]₄, или С₄₀Н₆₄ .

В растениях каротиноиды находятся в виде ненасыщенных углеводородов – каротинов - и кислородсодержащих производных – ксантофиллов. Представлены приблизительно 70 соединениями, но провитаминами А являются 9 веществ. Каротиноиды играют важную роль в процессах фотосинтеза, дыхания, участвуют в окислительно-восстановительных реакциях, оплодотворении. Каротиноиды синтезируются высшими растениями, грибами и бактериями. Животные не способны их синтезировать.

Широко распространены в растениях альфа-, бета- и гамма-каротины, ликопин, зеаксантин, виолаксантин и др. Наибольшую биологическую активность проявляет бета-каротин, в результате окислительно-гидролитического расщепления которого в тканях животных и человека образуется две молекулы витамина А, из остальных – одна молекула.

бета-Каротин

Каротиноиды нерастворимы в воде, растворимы в жирных маслах, хлороформе, эфире, ацетоне, бензине и трудно растворимы в спирте. Легко окисляются кислородом воздуха, разрушаются на свету.

Витамин А (ретинол) способствует нормализации обмена веществ, росту и развитию организма, регенерации тканей, обеспечивает нормальную деятельность органов зрения. Недостаток вызывает ухудшение сумеречного зрения («куриную слепоту»), сухость роговицы, поражение слизистых.

Источниками промышленного получения бета-каротина служат свежие корнеплоды моркови посевной и свежая мякоть плодов различных сортов тыквы.

Витамины группы К - производные 2-метил-1,4-нафтохинона. В природе данные витамины представлены несколькими соединениями, в высших растениях находится только витамин К₁, или филлохинон.

Витамин К₁ (филлохинон)

Длинная боковая изопреноидная цепь витамина K₁ является остатком дитерпенового алифатического спирта фитола.

Витамин K₁ - филлохинон - вязкое маслообразное вещество желтого цвета. Нерастворим в воде, растворим в жирных маслах и органических растворителях. Стоек при длительном кипячении с водой, но быстро разрушается при нагревании в растворах щелочей. Флуоресцирует в УФ-свете красным светом, затем флуоресценция становится зеленой, а под действием спиртового раствора калия гидроксида - оранжевой. Витамин K₁ легко окисляется, быстро разрушается под действием УФ-лучей.

Витамины группы К участвуют в свертывании крови, индуцируя образование протромбина (антигеморрагический фактор). Недостаток вызывает замедление свертывания крови и кровоизлияния.

Витамины группы Е- производные хромана. Витамины Е - смесь высокомолекулярных спиртов – токоферолов. Наиболее активен бета-токоферол.

бета-Токоферол

Токоферолы не растворяются в воде, растворимы в жирных маслах и органических растворителях. Соединения нестойкие, легко разрушаются под действием света и кислорода воздуха.

Витамины группы Е являются природными антиоксидантами, участвуют в биосинтезе белков, тканевом дыхании, процессах размножения, влияют на состояние сердечно-сосудистой и нервной систем.

Витамины группы F- высоконепредельные жирные кислоты с 18-20 углеродными атомами: линолевая – С₁₇Н₃₁СООН, линоленовая - С₁₇Н₂₉СООН, арахидоновая - С₁₉Н₃₁СООН - кислоты.

Жирорастворимы. Участвуют в липидном обмене, препятствуют отложению холестерина на стенках кровеносных сосудов. Из витаминов F в тканях образуются простогландины.

Содержатся в жире печени морских рыб и некоторых жирных маслах.

Классификация витаминов.

Существует несколько классификаций витаминов.

1. Буквенная классификация - первая в историческом плане. При обнаружении новых факторов витаминной природы им присваивали условные названия в виде буквы латинского алфавита. Например: витамины A, B, C, D и др.

2. Фармакологическая классификация. Эта классификация вводилась параллельно с буквенной и указывала на заболевание, от которого предохраняет витамин:

· витамин С - противоцинготный;

· витамин К - антигеморрагический;

· витамин D - антирахитический и др.

3. Химическая классификация. В зависимости от химической структуры выделены группы:

· витамины алифатического ряда - С, F и др.;

· витамины алициклического ряда - A, D и др.;

· витамины ароматического ряда - К и др.;

· витамины гетероциклического ряда - Е, Р и др.

4. Классификация по растворимости витаминов:

· водорастворимые витамины – группы В, С, Р, Н, РР;

· жирорастворимые витамины — A, D, Е, К, F, U.

Витамины содержатся во всех растениях, но витаминосодержащими называют только те растения, которые избирательно накапливают витамины в дозах, способных оказать выраженный фармакологический эффект. Это в 500-1000 раз больше, чем в других растениях.

В настоящее время практически все витамины получают синтетическим путем. Однако витаминосодержащие лекарственные растения не утратили своего значения. Они широко используются, особенно в педиатрии, в гериатрии и для лечения лиц, склонных к аллергическим заболеваниям, поскольку:

· во-первых, витамины в лекарственном растительном сырье находятся в комплексе с полисахаридами, сапонинами, флавоноидами, поэтому такие витамины легче усваиваются;

· во-вторых, растительные витамины реже дают аллергические реакции, чем их синтетические аналоги;

· в-третьих, в организме человека есть специальные системы защиты от передозировки витаминов (например, каротин в организме человека превращается в витамин А по мере необходимости).