Jana Novotná Ústav lék. chemie a biochemie 2. LF UK Vitaminy Jana Novotná Ústav lék. chemie a biochemie 2. LF UK

Vitamin B1 objevil polský biochemik Kazimierz Funk v roce 1912 v otrubách rýže. Navrhl název vitamin podle latinského vital a amine = „životně důležitý amin“. Nejde o aminy z chemického hlediska, ale název se ujal. Tento termín byl později rozšířen na všechny podobné látky (vitaminy A, B, C, …K a pseudovitaminy).

Biologický význam vitaminů Organické látky, vyžadovány v malých kvantech pro různé biochemické funkce a lidský organismus si je nedokáže sám vyrobit. V lidském organismu mají funkci katalyzátorů biochemických reakcí, antioxidantů, hormonů. Podílejí se na metabolismu bílkovin, tuků a cukrů. Nedostatek (hypovitaminóza) vede k různým onemocněním.

Biologický význam vitaminů Přebytečných vitaminů rozpustných ve vodě se organismus dokáže zbavit. Toxické jsou hyper dávky vitaminů rozpustných v tucích. Vitaminy jsou nutné pro udržení mnohých tělesných funkcí a jsou schopny posilovat a udržovat imunitní reakce.

Působení vitaminů Hydrofilní vitaminy - součástí enzymů v anabolických a katabolických metabolických drahách, především kofaktory řady enzymů. Hydrofóbní vitaminy se podílejí na řadě fysiologických funkcí (vidění, srážení krve, hospodaření s vápníkem a fosforem), působí jako antioxidanty (interakce mezi vitaminem C a vitaminem E).

Vitaminy rozpustné v tucích Vitamin A Vitamin A - retinol Biologicky aktivními formami jsou retinoidy: retinol, retinal, kyselina retinová. Prekurzory – provitaminy, karotenoidy. V živočišné potravě většinou ve formě esterů – retinol a douhá mastná kyselina (retinylpalmitát) Cyklohexanové jádro a isoprenoidní řetězec

Transport vit. A a jeho metabolismus Estery retinolu → hydrolýza pankreat. enzymy. Absorpce s účinností 60% -90%. b-karoten štěpen b-karotendioxy-genasou na retinal. Střevní buňky → esterifikace retinolu a ten transport chylomikrony. Remnants chylomikronů → játra→ esterifikace (pokud koncentrace esterů převýší 100 mg, jsou skladovány). Transport retinolu (retinol-binding protein, RBP) do mimojaterních tkání.

Vitamin A a vidění Nutný pro tvorbu rodopsinu (tyčinky) a iodopsinu (čípky) - zrakového pigmentu. Retinaldehyd je prostetickou skupinou opsinu. All-trans-retinol izomerace → oxidace a 11-cis-retinaldehyd reakce s opsinem (Lys) → holoprotein rodopsin. Působením světla → konformační změny opsinu.

Vitamin A a vidění Následuje celá série izomerací → a iniciace nervového signálu. Disociace aldehydu a opsinu. Nedostatek vitaminu vede k šerosleposti. Je také důležitý antioxidant.

Vitamin A a jeho další funkce Transkripce a diferenciace Kyselina retinová reguluje přepis genů – působí přes jaderný receptor (podobně jako steroidní receptory). Vazbou na různé jaderné receptory stimuluje (RAR – retinoid acid receptor) nebo inhibuje (RXR- retinoid „X“ receptor) transkripci. Na RAR se váže all-trans-retinová kyselina a na RXR 9-cis-retinová kyselina. Kyselina retinová je nezbytná pro funkci a udržování epitelových tkání. Retinol retinal kyselina retinová retinoldehydrogeasa retinaldehyddehydrogenasa

Vitamin A - nedostatek Prvotní příznak – ztráta citlivosti pro zelené světlo, stupňování → snížení adaptace na tlumené světlo noční slepota stupňování - cylindrický epitel se mění na dlaždicový (skvamózní) epitel → skvamózní metaplasie spojivky – redukce glykoproteinů v slzách, redukce slz → xeroftalmie ( „suché oko“), komplikace bakteriální nebo chlamidiová infekce, perforace rohovky, slepota

Vitamin A - nedostatek Přeměna epitelu respiračního – ztráta ochranné funkce dýchacích cest (antibakteriální vlastnosti) → bronchitidy. Přeměna epitelu močových cest → vyšší frekvence tvorby močových kamenů. Snížená imunita. Snížená reprodukční schopnosti (muži i ženy). Celosvětový odhad nenostatku vit. A u dětí 3 – 10 mil. každoročně – xeroftalmie, 250 – 500 tis. – oslepne 1 mil zemře na infekce

Vitamin A - toxicita Toxická dávka: jednorázově 200 mg dlouhodobě 40 mg denně Akutní projev – bolest hlavy, zvracení, porucha vědomí. Chronická intoxikace – hubnutí, zvracení bolesti kloubů, svalů, rozmazané vidění, padání vlasů, nadměrný růst kostí. V těhotenství – teratogenní účinky. Karotenoidy toxické nejsou - hromadění ve tkáních bohatých na lipidy (kůže dětí předávkovaných mrkvovou šťávou může být oranžová).

Zdroje vitaminu A mrkev játra brokolice maso špenát vejce papája mléko meruňky játra maso vejce mléko mléčné výrobky http://health.allrefer.com/health/nutrition.html

Vitamin D Kalciol, vitamin D2 (cholekalciferol) → prekurzor kalcitriolu, D3 (1,25-dihydroxykalciferol). Reguluje spolu s PTH hladinu vápníku a fosfátů. Syntéza v kůži (7-dehydrocholesterol) UV zářením → další přeměna v játrech a v ledvinách.

Syntéza UV záření 270 – 300 nm Neenzymatická reakce v kůži Fotolýza (trvá asi 12 dní) Neenzymatická reakce v kůži Transport do jater

Játra Ledviny Inaktivní forma

Účinky vitaminu D Krví transportován na nosiči (vitamin-D binding protein, VDBP). 1,25(OH)2D se váže na intracelulární receptory (střevo, kost, ledviny). Hlavní funkcí je udržovat plasmatickou hladinu Ca (nezbytnou pro nervosvalovou aktivitu) a hladinu fosfátů: zvýšení absorpce Ca ve střevě snížení vylučování Ca (stimuluje parathormon-dependentní reabsorpci Ca v distálním tubulu) mobilizuje kostní minerál spolu s parathormonem

Vitamin D - nedostatek Porucha absorpce ve střevě. Nedostatečná hydroxylace (jaterní i renální, vrozený deficit 1 a-hydroxylasy). Nedostatek UV záření. Vit. D – nezbytný pro prevenci kostních změn (rachitis u rostoucích jedinců, osteomalacie u dospělých). Základním projevem nedostatku vit. D je porušená osifikace nově vytvořeného osteiodu, nadbytek nemineralizované matrix.

Vitamin D a imunita Zvyšuje aktivitu NK buněk (cytotoxické lymfocyty). Zvyšuje fagocytární schopnost makrofágů. Snižuje riziko vzniku viróz (nachlazení, chřipka). Snižuje riziko vzniku řady nádorových onemocnění (karcinom tlustého střeva, karcinom prsu a vaječníků). Snižuje riziko kardiovaskulárních chorob – příznivě ovlivňuje složení plasmatických lipidů.

Zdroje vitaminu D Kromě slunění: ryby různých druhů (losos, makrela sardinky, tuňák, sumec, úhoř), rybí tuk (z jater tresky) vejce, hovězí játra, houby

Vitamin E Existují čtyři tokoferolové (a-, b-, g-, d-) a čtyři tokotrienolové izomery (a-,b-, g-, d-), které mají biologickou aktivitu. Všechny jsou tvořené chromanovým kruhem a hydrofobním fytylovým vedlejším řetězcem. Nejvyšší biologickou aktivitu vykazuje a-tokoferol.

Vitamin E Absobován v tenkém střevě, příjem je vázán na fungující vstřebávání tuků. Krví přenášen v lipoproteinech → vychytáván v játrech receptory pro apolipoprotein E. Navázán na a-tokoferol transportní protein (a-TTP) → přenášen do cílových orgánů (přebytek uložen v adipocytech, ve svalech, játrech). b-, g- a d-tokoferoly přenášeny do žluče a degradovány.

Vitamin E jako antioxidant Zastavuje radikálové reakce (peroxylový radikál ROO , kyslíkové radikály HO, lipoperoxidové radikály LOO). Chromanové jádro s OH skupinou → vychytávání radikálů: -TOH + ROO -Toc + ROOH ROO +-Toc TocOOR

PUFA-H = polynenasycená mastná kyselina PUFA-OO = peroxylový radikál polynenasycených mastných kyselin PUFA-OOH = hydroperoxypolynenasycená mastná kyselina PUFA-OH = hydroxypolynasycená MK Fosfolipasa A2 Glutathionperoxidasa Katalasa superoxiddismutasa Radikálová řetězová reakce

Vitamin E jako antioxidant Součinnost s vitaminem C → chromanový kruh s –OH skupinou je natočen do hydrofilní části membrány → na rozhraní vodné a hydrofóbní fáze reaguje s vit. C nebo glutathionem. Tokoferolový radikál v lipidové části membrány → rozštěpení chromanového jádra → vznik chinonů a hydrochinonů (nevratné metabolity lipoperoxidace), vit. E se již neobnoví. Obsah vyšších mastných kyselin značně převyšuje obsah a-tokoferolu → během lipoperoxidace se vit. E rychle vstřebává.

Vitamin E jako enzymový kofaktor a-tokoferolchinon vzniklý oxidací a-tokoferolu může působit jako kofaktor vzniku nenasycených mitochondriálních mastných kyselin. a-tokoferolchinon + cytochrom B5 + NADH+H+ iniciuje tvorbu dvojné vazby MK – přechodně se mění na a-tokoferol-hydrochinon (za přítomnosti O2 se mění zpět na a-tokoferolchinon).

Vitamin E – nedostatek a toxicita Nedostatek a-tokoferolu v plasmě je často spojen s poruchami vstřebávání nebo distribucí tuků, u cystické fibrózy, u pacientů s resekcí střeva. Projevy - neurologické potíže, zhoršení vidění, paralýza očního svalu, agregace krevních destiček, porucha fertility u mužů, snížená obranyschopnost. Toxicita relativně malá.

Zdroje vitaminu E Rostlinné oleje – sojový, kukuřičný, slunečnicový, olivový, pšeničné klíčky, hlávkový salát, zelí, celer, ořechy http://health.allrefer.com/health/nutrition.html

Vitamin K Označení "K" je odvozeno z německého slova "Koagulation", srážení krve. Je nezbytný pro funkci několika proteinů podílejících se na srážení krve. Nezbytný v procesu mineralizace kostí, buněčného růstu a metabolismu proteinů cévní stěny.

Vitamin K Vitamin K1 (fylochinon) – rostlinný původ. Vitamin K2 (menachinon) – produkován střevními bakteriemi. K1 a K2 jsou v organismu využívány rozdílným způsobem K1 - hlavně pro srážení krve a jeho hlavním orgánem působení jsou játra, K2 – důležitý v nekoagulačních dějích, v metabolismu a mineralizaci kostí, v buněčném růstu a v metabolismu buněk cévní stěny. Vitamin K2 Syntetické deriváty Vit.K

Vitamin K - funkce Kofaktor jaterní mikrosomální karboxylázy → mění glutamátové zbytky na g-karboxyglutamát během syntézy protrombinu a koagulačních faktorů VII, IX a X. Tato modifikace umožňuje vázat Ca2+ ionty, umožňuje navázání koagulačních faktorů na membrány. Formuje vazebné místo pro Ca2+ i u jiných proteinů – osteokalcin.

Vitamin K - nedostatek Nedostatek vzniká při poruše resorpce tuků ve střevech, jaterním selhání. Poruchy srážlivosti krve – nebezpečí u kojenců, život ohrožující krvácení (hemoragie). Řídnutí kostí – osteoporóza – špatná karboxylace osteokalcinu a snížená aktivita osteoblastů. Za normálních okolností nedochází k nedostatku, je v potravě hojně zastoupen.

Zdroje vitaminu K zelená listová zelenina rostlinné oleje brokolice cereálie http://health.allrefer.com/health/nutrition.html

Vitaminy rozpustné ve vodě Vitamin B1 (thiamin) Vitamin B2 (riboflavin) Vitamin B3 or Vitamin P or Vitamin PP (niacin) Vitamin B5 (kyselina panthotenová) Vitamin B6 (pyridoxin a pyridoxamin) Vitamin B7 or Vitamin H (biotin) Vitamin B9 or Vitamin M and Vitamin B-c (kyselina listová) Vitamin B12 (cyanocobalamin)

Vitaminy rozpustné ve vodě Vitamin B1 (thiamin) První objevený vitamin. Složen ze substituovaných jader, je silně hydrofilní. Aktivní je jako thiamin pyrofosfát (thiamin difosfát), TPP TPP je koenzym multienzymových komplexů oxidativní dekarboxylace a-ketokyselin → pyruvátdehydrogenasa v metablismu sacharidů, a-ketoglutarátdehydrogenasa → cyklus kyseliny citrónové, dehydrogenasa rozvětvených aminokyselin (valin,leucin, isoleucin). Koenzymem transketolas.

Vitamin B1 - nedostatek Projevuje se jako beri-beri - degradace myelinových pochev motorických a sensorických vláken dolních končetin (parestézie, svalová slabost, vyčerpanost). Neurologické degenerativní změny (deprese, podrážděnost, zmatenost). Degenerace kardiovaskulární systému. Beri-beri způsobuje dlouhodobá konzumace potravy bohaté na sacharidy ale chudé na thiamin → loupaná rýže, bílá mouka a rafinovaný cukr.

Vitamin B1 - zdroje neloupané obiloviny, cereálie maso pivovarské kvasnice med ořechy http://health.allrefer.com/health/nutrition.html

Vitamin B2 (riboflavin) Žluté až oranžově žluté přírodní barvivo slabě rozpustné ve vodě. Patří mezi flaviny. Fluoreskuje, je odolný vůči vysokým teplotám, ale rozkládá se působením světla. Jako flavinmononukleotid FMN a flavinadenindinukleotid FAD součást enzymů přenášejících vodík u řady chemických reakcí.

Vitamin B2 FMN → ATP-dependentní fosforylace riboflavinu FAD → další reakce s ATP, kdy je na FMN přenesen AMP

Funkce FMN a FAD FMN a FAD jsou prostetické skupiny mnoha oxidoredukčních enzymů, flavoproteinů: oxydasa a-aminokyselin – odbourávání aminokyselin xantinoxidasa – odbourávání purinů aldehyddehydrogenasa mitochondriální glycerol-3-fosfátdehydrogenasa – transport redukujících jednotek z mitochondrie do cytosolu sukcinátdehydrogenasa – cyklus kyseliny citrónové sukcinyl CoA-dehydrogenasa – b-oxidace mastných kyselin NADH-dehydrogenasa – součást dýchacího řetězce v mitochondriích koenzymy při přenosu vodíku - vzniká redukovaná forma FMNH2 a FADH2

Vitamin B2 v potravě potraviny živočišného původu (játra, vepřové a hovězí maso, mléko, mléčné výrobky, ryby vejce), kakao, ořechy, kvasnice menší množství v cereáliích. Nedostatek vit B2 - ve vyspělých zemích není znám (jen u alkoholiků, pacientů s chronickými infekcemi a pokročilými malignitami). Projevy - ragády ústních koutků, keratitida, dermatitida http://health.allrefer.com/health/nutrition.html

Vitamin B3 - niacin Aktivní forma je nikotinová kyselina a nikotinamid. NAD a NADP → klíčové složky metabolických drah sacharidů, lipidů, aminokyselin. Kyselina nikotinová zabraňuje uvolňování mastných kyselin z tukové tkáně, snížení lipoproteinů VLDL, IDL a LDL. Ve vysokých dávkách rozšiřuje cévy.

Niacin – nedostatek a toxicita Nedostatek způsobuje nemoc pelagru (fotosensitivní dermatitida, šupinaté boláky). Možná syntéza z tryprofanu – 60 mg Trp nahradí 1 mg niacinu (ve většině cereálií není biologicky dostupná forma niacinu). Syntéza z Trp je pomalá a vyžaduje vitamín B6. Toxicita – vysoké dávky způsobují jaterní poškození (použití při léčbě hyperlipidemie).

Vitamin B3 v potravě potraviny živočišného původu pivovarské kvasnice semena slunečnice, fazole, hrách zelená listová zelenina brokolice, mrkev http://health.allrefer.com/health/nutrition.html

Vitamin B5 – kyselina pantotenová Součást acetyl-CoA - amid mezi pantoátem a b-alaninem.

Vitamin B5 – kyselina pantotenová CoA – energetický metabolismus, vstup pyruvátu do cyklu kyseliny citrónové. Přeměna a-ketoglutarátu na sukcynyl-CoA Biosyntéza mastných kyselin, cholesterolu, acetylcholinu. CoA – další reakce jako acylace, acetylace, signální transdukce, deaminace.

Vitamin B5 - projevy nedostatku Podobné jako u ostatních B vitamínů. Poruchy energetického metabolismu – únava a apatie. Poruchy syntézy acetylcholinu – neurologické symptomy (parestesie).

Vitamin B5 v potravě maso, potraviny živočišného původu, kvasnice, celozrnné pečivo (obiloviny nesmí být zbaveny svrchní slupky – tam je ho nejvíc), brokolice, avokádo mateří kašička

Vitamin B6 - pyridoxin Prekurzor aktivního koenzymu pyridoxalfosfátu – PPL.

Vitamin B6 - pyridoxin Více jak 100 enzymů obsahuje vit. B6 Koenzym enzymů metabolismu aminokyselin – transaminas, dekarboxylas, treoninaldolasy Koenzym fosforylasy v procesu štěpení glykogenu (svalová fosforylasa váže 70–80 % celkového množství vitamínu B6 v lidském těle). Nebytný pro metabolismus červených krvinek a tvorbu hemoglobinu. Účast konverze tryptofanu na niacin. Nezbytný pro imunitní systém a nervovou tkáň. Pomáhá udržovat hladinu glukosy v normálu.

Sled reakcí při transaminaci

Vitamin B6 - projevy nedostatku a nadbytku Nedostatek je vzácný, doprovází nedostatek celého B komplexu. Zvýšená nervosvalová dráždivost (cukání víček, u dětí až křeče), zapomnětlivost, záněty sliznice dutiny ústní. Přílišná spotřeb vitamínových doplňků vede u citlivých osob k alergické kožní reakce nebo k neurologickým problémům.

Vitamin B6 v potravě Potraviny živočišného původu (játra, vepřivé maso, makrely, vejce), kvasnice, banány, brambory, avokádo, zelená listová zelenina (špenát, kapusta) a ostatní zelenina, ořechy celozrnný chléb http://health.allrefer.com/health/nutrition.html

Vitamin B7 - biotin Kondenzát thiomočoviny a thiofenu se zbytkem kyseliny valerové Koenzym řady karboxylačních reakcí - acetylCoA-karboxylasa, pyruvátkarboxylasa. Důležitý pro vazbu CO2. Důležitý v metabolismu sacharidů a lipidů.

Biotin v potravě Potraviny živočišného původu (játra, ledviny, maso, vaječný žloutek), kvasnice, houby, mléko a mléčné výrobky Nedostatek může vyvolat změny na pokožce, vypadávání vlasů a nervové poruchy.

Vitamin B9 – kyseliny listová Kondenzát pteridinu + paraaminobenzoové kyseliny (PABA) + kyseliny glutamové

Vitamin B9 – kyseliny listová Jako tetrahydrofolát (THF) – aktivní metabolit. Koenzym transferas přenášejích jednouhlíkaté zbytky. Tato reakce je součást syntézy nikleotidů a nukleových kyselin. N5,N10-THF přenáší jednouhlíkaté zbytky (methylen nebo methenyl).

Vitamin B9 – kyseliny listová Zdrojem jednouhlíkatých zbytků jsou: glycin serin cholin serin methylen-THF methyl-THF histidin DNA methionin formimino-THF methenyl-THF formyl-methyonin puriny formyl-THF CO2

Vitamin B9 v potravě Nedostatek k. listové způsobuje megaloblastickou anémii. Mezi nejčastější příčiny hypovitaminózy patří alkoholismus piva, zásah alkoholu do metabolismu k. listové.

Vitamín B9 – v potravě Zdroje živočišného původu mléko a mléčné výrobky pivovarské kvasnice listová zelenina http://health.allrefer.com/health/nutrition.html

Vitamin B12 - kobalamin Komplex organických sloučenin, uvnitř molekuly je atom Co. Podobnost s molekulou hemu, v lidském těle se ale nesyntetizuje. U člověka dvě metabolicky aktivní formy: methylkobalamin a adenosylkobalamin.

Vitamin B12 - kobalamin Známy jsou jen dvě reakce katalysované vit. B12: cytoplasmatická metylace homocysteinu na methionin. mitochondriální methylmalonyl-CoA mutasa (methylmalonyl-CoA → sukcynyl-CoA) vyžaduje deoxyadenosylkobalamin.

Metabolismus vit. B12 V žaludku po uvolnění z potravy, vytváří komplex se skupinou glykoproteinů, v duodenu se váže na „intrinsic factir, IF“ – vnitřní faktor, vazba na transkobalamin II (TC II), rychle vychytán játry, kostní dření, dalšími buňkami Intracelulárně transportován TC I

Poruhy metabolismu vit. B12 klíčový bod projevů hypovitaminosy B12 → mutace a pokles aktivity enzymu N5-methyl THF – reduktasy (MTHFR) → přeměna homocysteinu → methionin). Znemožněna přeměna N5-methyl THF na další formy THF.

Poruhy metabolismu vit. B12 Důsledek → porucha syntézy DNA u hemopoetických buněk, megaloblastická maturace jader. Klinická manifestace – megaloblastová anémie. Nedostatek methioninu vede k neurologickým poruchám (z methioninu se tvoří cholin, fosfolipidy, methyluje myelinový protein). Demyelinizace nervových vláken, degenerace axonů, zánik nervových buněk. Klinický obraz: parestézie v končetinách → ataxie → zpomalení reflexů, těžká demence. Vrozená mutace MTHFR je v populaci velmi častá (30%), klinicky → snížené odbourávání homocysteinu → hyperhomocysteinemie → rizikový faktor ischemické choroby srdeční.

Vitamin B12 v potravě Potraviny živočišného původu (ryby, měkkýši, drůbež, játra, vejce, mléko, mléčné výrobky. Veganská strava postrádá vit. B12 http://health.allrefer.com/health/nutrition.html

Vitamin C – kyselina askorbová Řada fyziologických funkcí: syntéza kolagenu, karnitinu, neurotransmiterů syntéza a katabolismus tyrosinu metabolismus mikrosomů Redukující vlastnosti – předává elektrony (oxidace Cu2+ a Fe2+)

Vitamin C Donor elektronů pro řadu hydroxyláz syntéza kolagenu – prolylhydroxylasa, lysylhydroxylasa a lysyloxidasa obsahují Fe2+ a askorbát jako kofaktory Prolin (lysin) + a-ketoglutarát + O2 → 4-hydroxyprolin (hydroxylysin) + CO2 + sukcinát a-ketoglutarát – redukující agens Askorbát udržuje železo v redukovaném stavu

Vitamin C syntéza karnitinu - trimethyllysinhydroxyláza a g-butyrobetainhydroxyláza syntéza anrenalinu a noradrenalinu dopamin-b-hydroxyláza, redukuje Cu2+ na Cu+ syntéza některých peptidových hormonů – obsahují Gly, peptidyl glycinhydroxyláza hydroxyluje a-uhlík, redukuje Cu2+. Posttranslační modifikace prekurzoru C reaktivního proteinu - aspartát-b-hydroxyláza.

Vitamin C – antioxidant

Vitamin C – antioxidant

Vitamin C – další funkce Pro-oxidant - redukuje přechodné stavy iontů kovů při oxidačním stresu – Cu2+ na Cu+ Fentonova reakce: 2 Fe2+ + 2 H2O2 → 2 Fe3+ + 2 OH· + 2 OH− 2 Fe3+ + askorbát → 2 Fe2+ + dehydroaskorbát Antihistamin Imunita – resistence proti patogenům

Vitamin C v potravě Nedostatek způsobuje kurděje. Vit. C usnadňuje vstřebávání železa. Doporučená denní dávka – 100 mg/den