Vitaminok
Általános jellemzés, fogalom Tartós tengeri út Skorbut Hántolt rizs fogyasztása beriberi (1896) Megelőzhetők étrend kiegészítéssel Rizskorpa kivonat megelőzi a beriberit Hatóanyag: aminvegyület (B 1 vitamin) Létfontosságú (vitális) amin: vitamin
Vitamin: szerves vegyület, a szervezet nem tudja szintetizálni (eleget), energiát nem szolgáltatnak, anyag- és energiaforgalomhoz nélkülözhetetlen, (kivételek: pl. C-vit., csak az embernek, majomnak, tengeri malacnak vitamin). Elnevezés: Latin abc szerint Hasonló élettani hatás, de más eredet: számindexek (B 1, B 2,...B 15 )
A vitaminok fiziológiai hatása Prosztetikus vitaminok Katalitikus szabályozó tényezők, fehérjékhez kapcsolódva enzimek. Induktív vitaminok Élettani hatásuk nem mindenben tisztázott. Vitaminszükséglet: μg/kg, mg/kg Hipovitaminózis: a vitamin hosszabb idejű hiánya Avitaminózis: a vitamin hiánya betegséget okoz Hipervitaminózis: a vitamin sokszoros túladagolása
A vitaminok felosztása Biológiai hatás, kémiai szerkezet, oldhatóság alapján Zsíroldható vitaminok: A, D, E, K. Vízoldható vitaminok: B 1, B 2, nikotinsav, B 6, pantoténsav, folsav, biotin, B 12, B 15, U, C. Provitaminok: vitaminná tudnak alakulni. Antivitaminok: vitamin-antagonisták. (pl. enzimből kiszorítják a vitamint)
Zsíroldható vitaminok hiány: enzimaktivitás csökken vagy nő, szabályozzák egyes fehérjék bioszintézisét, avitaminózis ritka, hipervitaminózis veszélye nagyobb, (szervezet tárolni tudja).
A-vitamin Hiány: szürkületi vakság (farkasvakság), hámsejtek elszarusodása, bőr kiszáradása (hámvédő vitamin), lassul a csontok növekedése. Hipervitaminózis: hajhullás, hámlás, bőrgyulladás, végtagfájdalom. Szerkezet: tengeri halak májából: A 1 édesvízi halak májából: A 2 Élettani hatás: A 1 100%, A 2 30 40%
20 szénatomos telítetlen alkoholok = β-jonon-gyűrű + izoprének oldallánca. Oxidáció A-vitamin-aldehid A-vitamin-sav 100% korlátozott hasznosulás H 3 C C H 3 C H 3 CH H H 3 C C C C H 2 C C C C C C C H H H H H 2 C C C C H H 3 2 A 1 -vitamin C H 2 OH H 3 C C H C H 3 3 CH H C C C H 2 C C C C C H 3 C C C H H H H H C C C C H H 3 A 2 -vitamin C H 2 O H
A-vitamin palmitinsav észtere: hatás 100% Négy kettős kötés = 16 cisz-transz izomer A-vitamin: mindig transz a molekula nyújtott és egy síkban helyezkedik el. A-vitamin előfordulás: tengeri hal, máj, vese, tej, tojássárgája, tüdő, növényekben 12 karotinoid típusú vegyület: α, β, γ-karotin: C 40 H 56 β-jonon-gyűrű Kriptoxantin: C 40 H 56 O Karotináz A 1 -vitamin Napi szükséglet: 0,8 1,5 mg A-vitamin, 5 9 mg β- karotin. Sok β-karotin: sárgarépa, rebarbara, paraj
Technológia: hőnek ellenálló oxidációra érzékeny olajok hidrogénezése vitamin inaktiválódás Karotin felszívódás: rossz hatásfok (2%) Karotin enzimes átalakulás A 1 -vitamin A 1 -vitamin-észter májban raktározódik (240 500 mg/máj). Vérben hidrofil fehérjéhez kapcsolódik: 500 800 μg/dm 3.
D-vitamin Élettani hatás: Ca- és P-felszívódás, csontokba beépülés szabályozása (kalciferol). Hiány: angolkór (rachitis) Csont Ca 3 (PO 4 ) 2 - és CaCO 3 -tartalma 66%-ról 16%- ra csökken. Növekedés lelassulás fejlődésben visszamaradás kis termet. Előállítás: ergoszterinből és 7-dehidro-koleszterinből UV fénnyel.
H O H 3 C 1 2 10 3 4 5 19 9 CH 3 H 3 C CH 3 H 3 C 11 12 13 8 6 7 21 22 18 20 17 16 14 15 ergoszterin 23 24 25 CH 3 UV-fény HO H 2 C CH 3 H 3 C C H 3 H 3 C CH 3 D 2 -vitamin D-hipervitaminózis: csont törékennyé válik, vér Ca-szintje nő érelmeszesedés. Természetben jobbára D 3 -vitamin, D 2 -vitamin csak néhány halmájolajban.
Emberben D 3 és D 2 biológiai hatása azonos. Szükséglet: 20 éves korig napi 10 μg, később napi 5 μg (kivétel a terhes, vagy szoptatós anya). Szervezetben folyamatosan képződik. Sok D vitamin: kaviár, lazac, vaj, máj. Élelmiszerekben sok provitamin. Tej UV D-vitamin (Anglia) H 3 C H 3 C H 3 C H 3 C CH 3 CH 3 H 3 C H 2 C CH 3 CH 3 UV-fény H O 7-dehidro-koleszterin H O D 3-vitamin
E-vitamin (tokoferolok, tokotrienolok) Éllettani hatás: antioxidáns hatású vegyület esszenciális zsírsavakat, membránlipideket védik az oxidációtól, gyulladásgátló, -mérséklő hatás, csökkenti a véredények permeabilitását. Hiány: meddőség, vérszegénység, izomsorvadás. Kémiai szerkezet: O-tartalmú kromángyűrű + fitil-oldallánc Alapvegyület a tokol: 2-metil-2-alkil-6-hidroxikromán.
HO 2-metil-2-alkil-6-hidroxi-kromán O CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 tokol H O CH 3 H O CH 3 H 3 C O R CH 3 O R CH 3 H O CH 3 α-tokoferol HO CH 3 β-tokoferol H 3 C O CH 3 γ-tokoferol R CH 3 CH 3 O δ-tokoferol R CH 3
Biológiai hatás Tokotrienolok: oldalláncban 3 kettős kötés. Tokoferolok: sárga színű olajok, oxidációra érzékeny, redukáló vegyületek. α-tokoferol ecetsav észtere: biológiai aktivitás nagyobb, kevésbé érzékeny az oxidációra. Legnagyobb antioxidáns hatás: α- és β-tokoferol. Az ember szükséglete: 5 15 mg/nap. Telítetlen zsírsav növeli a szükségletet. Sok E-vitamin: hüvelyes magvakban, gabonamagvak csírájában, vajban, levélzöldségekben.
K-vitamin (fillokinon) Hiány: súlyos vérszegénység a gyomor- és bélrendszerben, véralvadás elmaradás, mert a protrombint a máj nem szintetizálja kellő mennyiségben. Bélflóra termeli (egészségeseknél hiány Ø) Kémiai szerkezet: K 1, K 2 : 2-metil-naftokinon-származékok K 1 : fitil-oldallánc K 2 : prenil-oldallánc (izoprén egységekből). 2-metil-naftokinon; mindkét molekulában azonos.
O C H 3 C H C H C 2 (CH 2 CH 2 CH 2 CH) 3 CH 3 O CH3 CH 3 K 1 -vitamin (2-metil-3-fitil-1,4-naftokinon) O C H 3 O C H 2 CH C CH 3 (CH 2 CH 2 CH C)n CH 3 CH 3 K 2-vitamin (2-metil-3-difarnezil-1,4-naftokinon)
K 1 -vitamin: növényi eredetű élelmiszerekben. K 2 -vitamin: állati eredetű élelmiszerekben. Bél mikroflóra K 2 -vitamint termel. Előfordulás: zöld levelekben (paraj, káposzta), állati eredetű élelmiszerekben (máj, vese), 2-metil-naftokinon: 100% vitaminhatás. K 3 -vitamin (az oldalláncot a szervezet szintetizálja) K-vitamin-szükséglet: 1 4 mg/nap.
Ubikinon: K-vitamin hatású vegyület, a szervezet képes a szintézisére. n = 3 12, az oldallánc C-atomjai száma: 20 65 H 3 C O O CH 3 H 3 C O O H n = 5 10 n ubikinon
Vízoldható vitaminok Legrégebben ismertek: B 1 -, C-vitamin. B-vitamincsoport számindexszel (1, 2, 6, 12, 15) A később megismertek elnevezése kémiai szerkezet alapján. Biológiai szerep: Biológiai oxidációt katalizáló enzimek koenzimjei részei, FAD, NAD, Ac-CoA, FADH, NADH. Nincsenek provitaminjaik. Hiánytünetek gyorsan lépnek fel. Hipervitaminózis ismeretlen (de a túlzott vitaminfogyasztás káros: C-vitamin oxálsav vesekő).
B 1 -vitamin (tiamin, aneurin) Hiány: Beriberi a hántolt rizst fogyasztóknál. Ideggyulladás, izomgyengeség, álmatlanság, ödéma, szívműködés zavara, bénulás halál. Szénhidrát-anyagcsere felbomlik piroszőlősav, tejsav a szövetekben: lebontást B 1 -vitamintartalmú enzim végzi (piroszőlősav dekarboxiláz,... transzketoláz). Elnevezés: tiamin, S és NH 2 -csoport a molekulában. aneurin: antineuritiszes hatás. Technológia: savanyú oldatokban hőtűrő, semleges-, lúgos közeg: levegő jelenlétében hő hatására bomlik, nehézfémsók, oxidálószerek, H 2 SO 3 gyorsan inaktiválják.
Leghőérzékenyebb B-vitamin. + CH N N 3 HC H H C N C C N CO H 3 C N NH 2 S CH 2 CH 2 OH HC C C H C N C NH O B 1 -vitamin (tiamin) izoalloxazin H O C H 2 H 3 C H O H O H O C H C H C H C H 2 N N O B 2 -vitamin (riboflavin) H 3 C N N H O
B-vitamin-hatásúak: tiamin-diszulfid, allil-tiamin (hagymaolajban). Előfordulás: gabonamagvak héja és csírarésze, élesztő. Szükséglet: 1,5 2 mg/nap.
B 2 -vitamin (riboflavin, laktoflavin) Hiány: Száj és nyelv nyálkahártyájának a duzzadása, berepedezése. Általános fáradtság, látási zavarok. Állatoknál szőrzet kihullás, vérszegénység. Flavinokhoz tartozó színes vegyület izoalloxazinvázzal. Hőre nem érzékeny, fényre könnyen bomlik. Előfordulás: máj, vese, hal, tojás, tej, zöldség. B 2 -vitamin-szükséglet: 1,5 2 mg/nap. Biológiai szerep: FMN, FAD kofaktora részt vesz az oxidációban; 2 N-atomon 2 H-t köt meg színtelen leukoflavin.
Nikotinsavamid (PP-vitamin, niacin) Hiány: kukoricát fogyasztóknál pellagra, általános fáradtság, emésztőcsatorna működésének zavara, száj, nyelv, nyálkahártya, bőrfelület gyulladása, berepedése, hámlása. Szerkezet: nikotinsav, szervezetben nikotinsavamid. Biológiai szerep: NAD alkotórésze; H-felvétel, -leadás biológiai oxidáció. Előfordulás: gabonamagvak héja, élesztő, máj, vese, hús, tej, tojás, zöldségek.
Szerep: Gyomornedv: sósavképzés. Koleszterinszint csökkentés. Értágító hatás. Szükséglet: 10 20 mg/nap. Előállítható Trp-ból, de a hatásfok nagyon rossz. (60 mg Trp 1 mg niacin). Kukorica: nagyon kevés nikotinsavamid és Trp. O O C OH C NH 2 N nikotinsav (niacin) N nikotinsavamid (niacinamid)
Nikotinsav bioszintézise triptofánból C H 2 C H COOH CO CH 2 C H COOH CO CH 2 CH CO O H N H N H 2 NH CHO N H 2 NH 2 NH 2 triptofán formil-kinurenin kinurenin CO C H 2 C H COOH COOH COOH N H 2 O C COOH CO O H NH 2 NH 2 H NH 2 N O H OH 3-hidroxi-kinurenin 3-hidroxi-antranilsav amino-aldehid nikotinsav
B 6 -vitamin (piridoxin) Hiány: pellagrára emlékeztető tünetek, nyálkahártya gyulladása, bőr cserepes, hámlik, szőrzet kihullik. Hipovitaminózis: fehérje-anyagcsere zavar. Piridoxin = piridoxol, piridoxál, piridoxamin növényi állati eredetű
HOH 2 C CH 2 OH OH HOH 2 C O C H OH HOH 2 C CH 2 NH 2 OH N CH 3 N CH 3 N CH 3 piridoxol piridoxál piridoxamin Biológiailag aktív alak: piridoxál-5-foszfát. HO HO O O H C P O H 2 C OH N CH 3 Intermedier anyagcserében: aminotranszferázok, aminosav dekarboxilázok koenzimje. Szükséglet: 2 3 mg/nap. Előfordulás: hús, máj, tojássárgája, zöldségek, hüvelyesek, bélbaktériumok is termelik.
Pantoténsav Hiány: fáradékonyság, nyugtalanság, izomgörcs, emésztési zavarok. Avitaminózis állatban: növekedési és szaporodási zavar, bőr alatti vérzések, idegműködési zavarok. Élesztőgombáknak növekedési faktor. Szerkezete: pantoinsav β-alaninnal képzett peptidje. Savas jellegű, semleges közegben fénynek, oxigénnek ellenáll, savak, lúgok inaktiválják.
Pantotenol (pantoténsavnak megfelelő alkohol) Pantetein (pantoténsav + cisztein dekarboxilezési terméke) H O C H 2 C H 3 C O C H 3 C H O H C N H C H 2 C H 2 C O O H pantoténsav H O C H 2 C H 3 O O C C H O H C N H C H 2 C H 2 C C H N H C H 3 2 C H 2 S H pantetein
Biológiai szerep: a Co-A alkotórésze. (pantetein + ADP CoA) kb. 70 enzim alkotórésze acilcsoport átvitel, szénhidrát-, zsír-, aminosav-lebontás, zsírsavak, szteroidok, porfirin bioszintézise.
Folsav(csoport) (pteroil-glutaminsav) Hiány: vészes vérszegénység. Folsav + B 12 -vitamin: vörös és fehér vérsejtek, vérlemezkék képződésének szabályozója. emésztőrendszer, nyálkahártya működése. O H C O O H N N C H 2 N H C O H N C H C H 2 H 2 N N N C H 2 folsav C O O H
Szerkezet: Pteroesav + 1, 3, vagy 7 glutaminsav (első glutaminsav amidkötéssel, többi γ-peptidkötéssel) p-amino-benzoesav + pteridin származéka Biológiai szerep: Pteroil-Glu aszkorbinsav 5,6,7,8-tetrahidro-folsav folinsav szintetázok, transzferázok, izomerázok koenzimjének alkotórésze. Előfordulás: máj, vese, hús, gomba, spárga, kelbimbó, zöldségfélék. Szükséglet: 0,4 mg/nap.
Biotin (H-vitamin) Avitaminózis: étvágytalanság, bőrgyulladás szőrzetkihullás, bőr elzsírosodása. Szerkezet: 2 öttagú heterogyűrű + valeriánsav oldallánc. Biocitin: lizinnel képzett savamid. Biocitin aldehidalakja: biotinál, szintén aktív.
O H N C N H H N O C N H H C H 2 C S C H C H C H 2 C H 2 C H 2 C H 2 C O N H C H 2 C H 2 H C C H C H 2 H 2 C S C H C H 2 C H 2 C H 2 C H 2 C O O H H 2 N C H 2 C H C O O H biotin biocitin
Technológia: hőre nem érzékeny, erős savak, lúgok, oxidálószerek bontják. Avidin glikoprotein + biotin avidin-biotin komplex kiürül. Előfordulás: növényekben szabadon, állati szövetek, tejtermékek: fehérjékhez kötve, máj, vese, tej, tojássárgája, szója, zöldségfélék, dió, élesztő, bélflóra is szintetizálja. Szükséglet: 100 300 μg/nap.
Biológiai funkciója: enzimfehérjék Lys részéhez kapcsolódik, biotintartalmú enzimek: szénhidrát- és lipidanyagcserében: dekarboxilezési, dezaminálási, karboxilálási folyamatokban és szintézisekben. B 12 -vitamin (kobalamin) Hiány: vészes vérszegénység, idegrendszeri panasz, vörösvértestek számának csökkenése, étvágytalanság, gyengeség, emésztési panaszok.
Biológiai funkció: normális növekedés, egészséges idegállapot, vérképzés, fehérje-anyagcsere, koenzim (esetleg folsavval együtt) tiaminszintézis egy C-atomos egységek redukálása propionsav metabolizmus. Felszívódás: 60 ezer Da mukopeptid segítségével (gyomorfalban); felszabadítja a B 12 -vitamint a fehérjekomplexekből.
A porfirinvázhoz hasonló korringyűrű a Co körül, A Co-hoz vagy 5,6-dimetil-benzimidazol vagy cianid-, hidroxil, -nitritgyök kapcsolódik. Mindegyik biológiailag aktív, májban 5-dezoxiadenozinnal cserélődnek, adenozil-kobalamin épül a (ko)enzimbe. B 12 -vitamint mikroorganizmusok szintetizálják, növényekben nem fordul elő. Napi szükséglet: 3 4 μg.
N H 2 C O C H 2 C H 2 C H 3 C H 3 C H 2 C O N H 2 N H 2 C O C H 2 H 3 C H 3 C N N C N Co N N C H 2 C H 3 C H 2 C O N H 2 N H 2 C O C H 2 C H 3 C O C H 2 C H 2 C H 3 C H 3 C H 2 C H 2 C O N H 2 N H H 3 C C H 2 C H O cianokobalamin O P O O O H N C H 3 H O C H 2 O N C H 3
B 15 -vitamin (pangaminsav) A szervezet metilezőszere. Biológiai szerep: oxigén-anyagcsere elősegítése, méregtelenítő és lipotróp hatás (megakadályozza a különféle szervek (máj) elzsírosodását). Előfordulás: gabonamagvak, máj, élesztő, melasz. C O O H H C O H H O C H H C O H H C O H C H 2 O C O C H 2 N C H 3 B 15 -vitamin C H 3
U-vitamin (S-metil-metionin) Biológiai szerep: gátolja és gyógyítja a gyomorfekélyt, csökkenti a vérszérum zsír- és koleszterinszintjét, lipotrop hatású, fontos biokémiai metilezőszer. Szerkezet: a metionin S atomon metilezett, bázikus jellegű, reakcióképes szulfónium-származéka. Előállitás: S-adenozin-metioninból (növényekben). Előfordulás: káposzta, saláta, paradicsom, petrezselyem, spárga, gyümölcsök. Technológia: főzés dimetil-szulfid + homoszerin nyers levelek U-vitamin-tartalma nagy.
C-vitamin Hiány: skorbut (bioflavinokkal együtt) általános gyengeség, légszomj, zavart szívműködés, izom- és csontfájdalmak, fogínyvérzékenység, pontszerű bevérzések a végtagokon, hajszálerek könnyen sérülnek, csontok törékenyek, ízületek megduzzadnak, sebek nehezen gyógyulnak. Napjainkban csak: tavaszi fáradtság. Szerkezete: 2-keto-gulonsav L-konfigurációjú laktonja. 2-keto-gulonsav: vitaminhatású D-aszkorbinsav: hatása jelentéktelen.
H C O H C O H H O C H H C O H H C O H C H 2 OH D-glükóz oxidáció elszappanosítás Az aszkorbinsav mesterséges szintézise D-glükózból katalízis D-szorbit +2H szorbóz baktérium 2-keto-L-gulonsav enolizálás H 2 O 2H L-szorbóz aceton diaceton-l-szorbóz H O H O H O H C C C C C O H O CH 2 OH L-aszkorbinsav
Dienolcsoport diketocsoport aszkorbinsav erős redukálószer Aszkorbinsav ox. reverzíbilis diketo-gulonsav (inaktív) oxálsav + L-treonsav dehidro-aszkorbinsav (aktív) Technológia: melegítés, fény, fémnyomok hatására inaktiválódik. Maillard-reakció barna színű termék.
Szent-Györgyi Albert (1928): előállítás mellékveséből, majd paprikából. savanyú ízű kristályos anyag, ph = 4 fölött bomlik, pk 1 = 4,2; pk 2 = 11,6 primer OH zsírsavval észteresíthető aszkorbil-palmitát zsíroldékony antioxidáns, sztereoizomerjei: D-aszkorbinsav, D-izoaszkorbinsav, L-arabo-aszkorbinsav vitaminhatás nélküli antioxidánsok.
Biológiai hatás: oxidációs-redukciós képesség, hidrogéndonorként a redukált állapotot tartja fenn, segíti a vas és a kalcium felszívódását, mellékvese hormonok szintézise, szerotonin szövethormon termelés, tirozin oxidatív lebontása, kötőszövetek kollagénjének képződése.
Előfordulás: mg/100 g zöldpaprika 150 paradicsom 10 25 káposzta 45 55 feketeribizli 160 180 csipkebogyó 100 400 burgonya 10 20 déligyümölcsök 40 50 állati belső szervek 20 40 tehéntej 15 kecsketej 20 Szükséglet: 45 80 mg Túlzott fogyasztás vesekő
Permeabilitást szabályozó vitamin (1936) P-vitamin, rutin (bioflavonoid-glikozid) OH OH HO O rutin* OH C O O rutinóz Aglikon: három gyűrűből álló flavonol. Rutinóz: D-glükóz + L-ramnóz β-konfigurációban. *Ma már nem soroljuk a vitaminok közé.
Egyéb táplálkozási tényezők Nélkülözhetetlen (esszenciális) aminosavak Felnőtt ember számára esszenciálisak: fenilalanin, izoleucin, leucin, lizin, metionin, treonin, triptofán, valin. Állati eredetű fehérje: teljes értékű. Növényi eredetű fehérje: nem teljes értékű. (lizin-, metionin-, triptofánhiány). Limitáló aminosav(ak)
Nélkülözhetetlen (esszenciális) zsírsavak Régebben: F-vitaminok Hiány: bőrkiütés, bőrgyulladás Linolsav, linolénsav, arachidonsav 2 kettős kötés, 3 kettős kötés, 4 kettős kötés növényi állati eredetű élelmiszerekben Biológiai szerep: prosztaglandinok szintézise, (izomserkentő, illetve gátló hatásúak, erős vérnyomáscsökkentők).
Inozit: A máj és a csontvelő normális fejlődéséhez szükséges. OH OH H HO H OH H OH H H H OH mioinozit Mioinozit (hexahidroxi-ciklohexán) Optikailag inaktív, csak ennek van biológiai hatása. Fitin: az inozit foszforsav észterének Ca-Mg sója (növényekben szabadon, állati szervekben fehérjékhez, lipoidokhoz kötve).
Kolin Fontos szerepe van a foszfatidok szintézisében. A szervezet egyik fontos metil-donora. Előfordulás: hal, máj, tojássárgája, olajos magvak. Az ember tudja szintetizálni. C H 3 C H 3 C H 3 N O H C H 2 C H 2 O H
Liponsav H 2 C H 2 C CH S (CH 2 ) 4 COOH H 2 C SH CH 2 CH SH (CH 2 ) 4 COOH S liponsav dihidro-liponsav Ciklikus diszulfid, valeriánsav oldallánccal. Sok enzim kofaktorának része. Hidrogénfelvétel: dihidro-liponsav.