Vitaminok
Általános jellemzés, fogalom Tartós tengeri út Skorbut Hántolt rizs fogyasztása beriberi (1896) Megelőzhetők étrend kiegészítéssel Rizskorpa kivonat megelőzi a beriberit Hatóanyag: aminvegyület (B1 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 (B1, B2,.....B15)
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: B1, B2, nikotinsav, B6, pantoténsav, folsav, biotin, B12, B15, U, C. Provitaminok: vitaminná tudnak alakulni. Antivitaminok: vitamin-antagonisták. (pl. enzimből kiszorítják a vitamint)
Zsíroldható vitaminok
hiány: enzimaktivitás csökken vagy nő, ¾ szabályozzák egyes fehérjék bioszintézisét, ¾ avitaminózis ritka, hipervitaminózis veszélye nagyobb, (szervezet tárolni tudja). ¾
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: A1 édesvízi halak májából: A2 Élettani hatás: A1 100%, A2 30–40%
20 szénatomos telítetlen alkoholok = β-jonon-gyűrű + izoprének oldallánca. Oxidáció A-vitamin-aldehid A-vitamin-sav 100% korlátozott hasznosulás H3C
CH3 C
H2C
C
H2C
C C H2
CH3
H C
C C H
C H
CH3
H C
C C H
C H
CH2OH H3C
CH3
A1-vitamin
CH3 C
H2C
C
HC
CH3
H C
C C H
C H
CH3
H C
C C H
C C H
CH3
A2-vitamin
C H
CH2OH
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: C40H56 β-jonon-gyűrű Kriptoxantin: C40H56O Karotináz A1-vitamin Napi szükséglet: 0,8−1,5 mg A-vitamin, 5−9 mg βkarotin. Sok β-karotin: sárgarépa, rebarbara, paraj
Technológia: hőnek ellenálló oxidációra érzékeny olajok hidrogénezése
vitamin inaktiválódás
Karotin felszívódás: rossz hatásfok (2%) Karotin enzimes átalakulás A1-vitamin A1-vitamin-észter májban raktározódik (240−500 mg/máj). Vérben hidrofil fehérjéhez kapcsolódik: 500–800 μg/dm3.
D-vitamin Élettani hatás: Ca- és P-felszívódás, csontokba beépülés szabályozása (kalciferol). Hiány: angolkór (rachitis) Csont Ca3(PO4)2- és CaCO3-tartalma 66%-ról 16%ra csökken. Növekedés lelassulás fejlődésben visszamaradás kis termet. Előállítás: ergoszterinből és 7-dehidro-koleszterinből UV fénnyel.
21
H3C H3C18 19
H3C 2 3
HO
1
10 4 5
11
12
6
23
17 16
13 14
9
22 20
CH3
CH3
15
8
24
CH3
H3C
25
CH3
H3C
CH3
CH3
H2C
UV-fény
7
ergoszterin
HO
D2-vitamin
D-hipervitaminózis: ¾ csont törékennyé válik, ¾ vér Ca-szintje nő érelmeszesedés. Természetben jobbára D3-vitamin, D2-vitamin csak néhány halmájolajban.
Emberben D3 és D2 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) H3C H3C
H3C
H3C H3C
CH3 H2C
CH3
CH3
UV-fény HO
7-dehidro-koleszterin
HO
CH3
D3-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.
2-metil-2-alkil-6-hidroxi-kromán
HO
CH3 O
CH3
CH3
CH3
CH3
tokol CH3
CH3 HO
HO O
H3C
R CH3
O
R CH3
CH3
CH3
β-tokoferol
α-tokoferol HO
HO O
H3C CH3
γ-tokoferol
R CH3
O
R CH3
CH3
δ-tokoferol
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: ¾ hüvelyes magvakban, ¾ gabonamagvak csírájában, ¾ vajban, ¾ 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: K1, K2: 2-metil-naftokinon-származékok K1: fitil-oldallánc K2: prenil-oldallánc (izoprén egységekből). 2-metil-naftokinon; mindkét molekulában azonos.
O CH3 CH2CH O
C CH3
(CH2CH2CH2CH)3
CH3
CH3
K 1 -vitamin (2-metil-3-fitil-1,4-naftokinon) O CH3 CH2CH O
C CH3
(CH2CH2CH
C)n
CH3
CH3
K 2 -vitamin (2-metil-3-difarnezil-1,4-naftokinon)
K1-vitamin: növényi eredetű élelmiszerekben. K2-vitamin: állati eredetű élelmiszerekben. Bél mikroflóra K2-vitamint termel. Előfordulás: zöld levelekben (paraj, káposzta), állati eredetű élelmiszerekben (máj, vese), 2-metil-naftokinon: 100% vitaminhatás. K3-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 H3CO
O
CH3
H3CO
H O
n
ubikinon
n = 5–10
Vízoldható vitaminok Legrégebben ismertek: B1-, C-vitamin. B-vitamincsoport számindexszel (1, 2, 6, 12, 15) A később megismertek elnevezése kémiai szerkezet alapján. Biológiai szerep: ¾ Biológiai oxidációt katalizáló enzimek koenzimjei részei, FAD, NAD, Ac-CoA, FADH, NADH. ¾ Nincsenek provitaminjaik. ¾ Hiánytünetek gyorsan lépnek fel. ¾ Hipervitaminózis ismeretlen (de a túlzott vitaminfogyasztás káros: C-vitamin oxálsav vesekő).
B1-vitamin (tiamin, aneurin) Hiány: ¾ Beriberi a hántolt rizst fogyasztóknál. ¾ Ideggyulladás, izomgyengeség, álmatlanság, ödéma, szívműködés zavara, bénulás halál. ¾ Szénhidrát-anyagcsere felbomlik piroszőlősav, tejsav a szövetekben: lebontást B1-vitamintartalmú enzim végzi (piroszőlősav dekarboxiláz, .... transzketoláz). Elnevezés: tiamin, S és NH2-csoport a molekulában. aneurin: antineuritiszes hatás. Technológia: savanyú oldatokban hőtűrő, semleges-, lúgos közeg: levegő jelenlétében hő hatására bomlik, nehézfémsók, oxidálószerek, H2SO3 gyorsan inaktiválják.
Leghőérzékenyebb B-vitamin. + N
N H3C
N
NH2
CH3 S
H N
H C
CH2CH2OH
N
HC
C
C
CO
HC
C
C
NH
C H
B1-vitamin (tiamin)
N
C O
izoalloxazin
HO
CH2
HO HO HO H3C
C H C H C H CH2 N N
H3C
N
B2-vitamin (riboflavin) O NH
O
B-vitamin-hatásúak: tiamin-diszulfid, allil-tiamin (hagymaolajban). Előfordulás: gabonamagvak héja és csírarésze, élesztő. Szükséglet: 1,5–2 mg/nap.
B2-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. B2-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 C N
nikotinsav (niacin)
O C
OH
NH 2
N
nikotinsavamid (niacinamid)
Nikotinsav bioszintézise triptofánból
CH2 CH COOH
NH2
NH2
NH2
N H
CO CH2 CH COOH
CO CH2 CH COOH
NH2
NH CHO
triptofán
kinurenin
formil-kinurenin
CO CH2 CH COOH
COOH
NH2 NH2 OH 3-hidroxi-kinurenin
COOH O C
NH2 OH 3-hidroxi-antranilsav
H
COOH
COOH NH2
amino-aldehid
N nikotinsav
B6-vitamin (piridoxin) Hiány: pellagrára emlékeztető tünetek, nyálkahártya gyulladása, bőr cserepes, hámlik, szőrzet kihullik. Hipovitaminózis: fehérje-anyagcsere zavar. Piridoxin = piridoxol, piridoxál, piridoxamin növényi állati eredetű
O CH2OH
C HOH2C
OH
HOH2C N
H OH
N
CH3
piridoxol piridoxol
CH3
piridoxál piridoxál
HOH2C
CH2NH2 OH
N
CH3
piridoxamin piridoxamin
Biológiailag aktív alak: piridoxál-5-foszfát. O HO
H C
P
O
H2C
OH
HO O N
CH3
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) CH3 HO
CH2
C
O CHOH
C
CH3
CH3 HO
CH2 C
NH
CH2 CH2 COOH
pantoténsav
O CHOH
C
O NH
CH2 CH2 C NH CH2 CH2 SH
CH3
pantetein
Biológiai szerep: ¾ a Co-A alkotórésze. (pantetein + ADP
CoA)
¾ kb. 70 enzim alkotórésze
acilcsoport átvitel, szénhidrát-, zsír-, aminosav-lebontás, zsírsavak, szteroidok, porfirin bioszintézise.
Folsav(csoport) (pteroil-glutaminsav) Hiány: vészes vérszegénység. Folsav + B12-vitamin: vörös és fehér vérsejtek, vérlemezkék képződésének szabályozója. emésztőrendszer, nyálkahártya működése. OH N
N H2N
COOH CH2 NH
CO
HN
CH CH2
N
CH2
N
folsav
COOH
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 HN
C
HC O C
H2C
NH CH
S
CH CH2 CH2 CH2 CH2 CO NH CH2
NH
CH2
HC
CH
CH2
H2C
CH
HN
S
CH2
CH2 CH2 CH2 CH2 COOH
H2N CH COOH
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: ¾ enzimfehérjék Lys részéhez kapcsolódik, ¾ biotintartalmú enzimek: szénhidrát- és lipidanyagcserében: dekarboxilezési, dezaminálási, karboxilálási folyamatokban és szintézisekben. B12-vitamin (kobalamin) Hiány: ¾ vészes vérszegénység, idegrendszeri panasz, ¾ vörösvértestek számának csökkenése, ¾ étvágytalanság, gyengeség, emésztési panaszok.
Biológiai funkció: ¾ normális növekedés, egészséges idegállapot, ¾ vérképzés, fehérje-anyagcsere, ¾ koenzim (esetleg folsavval együtt) tiaminszintézis egy C-atomos egységek redukálása propionsav metabolizmus. Felszívódás: 60 ezer Da mukopeptid segítségével (gyomorfalban); felszabadítja a B12-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. B12-vitamint mikroorganizmusok szintetizálják, növényekben nem fordul elő. Napi szükséglet: 3–4 μg.
NH2 CO
CH2 CH2
CH3 CH3 CH2 CO NH2
NH2 CO CH2 CH2 CH2 CO NH2 H3C
N CN N
H3C
N
Co
N
CH3
NH2 CO CH2 CH3 CO CH2 CH2 CH3 CH3
CH2 CH2 CO NH2
NH CH2 H3C
cianokobalamin
CH O O
P
O
O
OH
N N
HO
CH2
O
CH3
CH3
B15-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. COOH HCOH
B15-vitamin
HOCH HCOH HCOH CH2O
CO
CH2 N
CH3 CH3
U-vitamin (S-metil-metionin) Biológiai szerep: ¾ gátolja és gyógyítja a gyomorfekélyt, ¾ csökkenti a vérszérum zsír- és koleszterinszintjét, ¾ 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) ¾ általános gyengeség, légszomj, ¾ zavart szívműködés, izom- és csontfájdalmak, ¾ fogínyvérzékenység, pontszerű bevérzések a végtagokon, hajszálerek könnyen sérülnek, ¾ csontok törékenyek, ízületek megduzzadnak, ¾ sebek nehezen gyógyulnak. Napjainkban csak: tavaszi fáradtság. Szerkezete: 2-keto-gulonsav L-konfigurációjú laktonja. 2-keto-gulonsav: vitaminhatású D-aszkorbinsav: hatása jelentéktelen.
Az aszkorbinsav mesterséges szintézise C
D-glükózból
H
O HCOH HOCH
katalízis
HCOH
+2H
D-szorbit
szorbóz baktérium –2H
L-szorbóz
aceton
HCOH
O
CH2OH
C
D-glükóz
HO C
oxidáció elszappanosítás
diaceton-L-szorbóz
2-keto-L-gulonsav
enolizálás –H 2O
HO C
O
H C OH C H CH2OH
L-aszkorbinsav
Dienolcsoport
diketocsoport
aszkorbinsav erős redukálószer Aszkorbinsav
reverzíbilis
dehidro-aszkorbinsav (aktív)
ox.
diketo-gulonsav (inaktív) oxálsav + L-treonsav Technológia: melegítés, fény, fémnyomok hatására inaktiválódik. Maillard-reakció
barna színű termék.
Szent-Györgyi Albert (1928): előállítás mellékveséből, majd paprikából. ¾
savanyú ízű kristályos anyag, pH = 4 fölött bomlik,
¾
pK1 = 4,2; pK2 = 11,6
¾
primer OH zsírsavval észteresíthető aszkorbil-palmitát zsíroldékony antioxidáns,
¾
sztereoizomerjei: D-aszkorbinsav, D-izoaszkorbinsav, L-arabo-aszkorbinsav vitaminhatás nélküli antioxidánsok.
Biológiai hatás: ¾ oxidációs-redukciós képesség, ¾ hidrogéndonorként a redukált állapotot tartja fenn, ¾ segíti a vas és a kalcium felszívódását, ¾ mellékvese hormonok szintézise, ¾ szerotonin szövethormon termelés, ¾ tirozin oxidatív lebontása, ¾ kötőszövetek kollagénjének képződése.
Előfordulás: zöldpaprika paradicsom káposzta feketeribizli csipkebogyó burgonya déligyümölcsök állati belső szervek tehéntej kecsketej Szükséglet: 45–80 mg Túlzott fogyasztás vesekő
mg/100 g 150 10–25 45–55 160–180 100–400 10–20 40–50 20–40 15 20
Permeabilitást szabályozó vitamin (1936) P-vitamin, rutin (bioflavonoid-glikozid) OH OH HO
O C OH
rutin rutin* O
rutinóz
O
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
H H OH H
HO H
OH
OH
mioinozit H
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 H3 C H3
N
C H3
OH
C H2
C H2 O H
Liponsav
H2C
CH (CH2)4
H2C
S
COOH
H2C
CH2 CH (CH2)4 COOH
SH
SH
S
liponsav liponsav
dihidro-liponsav dihidro-liponsav
Ciklikus diszulfid, valeriánsav oldallánccal. Sok enzim kofaktorának része. Hidrogénfelvétel: dihidro-liponsav.
