INTRODUCERE

Istoria vitaminelor, unul dintre cele mai importante episoade din istoria biochimiei, a avut impact profund asupra sănătăţii şi asupra înţelegerii proceselor catalitice ce au loc în metabolismul organismelor vii. Încă din antichitate se ştia că intre alimentaţie şi boli există o legătură direct.

Cercetăriile actuale în legătură cu aceste micronutrimente au condus la modificarea noţiunii de aport nutriţional, sfătuind şi contribuind la amelionarea global a sănătăţii populaţiilor.

Vitaminele sunt componente ale alimentelor, necesare organismului în cantităţi mici.

Organismul animal nu poate sintetiza vitamine. Lipsa lor din hrană provoacă îmbolnaviri grave, avitaminoze, care pot duce la moartea animalului. Simptomele bolii dispar dacă se introduc din nou în hrana animalului substanţele care îi lipsesc. În afară de cele patru grupe de materii alimentare cunoscute de fiziologia clasică, hidraţii de carbon, grăsimile, proteinele şi unele materii organice acţionând în cantităţi extreme de mici. Numele de vitamine, dat acestor substanţe de către Casimir Funk (1911), datează dintr-o epocă în care structura lor nu era cunoscută, în realitate numai unele dintre vitamine conţin azot.

ASPECTE GENERALE

Vitaminele reprezintă o clasă de substanţe organice cu masă moleculară relative mică, cu structure chimice foarte variate care sunt absolute necesare pentru organismele heterotrofe în calitate de compuşi complementari ai proteinelor, lipidelor, glucidelor şi substanţelor minerale existente in hrană. Cu alte cuvinte, vitaminele constituie componente vitale necesare pentru echilibrarea alimentaţiei. În comparaţie cu ceilalţi componenţi ai hranei, vitaminele sunt necesare în organism funcţii catalitice.

Vitaminele nu se sintetizează în organismul omului şi al animalelor sau sunt sintetizate de ţesuturi şi microflora intenstinală existentă în organism în cantităţi mici care nu sunt suficiente pentru activitatea vitală normal. De aceea,

pentru om sursa principală de vitamine o constituie plantele unde ele sunt sintetizate. Omul primeşte aceşti compuşi fie direct din produsele de origine animală unde vitaminele au fost în prealabil accumulate din hrana vegetală, fie indirect, din produsele de origine animală unde vitaminele au fost în prealabil acumulate din hrana vegetală. În aceste surse, ele pot exista ca atare sub formă biologic activă, fie sub formă inactivă de provitamine din care în organism se formează vitaminele active.

Absenţa sau aportul insuficient de vitamine cu hrana determină profunde dereglări ale metabolismului care se concretizează prin diverse stări patologice (boli prin carenţă), denumite avitaminoze (în lipsa totală a vitaminelor) şi hipotaminoze (în cazul unui aport insuficient de vitamine).

În condiţii normale de alimentaţie, de regulă, necesarul omului sănătos este pe deplin acoperit printr-o hrană variată. Unul şi acelaşi aliment, de obicei, este bogat numai intr-o singură vitamină; de exemplu,morcovul – în caroten, citrcele – în vitaminele C şi P, carnea – în acid nicotinic. Prin urmare, pentru păstrarea sănătăţii omului, o mare importanţă o are utilizarea unor produse variate de natură vegetală si animală. Sunt şi alimente care conţin aproape toate vitaminele necesare organismului în creştere.

Drojdiile conţin multe vitamine, însă utilizarea lor este posibilă numai după distrugerea celulelor, deoarece drojdiile vii nu sunt descompuse de enzimele digestive. Deci, echilibrarea corectă a alimentaţiei asigură organismului omului un complex de vitamine.

Importanţa deosebită a vitaminelor pentru menţinerea sănătăţii organismului animal a fost dovedită pentru prima dată de Eijkman care a stabilit experimental că păsările hrănite cu orez decorticate se îmbolnavesc de polinevrită şi că se vindecă dacă li se adaugă în alimentaţie tărâţe de orez. De aici s-a tras concluzia că substanţa biologic activă se gaseşte în coaja boabelor de orez. Ulterior, Funk a izolat din tărâţe de orez o substanţă ce conţine o grupă aminică ce a primit denumirea de vitamină (amina vieţii) şi cu care a vindecat porumbeii bolnavi de polinevrită.

Cercetările au lărgit gama compuşilor cu rol biologic neapărat necesari organismului; s-a constatat că nu toţi conţin funcţii aminice, însă s-a adoptat pentru întreaga grupă de substanţe care îndeplinesc în organism un rol biocatalitic denumirea de vitamine.

Vitaminele sunt necesare pentru activitatea vitală normal nu numai o omului şi animalelor, ci şi pentru plante si microorganism. Astfel, rădăcinile plantelor nu se pot dezvolta normal fără unele vitamine. Pentru dezvoltare şi creştere normale, microorganismele necesită prezenţa în mediul nutritive a mai multor vitamine.

Unele microorganisme sunt utilizate, în prezent, pentru indetificarea şi determinarea cantitativă a vitaminelor. Există o strânsă legatură între vitamine şi enzime. Pătrunzând în organism cu hrana, vitaminele iau parte activă la metabolismul substanţelor, deoarece majoritatea îndeplinesc un rol coenzimatic în reacţiile enzimatice. Unidu-se cu proteinele specifice, ele formează enzimele. În felul acesta, bolile care apar prin insuficient alimentar în una sau alta din vitamine sunt o consecinţă a faptului că în organism nu este destul de activă enzima corespun zătoare care catalizează o anumită verigă a transformarilor biochimice ce alcătuiesc metabolismul substanţelor. Tot aşa, frânarea creşterii ţesutului vegetal sau a microorganismelor prin insuficienţa unei anumite vitamine, se explică prin slaba activitate a enzimei în constituţie căreia intră această vitamină.

Sunt şi vitamine ce nu îndeplinesc funcţia de coenzime însă ele pot influnţa anumite procese de enzime, acţionând ca efectori enzimatici.

La ora actual sunt cunoscute un număr mare de diverse vitamine şi este clarificată natura lor chimică. Acea parte a biochimiei care se ocupă cu studiul vitaminelor şi a rolului lor biologic poartă denumirea de vitaminologie.

Rolul important al vitaminelor în alimentaţia omului şi a animalelor a determinat dezvoltarea unei ramuri industrial specifice – industria vitaminelor.

CLASIFICAREA SI NOMENCLATURA VITAMINELOR

Structura chimică a vitaminelor este extreme de eterogenă, fapt ce creează dificultăţi în clasificarea lor pe baze ştiinţifice.

Un criteriu empiric încă acceptat de clasificare a vitaminelor îl constituie solubilitatea lor. După acest criteriu vitaminele se impart în două mari grupe:

1. Vitamine liposolubile (solubile în lipide şi solvenţi organici);

2. Vitamine hidrosolubile (solubile în apă).

Vitaminele au primit denumiri după literele alfabetului latin, după acţiunea fiziologică (antiscorbică – vitamina C, antixeroftalmică – vitamina A) precum şi după structura chimică (acid acorbic – vitamina C, tocoferol – vitamina E).

Datorită criteriilor de mai sus, aceeaşi vitamină are mai multe denumiri, de exemplu: vitamina C – acid ascorbic, vitamina antiscorbutică.

Denumirile după litere, structură chimică şi acţiune fiziologică a vitaminelor liposolubile şi hidrosolubile sunt următoarele:

1. Vitamine liposolubile:

A retinol, axeroftol, antixeroftalmică;

D calciferoli, antirahitică;

E tocoferol, antisterilităţii;

K filochinone, antihemoragică.

Pe lângă compuşii care intră în aceste două grupe principale de vitamine, mai există o serie de substanţe cu acţiunea asemănătoare vitaminelor. În acestă categorie sunt incluse:

Colina Acidul lipoic Acidul orotic Vitamina B15, acidul panagamic Mio-Inozita Acidul para-aminobenzoic Carnitina Vitamina U, S-metilmetionina, antiulceroasă Ubichinone, coenzima Q.

2. Vitamine hidrosolubile:

B1 tiamina, antinevritică;

B2 riboflavina, vitamina creşterii;

B3 acid pantotenic, antidermatică;

B5 sau PP acid nicotinic şi nicotinamida, antipelagroasă;

B6 piridoxină, piridoxal şi piridoxamină, antidermatitică;

B12 ciancobalamină, antianemică;

Bc acid folic, folacină, acid pteroilgulutamic, antianemică;

H biotină, antiseboreică;

C acid ascorbic, antiscorbutică;

P bioflavone, rutina, întăritor al capilarelor.

VITAMINE LIPOSOLUBILE

VITAMINELE A (retibolii)

Vitaminele A sunt derivaţi ai carotenilor. Ele se formeză şi se întâlnesc în ţesuturile animalelor şi produselor de origine animală; în plante lipsesc. În organismul animal, vitaminele A se formează din carotenii larg distribuiţi în plante. Sinteza are loc în intestine sau ficat, sub acţiunea unei enzime numită carotenază; prin urmare, carotenii reprezintă provitamine A.

Carotenii provitaminici sunt pigmenţi de culoare roşie sau galben-portocalie care apar în plantele verzi unde se gasesc alături de clorofilă. Se găsesc, de asemenea, şi la unele bacteria, alge. Toţi carotenii sunt derivaţi ai izoprenului; sunt hidrocarburi nesaturate care aparţin clasei polienilor şi au suferit o ciclizare la una sau ambele extremităţi.

Pentru ca un carotene să funcţioneze ca o provitamină trebuie să aibă:

un ciclu β-iononic; un lanţ alifatic din 18 atomi de carbon legaţi între ei prin 9

legături duble conjugate; 4 grupe metal substituite la 4 grupe metenice –CH=; un rest etilenic –CH = CH- care se scindează hidrolitic în

procesul de trecere de la provitamină la vitamină.

Structura si propietăţile vitaminelor A

Retinolii se prezintă sub două forme structurale denumite retinol (vitamina A1) şi dehidroretinol (vitamina A2). Ambele forme sunt alcooli primari nesaturaţi care conţin un ciclu de β-iononă – ce le confer activitatea biologic – şi o catenă lateral cu 9 atomi de carbon şi 4 duble legături conjugate; dehidroretinolul posedă o dublă legătură suplimentară, în comparaţie cu retinolul.

Aldehida şi acidul vitaminei A1 sunt denumite retinal şi acid retinoic. În ţesuturile organismului, de exemplu în ficat, vitaminele A se întâlnesc frecvent sub formă de esteri cu diverşi acizi (acetic, palmitic, succinic etc.). Esterii au o activitate biologic mai puternică decât vitaminele libere. Derivaţii hidrogenaţi şi cei cu grupe hidroxilice în ciclu sunt inactive. Scurtarea catenei laterale nu micşorează activitatea. Acţiunea fiziologică nu dispare nici în urma înlocuirii grupei alcoolice primare cu alte grupe funcţionale (de exemplu, -CHO, -COOH).

Retinolul este o substanţă cristalină de culoare galbenă, optic inactivă, solubilă în majoritatea solvenţilor organic (benzene, eter, chloroform, acetonă), insolubilă în apă.

Este foarte sensibilă la acţiunea luminii şi la încălzire, este instabilă în prezenţa oxigenului; în absenţa oxigenului este stabilă chiar la 1000 C şi mai mult, lucru de care trebuie ţinut cont la păstrarea sa.

Vitaminele A sunt distruse de radiaţiile ultraviolete şi de razele luminoase.

Rolul biochimic şi fiziologic

Retinolii şi derivaţii lor îndeplinesc funcţii biochimice şi fiziologice multiple. Astfel: stimulează procesul de creştere a animalelor tinere; previn apariţia unor leziuni ale ţesutului epitelial, cheratinizarea dermei şi a mucoaselor; previn dereglarea formării scheletului, frânarea creşterii şi scăderea rezistenţei la infecţii.

Mecanismul participării vitaminei A la menţinerea stării normale a ţesuturilor epiteliale nu este lămurit. O mare importanţă o are participarea vitaminei A la procesele de oxido-reducere deoarece ea este capabilă de a forma peroxizi care accelerează oxidarea altor compuşi.

În ultimii ani s-a menţionat importanţa retinolilor în reglarea permeabilităţii biomembranelor celulare, în sinteza hormonilor corticosteroizi, a mucopolizaharidelor şi în metabolismul sulfului.

Un număr mare de cercetări evidenţiază rolul protector al vitaminei A faţă de cancerigeni.

Retinolii intervin în funcţionarea normal a ochiului, respectiv în biochimia procesului vizual. Astfel, forma oxidată a vitaminei A – retinalul, sub forma izomerului cis constituie grupa prostetică a unei cromoproteide care se numeşte rodopsină ce are drept component proteică opsina.

Rodopsina este un pigment roşu, fotosensibil, ce se gaseşte în celulele fotoreceptoare sub formă de bastonaşe din retină ce intervin în vederea nocturnă. Sub acţiunea luminii are loc descompunerea rodopsinei în opsină şi retinal, care imediat trece în forma trans. Într-o etapă următoare, trans-retinalul se transformă în trans-retinol sub acţiunea unor enzime de oxido-reducere.

VITAMINELE D (calciferoli)

Ca şi vitaminele A, vitaminele D există sub mai multe forme. Cele mai raspândite sunt vitaminele D2 şi D3.

Vitamina D2 Vitamina D3

Pot şi privite ca derivaţi ai alcoolilor ciclici de natură steroidică-steroli, care funcţioneză în organism ca provitamine D.

Provitaminele D2 şi D3 sunt, respectiv, erosterolul şi colesterolul care se transformă în forma activă în urma ruperii legăturii dintre atomii C-9 şi C-10 din ciclul B al scheletului sterolic sub acţiunea radiaţiilor ultraviolete (colesterolul în prealabil se dehidrogenează şi trece în 7-dehidrocolesterol care reprezintă de fapt provitamina directă).

Pentru ca un sterol să îndeplinească rolul de provitamină D trebuie ca în ciclul B să aibă un sistem de duble legături conjugate în propoziţiile 5-6 şi 7-8. În C-17 se gaseşte o catenă lateral care variază de la o provitamină D la alta şi această deosebire se menţine şi pentru diversele vitamine D. Prin urmare, în prezenţa provitaminelor corespunzătoare şi a radiaţiilor solare vitaminele D se pot sintetiza în organism.

Structura şi propietăţiile vitaminelor D

Toate vitaminele D au acelaşi schelet ciclic (A, B, C şi D) şi derivă de la steroli, diferă între ele prin catena laterală (numărul de atomi de carbon şi gradul de nesaturare). Orice modificare a acestui complex sterolic face imposibilă activarea sterolilor la vitamine. Activitatea vitaminică este depedentă de existenţa celor trei duble legături conjugate în inelul deschis B al scheletului sterolic, iar intensitatea acţiunii sale este legată de structura catenei laterale.

Identitatea ciclurilor la toate vitaminele D le conferă caracterul fiziologic comun. Vitaminele D sunt active cât timp hidroxilul din poziţia 3 este liber.

Vitamina D2 sau ergocalciferolul este izomeră cu egosterolul din care derivă prin iradiere. Are 4 duble legături, din care 3sunt în ciclul B, iar una în catena lateral, ce conţine 9 atomi de carbon.

Vitamina D3 sau colecalciferolul are drept provitamină 7-deshidrocolesterolul. Conţine numai duble legături din ciclul B, iar catena fiind saturată şi numai cu 8 atomi de carbon. La om, colecalciferolul se formează în piele.

Vitaminele D2 şi D3 sunt substanţe cristaline, incolore, insolubile în apă dar uşor solubile în lipide şi solvenţi organic (clorofrom, benzene, eter, acetonă, alcool), optic active. Ambele sunt puţin stabile şi se distrug uşor sub acţiunea luminii, oxidanţilor şi acizilor minerali.

Rolul biochimic şi fiziologic

Vitaminele D favorizeză direct absorbţia calciului şi măresc indirect absorbţia fosforului de calciu; de asemenea, intervin în creşterea concentraţiei de acid citric în sânge şi oase.

Lipsa vitaminei D3 din raţia copiilor determină dezvoltarea rahitismului. La adulţii apare osteomalacia.

Vitaminele D au o acţiune şi asupra metabolismului Mg si Fe, intrevin în metabolismul glucidic şi aminoacidic. O supradozare a vitaminelor D determină aparitia unor forme clinice ale hipervitaminozei D: anorexie, tulburări ale tractului gastrointestinal, dureri de cap sau calcifieri ale ţesuturilor moi.

Surse de vitamina D

Cu excepţia unturii de peşte, conţinutul vataminelor D în produsele alimentare este mic. Surse de calciferoli pentru om sunt ficatul de peste şi animale, galbenusul de ou, laptele şi untul. Bogate în ergosterol sunt drojdiile.

VITAMINELE E ( tocoferolii)

Structura si propietati

Tecoferolii sunt compusi ce deriva de la tocol al carui nucleu este costituit din 6-oxicroman (un nucleu benzenic si un heterociclu cu 5 atomi de carbon si un oxigen) si o catena lateral analoga fitolului, care substituie C-2 al heterociclului cu oxigen.

Diversii tocoferoli sunt derivati metilati ai tocolului care au unul pana la 4 radicali –CH3 in diverse pozitii.

tocoferol

Tocoferolii au si actiune antioxidanta care este in raport invers proportional cu rolul de vitamina.

Activitatea antioxidanta se datoreza –OH din C-6 si se manifesta numai daca aceasta grupa functional este libera.

Tocoferolii sunt lichide uleioase de culoare galben-slab. Se dizolva bine in solventi ai lipidelor si in uleiuri vegetale. Nu sunt solubili in apa. Sunt optic active. Tocoferolii formeaza usor esteri cu acizii acetic, propionic, palmitic. Se disting printr-o mare stabilitate, rezistand la incalzire pana la 1700 C. In acelasi timp, radiatiile ultraviolete sunt distructive pentru structura vitaminei E. In absenta oxigenului si luminii, in solutiile uleioase, tocoferolii isi pastreaza activitatea mult timp.

Rolul biochimic si fiziologic

Mult timp s-a considerat ca importanta vitaminei E se datoreaza numai influentei ei asupra functiei de reproducere, deoarece in lipsa sau insuficienta de vitamina E la om si animale sunt deregulate spermatogeneza si embriogeneza si, de asemenea, se observa modificari degenerative ale organelor de reproducere. Insa, o serie de studii aprofundate asupra avitaminozei E au demostrat greseala unei astfel de consideratii.

Avitaminoza E se manifesta printr-o dereglare a structurii si functionarii multor tesuturi: se produce distrofie musculara, degenerarea maduvei spinarii si paralizia membrelor, infiltratia grasa a ficatului, anemia hemolitica la copii, adica o imbolnavire a intregului organism.

Mecanismul actiunii vitaminei E in organism este dublu. Pe de o parte, tocoferolii constituie cei mai important agenti itracelulari care protejeaza de oxidare lipidele si alti compusi usor oxidabili.

Vitamina E este unul din cei mai puternici antioxidanti naturali. De aceasta latura a mecanismului de actiune a tocoferolilor sunt legate diversele fenomene degenerative si consecintele lor care apar in avitaminoze E (intensificarea proceselor degenerative in parallel cu degenerarea tesuturilor, cresterea enzimelor lizozomale, franarea sintezei de acid ascorbic). Craenta in vitamina E provoaca peroxodarea lipidelor din membrane, ceea ce determina transformari profunde ale metabolismului celular. Astfel, in cazul mitocondriilor se poate inregistra o distrugere masiva a enzimelor si citocromilor, decuplarea fosforilariioxidative. In microzomi are loc perturbarea sintezei proteinelor, iar lizozomii sufera o rupere a membranelor cu eliberarea hidrolazelor. Pe de alta parte, vitamina E functioneaza sau ca un transportor de electroni in procesele deoxido-reducere, sau regleaza sinteza coenzimei Q, sau influenteaza enzimele si coenzimele ce contin grupe SH.

Hipervitaminoza provoaca tulburari nervoase, insomnia, dureri ale membrelor inferioare.

Surse de vitamina E

Tocoferolii sunt substante de origine exclusiv vegetala, cele mai bune surse fiind germenii cerealelor dar se mai gasesc si in legumele cu Frunze verzi si in seminte.

VITAMINELE K

Sub aceasta denumire este cuprinsa grupa factorilor antihemoragici necesari pentrucoagularea normal a sangelui. Exista mai multe substante naturale care au activitate fiziologica similara.

Vitaminele K sunt sintetizate numai de plante si microorganism; in partile verzi ale plantelor este sintetizata vitamina K1, iar vitamina K2 este produsa de microorganismele din microflora intestinala.

Flora microbiana cosntituie astfel o sursa importanta de vitamina K pentru organismul animal, care, in acest mod, devine putin expus carentei vitaminice. O serie de compusi cu activitate vitaminica au fost obtinuti prin biosinteza, unii chiar cu propietati biologice superioare vitaminelor K naturale.

Structura si propietati

Din punct de vedere chimic, toate vitaminele K sunt derivati de naftochinona (2-metil-1, 4-naftochinona), la care este substituit in pozitia C-3 un radical aliphatic R ce difera de la vitamina la vitamina.

Vitaminele K naturale sunt filochinona (vitamina K1) care au drept radical R radicalul fitil, de unde si numele sau si menachinone (vitamina K2) care au drept radical R radicalul polipropenil.

Viatmina K1 este un lichid uleios, de culoare galbena care isi datoreaza culoarea structurii sale chimice. Este insolubila in apa, solubila in grasimi si solvent organic.

Vitamina K2 este solida, cristalizata, galbena, insolubila in apa, solu bila in solvent organici.

Vitamina K3 este o pulbere galbena, cristalina, solubila in apa. Activitatea fiziologica a vitaminelor K estee corelata cu prezenta nucleului chinonic, deoarece o serie de compusi care au in comun cu vitaminele K1 si K2 numai acest ciclu, dar difera prin radicalul R, au o actiune similara, insa cu intensitate diferita.

Indispensabile activitatii vitaminice K sunt: prezenta nucleului benzenic nesubstituit si a gruparii 2-metil.

Rol chimic si fiziologic

Vitaminele K au un rol fundamental in procesul de coagulare a sangelui; ele participa la biosinteza protrombinei care ia parte la coagulare, precum si a factorilor VII, IX si X din sange care, de asemenea , sunt necesari acestei reactii. Nivelul scazut al protrobinei, asociat cu diminuarea factoriilor de coagulare mentionati determina fenomene hemoragice datorita cresterii timpului de coagulare a sangelui (de la 12-15s la peste 30s).