VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

Витамины - органические вещества, необходимые в небольших количествах в пищевом рационе, как человека, так и большинства позвоночных. Синтез витаминов, как правило, осуществляется растениями, а не животными. Ежедневная потребность человека в витаминах составляет лишь несколько миллиграммов или микрограммов. Витамины выполняют различные биохимические функции в организме.

Цель данной работы: рассмотреть строение и биохимические функции витамина Д.

Витамин Д относится к группе жирорастворимых витаминов, по современной классификации прогормон. Его физиологическое название антирахитический. Витамин Д представлен двумя витамерами – витамином Д₂ (эргокальциферол) и витамином Д₃ (холекальциферолом). Они образуются из предшественников - провитаминов при действии на них ультрафиолетового облучения.

Для витамина Д₂ провитамином является выделенный из дрожжей эргостерин, для витамина Д₃ – содержащийся в коже 7-дегидрохолестерол.

Рассмотрим структурное строение витамина Д

Биохимические функции.

Свою биологическую активности витамин Д проявляет в виде гормона кальциферола. Кальцитриол синтезируется из холестерола по схеме:

Основная функция витамина D - обеспечение нормального роста и развития костей, предупреждение рахита и остеопороза. Он регулирует минеральный обмен и способствует отложению кальция в костной ткани и дентине, таким образом, препятствуя остеомаляции (размягчению) костей.

Поступая в организм, витамин D всасывается в проксимальном отделе тонкого кишечника, причем обязательно в присутствии желчи. Часть его абсорбируется в средних отделах тонкой кишки, незначительная часть - в подвздошной. После всасывания кальциферол обнаруживается в составе хиломикронов в свободном виде и лишь частично в форме эфира. Биодоступность составляет 60-90%.

Витамин D влияет на общий обмен веществ при метаболизме Ca²⁺ и фосфата (НРО^2-₄). Прежде всего, он стимулирует всасывание из кишечника кальция, фосфатов и магния. Важным эффектом витамина при этом процессе является повышение проницаемости эпителия кишечника для Ca²⁺ и Р.

Он оказывает влияние на клетки кишечника, почек и мышц: в кишечнике стимулирует выработку белка-носителя, необходимого для транспорта кальция, а в почках и мышцах усиливает реабсорбцию Ca⁺⁺.

Витамин D₃ влияет на ядра клеток-мишеней и стимулирует транскрипцию ДНК и РНК, что сопровождается усилением синтеза специфических протеидов.

Однако роль витамина D не ограничивается защитой костей, от него зависит восприимчивость организма к кожным заболеваниям, болезням сердца и раку. В географических областях, где пища бедна витамином D, повышена заболеваемость атеросклерозом, артритами, диабетом, особенно юношеским.

Он предупреждает слабость мускулов, повышает иммунитет (уровень витамина D в крови служит одним из критериев оценки ожидаемой продолжительной жизни больных СПИДом), необходим для функционирования щитовидной железы и нормальной свертываемости крови.

Так, при наружном применении витамина D₃ уменьшается характерная для псориаза чешуйчатость кожи.

Есть данные, что, улучшая усвоение кальция и магния, витамин D помогает организму восстанавливать защитные оболочки, окружающие нервы, поэтому он включается в комплексную терапию рассеянного склероза.

Витамин D₃ участвует в регуляции артериального давления (в частности, при гипертонии у беременных) и сердцебиения.

Витамин D препятствует росту раковых и клеток, что делает его эффективным в профилактике и лечении рака груди, яичников, предстательной железы, головного мозга, а также лейкемии.

Содержание витамина Д в продуктах

растительные	животные
растительные масла, картофель, петрушка, грибы, семечки, орехи	яичный желток, сливочное масло, сыр, рыбий жир, икра, молочные продукты

Суточная потребность: взрослые 2.5 мкг, дети 12.5 мкг, новорожденные 10 мкг

Рассмотрим подробнее роль витамина Д в абсорбции кальция. Она долго оставалась не выясненной. Первоначально считали, что витамин Д является переносчиком ионов кальция через стенку кишечника. Однако последующие наблюдения показали, что он не способен связывать кальций. Более удачной оказалась теория цитратного механизма всасывания кальция в кишечнике. Согласно этой гипотезе, витамин Д вызывает усиленное образование лимонной кислоты в щелочной кайме слизистой кишечника. Лимонная кислота образует с кальцием растворимый комплекс цитрата кальция, который поступает в сыворотку крови, где окисляется с освобождением ионизированного кальция.

Последующими работами было показано, что всасывание кальция является энергозависимым процессом, связанным с системой окислительного фосфорилирования, поскольку активный транспорт кальция, стимулируемый витамином Д, требует присутствия кислорода и обменного субстрата. Механизм всасывания объясняется способностью витамина Д повышать проницаемость клеточных мембран слизистой тонкого кишечника для ионов кальция.

По данным теории Холдсуорта, поверхность эпителиальной клетки, обращенная к просвету кишечника и к серозной оболочке, содержит однонаправленные энергозависимые кальцийнасасывающие системы (H₁ и Н₂). Клетка также осуществляет двунаправленный диффузный транспорт кальция.

Следовательно, активный транспорт кальция осуществляется по двум направлениям: из клетки слизистой к просвету кишечника (Н) и к серозной оболочке (Н₂). Этим самым снижается внутриклеточная концентрация кальция, облегчаются условия для диффузного транспорта этого электролита. Диффузный транспорт зависит от состояния проницаемости мембраны и происходит в направлении градиента концентрации (разницы между внутри- и внеклеточным содержанием кальция).

Основательный пересмотр взглядов на механизм действия витамина Д в организме связан с работами Вассермана с соавторами (1969). В экспериментальных исследованиях они убедительно доказали, что под влиянием витамина Д в слизистой тонкого кишечника рахитичных цыплят синтезируется специфический белок, принимающий непосредственное участие в абсорбции кальция. Эти данные были подтверждены опытами с применением антибиотиков, ингибирующих белковый синтез в клетке. Если животным с проявлениями рахита одновременно с витамином Д вводился актиномицин Д или пуромицин, то специфический белок в слизистой кишечника не синтезировался и абсорбция кальция не возрастала.Известно, что актиномицин Д подавляет процесс транскрипции ДНК на и-РНК. Поэтому ученые полагали, что механизм действия витамина Д также связан с транскрипцией в клеточном ядре. Это предположение было доказано в эксперименте по включению меченых уридина и оротовой кислоты во фракцию ядерной РНК клеток слизистой кишечника животных с рахитом после получения витамина Д3.

По данным Хауслера и Нормана, при введении физиологических доз витамина Д₃ рахитичным цыплятам большая часть метки в ядрах слизистой тонкого кишечника оказывается связанной непосредственно с хроматином. Они же выделили из хроматина ядер кислый белок, являющийся, по их мнению, специфическим рецептором витамина Д₃ или его метаболитов. Взаимодействие витамина Д с этим рецептором вызывает депрессию гена, кодирующего синтез белка, который участвует в переносе кальция.

Таким образом, в основе механизма действия витамина Д лежит его взаимодействие (или его метаболитов) со специфическими рецепторами на нуклеопротеиде или ядерной мембране, ведущее, согласно первой гипотезе, к депрессии гена, а согласно второй — к модификации ядерной мембраны. Химическая природа этих рецепторов и молекулярный механизм взаимодействия с ними витамина Д остаются неясными. Влияние последнего на синтез белка посредством генетического аппарата клетки подтверждается данными о преимущественно ядерной локализации этого витамина. Кроме того, на хромосомах в ядрах клеток эпителия тонкого кишечника доказано существование специфического рецептора для витамина Д₃ или его метаболитов.

Са- связывающие белки (СаСБ) обладает относительной специфичностью к ионам кальция, так как и другие щелочноземельные металлы также образуют с ним комплекс. При этом величина сродства белка с ним убывает в следующем порядка: Са, Sr, Ва, Mg. Самая высокая концентрация СаСБ обнаружена в слизистой двенадцатиперстной кишки, где происходит наиболее интенсивное всасывание кальция. По мере удаления от желудка содержание этого белка в кишечной стенке убывает.

Многие исследователи установили, что СаСБ локализуется в щеточной кайме на поверхности микроворсинок кишечного эпителия. В. К. Бауман считает, что этот белок, по-видимому, концентрируется во внешнем слое, покрывающем клетки, — гликокаликсе, и таким образом, СаСБ выполняет роль рецептора, притягивающего ионы кальция из окружающей среды и концентрирующего их на всасывательной поверхности ворсинок, что облегчает дальнейший транспорт элемента.

Установлено, что с увеличением дозы витамина Д одновременно повышается концентрация СаСБ в слизистой двенадцатиперстной кишки и усиливается абсорбция кальция. При этом оказалось, что появление белка в ткани после введения животным с рахитом витамина Д совпадает со стимуляцией абсорбции кальция. Кроме желудочно-кишечного тракта СаСБ найден в некоторых других тканях, связанных с интенсивным внутриклеточным транспортом кальция. Так, В. К. Бауман обнаружил этот белок в молочной железе лактирующих животных. Следует полагать, что указанный белок необходим для транспорта значительных количеств кальция из крови в молоко, что может объяснить причины повышенной потребности в витамине Д в период лактации.

Таким образом, витамин Д оказывает влияние на пассивную диффузию ионов кальция путем изменения структуры и функциональной активности клеточных мембран (как липидного, так и белкового ее компонентов), повышает активный транспорт кальция в кишечнике преимущественно от слизистой к серозе. Последний эффект обеспечивается воздействием активного транспорта кальция на энергетические системы. Другой важной особенностью витамина Д является биосинтез новых молекул транспортных белков — ферментов, непосредственно участвующих в переносе кальция через мембраны слизистой кишечника.

Выражаю благодарность за помощь в написании статьи ассистенту кафедры биохимии, Мачневой И.В.

Код для цитирования: Скопировать