Витамин A

Витами́н A — группа близких по химическому строению веществ, которая включает ретинол (витамин A1, аксерофтол) и другие ретиноиды, обладающие сходной биологической активностью: дегидроретинол (витамин A2), ретиналь (ретинен, альдегид витамина A1) и ретиноевую кислоту[1]. К провитаминам A относятся каротиноиды, которые являются метаболическими предшественниками витамина A; наиболее важным среди них является β-каротин. Ретиноиды содержатся в продуктах животного происхождения, а каротиноиды — растительных. Все эти вещества хорошо растворимы в неполярных органических растворителях (например, в маслах) и плохо растворимы в воде. Витамин A депонируется в печени, может накапливаться в тканях. При передозировке проявляет токсичность[2].

Витамин был открыт в 1913 году. В 1931 году была описана его структура, а в 1937 году его удалось кристаллизировать[3].

Витамин A выполняет множество биохимически важных функций в организме человека и животных. Ретиналь является компонентом родопсина — основного зрительного пигмента. В форме ретиноевой кислоты витамин стимулирует рост и развитие. Ретинол является структурным компонентом клеточных мембран, обеспечивает антиоксидантную защиту организма[2].

При недостатке витамина A развиваются различные поражения эпителия, ухудшается зрение, нарушается смачивание роговицы. Также наблюдается снижение иммунной функции и замедление роста[4].

История открытия

В 1906 году английский биохимик Фредерик Хопкинс предположил, что помимо белков, жиров, углеводов и так далее, пища содержит ещё какие-то вещества, необходимые для человеческого организма, которые он назвал «дополнительные факторы питания» (англ. accessory food factors)[5]. В 1912 году Казимир Функ предложил название «витамин» — от латинских слов vita — жизнь, amine — амин (он ошибочно полагал, что все витамины содержат азот)[3].

Открытие самого витамина A произошло в 1913 году. Две группы учёных — Элмер Макколлум (1859—1929) и Маргарет Дэвис (1887—1967) из Висконсинского университета и Томас Осборн[англ.] (1859—1929) и Лафайет Мендель[англ.] (1872—1935) из Йельского университета независимо друг от друга после серии исследований пришли к выводу, что сливочное масло и желток куриного яйца содержат какое-то необходимое для нормальной жизнедеятельности вещество. На их экспериментах было показано, что мыши, питавшиеся лишь комбинацией казеина, жира, лактозы, крахмала и соли, страдали от воспаления глаз и диареи и умирали по прошествии около 60 дней. При добавлении в рацион сливочного масла, масла из печени трески или яйца они приходили в норму. Это означало, что требовалось не только наличие жира, но и какие-то другие вещества. Макколлум разделил их на два класса — «жирорастворимый фактор A» (на самом деле содержал витамины A, E и D) и «водорастворимый фактор B»[3][5].

В 1920 году Джек Сесиль Драммонд[англ.] (1891—1952) предложил новую номенклатуру витаминов и после этого витамин приобрёл современное название[5]. В том же году Хопкинс показал, что при окислении или сильном нагревании витамин A разрушается[5].

В 1931 году швейцарский химик Пауль Каррер (1889—1971) описал химическую структуру витамина A. Его достижение было отмечено Нобелевской премией по химии в 1937 году. Гарри Холмс (1879—1958) и Рут Корбет кристаллизовали витамин A в 1937 году. В 1946 году Давид Адриан ван Дорп[англ.] (1915—1995) и Йозеф Фердинанд Аренс[нид.] (1914—2001) синтезировали витамин A. Отто Ислер (1920—1992) в 1947 году разработал промышленный метод его синтеза[5].

Роль витамина A в зрении была открыта биохимиком Джорджем Уолдом (1906—1997), за что он получил Нобелевскую премию по физиологии и медицине в 1967 году[5].

Физико-химические свойства

Вещества группы витамина A являются кристаллическими веществами. Они нерастворимы в воде, но хорошо растворимы в органических растворителях[6].

Ретинол разлагается кислородом воздуха и очень чувствителен к свету. Все соединения склонны к цис-транс-изомеризации, особенно по связям 11 и 13, однако кроме 11-цис-ретиналя все двойные связи имеют транс-конфигурацию[6].

Строение и формы

Витамин A представляет собой циклический непредельный спирт, состоящий из β-иононового кольца и боковой цепи из двух остатков изопрена и первичной спиртовой группы. В организме окисляется до ретиналя (витамин A-альдегид) и ретиноевой кислоты. Депонируется в печени в виде ретинилпальмитата, ретинилацетата и ретинилфосфата[2].

В продуктах животного происхождения содержится во всех формах, однако так как чистый ретинол нестабилен, то основная часть находится в виде сложных эфиров ретинола (в промышленности в основном выпускается в виде пальмитата или ацетата)[7].

В растениях содержатся провитамины A — некоторые каротиноиды. Предшественником витамина могут быть две группы структурно близких веществ: каротины (α-, β- и γ-каротины) и ксантофиллы (β-криптоксантин). Каротиноиды также являются изопреноидными соединениями, α и γ-каротины содержат по одному β-иононовому кольцу и при окислении образуется одна молекула ретинола, а в β-каротине содержится два иононовых кольца, следовательно, он обладает большей биологической активностью и из него образуется две молекулы ретинола[2].

Плотоядные животные, такие как, например, кошачьи из-за отсутствия 15-15'-монооксигеназы не могут преобразовать каротиноиды в ретиналь (в результате ни один из каротиноидов не является формой витамина A для этих видов)[8].

Пищевые источники

Витамин A присутствует в продуктах животного и растительного происхождения, особенно много его в печени морских рыб и млекопитающих. Источником витамина для человека могут также быть каротины. Каротин — жёлтый пигмент, его содержание в продуктах в какой-то степени пропорционально интенсивности их окраски[9]. Они нетоксичны в высоких дозах, но не могут полностью заменить ретинол, так как лишь ограниченное количество способно превратиться в витамин A. Наибольшее количество β-каротина содержится в различных сортах моркови, но его концентрация может резко варьироваться от сорта к сорту (от 8 до 25 мг на 100 г, чем ярче окраска, тем больше каротина[9]). Хорошими источниками являются красный перец, зелёный лук, салат, тыква и томаты[2].

Печень наиболее богата витамином A; его много в почках и других субпродуктах, в мышечной же ткани витамин A почти не содержится, поэтому его нет в мясе. Содержание витамина A в яйцах и сливочном масле во многом зависит от качества питания животных. В одном литре молока — от 500 до 7000 МЕ витамина A, а в среднем — около 1500 МЕ. В гомогенизированном молоке витамин A может быть разрушен кислородом. В 450 г сливочного масла, произведённого в зимний период, когда коров кормят сеном, содержится около 2000 МЕ витамина A, тогда как в летнем сливочном масле — 12 000 МЕ и более. Чрезвычайно богат витамином рыбий жир, хотя его содержание зависит от возраста и характера питания рыб. Жир из печени палтуса богаче витамином A, чем жир печени трески, потому что палтус вылавливают в более взрослом возрасте и он дольше кормится зелёными морскими водорослями. По этой же причине в говяжьей или бараньей печени больше витамина A, чем в печени телят или ягнят. В среднем больше всего витамина в печени белого медведя.

Установлено, что из сырой моркови усваивается лишь около 1 % каротина, в то время как из варёной 5-19 %. В общем из овощей усваивается 16-35 % каротина. Чем более мягкой консистенции овощи, тем лучше усваивается каротин. Каротин, таким образом, лучше усваивается из овощных соков, но сок надо пить сразу же после приготовления, так как на воздухе каротин быстро окисляется. Прежде чем витамин A или каротин попадут в тонком кишечнике в кровь, они должны соединиться с желчью. Если пища в этот момент содержала мало жира, то жёлчи выделяется мало, и всасывание этого жирорастворимого витамина нарушается, из-за чего с калом может теряться до 90 % каротина и витамина A[9].

Генетически модифицированный золотой рис, в зёрнах которого содержится большое количество бета-каротина, является потенциальным решением для устранения дефицита витамина A. Однако пока ни одна разновидность «золотого риса» не доступна для употребления в пищу[10].

Синтетический ретинол (в виде сложных эфиров) получают из β-ионона, постепенно наращивая цепочку из двойных связей[11].

Суточная потребность

В среднем взрослому мужчине нужно 900 мкг, а женщине — 700 мкг витамина A в сутки. Верхний допустимый уровень потребления для взрослых — 3000 мкг в сутки[12].

Метаболизм

Усвоение витамина A из продуктов и лекарственной формы происходит с участием специальных гидролаз (карбоксилэстеразы и липазы[14]) поджелудочной железы и слизистой оболочки тонкой кишки. У детей до 6 месяцев гидролазы функционируют недостаточно. Для всасывания важно наличие достаточного количества жирной пищи и жёлчи. Всасывание происходит в составе мицелл, затем в энтероцитах они включаются в состав хиломикронов[2]. Попавший в клетку эпителия кишечника витамин вновь превращается в эфир пальмитиновой кислоты и в таком виде поступает в лимфу, а затем в кровь. Из мышцы всасывается только ацетат ретинола[4].

β-Каротин сначала расщепляется 15-15'-монооксигеназой в центральной части молекулы с образованием ретиналя, а затем — редуктазой с участием коферментов NADH и NADPH. Одновременный приём с пищей антиоксидантов препятствует окислению каротина по периферическим двойным связям. Витамин B12, повышает активность монооксигеназы. Это увеличивает количество молекул каротина, которые расщепляются по центральной связи, и эффективность синтеза витамина A увеличивается в 1,5—2 раза[2].

В крови витамин A соединяется со специальным белком, связывающим ретинол (БСР), синтезируемым в печени. Ретиноевая кислота соединяется с альбумином[7]. Белок обеспечивает растворимость ретинола, защиту от окисления и транспорт в различные ткани. Препарат, не связанный с белком, токсичен. Затем образовавшийся комплекс (витамин A + БСР) соединяется ещё с одним белком — транстиретином, препятствующим фильтрации препарата в почках. По мере использования тканями витамина A происходит его отщепление от вышеназванных белков и поступление в ткани[4].

Главное место накопления витамина — печень (90 %), в меньших количествах также хранится в почках, жировой ткани и надпочечниках[7].

Поступление ретинола к плоду через плаценту в последнем триместре беременности регулируется специальным механизмом, вероятно, с фетальной стороны. Избыток витамина A депонируется в печени в виде эфира пальмитиновой кислоты. Депо препарата в печени принято считать достаточным, если оно превышает 20 мкг/г её ткани — у новорождённого и 270 мкг/г ткани — у взрослого. Показателем содержания витамина A в печени служит и его уровень в плазме крови: если он меньше 10 мкг/дл, то у человека гиповитаминоз. У доношенного ребёнка запасов витамина A хватает на 2—3 месяца[4].

В клетках органов-мишеней есть специальные цитозольные рецепторы, распознающие и связывающие комплекс ретиноид + ретинол-связывающий белок (РСБ). В сетчатке глаза ретинол превращается в ретиналь, а в печени он подвергается биотрансформации, превращаясь сначала в активные метаболиты (в ретиналь, а затем в ретиноевую кислоту, которая выводится с желчью в виде глюкуронидов), а затем в неактивные продукты, выводимые почками и кишечником. Попав в кишечник, препарат участвует в энтерогепатической циркуляции. Элиминация осуществляется медленно: за 21 день из организма исчезает всего 34 % введённой дозы. Поэтому довольно велика опасность кумуляции препарата при повторных приёмах[2][4].