Вітамін А - з печінки і моркви

Довести корисність біохімії просто - достатньо нагадати про вітаміни. Ці речовини відкрили і почали вивчати в кінці XIX століття, а в середині XX століття освічені жителі промислово розвинених країн вже знали, для чого вони потрібні. Дослідження вітамінів дали вченим ключ до роботи ферментів, допомогли зміцнити здоров'я населення і збільшити тривалість життя.

Каротин - вітамін?

Початком історії вмтаміна А прийнято вважати 1909 рік, коли результати своїх експериментів опублікував німецький вчений Штеппа. Спочатку він вигодовував мишей хлібом з молоком - з теоретичної та практичної точки зору цілком повноцінний кормом, тому гризуни залишалися здоровими. Однак варто було проекстрагіровати таку їжу спиртом і ефіром, як вона становмлась непридатною - тварини на ній довго не жили. Якщо ж до експериментального раціону добавлялм екстракт, всі хворобливі симптоми у тварин швидко зникали.
Отже, розчинники видаляли з їжі якісь необхідні для життя речовини. Оскільки білки, вуглеводи та мінеральні солі нікуди не поділися, то могли бути вилучені тільки жири і ліпоїди - неоднорідна в хімічному відношенні група з'єднань, легко розчинних у спирті і ефірі. Справа була не у відсутності жиру як такого, адже білки і вуглеводи можуть повністю компенсувати всі енергетичні витрати організму. З огляду на це, Штеппа пояснив загибель піддослідних тварин відсутністю в їжі якихось незамінних, ще не виявлених ліпоїдів.
Інші дослідники встановили, що в дослідах, подібних дослідам Штеппа, молоді миші або щури переставали рости. Однак варто було додати до неповноцінного раціону вершкове масло або ліпоїди яєчного жовтка, і зростання тварин тут же поновлювалося. Саме тому що вмістну в цих продуктах невідому речовину спочатку назвали «фактор росту», або «жиророзчинний фактор А», потім, в 1916 році, перейменували в вітамін А.
Довгий час про присутність в їжі вітаміну А судили тільки за його здатності відновлювати зростання піддослідних тварин. Таким чином вчені з'ясували, що цей вітамін дуже нерівномірно розподілений в тваринних і рослинних продуктах: його багато - в зелених частинах рослин, в риб'ячому жирі, вершковому маслі та жирі з печінки тварин.
Американський біохімік Стінбок виявив, що перерване зростання піддослідних мишей відмінно відновлюють екстракти з рослин, багатих жовтим пігментом каротином. Цю речовину Г.Вакенродер виділив з коренеплодів моркви, по-латині Daucus carota, ще в 1831 році, коли про вітамін А і його фізіологічну рол ніхто й гадки не мав.
Стінгбок взяв жовті і білі зерна кукурудзи і переконався, що багаті каротином жовті зерна володіли А-вітамінною актмвностью, а білі - ні. Такі ж результати дали досліди з горохом. Вчений також встановив, що кристалічний каротин здатний відновлювати зростання у піддослідних тварин, і цілком резонно припустив, що це і є вітамін А.
Однак в 1910 році в пресі з'явилося повідомлення двох англійських вчених Пальмера і Кемпстера, які заперечували будь-який зв'язок між каротином і А-вітамінною активністю. Дослідники успішно вигодовували курей поживною сумішшю, абсолютно позбавленої каротину, проте в неї поряд з рослинними продуктами входило трохи свинячої печінки. Курчата, що харчувалися таким кормом, виростали в нормальних курей, тільки ці кури несли яйця з абсолютно білим жовтком. З яєць вилуплюються курчата, які добре росли і розвивалися на тій же дієті, позбавленої каротину.
Таким чином, наука, здавалося, зайшла в глухий кут: на один і той же питання було голучено два взаємовиключні відповіді і обидві були підтверджені експериментально. Чаша терезів завмерла в нерішучості, а потім повільно стала схилятися на користь противників Стинбока, коли вивчення 24 видів жирів і жирних олій показало, що їх забарвлення ніяк не пов'язана зі ступенем А-вітамінної активності. Найбільш активним був безбарвний риб'ячий жир, майже зовсім позбавлений каротину.
Пошуками загадкового вітаміну і встановленням його природи зайнялося чимало вчених. Одні підтверджували висновки Стинбока, дпугме спростовували. Суперечка затягнулася на ціле десятиліття, і тільки в 1929 році вона була остаточно вирішена видатними роботами англійського біохіміка Мура. Виявилося, що мають рацію обидві сторони. Дійсно, каротин, як стверджував Стінбок, володів А-вітамінною активністю, і в той же час не грішили проти правди ті дослідники, які вирощували тварин без каротину, але з добавками тваринних жирів. Істина виявилася дволикою.
Щоб з'ясувати загадку вітаміну А, Муру прийшлось виконати велику роботу.
Успіху допомогло те, що загадковий вітамін можна було ідентифікувати трьома методами: біологічним, хімічним і спектроскопічним. Вчений зміг встановити, по-перше, що каротин володіє А-вітамінною активністю, і по-друге, що каротин і вітамін А не одне і те ж, оскільки різняться за своїми фізико-хімічними властивостями.
Мур взяв дві групи молодих щурів і став їх відкормлювати їжею, позбавленої і каротину, і вітаміну А. Через деякий час тварини перестали рости, що вказує на виснаження запасів вітаміну і наступ авітамінозу. Тоді вчений став додавати в їжу однієї з піддослідних груп катотін до тих пір, поки ознаки авітамінозу не зникли. Дослідження печінки гризунів показало, що вітамін А зовсім відсутній у тварин з авітамінозом, але міститься в нормальній кількості у тих, що отримували каротин. На підставі цих та інших експериментів Мур прийшов до висновку, що каротин в організмі тварин перетворюється на вітамін А, який накопичується в печінці. Згодом ці висновки підтвердили і інші дослідники, які з'ясувати, що перетворення жовтого пігменту в вітамін відбувається в печінці і стінках кишок тварин.

Вітамін А - від будови до активності

З огляду на тісний генетичний зв'язок між вітаміном А і каротином, останній назвали провітамін А. Це відкриття допомогло зрозуміти їх природу і встановити хімічну структуру. Спроби виділити вітамін А в чистому вигляді спочатку закінчувалися невдачами, проте виділення і очищення каротину не являли великих труднощів для фахівців. З 1928 по 1933 з'ясуванням хімічної будови обох молекул займалися троє провідних хіміка: Каррер, Цехмейстер і Кун.
Уже в 1930 році Каррер, який працював в Швейцарії, запропонував структурну формулу каротину і встановив, що ця речовина представлено a, b і g-ізомерами. Вчений дійшов висновку, що каротин - це неграничний вуглевод, що складається з довгого вуглецевого ланцюга, на обох кінцях якого розташовані два абсолютно однакові b-іоннонові цикли. Справедливість цієї думки Каррер згодом довів синтезом каротину. Така формула відповідає найбільш поширеному в рослинному світі b-каротину. a- і g-каротини відрізняються від b-форми будовою одного з двох кінців молекули.У а-каротину в кінцевих циклах інакше розташований подвійна зв'язок. У g-каротину цикл є тільки на одному кінці молекули, але сам вуглецевий ланцюг за рахунок другого разомкнутого циклу трохи довший, ніж у b- і a-каротинів.
Біологічна активність а- і g-каротинів в два рази менше, ніж у b-каротину, і це, очевидно, пов'язано з особливостями їх хімічної будови. Каррер прийшов до висновку, що при гідролітичному розщепленні b-каротину на дві симетричні частини утворюються дві молекули вітаміну А. Така схема пояснювала, чому b-каротин вдвічі активніше за інші форм, гідроліз яких, як припускав Каррер, дає тільки одну молекулу вітаміну А.
Формула вітаміну А була перевірена та підтверджена декількома дослідниками. Отже, речовина, що очолила список «життєвих амінів», виявилось спиртом, тобто речовиною, в хімічному відношенні дуже далекою від амінів. Надто приваблива своєю простотою і витонченістю гіпотеза Каррера проте не могла пояснити дивну обставину. При симетричному гідролізі однієї молекули b-каротину має утворюватися дві молекули вітаміну А, і слід було очікувати, що один моль b-каротину повинен мати вдвічі більшу біологічну активність, ніж моль вітаміну А. Однак експерименти показували, що ці величини для рівних вагових кількостей b- каротину і вітаміну А відносились як 1:2. Отже, схема утворення вітаміну А з b-каротину була іншою, при якій з однієї молекули останнього утворюється одна молекула вітаміну.
Деякі прихильники гіпотези Каррера намагалися пояснити таку низьку біологічну активність b-каротину тим, що він погано всмоктується в шлунку, а частина його окислюється в неактивні продукти. Таким чином, на думку цих вчених, тільки близько половини надхожого в організм каротину перетворюється на вітамін А, чим і пояснюється невідповідність між теоретичною і фактичною активністю b-каротину.
Однак з часом накопичилися факти, що дозволяють по-іншому пояснити цю суперечність. У 1948 році вдалося виявити, що b-каротину в організмі спочатку перетворюється в альдегідну форму вітаміну А, яка потім відновлюється в спиртову. При цьому окислюється один з двох крайніх подвійних зв'язків вуглецевого ланцюжка, що зв'язує іононові кільця, з утворенням альдегіду. Потім в серії хімічних перетворень довгий ланцюжок коротшає, кожен раз на один вуглецевий атом. Кінцева альдегидная група все ближче і ближче переміщається до b-іононового кільцю, поки не досягає дев'ятого вуглецевого атома бічного ланцюга. Тут вона відновлюється в спиртову групу, утворюючи вітамін А. З b-каротину при оптимальному розщепленні молекули в будь-якому випадку утворюється одна молекула вітаміну А. У а- і g-каротинів перетворення на вітамін можливо лише тоді, коли початковому окисленню піддається подвійний зв'язок, найбільш віддалений від єдиного в молекулі цих речовин b-іононового кільця. В іншому випадку утворюються неактивні продукти. В організмі, можливо, окислення a- і g-каротинів відбувається як по першій, так і за другою схемою, тому їх біологічна активність вдвічі менше активності b-каротину.
У 1931 році Каррер зі співробітниками отримав з печінки риб очищений концентрат вітаміну А у вигляді світло-жовтого густого масла. У 1933 році Каррер і Морф синтезували вітамін А, ще через чотири роки Осборн і Мендель отримали кристалічний вітамін А. А в 1950 році Каррер зі співробітниками синтезував і каротиноїди.

Таблиця 1
Потреба людей
різного віку у вітаміні А

Таблиця 2
Вміст каротину в рослинних продуктах
(в мкг на 100 г продукту)

Таблиця 3
Вміст вітаміну А в тваринних продуктах
(в мкг на 100 г продукту)

 Рости і бачити світ

Яку ж роль вітамін А виконує в тваринному організмі і до яких порушень призводить його недолік? Ми вже знаємо, що при А-авітамінозі припиняється ріст молодих мишей і щурів. Подальші дослідження показали, що цей вітамін в організмі тварини необхідний не тільки для нормального росту, він виконує го ще й інші важливі функції. У тварин, позбавлених вітаміну А і каротину, часто спостерігалося важке захворювання очей - ксерофтальмія, а також інфекційне ураження травного тракту, нирок, середнього вуха і інших органів. У контрольних тварин, які отримували достатню кількість вітаміну А, хворобливих явищ не спостерігалося. Ця обставина відображена в назвах вітаміну А: «антиксерофтальмічний вітамін», або «аксерофтол», і «антиінфекційних вітамін».
Ксерофтальмія починається при сильному недоліку вітаміну А. У хворих епітелій очі стає сухим, рогівка мутніє і втрачає чутливість, а потім розм'якшується, покривається виразками і перетворюється в більмо. При ксерофтальмії зменшується кількість слізної рідини і вміст у ній бактерицидної речовини лізоциму. Це відкриває доступ до тканин ока для хвороботворних мікроорганізмів, і на тлі ксерофтальмії розвиваються вторинні очні захворювання. Випадки ксерофтальмії зараз зустрічаються рідко, головним чином у маленьких дітей.
Вітамін А відіграє важливу роль в пристосуванні очей до різної освітленості, особливо при настанні сутінків. Як відомо, промені світла, відбиті навколишніми предметами, проникаючи в око, фокусуються на кришталику і потрапляють на сітківку, що вистилає дно ока. Промені світла різної інтенсивності і забарвлення викликають фотохімічні перетворення в клітинах сітківки, які через нервові клітини посилають імпульс у мозок.
Одне з речовин клітин сітківки регулює інтенсивність фотохімічних реакцій. Вона посилює вплив слабких світлових сигналів на світлочутливі речовини сітківки і, якщо потрібно, послаблює дію яскравого світла. Це чудове речовина отримала назву зоровий пурпур, або родопсин. При яскравому освітленні зоровий пурпур розкладається на складові, які вже не мають здатність посилювати фотохімічні процеси. Чим менше залишається в сітківці зорового пурпура, тим менш чутлива вона до впливу світла, і навпаки. При настанні сутінків або переході з яскраво освітленій кімнати в більш темне приміщення потрібно підвищити чутливість сітчатки, зробити її здатною сприймати досить слабкі світлові сигнали. І тут на допомогу приходить все той же зоровий пурпур. Він, як птах Фенікс із попелу, починає відроджуватися з тих елементів, на які його розклали яскраві світлові промені. Ці перетворення зорового пурпуру, що призводять до зміни його концентрації в клітинах сітківки, і лежить в основі механізму пристосування очей до зміни інтенсивності освітлення.
Склад зорового пурпура не був відомий до тих пір, поки англійський вчений Уолд в 1933 року не відкрив таємницю його перетворень в сітківці ока. Він встановив, що до складу зорового пурпуру входить вітамін А. Під дією світла пурпур перетворюється в помаранчевий пігмент, названий зоровим жовтим, і при цьому утворюється ще один продукт - помаранчевий пігмент ретинен, який представляє собою альдегід вітаміну А (ретиналь). До складу родопсину він входить в цім-формі, а при освітленні переходить в транс-форму і відщеплюється від опсина. У темряві відбувається зворотний процес: вітамін А вступає в з'єднання з білком і знову утворюється зоровий пурпур.
Кругообіг вітаміну А міг би тривати дуже довго, але частина вітаміну втрачається, і заповнити утворений дифицит повинні нові надходження. Варто тільки регулюючим системам організму урізати "заявку" сітківки на вітамін А, як чутливість очей до сприйняття слабких світлових сигналів різко падає. Настає захворювання, відоме під назвою курячої сліпоти, або гемералопії. Вдень хворі майже не відчувають неприємних явищ, хоча у них може звужуватися поле зору і порушуватися сприйняття кольорів. Однак вночі їм доводиться ще гірше: варто тільки сонцю сховатися за обрій, як для них відразу ж настає непроглядна темрява, вони втрачають здатність не тільки шити або читати, але навіть пересуватися без сторонньої допомоги.
У дореволюційній Росії куряча сліпота нерідко вражала ув'язнених в тюрмах. Спалахи цього захворювання неодноктатно відзначалися серед бідних селян і солдатів навесні, в кінці Великого посту.
При авітамінозі А також порушується диференціювання клітин епітелію. Ймовірно, це пов'язано з тим, що в формі ретінолфосфата вітамін бере участь в синтезі глікопротеїнів клітинних мембран, переносячи залишки цукрів на білки. Без цього відбувається зроговіння клітин в епітелії органів дихання, травного тракту, нирок. Подібні зміни в слизових оболонках органів дихання притуплює відчуття нюху і призводить до наполегливому бронхіту. Хворобливе переродження епітеліальних тканин знижує її захисні властивості і тягне за собою знижену опірність організму до різного роду інфекцій. Через зроговіння посилено лущаться епітеліальні клітини ниркових лоханок і сечового міхура. Вони нерідко стають центром, навколо якого починається утворення каменів.
Введення в організм великих доз відсутнього вітаміну А або його провітаміну швидко виліковує курячу сліпоту і початкові стадії ксерофтальмії. Для лікування можна використовувати препарат ретинолу або багаті ним продукти: риб'ячий жир, печінку риб і т. д Лікувальні властивості печінки при захворюваннях подібного роду були відомі ще стародавнім єгиптянам, які часто страждали очними хворобами, оскільки поруч перебувала пустеля і сильні вітри раз у раз піднімали хмари пилу. Єгипетські лікарі досягли високого мистецтва в лікуванні очних недуг. Наприклад, вони вміли робити надзвичайно тонку операцію з видалення більма, а для лікування курячої сліпоти застосовували сиру печінку бика. У стародавніх єгиптян цей спосіб запозичили греки, а у них - римляни. Європейські лікарі середньовіччя також лікували яловичою і козячою печінкою людей, що втратили зір з настанням сутінків.
Роль вітаміну А в організмі не обмежується участю в фотохімічних реакціях сітківки і забезпеченням нормального стану епітелію, рогівки і слізних залоз. Він потрібен для нормального обміну білків, бере участь в окисно-відновних процесах, він підвищує вміст глікогену в м'язах, серці і печінці, бере участь в синтезі гормонів кори надниркових залоз.
Вітамін А потребують усі тварини, причому людина, травоїдні і всеїдні тварини можуть поповнювати його ресурси за рахунок надходження як самого вітаміну, так і каротину. Хижі звірі й птахи не здатні до синтезу ретинолу з каротину.
Потреба людини у вітаміні А залежить від його віку і коливається в досить широких межах (табл. 1). У годуючих матерів вона підвищена і досягає 8000 МО на добу. Посилене надходження вітаміну потрібно при лікуванні деяких інфекційних хвороб. Більше ретинолу потрібно і людям, що працюють у важких або шкідливих умовах.
Провітамін А - каротин - широко поширений в рослинному світі (табл. 2). Він міститься в вищих і нижчих рослинах, що мешкають і в воді, і на суші. Найбільш багаті на каротин зелене листя, причому в них міститься переважно найцінніша форма - b-каротин, a- і g- каротини присутні в незначній кількості. В середньому 90% всього каротину рослин знаходиться в листі. Його більше в листовій пластинці, а в середній жилці і черешці зовсім небагато. Особливо багаті на каротин листя кропиви, люцерни, кульбаби, шпинату, щавлю, кропу, петрушки і крес-салату.
У плодах каротину зазвичай менше, ніж в зеленому листі, і тут переважають а- і g- каротини, активність яких в два рази нижче, ніж у b-форми. Тільки в динях, плодах бузини, манго і фініках переважає b-каротин. Про відносний розподіл провітаміну А в частинах рослини можна судити на прикладі шипшини: в плодах його 5 мг%, а в листі - 40 мг%, тобто у вісім разів більше. З плодів найбільш цінні джерела провітаміну А - це абрикоси, ягоди шипшини, темна сливи, червоні томати, гарбуз, кавун.
У ягодах каротину мало. Найбільш багаті їм чорна смородина, чорниця і ожина. Бідні пігментом груші, яблука, виноград, цибулини і коренеплоди (за винятком моркви). Картопля, буряк, ріпа, редька, білі зерна кукурудзи каротину не містять. Дуже мало його в зернах пшениці, майже немає в вівсі, ячмені і дріжджах, зате досить багато в жовтих зернах кукурудзи.
Вітамін А в рослинах не знайдений, він міститься тільки в тваринах, особливо морських (табл. 3).
Вітамін А і каротин добре зберігаються при консервуванні продуктів і приготуванні їжі. Багато каротину втрачається при сушінні трави на сіно, особливо коли сушка затягується і сіно мокне під дощем, тому літнє коров'яче молоко в 2-10 разів багатше вітаміном А, ніж зимове.
Природа добре подбала про те, щоб забезпечити нас вітаміном А, і якщо нам його не вистачає, то винні в цьому ми самі.