Витамин С

Введение 

  С давних времен люди страдали от многочисленных тяжелых болезней, причины которых были неизвестны. Одна из таких болезней — цинга, ею обычно болеют люди на Крайнем Севере. Бери-бери — бич южных стран, где население питается почти одним рисом. Пеллагра поражает людей, питающихся преимущественно одной кукурузой. Общую причину всех таких заболеваний открыл в 1880 г. русский ученый Н. И. Лунин. Сейчас уже установлена прямая связь между многими заболеваниями и недостатком в организме определенных витаминов. Разумеется, современным горожанам и сельским жителям, понимающим роль витаминов в жизни человека, полный авитаминоз не грозит. Но, согласно исследованиям Института питания РАМН у 70-90% жителей России дефицитными для организма веществами являются витамины группы С. Такая ситуация сложилась не потому, что люди игнорируют роль витаминов в своей жизни. Просто современный человек вынужден включать в свой рацион рафинированные и консервированные продукты, которые имеют пониженную витаминную ценность. В организме человека нет значительных резервов витамина С, поэтому необходимо систематическое, ежедневное поступление этого витамина с здоровой пищей. 
 
 
 
 
 
 
 

История открытия витамина С

  Авитаминоз С (цинга, скорбут) был, по-видимому, известен древним авторам. Первое подробное описание цинги сделал в XIII столетии Жуонвилль, наблюдавший это заболевание среди участников крестового похода Людовика IX. Особое внимание европейских народов цинга привлекла в XV-XVI столетиях в эпоху, когда в связи с зарождением капитализма и возросшей потребностью в сырье и рынках интенсивно стало развиваться мореплавание. Моряки, подолгу оторванные от суши, лишенные свежей растительной и мясной пищи, жестоко страдали от цинги. История изучения цинги, причин, вызывающих его и эмпирически накопленного опыта предупреждения и лечения с помощью лимонов, хвойных отваров и других противоцинготных средств изложена в описаниях многих путешественников: Кука, Крузенштерна, Норденшильда, Нансена и обобщена в монографиях Funk (1922), Л. А. Черкеса (1929), В. Б. Ефремова (1939), Б. А. Лаврова (1943). В этих же монографиях приведены данные о многочисленных вспышках цинги на материке, когда определенные группы населения попадали в условия однообразного питания, лишенного свежей зелени, мяса и молока. Задолго до исследований Funk и классических опытов Hoist Frohlicli (1912) по экспериментальной цинге. В. В. Пашутин (1902) писал, что предохраняющим от цинги телом является органическое вещество с очень высокой активностью, что человек не способен к синтезу этого вещества, отмечал специфичность его действия в очень малых количествах и обращал внимание на стабилизирующее действие, которое оказывают на противоцинготное вещество кислоты. Важным этапом на пути расшифровки природы цинги явились опыты Hoist и Frohlich (1912), в которых впервые удалось получить экспериментальную цингу у морских свинок. Это открыло новые возможности для изучения природы заболевания и противоцинготного фактора, который впоследствии был отнесен к группе водорастворимых витаминов и назван витамином С.В 1922-1925 гг. выделен из капустного сока препарат витамина С, предотвращающий цингу у морских свинок в дозе 2 мг. Позже, выделенный из лимонного сока препарат предохранял от цинги морскую свинку в суточной дозе 1 мг. Затем были установлены элементарный состав витамина С, близость его строения к гексозам, быстрое исчезновение его противоцинготных свойств при окислении. Кроме того, обнаружен параллелизм между восстановительной способностью препаратов и их противоцинготной активностью. Химическая природа витамина С была окончательно расшифрована в работах венгерского биохимика Szent-Gyorgyi, исследованиями Хэуорс в Англии и Михель в Германии. Установленная ими структурная формула витамина С, выделенного из природных источников, подтверждена синтезом, который осуществлен в 1933 г. и витамин С получил название аскорбиновой кислоты.[6]

Генетический  дефект или эволюционное развитие

  Потребность в поступлении извне готовых молекул витаминов можно рассматривать как частный случай гетеротрофии. Одни виды организмов синтезируют тот или иной витамин из более простых веществ и являются в этом отношении аутотрофными, другие к такому синтезу не способны и должны получать его с пищей — они гетеротрофы. Возьмем для примера витамин С. В нем нуждаются человек и все высшие животные; необходим он и растениям. При этом растения и большинство животных его синтезируют. Не способны к такому синтезу лишь человек, высшие антропоидные обезьяны, морские свинки и один вид птиц — краснозадый бульбуля. Можно было бы думать, что в процессе эволюции способность к синтезу витамина С утрачивалась. Но возникает вопрос, почему эту способность утратили не только человек и высшие обезьяны, но и отстоящие далеко от них на эволюционной лестнице морские свинки (представители грызунов) и один из видов воробьиных птиц? И почему эту способность сохранили другие виды животных? Почему в организме человека и животных, нуждающихся в доставке с пищей готового витамина С, отсутствуют некоторые из ферментов, необходимые для его биосинтеза и имеющиеся у других видов животных? Окончательный ответ на этот вопрос дать трудно. Предполагают, что эта утрата — результат мутации, изменения генного аппарата, передающегося по наследству и закрепленного в потомстве. По-видимому, под влиянием каких-то воздействий у предков человека и других видов, нуждающихся в экзогенном витамине С, выпал ген, или несколько генов, обеспечивающих синтез этих ферментов. Этот генетический дефект, эта молекулярная болезнь была компенсирована включением в пищу продуктов, в которых имеется витамин С, что предохранило эти виды от вымирания. Так что же это такое: закреплённая генетически форма патологии, генетический дефект, ставящий вид в менее выгодные условия по сравнению с теми, которые способны сами для себя синтезировать это необходимое вещество?  
Р.В. Чаговец на этот вопрос дает отрицательный ответ. Он рассматривает возникновение экзогенности витаминов не как утрату способности к их биосинтезу, а как освобождение от нее. Фонд генов очень велик, но все, же не беспределен. Чаговец подсчитал, что для биосинтеза витаминов необходимо свыше 100 различных ферментов. Отсутствие необходимости синтезировать эти ферменты высвобождает значительное количество генов. Следовательно, когда отдаленные предки человека утратили способность потребность в синтезе этих ферментов, у них высвободился немалый объем генетического аппарата, который мог быть использован для дальнейшей эволюции, для совершенствования вида. Таким образом, потребность в экзогенных витаминах (так же как и в некоторых других факторах питания) с этой позиции можно рассматривать не как отрицательное явление, а как благо. При том условии, что вид смог приспособиться к возникшей мутации путем изменения характера питания: начать потреблять пищу, содержащую, в частности, витамин С.[10] 
 

Физико-химические свойства

  Аскорбиновая кислота по своему строению может быть отнесена к производным углеводов. Она представляет собой 2,3-дидегидротрео-гексоно-1,4-лактон. Благодаря наличию двух асимметрических атомов углерода в положениях 4 и 5, аскорбиновая кислота образует четыре оптических изомера и два рацемата. Оптические изомеры: D- и L-аскорбиновые кислоты и их диастереоизомеры-D и L-изо аскорбиновые кислоты(см.Рис.1). Природная биологически активная аскорбиновая кислота имеет L-конфигурацию (Рис.1). D-аскорбиновая и L-, D-изо аскорбиновые кислоты в природе не встречаются и получены только синтетическим путем. D-аскорбиновая кислота является почти единственным антагонистом витамина С.[3] L-аскорбиновая кислота в кристаллическом виде представляет собой белые кристаллы моноклинической системы с температурой плавления 192°. Оптически активна 20+23° в воде. Спектр поглощения в ультрафиолетовом свете в кислой водной среде имеет максимум при 245 нм, в щелочной среде максимум сдвигается к 265 нм. Это свидетельствует о наличии сопряженной системы двойных связей. Присутствие такой системы двойных связей обнаружено при изучении дейтерированной аскорбиновой кислоты в инфракрасной части спектра. Аскорбиновая кислота хорошо растворима в воде (13,59% при 0°, 22,42% при 20°, 57,51% при 100°), хуже в этаноле (4,61% при 20°), мало растворима в глицерине и ацетоне, нерастворима в петролейном эфире, бензине, четыреххлористом углероде, хлороформе и др. В водных растворах аскорбиновая кислота дает кислую реакцию (для 0,1 н. раствора рН 2,2) и обычно реагирует как одноосновная кислота. Лактоны нейтральны, и потому кислые свойства аскорбиновой кислоты обусловлены главным образом гидроксильной группой в положении 3. Частично за кислую реакцию ответственна гидроксильная группа в положении 2. Константа диссоциации составляет pK1=4,17 и pК2=l 1,57.

Двойная связь способствует стабилизации лактонного кольца. Ненасыщенное лактонное кольцо аскорбиновой кислоты подвергается гидролизу лишь при действии сильных щелочей при этом она превращается в соответствующую кетокислоту. Со слабыми щелочами аскорбиновая кислота образует нейтральные монощелочные еноляты без размыкания лактонного кольца. Еноляты аскорбиновой кислоты наряду со свободной аскорбиновой кислотой применяются в медицинской практике.[7]

Рис.1 1a — L-аскорбиновая кислота,2a — L-изо аскорбиновая кислота,

1b — D-изо аскорбиновая кислота,2b — D-аскорбиновая кислота. 
 
 

Биохимическая природа витамина С

  Химическая природа аскорбиновой кислоты была выяснена после выделения её в кристаллической форме из ряда животных и растительных продуктов, особенно большое значение в ряду этих исследований имели работы А.Сент-Дьердьи и Хэворта. Строение витамина С было окончательно установлено синтезом его из L-кислоты. Витамин С получил название L-аскорбиновой кислоты. L-Аскорбиновая кислота представляет собой кристаллическое соединение, легко растворимое в воде с образованием кислых растворов. Наиболее замечательной особенностью этого соединения является его способность к обратному окислению (дегидрированию) с образованием дегидроаскорбиновой кислоты. (см.Рис.2) Таким образом, L-аскорбиновая кислота и её дегидроформа образуют окислительно-восстановительную систему, которая может как отдавать, так и принимать водородные атомы, точнее электроны и протоны. Обе эти формы обладают антискорбутным действием. В присутствии широко распространённого в растительных тканях фермента - аскорбиноксидазы, или аскорбиназы, аскорбиновая кислота окисляется кислородом воздуха с образованием дегидроаскорбиновой кислоты и перекиси водорода. Аскорбиновая кислота, особенно её дегидроформа, является весьма неустойчивым соединением. Превращение в дикетогулоновую кислоту (см.Рис.2), не обладающую витаминной активностью, является необратимым процессом, который заканчивается обычно окислительным распадом. Наиболее быстро витамин С разрушается в присутствии окислителей в нейтральной или щелочной среде при нагревании. Поэтому при различных видах кулинарной обработки пищи часть витамина С обычно теряется, аскорбиновая кислота обычно разрушается также и при изготовлении овощных и фруктовых консервов. Особенно быстро витамин С разрушается в присутствии следов солей, тяжёлых металлов (железо, медь). В настоящее время, однако, разработаны способы приготовления консервированных фруктов и овощей с сохранением их полной витаминной активности. Отдавая два атома водорода, аскорбиновая кислота окисляется в дегидроаскорбиновую кислоту. Реакция эта обратима: дегидроаскорбиновая кислота, присоединяя два атома водорода, легко восстанавливается в аскорбиновую кислоту. Этот водород дегидроаскорбиновая кислота может получать от восстановленной формы кофермента дегидрогеназы. А последний его приобретает, отнимая от различных субстратов, окисляющихся путем отщепления водорода. Таким образом, система аскорбиновая кислота дегидроаскорбиновая кислота принимает участие в транспорте водорода (электронов и протонов), то есть в реакциях окисления — восстановления некоторых продуктов обмена веществ. Важную роль в этих реакциях играет свободный радикал монодегидроаскорбиновой кислоты — продукт отщепления не двух, а одного электрона от аскорбиновой кислоты. Окисление аскорбиновой кислоты катализируется в растениях специфическим ферментом аскорбатоксидазой, содержащим в своей молекуле белок, связанный с медью. Сама медь и различные ее соединения также являются мощными, хотя и неспецифическими катализаторами окисления аскорбиновой кислоты. Важную роль в окислении витамина С в животном организме, где нет абкорбатоксидазы, играет медьсодержащий белок церулоплазмин. Дегидроаскорбиновая кислота, являющаяся первым продуктом в цепи реакций распада аскорбиновой кислоты, очень неустойчивое соединение. Судьба ее может быть двоякой. Если среда, в которой находится дегидроаскорбиновая кислота, способствует протеканию восстановительной реакции, она присоединяет к себе водород, превращаясь в исходный продукт аскорбиновую кислоту. Поэтому нередко дегидроаскорбиновую кислоту называют обратимо окисленной формой витамина С. Если же условия среды не благоприятствуют восстановлению, она подвергается необратимому распаду, окисляясь до продуктов, которые уже не превращаются в аскорбиновую кислоту. Как установили В. А. Энгельгардт и В. Н. Букин, распад дегидроаскорбиновой кислоты не требует наличия специальных ферментов, он происходит самопроизвольно. Среди условий, влияющих на скорость окисления аскорбиновой кислоты, кроме катализаторов, очень важную роль играет реакция среды: витамин С относительно более устойчив в кислой реакции среды, малоустойчив в нейтральной и чрезвычайно быстро распадается в щелочной. Существенное значение для устойчивости витамина С имеет присутствие в среде других веществ: одни из них (сахара, аминокислоты) благоприятствуют сохранности аскорбиновой кислоты, другие (например, соединения меди) способствуют ее окислительному распаду. Чтобы закончить ознакомление с химической природой и свойствами витамина С, остается упомянуть о связанный формах аскорбиновой кислоты, так называемом аскорбигене. Это двухкомпонентные соединения, состоящие из аскорбиновой кислоты, связанной с белками, нуклеиновыми кислотами, производными азотистого соединения индола либо так называемым витамином Р. Биологическая роль связанных форм витамина С еще не выяснена. По этому поводу имеются различные гипотезы. Возможно, что это транспортные формы витамина, находясь в составе которых он защищен от окисления и разносится по организму. Не исключено, что в соединении с белком аскорбиновая кислота несет коферментную функцию в неизвестной еще ферментной системе. Природа и функции связанных форм витамина С находятся в процессе изучения.  
Несмотря на то что химическое строение витамина С известно уже свыше 40 лет, механизм его действия в организме человека во многом еще не известен.[1]                  

Рис.2.L-аскорбиновая к-та          L-дегидроаскорбиновая к-та      L-дикетогулоновая к-та 

Физиологическая роль Витамина С

  По-видимому, физиологическое значение витамина С теснейшим образом связано с его окислительно-восстановительными свойствами. Возможно, что этим следует объяснить и изменения в углеводном обмене при скорбуте, заключающиеся в постепенном исчезновением гликогена из печени и вначале повышенном, а затем пониженном содержания сахара в крови. По-видимому, в результате расстройства углеводного обмена при экспериментальном скорбуте наблюдается усиление процесса распада мышечного белка и появление креатина в моче. Большое значение имеет витамин С для образования коллагенов и функции соединительной ткани, в усвоении белков, в поддержании нормального состояния соединительной ткани и в восстановлении тканей. Необходимое количество витамина С должно поступать с пищей. В организме человека аскорбиновая кислота не образуется, и отсутствуют ее накопления. Витамин С играет роль в гидроксилировании и окисления гормонов коры надпочечников. Нарушение в превращениях тирозина, наблюдаемое при цинге, также указывает на важную роль витамина С в окислительных процессах.  
В моче человека обнаруживается аскорбиновая, дегидроаскорбиновая, дикетогулоновая и щавелевая кислоты, причём две последние являются продуктами необратимого превращения витамина С в организме человека.  
Аскорбиновая кислота применяется в медицине не только для профилактики и лечения первичных авитаминоза и гиповитаминоза С, возникающих вследствие отсутствия или недостатка витамина С в пище, но и для предупреждения и устранения вторичных форм С витаминной недостаточности, являющихся частыми спутниками многих заболеваний. Кроме того, аскорбиновую кислоту, в силу ее высокой биологической активности и разностороннего влияния на обменные процессы, пользуют и как средство, оказывающее фармакодинамическое действие. Она содействует нормализации нарушенных синтетических и энергетических (окислительно-восстановительных) процессов, способствует кроветворению, улучшает функциональную деятельность печени, обезвреживает действие некоторых токсических лекарств и промышленных ядов, благоприятно влияет на функции желез внутренней секреции, оказывает положительное действие при лучевой болезни, ускоряет процессы регенерации при заживлении ран, костных переломов, ожоговых повреждений. Лечебные дозы аскорбиновой кислоты выше физиологических, достаточных для предотвращения гиповитаминоза С. Одно время увлекались очень высокими дозами витаминов и аскорбиновой кислоты, в частности. Сейчас рекомендуются такие максимальные ее дозы: для взрослых — разовая 200 мг, суточная до 600 мг; для детей — разовая 100 мг, суточная — 300 мг. Американский биохимик Полинг, внесший неоценимый вклад в науку, в частности в проблему строения белков, рекомендует при угрозе или наличии начальных признаков простудного заболевания, для его предупреждения, принимать колоссальные дозы аскорбиновой кислоты - несколько граммов в сутки. Но необходимо помнить о безопасности применения столь высоких доз аскорбиновой кислоты. Дозы, рекомендуемые Полингом применяющиеся, могут быть, особенно при длительном их приеме, причиной весьма нежелательных явлений — угнетения выработки гормона поджелудочной железы инсулина, почечного диабета (повышения пропускной способности почек для сахара — глюкозы), повышения артериального давления; они могут также вызывать чувство беспокойства, бессонницу, провоцировать понос. Даже назначая общепринятые максимальные лечебные дозы аскорбиновой кислоты, врачи соблюдают осторожность и учитывают наличие повышенной свертываемости крови, тромбофлебита, склонности к тромбозам, повышенную кислотность желудочного сока. Препараты витаминов общедоступны. Но не следует увлекаться чрезмерными их дозами в отношении аскорбиновой кислоты лучше придерживаться лечебной дозы, не превышающей 600 мг в сутки.[3]