полнительные факторы питания животных. В своей диссертации «О значении неорганических солей для питания животных», защищенной 18 сентября 1880 г. в Дерптском (ныне Тартуском) университете, Н. И. Лунин пришел к выводу, что кроме белков, жиров,

148

Сахаров, солей и воды животные (мыши) нуждаются также в других, неизвестных еще веществах. По его мнению, обнаружить эти вещества и изучить их значение в питании было бы исследованием, представляющим большой интерес. В дальнейшем работы Н. И. Лунина были подтверждены и развиты другими учеными. В 1912 г. польский исследователь К. Функ предложил называть эти неизвестные вещества витаминами, т. е. аминами жизни (от лат. vita—жизнь), так как одно из них, выделенное и изученное им, содержало аминогруппу. Термин этот стал затем применяться ко всем обязательным дополнительным пищевым факторам. И хотя многие из них не содержат аминогрупп и вообще азота, название «витамины» до сих пор прочно удерживается в биологии и медицине.

Благодаря усилиям многих биохимиков и физиологов за более чем столетнюю историю витаминологии выделено около трех десятков витаминов, изучены их состав и строение, физиологическое действие и в подавляющем большинстве случаев осуществлен химический синтез соответствующих препаратов. Среди исследований советского периода выделяются работы В. Н. Букина, А. В. Палладина, Л. А. Черкес, М. Н. Шатерникова, А. В. Тру-фанова, В. В. Ефремова, К. М. Леутского, Б. А. Кудряшова, М. И. Смирнова, ГО. М. Островского, Р. В. Чаговца и др.

При изучении витаминов сначала каждому из них давали название по имени того заболевания, которое развивалось при отсутствии витамина в пище. При этом к названию соответствующей болезни добавлялась приставка анти, так как введение витамина в диету приводило к быстрому излечению (табл. 12). Заболевания же, развивающиеся при полном отсутствии витаминов в пище, стали обозначать как авитаминозы, при недостаточном их поступлении—как гиповитаминозы, при избыточном—как гипервитаминозы. Позже, по предложению Мак-Коллума (1913), отдельные витамины по мере их выделения условились обозначать буквами латинского алфавита: А, В, С и т. д. Наконец, после того как была исследована химическая природа ряда витаминов, стали вводить химические их названия. В настоящее время используют все три вида номенклатуры витаминов. Наметилась тенденция перехода к химическим наименованиям, которые биохимическая секция Международного союза по чистой и прикладной химии с 1956 г. признала международными. Важнейшие витамины и их названия перечислены в табл. 12; некоторые из них (Q, F, В15, U) иногда относят к витаминоподобным веществам.

Таблица 12

Важнейшие Birr амины н их номенклатура

Номенклатура Суточная потребность человека, мг

буквенная химическая (официальная международная) физиологическая (по отпои iemno к человеку) Жирорастворимые

А Ретинол Антиксероф'гальмический 2,5

D Кальциферол Антирахитический 0,0025

Е Токотриенол Антистерильный (токоферол) 15,0

К Филлохинон Антигеморрагический 0,25

Q Убихннон — —

F Комплекс ненасыщенных жирных кислот (линолевая, линоленовая и арахидоновая кислоты) 1000

149

Продолжение табл. 12

Номенклатура Суточная

потребность человека, мг

буквенная химическая (официальная международная) физиологическая (по отношению к человеку)

Водорастворимые

Bi Тиамин Антиневритный 2,0

Be Рибофлавин Витамин роста 2,0

Вз Пантотеновая кислота Антидерматитный фактор 12

PP(Bs) Никотиновая кислота и никоти-намид Антипеллагрический 25

Be Пиридоксин Антидерматитный 2,0

Bl2 Цианкобаламин Антианемический 0,003

Bis 1люконодиметиламиноацетат Антианоксический 2,0

Br Птероилглутаминовая кислота Антианемический

Вт Кврнитин — —

с Аскорбиновая кислота Антискорбутный 75

н Биотин Антисеборрейный 0,15

p Рутин, биофлавоноид Капилляроукрепляющий витамин 50

и S-метилметионин Противоязвенный —

Особенно велико значение витаминов для развивающегося детского организма, о чем дает представление табл. 13.

Таблица 13

Суточная потребность (мг) в некоторых витаминах для детей а подростков (no М. И. Смирнову, 1974)

Возраст, лет В, В, в. с рр

7—10 1,4 1,9 1,7 60 15

11—13 1,7 2,3 2,0 72 19

14—17

юноши 1,9 2,5 2,2 79 21

девушки 1,7 2,2 1,9 69 18

По растворимости в воде и жировых растворителях витамины делят на две группы: водо- и жирорастворимые.

Жирорастворимым и некоторым водорастворимым витаминам свойственна витамерия. Явление это состоит в том, что физиологическим действием, характерным для того или иного витамина, обладает не одно, а несколько сходных по химическому строению соединений, называемых витамерами.

По физиологическому действию на организм человека витамины принято делить на следующие группы (табл. 14).

Аналогичное влияние оказывают витамины на процессы жизнедеятельности у животных. Отсутствие или недостаток витаминов в корме приводит к нарушению нормального развития, замедлению роста, снижению продуктивности и другим нежелательным последствиям. Особенно дефицитны в подавляющем большинстве кормов витамины D, А и Ви. Введение их

150

в рацион питания животных позволяет резко повысить продуктивность -животноводства.

Таблица 14

1рупповая характерастика некоторых витаминов (по П. И. Шилову п Т. Н. Яковлеву, 1974)

Группа витаминов (по лечебно-профилактическому эффекту) Краткая клинико-фиэнологическая характеристика Название основных витаминов

Повышающие общую реактивность организма Регулируют функциональное состояние центральной иервиой системы, обмен веществ и трофику тканей В„ В2, РР, А, С

Антигеморрагические1 Обеспечивают нормальную проницаемость и устойчивость кровеносных сосудов, повышают свертываемость крови С,Р,К

Антианемические Нормализуют и стимулируют кроветворение Bi2, в„ с

Антиинфекционные Повышают устойчивость организма к инфекции: стимулируют выработку антител, усиливают защитные свойства эпителия С, А

Регулирующие зрение Усиливают остроту зрения, расширяют поле цветного зрения А, В2, С

1 Геморрагия (от греч. гайма—кровь в рагг—прорыв)—кровотечение, кровоизлияние, выход крови из сосудов.

Витамин А (ретинол). Изучение этого витамина начато в 1909 г., а синтез осуществлен в 1933 г. Витамин А имеет несколько витамеров, из которых наиболее распространенным считают витамин Ai (его много в печени морских рыб):

сн3 снэ

HjC^i^C—CH=CH—C=CH—CH=CH—C=CH—CHjOH ЩС1 4 JC—сн3

н н .

Ретинол (витамин А])

Витамин Аг отличается от Ai добавочной двойной связью между 3-м и 4-м углеродными атомами шестичленного цикла (содержится в печени пресноводных рыб). Обе формы (Ai и Аг) существуют в виде ряда геометрических изомеров, но лишь некоторые из них физиологически активны. Таким образом, витамин А состоит из смеси циклических ненасыщенных спиртов характерного химического строения с большим числом сопряженных двойных связей.

Это кристаллические тела лимонно-желтого цвета с температурой плавления от 59 до 64° С (в зависимости от вида геометрического изомера), хорошо растворимые в жирах и жирорастворителях: бензине, серном эфире, хлороформе, ацетоне и др.

Витамины группы А легко окисляются как в лабораторных условиях (посредством МпОг), так и в организме. Окисляясь в организме при участии биокатализатора, ретинол (спирт) превращается в ретиналь (альдегид), тоже обладающий активностью витамина А:

151

Ретинол

НАД*

ч-пз

НАДН + Н+ Ретиналь

Однако при отсутствии Ог ретинол устойчив даже при 100° С. В тканях животных организмов, например в печени, витамин А часто находится в форме сложных эфиров с пальмитиновой кислотой. В таком виде он более устойчив и, следовательно, может запасаться впрок, высвобождаясь по мере надобности. К другим тканям и органам ретинол транспортируется, соединяясь с ретинолсвязывающим белком крови, впервые выделенным в 1968 г. (М=21000, составлен из 181 аминокислотного остатка, первичная структура выяснена в 1974 г.).

При отсутствии в пище витамина А в организме животного и человека развивается ряд специфических патологических изменений (А-авитаминоз): ' ослабление зрения (сумеречная, или «куриная», слепота), поражение эпителиальных тканей (сухость, слущивание эпителия), в том числе роговицы глаза (сухость ее и воспаление называются ксерофтальмией, отсюда и название витамина А—антиксерофтальмический). Кроме того, при А-авитаминозе наблюдается торможение роста, падение в массе и общее истощение организма.

Сухость кожи и слизистых оболочек, способствующая проникновению в организм болезнетворных микробов, ведет к возникновению дерматитов, бронхитов и катаров дыхательных путей. Витамин А, предохраняющий от этих инфекционных заболеваний, относят поэтому к группе антиинфекционных витаминов.

У растений только при достаточном содержании предшественников витамина А (каротиноиды) происходят нормальное прорастание пыльцы и оплодотворение.

Механизм участия витамина А в поддержании нормального состояния эпителиальных тканей неизвестен. Роль его в поддержании остроты зрения выяснена: окисленная форма витамина А (ретиналь) в виде цис-изомера является простетической группой белка—опсина, образуя родопсин—основное светочувствительное вещество сетчатки (ретины) глаза (отсюда и название ретинол). Родопсин открыт более столетия тому назад (18/6) Ф. Боллом.

Опсин имеет М = 38850, содержит два олигосахаридных фрагмента, соединенных с полипептидной цепью из 348 аминокислотных остатков, чередование которых выяснено. Он вмонтирован в мембрану диска наружного сегмента фоторецепторной клетки типа палочки, пронизывая мембрану компактно расположенными семью ос-спиралями, к одной из которых присоединен имин-ной связью, возникающей при взаимодействии альдегидной группы с E-NH2-группой УШ3296, 11-цис-ретиналь (рис. 60). Под действием кванта света происходит превращение цис-ретиналя в транс-форму (чувствительность этой реакции—единичный фотон):

II- цис-ретиналь

Полный транс-ретиналь

152

Рис. 60. Структура фоторецепториого белка—родопсина и его расположение в мембране диска фоторецепторной клетки (пояснение в тексте):

в левом верхнем углу рисунка—фрагмент наружного сегмента фоторецепторной клетки, состоящего примерно из двух тысяч дисков; квадратом обозначено местоположение родопсина в мембране

Это, в свою очередь, возбуждает активность родопсина, вследствие чего несколько сотен молекул трансдуцина ( ~ 500)—белка (М = 85 ООО), относящегося к G-семейству (см. с. 457) и являющегося вторым членом биохимического каскада усиления светового сигнала (это происходит в течение 1 мс), распадается на а-субъединицу (М = 39 000), у которой одновременно гуанозиндифосфат заменяется на гуанозинтрифосфат (см. с. 458), и димер из р- и у-субъединиц (М = 35000 и 8000 соответственно). Комплекс а-субъединицы трансдуцина с гуанозинтрифосфатом взаимодействует с третьим членом каскада усиления— фосфодиэстеразой циклического гуанозинмонофосфата (состоит из четырех субъединиц: а—88 к Да, Р—84 кДа и двух у, по 11 кДа каждая), которая в присутствии белка, ее активирующего (он является интегральным белком ретинальной мембраны), превращает в течение секунды несколько сотен молекул цГМФ в линейные. Гидролиз циклического гуанозинмонофосфата сопровождается закрытием натриевых каналов плазматической мембраны фоторецепторной клетки, ее гиперполяризацией и возникновением электрического импульса, поступающего в синапс внутреннего сегмента и передаваемого в центральную нервную систему. Проходящий одновременно процесс фосфорилирования С-концевой части молекулы родопсина (см. рис. 60) снимает его дальнейшее воздействие на распад трансдуцина, т. е. фоторецепторный цикл завершается.

Квантово-химические расчеты строения ретиналя позволяют более глубоко понять его возможную роль в зрительном акте. Система из сопряженных

153

двойных связей в молекуле ретиналя создает условия для возникновения геометрических изомеров в первую очередь (как это следует из значений порядка связей—см. с. 191) по двойным связям между 9—10-м и 11—12-м атомами углерода (они здесь минимальны по сравнению с таковыми при 7—8-м и 13—14-м атомами):

Если при взаимодействии цис-ретиналя (в составе родопсина) с квантами света происходит возбуждение электронов, что можно рассматривать как начальную фазу возникновения электрического импульса, то, видимо, цис-транс-переход может служить своеобразным блокирующим механизмом, обеспечивающим односторонний ход процесса утилизации световой энергии..

Источниками витамина А для человека являются рыбий жир, печень рыб и домашних животных, желток яйца, сливочное масло, зеленые части растений и красномякотные овощи (морковь, перец, томаты и др.). В двух последних витамин А содержится в виде провитамина, которым является Р-каротин. Молекула Р-каротина распадается в кишечной стенке человека и животных с образованием двух молекул витамина Ai (см. с. 418).

Применение витамина А в животноводстве приносит ощутимый эффект. Когда жарким летом пастбища выгорают и содержание витамина А, точнее. провитамина А—каротина в травах резко падает, у каракульских овец возникает А-авитаминоз, снижающий их плодовитость. Подкормка витамином А обеспечивает возрастание приплода на 5—7 ягнят на каждые 100 овцематок, т. е. примерно на 3 млн. ягнят в южных районах нашей страны. Кроме того, добавление витамина А или каротина в корм молодняку (цыплята, телята, поросята) обеспечивает их лучшую выживаемость и более быстрый рост, а включение его в рационы при откорме крупного рогатого скота повышает прирост живой массы на 12—15%.

Витамин D (кальциферол). Изучение этого витамина начато в 1916 г.; в 1931 г. он был получен синтетическим путем.

Как и витамин А, витамин D существует в виде нескольких витамеров. Наиболее распространены витамины Ог и D3; их можно рассматривать как производные стеролов (см. гл. IX):

Провитаминами D2 и D3 являются соответственно эргостерол и холесте-рол, которые переходят в активную форму в результате размыкания связи между 9-м и 10-м углеродными атомами кольца В под действием солнечной радиации (холестерол предварительно дегидрируется и переходит в 7-дегид-рохолестерол, являющийся непосредственно провитамином). Следовательно, при наличии соответствующих провитаминов (например, 7-дегидрохолестерол

Витамин Dj (эргокальциферол)

Витамин 03 (холекальциферол)

154

у человека) витамин D3 может синтезироваться в организме, и его поступление с пищей пе обязательно.

Витамины D2 и D3—бесцветные кристаллы, плавящиеся при температуре 115—116° С, не растворимые в воде, но хорошо растворяющиеся в жирах и растворителях жиров (хлороформ, бензол, серный и уксусно-этиловый эфир, ацетон, спирт). Оба они малостабильны и быстро разрушаются под действием окислителей (распад идет по двойной связи между 7-м и 8-м углеродными атомами кольца В) и минеральных кислот.

При отсутствии в рационе витамина D у детей развивается широко известное заболеван