Chương VI - Vitamin

11 BÀI GIẢNG SINH HÓA HỌC PHẦN I – SINH HÓA HỌC TĨNH Chương VI- VITAMIN TP.HỒ CHÍMINH-2008 PGS,TS.NGUYEÃN PHÖÔÙC NHUAÄN 2 Chương VI - VITAMIN 1. ĐẠI CƯƠNG 2. DANH PHAÙP & PHÂN LOẠI 3 MỤC TIÊU 1. Đònh nghóa . 2. Coâng thöùc caáu taïo vaø chöùc naêng sinh hoïc, ñaëc bieät laø vai troø tham gia trong coenzyme của caùc vitamin hoøa tan trong nước (caùc vitamin nhoùm B ). 3. Coâng thức cấu tạo vaø chöùc naêng sinh hoïc cuûa caùc vitamin hoøa tan trong chất beùo : vit.A , D , E , K 4 1. ĐẠI CƯƠNG • “Vitamin” = vita - sự sống + amine – nhóm amine → những chất chứa nhóm amine cần cho sự sống. Sau này phát hiện nhiều vitamin không chứa nhóm amine, nhưng do thói quen nên vẫn sử dụng từ này. • Vitamin là những chất dinh dưỡng vô cùng cần thiết, không thể thiếu cho mọi quá trình sinh trưởng, phát triển của sinh vật, nhưng chúng chỉ cần với một số lượng vô cùng nhỏ bé so với các chất dinh dưỡng khác. 25 VAI TRÒ SINH HỌC • Vitamin tham gia trong thành phần coenzyme, thực hiện chức năng xúc tác các phản ứng sinh hóa học trong mọi hoạt động sống của sinh vật. Chức năng này thuộc về nhóm vitamin tan trong nước (vitamin nhóm B) • Vitamin trực tiếp tham gia các quá trình trao đổi chất. 6 2. DANH PHÁP VÀ PHÂN LOẠI Có 3 cách gọi tên vitamin
Theo chữ cái Latin (vitamin A, B, C …)
Theo danh pháp hóa học : Vitamin A = retinol
Theo tên bệnh mà vitamin đó chống lại : Vitamin A = retinol = vitamin chống bệnh khô giác mạc mắt. 7 PHÂN LOẠI Phân loại vitamin dựa vào tính hòa tan của chúng Vitamin Hoøa tan trong nöôùc Nhoùm B-complexNgoaøi nhoùm B Ascorbic acid (vitamin C) Phoùng thích naêng löôïng Thiamine (vitamin B1) Riboflavin (vitamin B2) Niacin (vitamin B3) Biotin Pantothenic acid Taïo maùu Folic acid Vitamin B12 Loaïi khaùc Pyridoxine (vitamin B6) Pyridoxal Pyridoxamine Hoøa tan trong daàu Vitamin A (retinol, β-caroten) Vitamin D (cholecalciferol) Vitamin K (phylloquinone, menaquinone) Vitamin E (tocopherol) 8 2.1. CÁC VITAMIN HÒA TAN TRONG NƯỚC Một số đặc tính cần lưu ý : - Ngoại trừ vitamin B12, tất cả đều được tổng hợp ở thực vật. - Ngoại trừ vitamin B12, tất cả đều không được dự trữ (B12 dự trữ ở gan). - Ngoại trừ vitamin C, tất cả đều tham gia trong thành phần coenzyme 39 2.2. CÁC VITAMIN HÒA TAN TRONG DẦU Các đặc tính chung :
Các vitamin này là các phân tử kỵ nước và không phân cực, chúng đều có cấu tạo từ các đơn vị isopren 5 C : CH2 = CH – C = CH2 CH3
Được hấp thu cùng với chất béo;
Được dự trữ ở gan (A,D,K) và mô mỡ (E);
Vận chuyển trong máu bằng cách kết hợp với lipoprotein;
Đào thải theo con đường của mật hoặc theo phân.
Dư thừa một lượng lớn vitamin A, D có thể gây độc. 10 CÁC VITAMIN TAN TRONG NƯỚCVÀ COENZYME Acyltransferase→ chuyển giao nhóm acyl Coenzyme A (CoA.SH)Pantotenic acid (B5) Dehydrogenase→ p/ứng oxid hóa-khử Nicotinamide Adenine Dinucleotide (NAD+) Nicotinamide Adenine Dinucle- otide Phosphate (NADP+) Nicotinic acid (niacin) Dehydrogenase→ p/ứng oxid hóa-khử Flavin MonoNucleotide (FMN) Flavin Adenine Dinucleotide (FAD) Riboflavin (B2) Decarboxylase→ khử nhóm COOH của α-ketoacid Thiamine PyroPhosphate (TPP) Thiamine (B1) EnzymeCoenzymeVitamin 11 T/G phản ứng hydroxyl hóaAcid ascorbic (C) EnzymeCoenzymeVitamin Methyltransferase → Chuyển giao nhóm methyl Deoxyadenosyl- cobalamin; Methylcobalamin Cobalamin (B12) Carbontransferase→ Chuyển giao nhóm monocarbon (-CH3; CH4; HCOOH …..) Tetrahydrofolic acid (THF, FH4) Folic acid Carboxylase → Chuyển giao CO2 Adenosine pirophosphate biotin Biotin (H) Transaminase→ chuyển giao nhóm amin NH2 Decarboxylase của AA Pyridoxal phosphatePyridoxin (B6) 12 CÁC VITAMIN TAN TRONG DẦU Vai tròDạng họat độngVitamin Carboxyl hóa glutamic acid của prothrombin - yếu tố đông máu HydroquinoneVitamin K Chất chống oxid hóa tự nhiên, bảo vệ màng tế bào, ảnh hưởng sinh sản α-TocopherolVitamin E T/gia chuyển hóa Ca & P1,25-Dihydroxy- cholecalciferol Vitamin D Sắc tố thị giác; ảnh hưởng đến sự s/s Retinol, Retinal, Retinoic acid Vitamin A 413 CÁC VITAMIN HÒA TAN TRONG NƯỚC 14 (1) VITAMIN B1 (THIAMINE) 2
Bền trong môi trường acid.
Cơ thể không dự trữ B1, dư thừa : thải theo nước tiểu→ không độc.
Chc năng : ở dạng thiamine piro phosphate (TPP) là CoE của decarboxylase khử nhóm carboxyl của các α- ketoacid, đặc biệt là pyruvate. Điểm hoạt động ở C2 của vòng thiazole. 15 • Thiếu B1 : phù thũng (bệnh beri-beri); ảnh hưởng thần kinh ngoại biên, đường tiêu hóa và hệ thống tuần hoàn tim. Acetyl choline Acetate + Choline → vitamin B1 được sử dụng trong điều trị viêm thần kinh • Triệu chứng thiếu vitamin B1 : biếng ăn, suy nhược, đi đứng loạng choạng → bại liệt, hôn mê. • Nguồn : có nhiều trong cám gạo. Viamin B1 c ch 16 CH3 CH2 C N C N C CH NH2 CH2 N C H S CC CH2 + O P O P O O O O O _ _ _ CH3 Hình 6-5 : Vitamin B1, Thiaminpirophosphate 517 (2) VITAMIN B2 - RIBOFLAVIN
Bền với nhiệt, không bền với ánh sáng, dễ bị oxid hóa bởi O2 không khí.
Có màu vàng do nhân isoalloxozin (dạng oxid hóa).
Là t/p CoE của flavoprotein (FP) : FMN & FAD, vận chuyển 2H. Vị trí hoạt động ở N1 và N10.
Bệnh tích khi thiếu B2 : nốt lở ở môi, khóe miệng, da tróc vảy, kéo màng dả.
Nguồn : sữa, gan, các sản phẩm lên men của vi khuẩn yếm khí. 18 1 105 8 9 19 CH3 C C C C C C H CH3 H N N C C C N NH C O O CH2 HCOH HCOH HCOH CH2 O PO O _ O CH3 C C C C C C H CH3 H N N C C C N NH C O O CH2 HCOH HCOH HCOH CH2 O PO O O _ P O CH2 OO _ H O H OH H OH H N HC N C C C N N CH NH 2 FMN FAD 20 (3) VITAMIN PP – NIACIN, NIACINAMID (B3)
PP : Pellagra Preventive : chống viêm da sần sùi.
Thiếu : lưỡi đỏ, tiêu chảy, viêm dạ dày (ở chó : lưỡi đen-black tangue).
Được tổng hợp từ tryptophan. 60 mg Trp ≈ 1 mg niacin.
Khẩu phần nhiều bắp, thiếu thịt sữa dễ dẫn tới thiếu vitamin PP.
Chức năng : là t/p của 2 CoE : NAD+ và NADP+ của dehydrogenase, v/c 2H. 621 22 N C N H 2 O H H O HO H O O P O C H 2 O _ + H N N H 2 N N O P O C H 2 N H H O HO H O H H O O H H N C N H 2 O H H O HO H O O P O C H 2 O _ + H N N H 2 N N O P O C H 2 N H H OO H O H H O O H H P O HH O ONAD+ NADP+ 23 (4) VITAMIN B6 - PYRIDOXINE • Trong tự nhiên tồn tại ở 3 dạng. N C OHH H HO H2C N C O H HO H2C (1) (2) (3) (4) (5) (6) CH2OH CH2OH N C NH2H H CH2OHHO H2C A B C Pyridoxine (A), Pyridoxal (B) và Pyridoxamine (C) 24 OH -CH2O – P=O OH HO- H3C- N H C=O OH -CH2O – P=O OH HO- H3C- N CH2-NH2 Pyridoxal phosphate Pyridoxamine phosphate 725 • Dẫn xuất pyridoxal phosphate là coenzyme của aminotransferase, chuyển giao nhóm amine –NH2; • Là nhóm ngoại của decarboxylase của các AA : tyrosine, arginine, glutamic acid. • Là coenzyme của deaminase khử nhóm –NH2 của serine và threonine. • Tham gia trong sự biến dưỡng của Trp. • T/g chuyển nhóm –CH3 từ Met sang Ser để t/h Cys. → Vitamin B6 ảnh hưởng tới sự tích tụ AA trong tế bào. 26 • Thiếu B6 → thiếu máu (giai đoạn tổng hợp heme). • Tham gia biến dưỡng trong mô não : Glutamic acid γ-Amino byturic acid → kiểm soát hoạt động của tế bào thần kinh Decarboxylase (pyridoxal phosphate) - CO2 27 (5) PANTHOTENIC ACID (VIT.B5) • Lần đầu tiên được phân lập từ nấm men. • Có trong tất cả các mô, các hạt còn nguyên vỏ, rau xanh, VSV. • Panthotenic acid = Pantoic acid + β alanine • CoA = Adenosine-3’-P + P P + Panthotenic acid + Thioethylamine → CoA.SH = acid béo liên kết với CoA qua nhóm SH, acid béo được hoạt hóa để tham gia vào các quá trình chuyển hóa : oxy hoá hoặc tổng hợp. 28 SH R-C = O O- CoA.SH SH Adenosine-3’- monophosphate β-alanine A.pantoic A.panthothenic Thioethylamine O … -O-C-R CoA.SH Pirophosphate 829 SH CH2 CH2 NH C CH2 CH2 NH C C C CH2 O P O P O O O OH CH3 O O H CH3 O - O- Pantothenic acid Pirophosphate OH H O 9 N N N N NH2 5' 1' H H H OCH2 O = P - O- O- 3' Ribose-3'-phosphate Adenine Coenzyme A 30 (6) BIOTIN (VITAMIN H) • Có nhiều trong lòng đỏ trứng, gan, sữa. • Trong lòng trắng có chất avidin liên kết chặt chẽ với biotin → ngăn cản sự hấp thu chúng→ không ăn trứng sống. • VK đường ruột cung cấp phần lớn nhu cầu về biotin. • Là CoE của carboxylase – liên kết với phần apoenzyme qua nhóm NH2 ε của Lys. • Tham gia qúa trình t/h acid béo (q/t malonyl hóa các acetyl.CoA); tổng hợp nhân purine … • Nếu sử dụng nhiều kháng sinh, sulfamide→ giết chết vi khuẩn có lợi trong đường ruột sẽ dẫn tới thiếu biotin. 31 Nguyên tử N hoạt động BIOTIN Phân tử CO2 NH –lysine của apoenzyme 32 (7) VITAMIN B12 (COBANAMIN) • Trong phân tử có chứa cobalt (Co), • Được tổng hợp bởi VSV, không có trong thực vật, dự trữ trong gan. • Ở pH 4-7 bền với nhiệt, pH > 9 dễ bị phá hủy. • Là yếu tố chống bệnh thiếu máu. • Đóng vai trò như một CoE→methylcobalamide methyl hóa homocysteine để tạo thành Met; t/g đồng phân hóa L-methylmalonyl.CoA thành succinyl.CoA • B12 hoạt tác peptidyl synthetase trong qúa trình tổng hợp protein. 933 34 (8) FOLIC ACID • Có trong rau xanh, ngũ cốc nguyên hạt, trong gan. • Thiếu acid folic dẫn tới thiếu máu do sự tổng hợp DNA trong hồng cầu bị giảm sút (thường gặp ở phụ nữ mang thai, người nghiện rượu). • Không có hoạt lực enzyme, dạng có hoạt tính sinh học là tetrahydrofolic acid (THF, FH4), tham gia vận chuyển, trao đổi 1C : -CH3 ; -CH2 ; -CH= ; -CHO … để tổng hợp amino acid, gốc purine, pyrimidine. • Phân tử folate có 2 vị trí tiếp nhận đặc biệt ở N5 và N10. 35 Pteroylglutamic acid = FOLIC ACID N 5 N 10 1 8 Glutamic acid 36 10 37 (9) VITANIN C (Ascorbic acid) O= C HO-C HO-C O H- C HO- C-H CH2OH Ascorbic acid O= C O=C O=C O H- C HO- C-H CH2OH Dehydro- ascorbic acid
Có ở động , thực vật, được tổng hợp từ glucose.
Có nhiều trong qủa có múi : cam, chanh.
Tham gia tổng hợp collagen;
Tham gia hệ thống oxid hóa-khử cùng với glutathion, hệ thống cytochrome.
Chống stress. 38 CÁC VITAMIN HÒA TAN TRONG DẦU 39 (10) VITAMIN A (Retinol) • Từ “vitamin A” : chỉ các hợp chất có hoạt tính sinh học của retinol (ngoại trừ nhóm carotenoid : licopen và caroten). • Là alcohol 20 C với các đon vị isopren. • Vitamin A1- retinal; vitamin A2 – 3-dehydro- retinal). • Vit. A có trong gan, trứng, sữa. • Thực vaät có β-carotene, là tiền vit.A, khi vào đường tiêu hóa chúng được β-carotenase phân cắt tạo thành 2 p/t vit.A. 40 11 41 VAI TRÒ SINH HỌC – 11-cis retinal + Opsin Rhodopsin là sắc tố thị giác, có ở tế bào hình que của mắt. - Retinoic acid : tác động làm phát triển, phân hóa t/b biểu mô. - Thiếu vit.A : mất ngon miệng vì các nốt vị giác bị sừng hóa; xương phát triển chậm, không cân bằng với sự phát triển của hệ thần kinh→ ảnh hưởng hệ thần kinh trung ương. - Retinol, retinal ảnh hưởng đến sự sinh sản : giúp sự sinh tinh trùng ở con đực, ngăn hư thai ở con cái. - Qúa dư vit.A→ hypervitaminosis A : da sần, ngứa, sưng gan, tăng áp lực hộp sọ. Cường độ AS thấp Cường độ AS cao 42 (11) VITAMIN D • Vit.D2 : Ergocalciferol (thực vật) • Vit.D3 : Cholecalciferol (động vật). D3→ 25 OH-D3 và 1,25 diOH-D3 : T/g chuyeån hoùa Ca & P, duy trì Ca huyết : tăng hấp thu Ca ở ruột, hạn chế thải Ca qua thận, huy động Ca từ xương khi cần. • Thiếu vit.D : còi xương ở trẻ em : tạo màng collagen nhưng không khoáng hóa → xương xốp, mềm, cong. Người lớn : loãng xương, dễ bị gãy. • Có khả năng dự trữ ở gan và biến dưỡng chậm chạp. Dùng vit.D liều cao : mất ngon miệng, buồn nôn, khát, Ca huyết tăng→ tích tụ Ca ở động mạch, ở thận. 43 H2C H3C H-C-CH=CH-CH-CH CH3 CH3 CH3 CH3 5 6 7 8 22 23 H3C H-C-CH=CH-CH-CH CH3 CH3 CH3 CH3 5 6 7 8 22 23 H3C CH3 CH3 CH3 5 6 7 8 H2C H3C CH3 CH3 CH3 5 6 7 8 HO HO HO HO 3 3 3 3 CH3 CH3 H-C-CH 2-CH 2-CH2 -CH H-C-CH 2-CH2-CH 2-CH E rgosterol E rgocalc iferol (V it .D2) Dehydrocholes terol7- Cholecalc iferol (V it.D3) Vitamin D2 và D3 44 (12) VITAMIN E (Tocopherol)  Là chất chống oxy hóa tự nhiên bảo vệ tế bào; có tác dụng đối với hệ thống sinh dục : chống sự peroxid hóa các phospholipid màng tế bào, bảo vệ các bào quan.  Thiếu vit.E : - Tổn hại sinh sản; - Ảnh hưởng chức năng sinh lý màng tế bào; - Thoái hóa cơ (teo cơ), cơ trắng; - Gia cầm : viêm não, phù não, xuất huyết. 12 45 OH3C CH3 HO CH3 CH2-CH2-CH2-CH-CH2-CH2-CH2-CH-CH2-CH2-CH2-CH-CH CH 3 CH3 CH3CH3 Vitamin E bao gồm 8 tocopherol tự nhiên, trong đó α-tocopherol có hoạt tính cao nhất. Vit.E là chất ít độc nhất trong số vitamin tan trong dầu, người ta không quan sát thấy hiện tượng ngộ độc nào với liều 300 mg/ngày . 1 35 7 8 α-Tocopherol 46 (13) VITAMIN K  Tham gia sự tổng hợp prothrombin trong cơ chế đông máu (chống chảy máu, cầm máu).  Các dạng vitamin K : • Thực vật : phylloquinone –K1 • VSV đường ruột : menaquinone – K2 • Dạng t/hợp dùng trong điều trị : menadione - K3. • Có nhiều trong bắp cải, bông cải, gan, lòng đỏ trứng.  Söû dụng liều cao, kéo dài sẽ dẫn tới thiếu máu, vàng da ở trẻ em, do ảnh hưởng độc hại của vit.E lên vách hồng cầu. 47 CH2-CH=C-(CH 2)3 -CH-(CH 2)3 -CH-(CH 2)3 -CH-CH 3 CH3 O O Phylloquinone (Vit .K1) O O O O CH3 CH3 (CH2-CH=C-CH 2)6H CH3 Menaquinone (Vit .K2) Menadione (Vit .K3) CH3 CH 3 CH 3 CH 3 Vitamin K 48 VIẾT BÀI TỔNG HỢP Mỗi sinh viên tự làm bài tổng hợp theo bảng gợi ý sau đây : 13 49 HÓA HỌC VÀ TÁC DỤNG CHÍNH CỦA CÁC VITAMIN -Vieân neùn, - Thuoác chích - Phuø thuõng; - Vieâm thaàn kinh -Trao ñoåi naêng löôïng; - Choáng beänh teâ phuø Decarbo xylase cuûa α- ketoacid Thiamin piro- phosphate (TPP) Vit.B1 (Thia mine, aneuri n) Caùc daïng cheá phaåm Beänh do thieáu vitamin Vai troø sinh hoïc EnzymeCoenzymeCaáu taïo hoùa hoïcTeân