Для чего нужны витамины и микроэлементы?

Загадка пеллагры

В первой трети XX в. в США свирепствовала странная болезнь. Ее эпицентром были южные штаты. В 1910-1935 гг. ежегодно регистрировали в среднем 170 тыс. случаев заболеваний. Десятки тысяч американцев умерли от этой болезни. Это заболевание-пеллагра [pella agra (итал.) - сухая кожа]; известно и другое название - болезнь "трех D", поскольку за поражением кожи [dermatitis (лат.) - дерматит] следуют расстройство кишечника [diarrheo (греч.) - диарея] и тяжелые нарушения нервной системы [delirium (лат.) - бред] вплоть до полного умственного расстройства и смерти больного.

Поскольку в бактериологии были достигнуты большие успехи, в научном мире прежде всего возникло предположение, что возбудителем пеллагры является микроорганизм. Однако, несмотря на все усилия, возбудитель обнаружить не удалось. Обращал на себя внимание тот факт, что случаи заболевания пеллагрой были сосредоточены главным образом в местностях, где монокультурой являлась кукуруза, причем болезнью поражались только бедные слои населения. Это побудило американского врача Йозефа Гольдбергера изучить более подробно состав пищевого рациона населения, где отмечались случаи заболевания. Ему удалось показать, что пеллагра- неинфекционное заболевание, обусловленное неполноценной малокалорийной крахмалсодержащей пищей. Болезнь удавалось предупредить, включив в диету мясо, яйца и молоко.

Сейчас уже хорошо известно, что пеллагра, как и цинга, - бич моряков; эти болезни, а также рахит или бери-бери относятся к типичным заболеваниям, развивающимся при недостаточном поступлении в организм одного или нескольких витаминов (авитаминозы или гиповитаминозы). Витамины - это жизненно необходимые (так называемые существенные) органические соединения, часто сложного строения, которые, как правило, не могут образовываться в организме животного и человека и поэтому должны вводиться в организм с пищей. Витамины действую! в очень малых количествах. Суточная доза витаминов для человека составляет всего несколько миллиграммов. Поэтому уже в начале нашего века многие ученые были убеждены, что витамины относятся к биологическим катализаторам или по крайней мере тесно связаны с ними.

Только в 1937 г. было выяснено, какой витамин отсутствует при пеллагре. Он был обнаружен случайно в ходе ряда совершенно независимых биохимических исследований, начало которых можно датировать 1904 г. Именно в этом году американскими учеными А. Харденом и В. Дж. Янгом при изучении спиртового брожения было установлено, что зимаза-фермент, обнаруженный в 1897 г. Эдуардом Бухнером в дрожжевом экстракте, состоит из двух частей: термолабильной белковой части и термостабильной небелковой части, которая в отличие от белковой части легко проникает через полупроницаемую мембрану пузыря свиньи, т. е. небелковый компонент, по-видимому, меньше по размерам, чем белковый. Белковая часть, отделенная от небелковой, не обладала каталитической активностью. Для проявления этой активности необходимо было взаимодействие ("кооперация") с небелковой частью, которая получила поэтому название козимазы или кофермента. Только кофермент и неактивный белок фермента (так называемый апофермент) образуют функционально активный фермент (холофермент).

В 1933 г. немецкому биохимику Отто Варбургу в результате кропотливой работы удалось получить несколько миллиграммов сходного кофермента из 200 л лошадиной крови. Наряду с известными фосфатными и сахарными группами полученный кофермент содержал совершенно неизвестный компонент. Для установления точной структуры кофермента по расчетам Варбурга потребовалась бы кровь всех лошадей Германии того времени. Естественно проведение подобных опытов было невозможно. Выход нашелся удивительно быстро. Хотя были известны только брутто-формула и температура плавления неизвестного вещества, один из сотрудников Варбурга решил обратиться к справочнику Бейльштейна^* и посмотреть, что сообщается в этом энциклопедическом издании о соединениях с такой формулой. К огромному удивлению, там, действительно, было точно описано неизвестное соединение! Это был никотинамид, синтезированный уже в 1878 г. Описывая этот случай, Варбург выразился весьма образно: "Еще вчера мы не могли его (это вещество) купить за все золото мира, а сегодня можем купить по 2 марки за фунт".

^* (Бейльштейн Федор Федорович (1838-1906) - русский химик-органик, действительный член Петербургской АН. Под его руководством составлен многотомный справочник по органической химии, издание которого продолжается по настоящее время.- Прим. перев.)

Как удалось показать Варбургу, биологическая роль амида никотиновой кислоты обусловлена тем, что он входит в состав никотинамидадениндинуклеогида (НАД) - кофермента I или фосфата этого кофермента (НАДФ). Сам Варбург, однако, не догадывался, что он держит, в руках лекарство от пеллагры.

В 1937 г. другим ученым удалось вылечить пеллагру с помощью никотинамида и никотиновой кислоты. Поэтому никотиновую кислоту уже тогда называли витамином РР [pellagra preventing (англ.) - предохраняющий от пеллагры], а сейчас называют также ниацином, чтобы не возникали неприятные ассоциации с никотином, ядовитым алкалоидом табака.

Таким образом, из витамина ниацина в организме образуются коферменты НАД и НАДФ. Они абсолютно необходимы для функционирования большого числа ферментов, главным образом тех из них, которые регулируют обмен веществ, т.е. они непосредственно участвуют в превращениях белков, Сахаров и жиров в организме. Если нет ниацина и, следовательно, НАД и НАДФ, то эти ферментные системы не функционируют. Поэтому недостаток ниацина имеет катастрофические последствия для организма.

Неожиданно оказалось, что пеллагру можно вылечить не только ниацином, но и с помощью больших доз аминокислоты триптофана, содержащейся в полноценных белках. Выяснилось, что ниацин может синтезироваться из триптофана в печени млекопитающих. Таким образом, если в пище содержится достаточно белка, богатого триптофаном, то и в отсутствие ниацина явления авитоминоза не возникают. Впрочем, синтез ниацина не очень экономный: 60 мг триптофана заменяют один-единственный миллиграмм ниацина. Кукуруза же исключительно бедна триптофаном. Взрослому человеку необходимо ежедневно потреблять 1,5 кг кукурузы, чтобы получить суточную норму витамина. Кроме того, интересно, что для синтеза ниацина в печени нужны еще два витамина (В₂ и В₆). Таким образом, заболевание пеллагрой может быть обусловлено также недостатком одновременно и других витаминов, и белка. В связи со сложным взаимодействием различных витаминов и белков в организме при лечении многих заболеваний врачи назначают поливитаминные препараты (несколько витаминов в сочетании).

Большинство водорастворимых витаминов имеет аналогичный с ниацином механизм действия, т. е. из них в организме образуются различные коферменты. Самую многочисленную группу витаминов, в которую входит и ниацин, образуют витамины В, к которым относятся тиамин (витамин В₁), рибофлавин (витамин В₂), пиридоксин (витамин В₆), пантотеновая кислота, биотин (витамин Н), фолевая кислота и кобаламин (витамин В₁₂). Эти витамины и образуемые из них в организме коферменты имеют жизненно важное значение для обмена веществ в целом.

Однако можно ли на основании всего вышесказанного утверждать, что по крайней мере механизм действия витаминов группы В выяснен до конца? К сожалению, нет! И хотя можно опытным путем с помощью бедной витаминами диеты сознательно вызвать определенные авитаминозы, механизмы действия витаминов на молекулярном и клеточном уровнях остаются тем не менее в значительной мере непонятными. Так, например, лишь свойствами коферментов НАД и НАДФ нельзя объяснить "три D" пеллагры. Совокупность биохимических процессов, ведущих при нехватке витаминов и коферментов в организме к явным симптомам авитаминозов, очень сложна.