Chương 5 Vitamin trong hóa sinh

Người ta chia vitamin thành hai nhóm: + Vitamin hòa tan trong chất béo + Vitamin hòa tan trong nước Nhiều loại vitamin thuộc nhóm hoà tan trong nước là thành phần của các coenzyme chủ yế

CHƯƠNG V – HÓA SINH VITAMIN

Vitamin là một nhóm chất hữu cơ, phần lớn có khối lượng phân tử tương đối nhỏ Bản chất hóa học, lý học của các vitamin rất khác nhau Nhóm chất hữu cơ này có một điểm chung là đặc biệt cần thiết cho hoạt động sinh sống bình thường của các cơ thể sinh vật dị dưỡng Người ta chia vitamin thành hai nhóm:

+ Vitamin hòa tan trong chất béo

+ Vitamin hòa tan trong nước

Nhiều loại vitamin thuộc nhóm hoà tan trong nước là thành phần của các coenzyme (chủ yếu là các enzyme oxy hóa khử) Đa số các vitamin thuộc nhóm hòa tan trong chất béo tham gia vào các quá trình tạo hình của sinh vật

5.1 VITAMIN TAN TRONG CHẤT BÉO

5.1.1 Vitamin A và Caroten

a) Cấu tạo

Năm 1909, Step cho chuột ăn thực phẩm đã rút hết chất béo (bằng hỗn hợp este và rượu) thì nhận thấy chuột bị sụt cân nhanh chóng và chết, chứng tỏ vai trò quan trọng của chất béo trong thực phẩm

Hiện nay người ta đã biết hai dạng vitamin quan trọng của nhóm vitamin A là vitamin A1 và A2

b) Vai trò và tính chất

- Cơ thể bị thiếu vitamin A sẽ bị ngừng lớn, bị suy giảm tính đề kháng và dễ bị khô mắt

- Tham gia vào các quá trình trao đổi protein, lipit, gluxit và muối khoáng Kết quả nghiên cứu cho thấy khi thiếu vitamin A sẽ giảm tích lũy protein trong gan, ngừng tổng hợp albumin ở huyết thanh

- Vitamin A dễ tham gia vào quá trình oxy hóa khử vì chúng chứa nhiều liên kết đôi

- Tham gia vào các quá trình trao đổi protein, lipit, gluxit và muối khoáng Kết quả nghiên cứu cho thấy khi thiếu vitamin A sẽ giảm tích lũy protein trong gan, ngừng tổng hợp albumin ở huyết thanh

- Vitamin A đóng vai trò quan trọng trong quá trình cảm quang của mắt Khi thiếu vitamin A, lượng glycogen ở gan sẽ suy giảm, tăng tích lũy axit piruvic ở não, cơ vòng của gan cũng như sẽ dẫn tới hiện tượng tăng tạo sỏi thận

Sơ đồ mô tả như sau:

Dạng andehyt của vitamin A kết hợp với opsin (protein), tạo nên sắc tố thị giác gọi là rodopsin, chất này bảo đảm tính nhạy cảm của mắt đối với ánh sáng Dưới tác dụng của ánh sáng, rodopsin sẽ bị phân giải thành opsin và andehyt của vitamin A là retinal (trans), ngược lại, trong bóng tối lại xảy ra quá trình tổng hợp rodopsin (để tổng hợp được rodopsin, retinal phải tồn tại ở dạng cis)

- Vitamin A bị phân hủy khi có oxy của không khí, tuy nhiên, nó khá bền đối với axit, kiềm và cả khi bị đun nóng nhẹ

Khoảng năm 1920, Osborn, Mendel và một số tác giả khác đã phát hiện thấy ở thực vật cũng có hợp chất tương tự vitamin A, đó là caroten Sau đó, Eiler (1929) và Mur (1930) đã xác định được các caroten đó là tiền vitamin A (provitamin A)

- Người ta đã xác định rằng, các mô thực vật xanh giàu chlorophyl thì hàm lượng caroten cũng cao Các sản phẩm giàu caroten là ớt, cà rốt, bí đỏ, gấc, hành lá Khi được đưa vào cơ thể động vật, caroten chuyển thành vitamin A nhờ các hệ enzyme đặc trưng

c) Nhu cầu về vitamin A

- Luợng vitamin A ở thực phẩm tính theo đơn vị quốc tế (đ.v), mỗi đơn vị tương đương với 0,6  (gamma) caroten hoặc 0,3  vitamin A

- Nhu cầu về vitamin A vào khoảng 6 cho 1kg thể trọng Thông thường, người ta dùng tới 2.500 đ.v

d) Nguồn vitamin A

- Chủ yếu có ở gan cá, mỡ bò, trứng, cà rốt, hành lá, bí đỏ, gấc, cà chua,

- Trong một lòng đỏ trứng gà có khoảng 57 vitamin A, vì vậy, chỉ cần 35 quả trứng là đảm bảo đủ vitamin A cho mỗi người một ngày

- Để bảo quản vitamin A, người ta thêm các chất chống oxy hóa như vitamin E, C

- Thịt bò béo có 200đ.v/100g thịt, còn thịt bò gầy có khoảng 70 đ.v/100g thịt Trong gan bò có 1,21,5mg vitamin A/100g thịt

5.1.2 Vitamin D (cancipherol)

a) Cấu tạo

Vitamin D cũng bao gồm một số dạng cấu trúc gần nhau D2, D3, D4, D5, D6, Tuy nhiên, chỉ có hai dạng đầu (D2 và D3) là phổ biến và có ý nghĩa hơn cả:

D2 và D3 là những dẫn xuất của esgosterol và colesterol Dưới tác dụng của tia tử ngoại, colesterol và esgosterol có thể chuyển thành vitamin D2 và D3

b) Tính chất

Vitamin D là những tinh thể không màu, không tan trong nước, tan trong chất béo

và các dung môi hữu cơ, dễ bị phân hủy dưới tác dụng của các chất oxy hóa và axit

vô cơ, sự phân hủy xảy ra ở các nối đôi ở vòng  Khi chế biến, vitamin D có thể chịu được nhiệt độ (thông thường, đun sôi 20 phút vẫn giữ được)

c) Chức năng

Vitamin D tham gia vào quá trình điều hòa, trao đổi phospho ở huyết thanh, chuyển phospho ở dạng hóa chất hữu cơ thành vô cơ

Thiếu vitamin D ở trẻ em sẽ dẫn tới triệu chứng suy nhược, chậm mọc răng, xương trở nên mềm và cong (bệnh còi xương)

d) Nguồn vitamin D

+ Trong mỡ cá, gan, lòng đỏ trứng, sữa động vật (mùa hè giàu hơn mùa đông)

+ Đặc biệt, nấm men bia khô sau khi chiếu tia tử ngoại chứa một lượng vitamin D

rất cao

+ Một đơn vị quốc tế của vitamin D tương đương với 0,025  vitamin D2 (tương đương 0,025 vitamin D3)

5.1.3 Vitamin K (philoquinon)

Năm 1929, Dam đưa ra nhận xét rằng, đã thấy xuất hiện hiện tượng chảy máu ở ống tiêu hóa và ở cơ của một số gà con được nuôi bằng thức ăn tổng hợp đặc biệt

Đến năm 1934, ông đã chứng minh được rằng, yếu tố chống bệnh chảy máu đó là chất hòa tan trong chất béo và dung môi của chất béo và ông đặt tên là vitamin K

Đến năm 1937, người ta mới tìm được cấu tạo của vitamin K và hiện nay, người

ta đã biết cấu tạo của các vitamin K1, K2 và K3

a) Cấu tạo

Vitamin K 1 - (C31H46O2): dầu, vàng nhạt, kết tinh ở nhiệt độ -20°C

Vitamin K 2 - (C41H56O2): dạng tinh thể màu vàng

Vitamin K 3 - dạng tinh thể màu vàng

b) Tính chất

+ Các vitamin K không tan trong nước, tan trong chất béo và các dung môi của chất béo

+ Vitamin K bị phân hủy nhanh dưới tác dụng của tia tử ngoại, vì khi đó, cấu trúc quinon của nó bị biến động

+ Bị phân hủy khi đun nóng trong môi trường kiềm, bền khi đun nóng trong nước + Các vitamin K đều có tính chất oxy khử, chúng bị khử thành các dẫn xuất hydroquinon

+ Hoạt tính của K2 thấp hơn K1 khoảng 60%

c) Chức năng

+ Ảnh hưởng đến sự co giãn của cơ (miogin), làm tăng khả năng co bóp của dạ dày

và ruột

+ Tham gia vào quá trình đông máu, làm tăng tốc độ đông máu

+ Người ta cho rằng, có lẽ vitamin K tham gia vào thành phần của coenzyme xúc tác quá trình tạo nên protrombin, là một protein có vai trò quan trọng trong quá trình đông máu (ở đây, sự chuyển từ fibrinogen thành fibrin đã làm cho máu đông):

- protrombin + protrombokiaza  trombokiaza

- trombokiaza + canxin + protrombin  trombin

- trombin + fibrinogen  fibrin

d) Nguồn vitamin K

+ Có nhiều trong các sản phẩm có nguồn gốc thực vật như phần xanh trong cà chua, đậu tương, cà rốt hoặc trong gan, thận và thịt của động vật (thịt đỏ giàu vitamin

K hơn thịt trắng)

+ Trong ruột người có các vi khuẩn có khả năng tổng hợp vitamin K và trong thực

tế, sự thiếu vitamin K là do khả năng hấp thụ hoặc sự tổng hợp của các vi khuẩn bị ức chế

Vitamin K thường được tổng hợp bằng con đường vi sinh vật như khi cấy bact Coli

lên môi trường thạch có chứa lactat ammon, ta sẽ nhận được vitamin K

5.1.4 Vitamin E (Tocopherol)

Được Evans và Bishop tìm ra năm 1922-1923 Đến năm 1936, người ta đã tách ra được từ dầu mầm lúa mì và dầu bông với ba loại dẫn xuất là α-, - và -tocopherol

a) Cấu tạo

-tocopherol, được tổng hợp năm 1938, có cấu tạo như sau:

Như -tocopherol khác α-tocopherol ở carbon thứ 7 không chứa nhóm -CH3 thì  -tocopherol không chứa nhóm -CH3 ở carbon thứ 5

b) Tính chất

+ Là chất lỏng, hòa tan tốt trong dầu thực vật, trong rượu và trong este

+ -tocopherol thiên nhiên có thể kết tinh chậm trong rượu metylic ở nhiệt độ 35°C + Tocopherol bền với nhiệt (170°C), bị phá hủy nhanh chóng dưới tác dụng của tia

tử ngoại

+ Bị oxy hóa bởi các chất oxy hóa như FeCl3 , axit nitric

c) Chức năng

+ Vitamin E tham gia vào sự trao đổi lipit, qua đó, ảnh hưởng đến khả năng sinh sản cũng như quá trình sinh sản của động vật Thiếu vitamin E, quá trình tạo phôi sẽ bị ngăn trở, đồng thời, làm thái hóa các cơ quan sinh sản, teo cơ, thoái hóa tủy sống

+ Có tác dụng ngăn cản các axit béo chưa no khỏi bị oxy hóa

+ Vitamin E còn tham gia trong hệ vận chuyển điện tử của các phản ứng oxy hóa khử liên quan đến quá trình tích lũy năng lượng

+ Vitamin E tham gia vào các quá trình trao đổi các axit amin chứa lưu huỳnh, lipoit, đồng thời vitamin E cũng có vai trò quan trọng trong quá trình hoạt động của bộ máy di truyền của động vật

+ Do tính chất oxy hóa mạnh của mình, vitamin E có chức năng bảo vệ lipit tránh hiện tượng ôi hóa

d) Nguồn vitamin E

+ Từ thực vật, vitamin E có trong rau xà lách, rau cải, trong mầm lúa, ngô, trong dầu lạc, dầu hướng dương; ở động vật, có trong mỡ cá, mỡ bò,

+ Nhu cầu về vitamin E đối với cơ thể không lớn lắm, mặt khác, trong cơ thể luôn có một lượng dự trữ, đủ để đảm bảo được nhu cầu trong thời gian một vài tháng, vì vậy, trong cơ thể ít khi xảy ra hiện tượng thiếu vitamin E Nhu cầu bình thường cho 24 giờ là

1420mg α-tocopherol Dịch tuỵ và mật có vai trò quan trọng đối với khả năng hấp thụ vitamin E, do đó nếu bị các bệnh về đường tiêu hoá thì dễ bị ảnh hưởng đến sự hấp thụ vitamin E trong trường hợp đó có thể thiếu vitamin E, mặt khác nếu thừa vitamin E cũng không tốt cho cơ thể

+ Để điều chế vitamin E, người ta tổng hợp hoặc chiết xuất chúng từ nguyên liệu thiên nhiên như mầm lúa mì,

5.2 CÁC VITAMIN TAN TRONG NƯỚC

5.2.1 Vitamin B 1 (Tiamin)

a) Cấu tạo

Là loại vitamin phổ biến rộng rãi trong thiên nhiên, đặc biệt có nhiều trong nấm men, cám gạo, mầm lúa mì, Đa số vitamin B1 tồn tại ở dạng tự do (muối tiaminclorit), một phần ở dạng tiaminpirophosphat

b) Tính chất

+ Dạng tinh thể, hòa tan tốt trong nước, chịu được quá trình gia nhiệt thông thường

+ Bền trong môi trường axit, bị phá hủy nhanh chóng khi đun nóng trong môi trường kiềm

c) Chức năng

+ Dưới dạng tiaminpirophosphat, B1 tham gia vào hệ enzyme oxy hóa, decarboxyl, các xetoaxit như axit piruvic hoặc a-xetoglutaric, Sự thiếu hụt B1 dẫn đến tích lũy các xetoaxit, làm rối loạn quá trình trao đoi chất, dẫn đến các bệnh như giảm sút tiết dịch vị, bệnh tê phù,

+ Ngoài ra, vitamin B1 còn cùng với axit pantotenic tham gia tạo axetylcolin là chất giữ vai trò quan trọng trong việc truyền dẫn xung động thần kinh

+ Khi oxy hóa, vitamin B1 sẽ chuyển thành một hợp chất phát huỳnh quang là thiocrom Tính chất này được ứng dụng để định lượng vitamin B1

+ Nấm men chứa nhiều vitamin B1 nên được sử dụng để chữa bệnh thiếu vitamin B1 + Nhu cầu về vitamin B1 phụ thuộc vào các điều kiện như trạng thái sinh lý của cơ thể, chế độ ăn uống, chế độ làm việc, Ớ người, nhu cầu trung bình cần có 1,53mg B1 trong 24 giờ

+ Vitamin B1 có nhiều trong cám gạo (2,32mg B1/100g), lượng B1 trong gạo dễ bị phân hủy trong quá trình bảo quản Ớ gạo được chứa trong bao không thấm nước, sau 6 tháng bảo quản, lượng vitamin B1 có mức hao hụt không đáng kể Trong khi đó, nếu dùng bao cói để chứa thì sau 6 tháng bảo quản, lượng vitamin B1 trong gạo sẽ giảm 40%

5.2.2 Vitamin B 2 (riboflavin)

a) Cấu tạo

b) Tính chất

Được Kohn tách ra (năm 1933) từ sữa, vitamin B2 là tinh thể màu vàng, hòa tan tốt trong nước và rượu, không hòa tan trong dung môi của chất béo

c) Chức năng

+ Là thành phần coenzyme của các enzyme dehydrogenase favin tham gia vận chuyển hydro và tồn tại ở dạng flavinadenin dinucleotit

+ Thiếu B2 sẽ ảnh hưởng đến việc tạo các coenzyme oxy hóa, khi bị ngưng trệ cũng

sẽ ảnh hưởng đến quá trình tạo năng lượng

+ Cần thiết cho việc phát sinh các tế bào ở biểu bì ruột, tăng tốc độ tạo máu, ảnh hưởng đến sự phát triển của bào thai

d) Nguồn vitamin B 2

+ Có nhiều trong sản phẩm thiên nhiên như nấm men bánh, nấm men bia, đậu, thịt, sữa, cá, trong rau xanh, gạo, Có nhiều trong thịt chín hơn trong thịt sống, nhiều trong thịt rán hơn trong thịt luộc Nhu cầu về vitamin B2 của người là 2 - 2,5mg cho 24 giờ

+ Trong ruột động vật nhai lại có nhiều loại vi sinh vật có khả năng tổng hợp vitamin

B2 và cung cấp cho động vật đủ lượng cần thiết

+ Trong quá trình bảo quản gạo, lượng vitamin B2 có xu hướng tăng lên (ngược với

B1)

+ So sánh về mặt nhạy cảm với nhiệt độ thì B2 bền hơn B1

5.2.3 Vitamin PP (B 5 )

a) Cấu tạo:

b) Tính chất:

+ Tinh thể màu trắng, có vị acide Nicotinamit thì có vị đắng

+ Ít bị biến đổi theo thời gian bảo quản

c) Chức năng:

+ Nếu thiếu vitamin PP thì cơ thể dễ mắc bệnh pellagra hoặc sưng màng dạ dày, sưng ruột, da sần sùi,

+ Coenzyme NAD, NADP

d) Nguồn: Gan, thận, tim, trứng

e) Nhu cầu: Từ 1525mg cho 24 giờ

5.2.4 Vitamin B 6 (Piridoxal, Piridoxin, Pirodoxamin)

Vitamin B6 được tách ra ở dạng tinh khiết vào năm 1938 từ nấm men, sau từ cám gạo Cấu tạo của nó được xác nhận năm 1939 nhờ sự tổng hợp hóa học

a) Cấu tạo

Vitamin B6 tồn tại dưới 3 dạng là piridoxin, piridoxal, piridoxamin:

b) Tính chất

+ Piridoxin là tinh thể không màu Piridoxal là tinh thể dạng vảy trắng Piridoxamin

là tinh thể hình thoi trắng

+ Cả 3 loại đều tan trong nước và rượu, đều bền khi đun sôi với axit hoặc kiềm và không bền khi có mặt các chất oxy hóa Ba dạng này có thể chuyển hoá lẫn nhau

+ Chúng bị phân hủy nhanh nếu đem chiếu sáng ở môi trường kiềm cũng như trung tính Nếu đem chúng chiếu sáng ở trong dung dịch axit thì dạng piridoxamin sẽ bị phá hủy nhanh hơn 2 dạng kia

c) Chức năng

+ Cả 3 dạng đều có hoạt tính như nhau, chúng tham gia vào thành phần của hàng loạt các enzyme như transaminase (amin transpherase) phản ứng chuyển amin hóa, decarboxylase (loại carbon)

+ Chúng tham gia vào quá trình trao đổi chất béo, chuyển hóa protein thành chất béo

và tạo các axit béo chưa no cần thiết đối với cơ thể

+ Vitamin B6 đóng vai trò quan trọng đối với sự tổng hợp các coenzyme như NAD, coenzyme A, vì vậy, nên khi thiếu vitamin B6 sẽ làm rối loạn sự tạo thành các coenzyme

và quá trình trao đổi chất

+ Thiếu vitamin B6 sẽ bị mắc các bệnh ngoài da, bệnh thần kinh, sụt cân, rụng lông tóc,

d) Nguồn vitamin B 6

+ Có nhiều ở nấm men bia, lúa mì, ngô, đậu, thịt bò, thận và các sản phẩm từ cá Trong trứng gà có nhiều B6 và bị giảm dần theo thời gian bảo quản Vitamin B6 thường được tổng hợp bằng con đường hóa học Thực vật và nhiều vi sinh vật có khả năng tổng hợp vitamin B6 Trong ruột của động vật nhai lại có vi sinh vật có khả năng tổng hợp B6 cung cấp cho động vật chủ

+ Khi bảo quản và chế biến các sản phẩm chứa nhiều B6 như sữa, trứng, thịt, người ta thấy có sự biến đổi khá rõ rệt, tùy theo điều kiện chế biến và bảo quản Ví dụ như khi thanh trùng sữa trực tiếp sẽ làm giảm khoảng 20%-B6 hoặc nếu thanh trùng gián tiếp cũng bị giảm 5%-B6 vốn có trong sữa tươi

+ Nhu cầu bình thường của người là khoảng 2mg B6 trong 24 giờ

5.2.5 Vitamin C (Axit ascorbic)

a) Cấu tạo

Trong thiên nhên thường tồn tại chủ yếu dưới dạng L (chứ không phải dạng D) là axit-L-ascocbic (dạng khử) và axit-L-dehydroascocbic (dạng oxy hóa):

Cho đến nay, người ta đã phát hiện được 14 đồng phân và đồng đẳng của vitamin C

có hoạt tính và 15 loại không có hoạt tính

b) Tính chất

+ Là tinh thể màu trắng, tan trong nước, không tan trong dung môi hữu cơ

+ Do sự có mặt của nhóm dienol trong phân tử nên vitamin C có tính khử mạnh, nó

có thể khử nitrat bạc hoặc một số hợp chất màu, đặc biệt, có thể khử 2,6-dichlophenolidophenol ngay ở nhiệt độ thường

c) Chức năng

+ Vitamin C tham gia vào các quá trình oxy hóa khử khác nhau ở cơ thể Nó xúc tác

sự chuyển hóa nhiều hợp chất thơm thành dạng phenol tương ứng

+ Vitamin C tham gia điều hòa sự tạo ADN và chuyển preocolagen thành colagen, vì vậy mà nó có tác dụng làm cho vết thương chóng lành

+ Vitamin C còn liên quan đến sự hình thành các hormone của tuyến giáp trạng và tuyến thượng thận

+ Vitamin C rất cần thiết cho cơ thể để tăng sức đề kháng và chống lại các hiện tượng choáng hoặc ngộ độc bởi các hóa chất cũng như độc tố của vi trùng

+ Khi thiếu vitamin C sẽ bị chảy máu ở lợi, răng, lỗ chân lông hoặc nội quan

d) Nguồn vitamin C

+ Ở một số dịch quả, người ta nhận thấy vitamin C có thể bị oxy hóa gián tiếp bởi enyme phenolxydase, vì vậy, khi có mặt vitamin C, dịch quả sẽ sẫm màu chậm hơn (do quá trình ngưng tụ các hợp chất quinon) Dựa vào tính chất chống oxy hóa của axit ascocbic, người ta thường thêm nó vào dịch quả đe ngăn cản quá trình sẫm màu:

polyphenol + O 2 quinon + H 2 O

quinon + axit ascocbic (dạng khử)  polyphenol + axit dehydroascocbic

+ Nhu cầu cho người bình thường là 50100mg cho 24 giờ

+ Vitamin C có nhiều trong các loại rau quả như cam, chanh, dưa chuột, cà chua,rau cải, trong các loại ngũ cốc hoặc trong trứng Trong thịt hầu như không có vitamin C