2.2 Các vitamin hoà tan trong chất béo

2.2.1 Retinol (vitamin A)

Vitamin A là tên thường gọi cho rượu retinol, aldehyd retinal và retinic acid, chúng là những isoprenoide có đặc tính lipid. Chúng tồn tại ở các dạng đồng phân cis và trans khác nhau.

Sinh tổng hợp và biến đổi

Tiền chất để tổng hợp vitamin là provitamin b-carotene, sự tổng hợp chúng xảy ra trong thực vật. Động vật có thể tách carotene thành retinal, bằng một phản ứng dioxygenase (xảy ra ở trong ruột) và sử dụng nó như là vitamin.

Vitamin A được hấp thụ vào cùng với chất béo và được tích luỹ ở dạng retinylpalmitat trong gan sau khi khử và ester hoá. Để vận chuyển đến những cơ quan khác nhau ester được thuỷ phân và retinol được đưa vào máu, ở đó nó được tiếp nhận bằng một protein kết hợp đặc hiệu với retinol. Sự biến đổi giữa retinol, retinal và retinic acid được thực hiện bằng những phản ứng phụ thuộc NADP+.

Carotene được đưa vào cùng với thức ăn của người có nguồn gốc trước hết là từ thực vật, trong khi retinol có nguồn gốc động vật (dầu gan cá thu). Nhu cầu hàng ngày đối với người lớn là khoảng 1 mg retinol hoặc 6 mg b-carotene. Thiếu vitamin rất phổ biến ở nhóm dân số suy dinh dưỡng, dẫn đến chứng quáng gà, ức chế sự phát triển của xương và sự phân hoá mô biểu bì, hạn chế sự phát triển và chức năng sinh sản.

Chức năng hoá sinh

Retinic acid là một chất điều hoà sao chép. Sau khi đi qua màng tế bào phân tử này kết hợp với chất nhận đặc hiệu: all-trans-retinic acid với RAR-receptor, 9-cis retinic acid với RXR-receptor. Sau đó phức hệ retinic acid -RAR-RXR kết hợp với yếu tố hormone được tạo ra từ DNA ở trong nhân.

Thuộc những gen được điều khiển theo cách này là gen mã hoá cho protein kết hợp với retinol, enzyme PEP-carboxylase và apolipoprotein A1. Retinic acid cũng tham gia vào sự điều khiển sự phát sinh phôi và phát sinh hình thái (ở liều lượng nhỏ vitamin A trong thời gian có thai là nguyên nhân gây quái thai), phát triển, phân hoá và khả năng sinh sản.

Sự biến đổi từ 11-cis thành all-cis-retinal nhờ ánh sáng là cơ sở cho quá trình nhìn ở động vật. Trong vitamin nhóm A có 2 dạng quan trọng là vitamin A1 và A2. Vitamin A2 khác với A1 ở chỗ trong vòng có thêm một nối đôi giữa C3 và C4. Dưới tác dụng của enzyme retinoldehydrogenase nhóm alcol của vitamin A dễ dàng bị oxy hoá đến aldehyd (all-cis-retinal, vẫn có hoạt tính vitamin A). Liên kết đôi giữa C11 và C12 của retinal có thể chuyển thành dạng cis (11-cis-retinal), 11-cis-retinal kết hợp với protein opxin tạo nên sắc tố của mắt là rodopxin. Đây là protein nhận ánh sáng (photoreceptor protein) có trong tế bào hình que của màng lưới mắt người và động vật có vú. Tế bào này hoạt động trong ánh sáng yếu, thích nghi với bóng tối. Khi có ánh sáng, nhóm thêm của rodopxin chuyển từ dạng cis sang dạng trans nên mất khả năng kết hợp với opxin. Ngược lại trong tối sẽ tái tạo lại dạng 11-cis-retinal và rodopxin được tổng hợp trở lại, làm tăng độ nhạy cảm của mắt trong ánh sáng yếu.

Halobacterium sử dụng sự biến đổi từ all-trans thành 13-cis-retinal nhờ ánh sáng làm động lực cho những bơm proton của chúng.

Retinylphosphate tham gia vào quá trình sinh tổng hợp các glycosaminoglycane ở trong các tế bào biểu bì, ở đây nó có chức năng tương tự như dolicholphosphate. Bằng cách này nó tham gia gián tiếp vào sự toàn ven của màng tế bào và ty thể, ổn định biểu bì của da và của màng nhầy và giảm những rối loạn về phát triển.

2.2.2 Calciferol (vitamin D)

Ở động vật bậc cao những sản phẩm hydroxyl của vitamin D đóng một vai trò trung tâm trong trao đổi calcium.

Thực tế khái niệm "vitamin D" là gồm một nhóm các chất họ hàng, khác nhau về nguồn gốc. Nếu nói chặt chẽ thì chúng không phải là vitamin, vì da có thể tổng hợp một trong chúng (D3) từ một steroid (7-Dehydrocholesterin, provitamin D) khi có ánh sáng tử ngoại.

Sinh tổng hợp và sự biến đổi

Các vitamin D khác nhau được tạo nên từ D5,7-steroid (sản phẩm trung gian để tổng hợp zoo-, phyto- và mycosteroid) bằng việc mở vòng B nhờ ánh sáng. Chúng chỉ khác nhau ở các mạch bên. Hai vitamin D đầu tiên sau đây là quan trọng nhất:

- Vitamin D2 (ergocalciferol): tạo nên từ ergosterin, chất này tồn tại ở trong thực vật và nấm.

- Vitamin D3 (cholecalciferol): tạo nên từ 7-dehydrocholesterin, chất này có trong động vật bậc cao.

- Vitamin D4: xuất hiện từ 22-dihydroergosterin, có trong thực vật và nấm

- Vitamin D5: tạo nên từ 7-dehydrositosterin, có trong thực vật.

Tổng hợp nội sinh

Trong phản ứng đầu tiên khi chiếu ánh sáng tử ngoại dẫn đến sự đồng phân hoá đồng thời với việc mở vòng B của cấu trúc sterin, làm xuất hiện provitamin D. Độ dài bước sóng thích hợp nhất cho quang phản ứng là 295 nm. Chiếu sáng với bước sóng lớn hơn sẽ tạo lumisterin, với bước sóng ngắn hơn tạo tachysterin. Ở ánh sáng mạnh hơn xuất hiện suprasterin I và II. Vitamin D được tạo nên do một sự đồng phân hoá phụ thuộc vào nhiệt độ. Vitamin D đi vào máu và gắn với protein đặc hiệu (DBP: vitamin D-bindende-protein).

Đưa vào cùng với thức ăn:

Mặc dù sự chiếu sáng có thể cung cấp đầy đủ lượng vitamin D, việc bổ sung thêm vẫn là điều cần thiết (ở người lớn 5 mg/ngày, trẻ em 10 mg/ngày). Sau khi hấp thụ (được hỗ trợ bởi acid mật) vitamin D được gắn với chylomikronen hoặc DBP và được vận chuyển đến gan.

Ở trong gan xảy ra sự hydroxyl hoá ở C25 bằng một enzyme phụ thuộc vào cytochrome P-450. Chất này được chuyển đến thận, ở đây xuất hiện hợp chất có hoạt tính sinh học 1a 25-Dihydroxycalciferin (calcitriol. DHCC) do sự hydroxyl hoá tiếp theo ở C1. Một bước hydroxyl hoá luân phiên tạo nên 24 (R).25dihydroxycalciferin. Những phản ứng hydroxyl hoá có thể thấy ở giá noãn (nhau thai), đại thực bào

Sự phân giải thực hiện bằng sự hydroxyl hoá và/hoặc oxy hoá của nhóm hydroxyl thành nhóm carboxyl. Những hợp chất này phân cực mạnh hơn, thể hiện hoạt tính sinh học thấp, nó được thải ra qua phân hoặc nước tiểu.

Chức năng sinh hoá

Ở động vật có vú vitamin D (thực tế là 1a 25-Dihydroxycalciferol) điều khiển sự trao đổi calcium và phosphate.

Nó hoạt hoá trực tiếp sự hấp thu (tái hấp thụ) Ca++ và phosphate ở ruột và thận và cùng tham gia cấu tạo với PTH và calcitonin ở trong xương. Mặt khác nó giải phóng Ca++ từ xương cho sự điều chỉnh tạm thời mức Ca++ trong máu.

Hiệu quả sao chép được tạo điều kiện bởi vitamin D-receptor. Ở đây vitamin có vai trò như một hormon. Ở trong ruột, dạ dày và xương nó kích thích sự sao chép của các gen mã hoá cho các protein gắn với calcium (CaBP, calbindin, osteocalcin...). Những protein này tham gia vào sự tiếp nhận calcium và khoáng hoá xương.

Lĩnh vực y học: Những bệnh gắn liền với mức vitamin D không bình thường:

• Còi xương: (Khoáng hoá xương thấp, phần lớn ở trẻ em) sinh ra do sự hấp thụ Ca++ giảm khi thiếu vitamin D, thỉnh thoảng cũng do tổng hợp không đủ calcitriol từ calciferol.

• Bệnh loãng xương: xuất hiện khi tổng hợp calcitriol bị rối loạn, do thận không hoạt động hoặc mức ostrogen thấp vì nó kích thích bước hydroxyl hoá.

2.2.3 Tocopherol (vitamin E)

Tocopherol (tocos = con cháu, pherol = sinh ra) khá phổ biến ở cây xanh, rau xà lách, hạt ngũ cốc, dầu thực vật, gan bò, lòng đỏ trứng.

Nhóm tocopherol gồm 8 hợp chất, bao gồm vòng 8 - chromanol và một chuỗi bên isoprenoide Sản phẩm cuối cùng của quá trình sinh tổng hợp là a-tocopherol (5,7,8-trimethyltocopherol), thể hiện hoạt tính sinh học cao nhất. Ở thực vật và động vật tocopherol bảo vệ lipid trước sự thiệt hại do oxy hoá.

Các tocopherol phân biệt với nhau bằng số lượng và vị trí của nhóm methyl ở vòng và các liên kết đôi trong chuỗi bên. Tất cả chúng đều ưa lipid.

Tocopherol được tổng hợp ở dạng đồng nhất chỉ ở thực vật, trước hết trong lục lạp của lá. Nó có ở động vật và thực vật trước hết ở màng tế bào (ví dụ màng ty thể, hồng huyết cầu, và lạp thể).

Lượng bổ sung hằng ngày đối với người lớn là 8-12 mg. Cần lượng lớn hơn khi thực phẩm có chứa nhiều acid béo chưa no. Hiếm khi thấy thiếu vitamin này, ngoại trừ ở trường hợp đẻ non và rối loạn ở hấp thu lipid. Tuy nhiên trong chăn nuôi ở chế độ dinh dưỡng không đầy đủ gây ra sự thoái hoá các cơ quan và vô sinh.

Chức năng hoá sinh của tocopherol trước hết là bảo vệ lipid ở màng trước phản ứng peroxid-hoá (đặc biệt acid béo có nhiều liên kết chưa no). Nó làm giảm tác hại do LDL bị oxy hoá, dẫn đến bệnh sưng khớp xương. Tocopherol là nội ether của các hydroquinon. Chúng tác dụng là những chất nhận gốc, ở đây chúng chuyển sang trạng thái tocopheroxy (semiquinon). Đây chỉ là một gốc phản ứng yếu với thời gian bán huỷ là nhiều giờ, nó làm gãy các phản ứng chuỗi. Phản ứng tạo nên là thuận nghịch, rất có thể ascorbate thực hiện sự khử trở lại thành tocopherol. Ở đây nó bị oxy hoá bề mặt giữa lipid và nước thành monodehydroascorbate. Giữa hai vitamin này có sự đồng tác dụng. b-carotene cũng được coi là chất khử cho tocopherol. Ngược lại semiquinon được oxy hoá tiếp tục thành quinon, chất này dẫn đến một sự mở vòng thuận nghịch.

2.2.4 Phylloquinon và menoquinon (vitamin K)

Phylloquinon là một thành phần của hệ thống quang hoá của thực vật quang hợp. Menoquinon đóng một vai trò trong hô hấp yếm khí của vi khuẩn. Ở động vật hai hợp chất (vitamin K1 cũng như vitamin K2) là cofactor ở sự g cacboxyl hoá của glutamat. Đó là monomethyl-naphtochinon với một chuỗi bên isoprenoid.

Phyllochinon và menachinon phân biệt nhau chỉ số lượng liên kết đôi và chiều dài của chuỗi bên.

Lượng tiếp nhận hằng ngày cần thiết ở người lớn 70-140 mg. Lượng này được đáp ứng bằng thức ăn và sản phẩm của vi khuẩn đường ruột. Trước khi được thải phần lớn chỉ các chuỗi bên được làm ngắn bằng oxy hoá.

Chức năng hoá sinh

Ở động vật chúng là cofactor tạo nên g-cacboxylglutamate trong protein xảy ra ở endoplamatische reticulum thô nhờ enzyme carboxylase. Protein tạo nên được phân giải. Quá trình biến đổi sau đó là cần thiết cho khả năng kết hợp Ca++ và cho sự cố định protein bằng các cầu Ca++ ở màng phospholipid (ví dụ ở quá trình đông máu).

Ở quá trình biến đổi protein này vitamin-K-hydroquinon tách ra một proton của glutamate, tiếp theo nó được carboxyl hoá. Đồng thời xuất hiện một vitamin K-quinon-2,3-epoxid (những chi tiết vẫn còn chưa biết). Epoxid được khử bằng quinon-epoxid-reductase gắn với dithiol thành quinon và sau đó thành hydroquinon. Dẫn xuất của cumarine có thể kìm hãm bước reductase, ví dụ dicumarol và warfarin có tác dụng là chất kháng đông.