Вітамі́ни ( — життя і амін) — це життєво важливі елементи харчування, що визначають саму можливість існування та безперервного функціонування організму. Вони є базовою умовою всіх процесів життєзабезпечення і присутні на кожному рівні організації — від молекулярного до системного. Через участь у біохімічних реакціях вітаміни забезпечують формування, підтримання та оновлення клітин і тканин, задаючи якість структури організму та його функціональні можливості.
Вітаміни вбудовані в обмін речовин як обов’язкові регулятори та учасники ферментативних процесів. Вони забезпечують реалізацію всіх метаболічних шляхів: синтез білків, ліпідів і нуклеїнових кислот, вироблення енергії, регуляцію нервової діяльності, імунних реакцій і міжклітинної взаємодії. Їхня присутність визначає узгодженість і безперервність усіх внутрішніх процесів, включно з ростом, розвитком, адаптацією та відновленням.
Забезпеченість вітамінами безпосередньо формує стан «будівельного матеріалу» організму — клітин і міжклітинного матриксу. Через це визначається міцність, стійкість і функціональна повноцінність тканин і органів. Будь-яке зниження доступності вітамінів відображається на якості біологічних структур і швидкості їх оновлення, що охоплює всі системи організму та змінює перебіг базових життєвих процесів.
Недостатність вітамінів призводить до глибоких порушень на рівні клітин і тканин, зачіпаючи ключові механізми життєдіяльності. Ці зміни можуть набувати тяжкого системного характеру, супроводжуватися втратою функціональних можливостей і в крайніх формах призводити до станів, несумісних із життям.
Надходження вітамінів з їжею та їх засвоєння становлять фундаментальну основу підтримання життя, визначаючи безперервність обмінних процесів, збереження структури організму та його здатність до відновлення і стійкого функціонування.
Вітаміни життєво необхідні біологічно активні біоорганічні сполуки природного або синтетичного походження, різні за хімічною структурою та механізмом біологічної дії. Відсутність чи нестача вітамінів в організмі приводить до його загибелі. Визначення певної речовини як вітаміну залежить від того, про який вид йдеться. Наприклад, більшість тварин мають метаболічний шлях синтезу аскорбінової кислоти, проте деякі, такі як люди, мавпи, морські свинки, втратили його, тому аскорбінова кислота є для них вітаміном. Залежно від того, як вітаміни витягуються з їжі за допомогою органічних розчинників або води, розрізняють жиророзчинні та водорозчинні вітаміни.
Організму людини життєво необхідні принаймні 13 різних вітамінів, добові потреби яких коливаються від 0,01 до 100 мг. Вони не виконують в організмі ані енергетичної, ані структурної функції, але є необхідними для використання тих сполук, які ці функції виконують, зокрема білків, ліпідів і вуглеводів. Більшість з вітамінів є попередниками коферментів, що беруть участь у багатьох ферментативних реакціях, проте деякі, такі як A, C, D, E і K, мають інше біологічне значення. Роль коферментів однакова майже у всіх видів, проте вищі тварини у процесі еволюції втратили здатність синтезувати деякі з них. В той час як кишкова паличка може рости на середовищі, що містить тільки глюкозу і мінеральні солі, дієтичні потреби тварин значно ширші. Метаболічні шляхи біосинтезу вітамінів бувають дуже складними, тому для хемогетеротрофного організму може виявитись ефективнішим «покластись» на наявність цих сполук у їжі, аніж синтезувати усі ферменти, необхідні для їх утворення із простіших попередників. Проте така стратегія має суттєвий недолік — нестача певного вітаміну у дієті (гіпо- чи авітаміноз) призводить до серйозних розладів, що можуть бути смертельними.
Всі основні групи харчових продуктів (овочі, фрукти, м'ясо, риба, молочні продукти, яйця) багаті на вітаміни, хоча жоден продукт сам по собі не може повністю задовольнити потреби організму. Тому необхідно вживати збалансовану різноманітну дієту. Крім того, деякі вітаміни, такі як K і H, синтезуються кишковою мікрофлорою, а вітамін D утворюється в шкірі під впливом ультрафіолетового випромінювання.
Існують різноманітні вітамінні додатки, що можуть доповнити дієти, у яких не вистачає однієї або кількох з цих сполук. Люди, що дотримуються правил раціонального харчування, не потребують цих препаратів. Дози вітамінів, значно вищі за рекомендовані, можуть не тільки не приносити користі здоров'ю, а й бути шкідливими. Надлишок вітамінів, розчинних у воді, виводиться з організму з сечею, проте жиророзчинні можуть накопичуватись у жировій тканині навіть до токсичних концентрацій і викликати патогенні стани — гіпервітамінози.
Історія відкриття
Хоча до відкриття вітамінів вважалось, що для нормальної життєдіяльності людині потрібні тільки білки, жири, вуглеводи, вода і мінеральні солі, спостереження показували, що одноманітне харчування без свіжих овочів і фруктів призводить до виникнення різних захворювань. Так моряки під час довгих подорожей хворіли на цингу (скорбут), смертність від якої становила 70–80 %, а в країнах Азії, де основною стравою був полірований рис, значна частина населення була уражена бері-бері (формою поліневриту). У 1881 році російський лікар М. Лунін у своїй праці «Про значення мінеральних солей для живлення тварин» () дійшов висновку, що у їжі є якісь додаткові невідомі термолабільні речовини, необхідні для нормальної життєдіяльності.
У 1897 році нідерландець Христіан Ейкман досліджував бері-бері у Голландській Ост-Індії. У час його роботи в одній із лабораторій, розташованій у військовому госпіталі, кури захворіли поліневритом, дуже схожим до бері-бері в людей. Ейкман взявся з'ясувати причину захворювання, але не встиг він закінчити обстеження, як кури одужали. Хвороба тривала з 10 липня до останніх днів листопада. Виявилось, що з 17 червня до 27 листопада наглядач лабораторії з метою економії годував курей вареним очищеним рисом, який брав на кухні госпіталю. 27 листопада попереднього кухаря лікарні замінив новий, який відмовився видавати «військовий рис цивільним курям». Подальші експерименти із дієтою птахів показали, що годування нешліфованим рисом не призводить до виникнення хвороби, і може вилікувати курей, що вже захворіли, як і додавання висівок до шліфованого рису. Таким чином можна було припустити, що у рисових висівках наявна певна речовина, нестача якої викликає поліневрит. Цю сполуку — а саме тіамін (вітамін B1) — у 1911 році виділив польський вчений Казимир Функ і показав її ефективність у лікуванні бері-бері. Молекули тіаміну мають у своєму складі аміногрупу, тому Функ назвав його вітаміном (аміном життя), звідки й походить назва цілого класу речовин, хоч не всі вони азотовмісні. Решта вітамінів була описана до закінчення першої половини XX століття, пізніше були виявлені також так звані вітаміноподібні речовини, частина із яких синтезується в організмі і виконують пластичні або енергетичні функції.
1929 Ейкман разом зі Фредеріком Гопкінсом, який відкрив вітаміни A і D, був нагороджений Нобелівською премією з фізіології або медицини.
Альберт Сент-Дьйорді у 1930-х роках виділив аскорбінову кислоту (вітамін С) із червоного перцю.
Генрік Дам відкрив вітамін К, за що отримав Нобелівську премію у 1943 році.
Після 1940-х років акцент змістився з простого виявлення вітамінів на їхнє глибинне вивчення — розшифровку молекулярної структури, хімічний синтез та розуміння того, як саме вони працюють усередині клітини.
Дороті Кроуфут Годжкін у 1954 році за допомогою рентгеноструктурного аналізу визначила неймовірно складну структуру,за що пізніше отримала Нобелівську премію.https://rubryka.com/article/women-nobel-prize-winners/
Промисловий синтез вітаміну А, започаткований Отто Іслером у 1947 році, став проривом, що забезпечив комерційне виробництво ретинолу для боротьби з його дефіцитом. Цей метод забезпечив стабільність молекули та зробив вітамін доступним, що має критичне значення для імунітету, зору та здоров'я шкіри.https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.oprd.3c00161
Повний синтез вітаміну В12 було здійснено у 1972 році Робертом Вудвордом та Альбертом Ешенмозером. Це відкриття вважається одним із найскладніших досягнень в історії органічної хімії — над ним працювали 100 вчених протягом 11 років.
В останні 20 років дослідження вітаміну D кардинально змінилися.З'ясувалося, що це не просто вітамін, а фактично прогормон.https://umj.com.ua/uk/publikatsia-254389-vitamin-d-ta-zdorov-ya-zhinki-skilki-i-koli
Класифікація і номенклатура Відомо близько 30 вітамінів і вітаміноподібних речовин, вивчена їхня структура, біологічна активність і здійснений синтез. Найпоширеніша класифікація вітамінів базується на їхніх фізико-хімічних властивостях, за якими їх поділяють на водо- і жиророзчинні. Кожен вітамін має три назви: традиційну (велика латинська літера, інколи із цифровим індексом), хімічну і фізіологічну.
Номенклатура вітамінів Відкриття вітамінів відбувалось завдяки їхній біологічній активності, і для багатьох не була відома хімічна будова, тому ці сполуки (або суміші сполук, як з'ясувалось пізніше) позначали великими латинськими літерами: A, B, C тощо. Пізніше, для вітамінів, що зустрічаються у природних джерелах разом, але мають різну хімічну природу і біологічні функції, стали додавати цифрові індекси, наприклад вітаміни групи B: B1, B2 і так далі. Інколи кілька сполук, близьких за хімічною будовою, мають однакову біологічну дію, що відрізняється тільки інтенсивністю. Для таких груп може бути використана назва вітамери, наприклад різні типи вітаміну D. Вітамери також позначають цифровими індексами (D1, D2).
Сучасна номенклатура вітамінів була прийнята 1956 року IUPAC, вона відображає хімічну природу цих сполук. Також для кожного існує номенклатура, що базується на фізіологічній дії, у якій назви зазвичай мають префікс «анти-». Таким чином кожен вітамін має три назви, наприклад: B1 (тіамін, антиневритний); A (ретинол, антиксерофтальмічний) тощо.
Класифікація вітамінів + Властивості водо- і жиророзчинних вітамінівВодорозчинні вітаміниЖиророзчинні вітаміниВсмоктуванняБезпосередньо в кровСпершу в лімфу, потім у кровТранспортУ вільній форміБагато потребують транспортних білківЗберіганняВільно циркулюють у заповнених водою частинах тілаЗапасаються у жировій тканиніЕкскреціяНадлишок швидко виводиться ниркамиВиведення надлишку важче, накопичуються у жировій тканиніТоксичністьДля деяких вітамінів можливо досягти токсичних концентрацій, вживаючи у формі харчових додатківБільш ймовірно досягти токсичних концентрацій, вживаючи у формі харчових додатківПотребиНеобхідне регулярне вживання (не рідше 1—3 діб)Вживання може бути рідшим (раз на тиждень, або навіть місяць) Традиційно вітаміни поділяють на дві групи за фізико-хімічними властивостями: водорозчинні і жиророзчинні. До водорозчинних належать: В1 (тіамін), B2 (рибофлавін), В3 (PP) (нікотинамід, нікотинова кислота), B5 (пантотенова кислота), B6 (піридоксин, піридоксаль, піридоксамін), H (B7) (біотин), B9 (Bс) (фолієва кислота), B12 (кобаламін), С (аскорбінова кислота); до жиророзчинних: А (ретинол), D (кальциферол, холекальциферол), Е (токоферол), К (філохінон).
Розчинність впливає на всмоктування, транспорт, зберігання і екскрецію вітамінів. Так гідрофільні вітаміни містяться у соковитих частинах їжі, а гідрофобні — у твердих жирах і оліях. Водорозчинні вітаміни всмоктуються безпосередньо в кров, жиророзчинні, як і інші ліпіди, потрапляють спочатку в лімфу, а потім у кров, і переносяться зв'язаними із транспортними білками. У клітинах водорозчинні вітаміни вільно циркулюють у цитозолі та інших водянистих компартментах, в той час як жиророзчинні депонуються у жировій тканині і печінці. Невеликий надлишок водорозчинних вітамінів може легко виводитись нирками. Через те, що жиророзчинні вітаміни накопичуються в тілі, їх можна вживати у відносно великих кількостях час від часу, для того, щоб задовольнити потреби організму, але водорозчинні повинні надходити більш регулярно.
Окрім того, існує раціональна хімічна класифікація вітамінів, що базується на належності до певного класу сполук. Виділяють такі групи: