Витамины – это низкомолекулярные биорегуляторы, необходимые в небольших количествах для осуществления нормальной жизнедеятельности любых организмов, в том числе и человека. Основной путь поступления витаминов – с пищей, так как их в организме человека биосинтез или не осуществляется, или недостаточен.
Термин «витамин» был предложен в 1912 году польским биохимиком К.Функом, им же было введено понятие «авитаминоз» – дефицит того или иного витамина. Природные соединения, которые являются биологическими предшественниками витаминов и легко превращаются в них в организме человека, называются провитаминами. К ним относятся, например, каротины, расщепляющиеся в организме с образованием витамина А, и некоторые стерины (эргостерин, 7-дегидрохолестерин и др.), превращающиеся в витамин D.
В связи с химической неоднородностью и разнообразием биологического действия единой номенклатуры для витаминов не существует. Обычно используется их буквенное обозначение и тривиальные химические названия. По своей химической природе витамины принадлежат к разным классам органических соединений. К каротиноидам относится витамин А, к стероидам – витамины группы D, к углеводам – витамин С. К гетероциклическим соединениям относятся производные хромана (витамин Е), пиримидина и тиазола (В1), изоаллоксазина (В2), корриноидов (группа витаминов В12), имидазолидина (витамин H), птеридина (витамин В9), нафтохинонов (витамин К).
По растворимости витамины делят на водо- и жирорастворимые. Жирорастворимыми витаминами являются витамины А, D, Е и К, водорастворимыми – витамины В1, В2, В3 (пантотеновая кислота), В5 (никотиновая (амид)), В6, В7 (биотин), В9 (фолиевая кислота), В12, С.
Основная биохимическая функция водорастворимых витаминов состоит в участии в многочисленных ферментативных процессах в качестве коферментов. Коферменты – это органические соединения небелковой природы, необходимые для осуществления каталитического действия многих ферментов, которые являются, как правило, производными водорастворимых витаминов. Поэтому авитаминоз сопровождается снижением ферментативной активности многих метаболических процессов. Исключение составляет витамин С, который обладает разнообразной биологической активностью и выступает не только в качестве кофермента некоторых оксидоредуктаз, но и является очень важным антиоксидантом живой природы.
Кроме участия в ферментативных процессах, в качестве коферментов витамины могут выполнять и другие разнообразные биохимические функции, это относится к жирорастворимым витаминам. Понимание роли витаминов позволяет оценить причину появления различных патологических состояний, связанных с нарушением метаболизма веществ. В первую очередь дефицит того или иного витамина приводит к снижению активности соответствующего фермента, торможению метаболического процесса. Поскольку организм является сбалансированной, саморегулирующейся системой, то изменение метаболизма какого-либо вещества влечет за собой изменения в обмене и других метаболитов. На начальной стадии организм способен компенсировать недостаток отдельных витаминов и снизить его отрицательное влияние, путем изменения метаболизма других веществ, такое состояние называется гиповитаминоз. При устранении дефицита витамина организм возвращается в нормальное состояние.
Длительное отсутствие в пищевом рационе витамина, когда ресурсы организма по снижению отрицательного влияния исчерпаны, вызывает развитие авитаминоза, который может привести к летальному исходу. Пагубны для жизнедеятельности организма не только недостаток витаминов, но и их избыток, особенно, если он имеет хронический характер. При этом могут развиваться гипервитаминозы, наиболее опасные при применении жирорастворимых витаминов. Витамины обладают исключительно высокой биологической активностью, при этом высокая степень селективности сочетается с универсальностью их действия. Суточная потребность витаминов обычно составляет от нескольких микрограмм до миллиграмм.
Кроме витаминов, известны витаминоподобные вещества, которые являются важными биологически активными компонентами пищи, хотя их витаминная активность не доказана. К таким относятся рутин (витамин Р), карнитин (витамин Т), ксантоптерин (витамин В14), холин (витамин В4) и убихинон (кофермент Q) и кислоты: оротовая (витамин В13), липоевая (тиоктовая) (витамин N) и пангамовая (витамин В15).
Для идентификации витаминов в пищевых продуктах используют следующие константы: температуру плавления (Тпл, оС), удельное вращение ([α]D20), молярный (ε, М–1×см–1) или удельный () показатели поглощения в УФ-области спектра. Молярный показатель поглощения представляет собой оптическую плотность одномолярного раствора вещества при толщине слоя 10 мм; удельный показатель поглощения – оптическую плотность раствора, содержащего 1 г вещества в 100 мл раствора при той же толщине слоя. Переход от удельного показателя поглощения к молярному выражается следующей формулой:
где М – молекулярная масса.
– удельный показатель поглощения, мл/мкг·см.