II. Vitamin
b. Tổng hợp và phân giải Vitamin B6
- Thực vật: Vitamin B6 có chủ yếu trong mầm ngũ cốc, nấm, rau cải xanh, trái cây. - Động vật: Thịt, sữa, gan, thận, lòng đỏ trứng.
Các nhà khoa học đã áp dụng nhiều phương pháp khác nhau trong công nghệ sản xuất vitamin.Các phương pháp đó là:
• Chiết rút từ nguồn nguyên liệu thực vật và động vật. Trong thực vật thì vitamin B6 có chủ yếu trong mầm ngũ cốc, nấm, rau cải xanh, trái cây. Động vật thì có nhiều trong thịt, sữa, gan, thận, lòng đỏ trứng. Việc điều chế vitamin B6 từ các nguyên liệu thiên nhiên như cám,sản xuất từ bột nguyên cám….thường khó khăn và lâu, lại tốn kém nguyên liệu, vì vậy người ta thường tổng hợp bằng phương pháp hóa học.
• Tổng hợp hóa học: Người ta thường tổng hợp bảng phương pháp hóa học từ xianaxetamit và dẫn xuất của axetylaxeton ( theo Harris, Folkers 1939).
• Tổng hợp sinh học: Sử dụng một số loại nấm men như Candida tropi- calis, C.lipolytica, C. Utilis, Lenbia, Sac. Cerevisiae, tảo Spirulina maxima… Thực vật và nhiều loại vi sinh vật có khả năng sinh tổng hợp vitamin B6 đủ cho nhu cầu của chúng. Ví dụ: các vi khuẩn dạ dày động vật nhai lại, tổng hợp được vitamin B6 và cung cấp cho động vật chủ.Cả ba dạng của vitamin B6 đề hấp thu dễ dàng qua dạ dày ruột. Dù ở dạng nào, chất chuyển hóa không hoạt tính cũng là acid 4 – pyridoxic được thành lập do aldehyd oxidase ở gan rồi được đào thải qua nước tiểu (57%) và phân. Vitamin B6 cần cho hấp thu vitamin B12.Tuy nhiên cũng có nhiều vi sinh vật cũng không có khả năng đó nên đòi hỏi phải cung cấp Piridoxin cho chúng.
Hình 1.7: Sơ đồ tổng hợp và chuyển hóa vitamin B6 trong cơ thể
a. Vai trò và nhu cầu:
Vitamin C còn được gọi là axit ascorbic do được dùng để chữa trị bệnh Scorbut, là một vitamin được biết nhiều nhất, lần đầu tiên được Silva ( 1918-1925 ) lấy riêng từ chanh và được gọi là yếu tố khử. Sau đó lại được Apogian ( 1920-1925 ) chiết suất và cuối cùng đến năm 1928 nhà hóa- sinh học Szent-Gyưrgyi đã tách riêng vitamin này từ lớp màng bao tuyến thượng thận và từ quả chanh và gọi nó la “ axit hexuronic”, Hicret (1933), Michel và Craft (1933) đã xác định được cấu tạo của nó.
Công thức cấu tạo của vitamin C cho thấy nó là một dẫn xuât của đường. Tính chất khử của vitamin C phụ thuộc vào sự có mặt của nhóm dienol trong phân tử của nó.
Hình 1.8: Công thức cấu tạo vitamin C
Vitamin C là chất chống oxy hóa bảo vệ tế bào, thúc đẩy hấp thụ sắt, góp phần tổng hợp chất truyền thần kinh và collagen.
Đa số động vật, trừ chuột bạch, khỉ và người đều có khả năng tổng hợp được vitamin C từ đường glucoza. Sở dĩ người không có khả năng đó có lẽ vì thiếu các enzym đặc hiệu xúc tác cho sự chuyển hóa glucoza thành vitamin C.
Vitamin C được hấp thu dễ dàng qua niêm mạc ruột, không tích lũy trong cơ thể, thải trừ qua nước tiểu dạng oxalat.
Vitamin C có thể thu nhận từ các loại trái cây họ cam chanh như cam, chanh, quýt, bưởi… và một số trái cây khác. Tuy nhiên, vitamin C cũng có thể tổng hợp bằng các phương pháp hóa học và nhờ vi sinh vật .
Tổng hợp theo con đường hóa học:
• Lần đầu tiên Reichstein (1933) và Hawort (1933) đã tổng hợp được nó. Lúc đầu lấy từ các nguyên liệu thiên nhiên khác nhau như : kim anh, lá nhọn, cam, chanh… nhưng về sau nhận thấy rằng các phương pháp bán sinh tông hợp sẽ tốt hơn và có khả năng cung cấp đầy đủ hơn cho nhu cầu y tế, thực phẩm,…
• Axit Ascorbic được tổng hợp từ L-socboza, oxy hóa chất này qua dạng dẫn chất diaceton (H+) thành axit 2-ceto-L-gulonic rồi đồng phân hóa chất này thành axit L-ascorbic.
• Điều chế L-Socboza bằng cách oxy hóa bằng men D-Socbit, chất này trong thiên nhiên có trong quả thanh lương trà, nhưng trong công nghiệp thì đi từ D- glucoza, đem khử chất này thì được D- socbit.
• Điều chế D-glucoza bằng cách thủy phân tinh bột.
• Điều chế D-socbit bằng cách khử điện phân hoặc tốt hơn là khử xúc tác D-glucoza tiến hành khử trong nồi hấp ở áp suất 80-100atm và nhiệt độ 1350C.
Tổng hợp nhờ vi sinh vật:
Các chủng sau đây có thể tổng hợp được vitamin C:
• Vi khuẩn Acetobacter. Suboxidans ( hiệu suất chuyển hóa là 95% ); A.xylium, A. Xylinoides. Những chủng này còn có khả năng chuyển D-Socbic thành L-Socboza, đặc điểm này được áp dụng trong một giai đoạn của sự tổng hợp hóa học vitamin C.
• Các chủng A. mesoxidans, A.melanogenum, A.suboxidans Ps. Fluoreecens...còn có khả năng chuyển hóa thẳng từ socbic đến vitamin C.
Vitamin C tham gia nhiều phản ứng hóa học trong quá trình chuyển hóa chất ở các tế bào. Do lượng vitamin C có nhiều ở các tuyến nội tiết như tuyến thượng thận, tuyến giáp, tuyến sinh dục nhiều nhà khoa học đã cho rằng:
- Vitamin C có thể có vai trò tổng hợp một số hoocmon (như hoocmon corticosteroid ).
- Chống sự oxy hóa nên bảo vệ được các màng tế bào chống lại sự lão hóa da. - Kích thích sự tổng hợp và duy trì sức bền ở tế bào da, gân, mạch máu, răng, xương.
- Tham gia tổng hợp một số tế bào thông tin có liên quan tới sự chú ý tập trung trí tuệ.
- Giúp cơ thể hấp thụ dễ dàng chất sắt trong tá tràng, và loại bỏ các nguyên tố kim loại độc hại như thủy ngân, chì, ..
- Kích thích hoạt động của hệ thống miễn nhiễm, giúp cơ thể chống lại sự viêm nhiễm do vi khuẩn và virut.
- Hạn chế sự hoạt động của chất histamin, là chất có khả năng gây dị ứng và sẩy thai.
Vitamin C là chất chống oxy hóa mạnh, nó đóng vai trò 1 hệ thống oxy hóa- khử, là cofactor trong một số phản ứng oxy hóa và amid hóa.
Tổng hợp các thành phần của mô liên kết, xúc tác cho sự chuyển hóa nhiều hợp chất thơm thành các dạng phenol tương ứng. Ví dụ, quá trình hydroxyl hóa triptophan thành hydroxytriptophan hoặc phenylalanin chuyển thành tyrozin. Phản ứng chuyển amin hóa giữa tyrozin và axit alpha- xetoglutaric tạo nên sản phẩm là axit paraoxyphenylpyruvic cũng thực hiện với sự tham gia của vitamin C. Ngoài ra, vitamin C còn tham gia điều hòa sự tạo AND từ ARN hoặc chuyển procollagen thành collagen. Nhờ quá trình hydroxyl hóa prolin tạo nên chất oxyprolin cần thiết cho sự tổng hợp collagen. Chính vì vậy, nó có tác dụng làm cho vết thương chóng liền sẹo.
Ngoài collagen, vitamin C còn góp phần tổng hợp proteoglycan và các thành phần hữu cơ khác của chất cơ bản gian bào( intercellular matrix ) tất cả để tạo mô liên kết, loại mô có trong răng, xương và nội mô mao mạch.
Vitamin C có liên quan tới sự trao đổi gluxit ở cơ thể, vì khi bị bệnh hoại huyết trao đổi gluxit ở cơ tim bị rối loạn, sự phân giãi glycogen và glucoza tăng lên mạnh, đồng thời tăng tích lũy axit lactic. Hiện tượng này sẽ biến đi nhanh chóng nếu thêm vitamin C vào các chất dinh dưỡng.
Vitamin C điều hòa men aconitase, men này chuyển axit citric thành axit cisaconitic trong chu trình Krebs để chuyển hóa glucid.
Tham gia tổng hợp steroid vỏ thượng thận, ngăn ngừa thành lập nitrosamin, một chất gây ung thư dạ dày ( nitrosamin được tạo ra từ thực phẩm có nitrit như thịt hun khói, lạp xường…).
Axit ascorbic tham gia chuyển hóa Fe3+ trong thực phẩm thành Fe2+ là dạng hấp thu qua ruột, vì vậy nếu thiếu nó sẽ bị thiếu máu.
Chuyển hóa axit folic thành axit folinic, methemoglobin(Fe3+) thành hemoglobin, góp phần tổng hợp epinephrin và norepinephrin.
Tổng hợp carnitin là chất mang làm thuận lợi cho sự vận chuyển axit béo vào ti thể để beta-oxy hóa.
Vitamin C có nhiều trong các loại rau quả như cam, chanh, dâu, dưa chuột…còn trong các loại hạt ngũ cốc thì hầu như không có vitamin C. Hàm lượng vitamin C biến đổi nhiều phụ thuộc vào loài, vị trí trồng trọt và các yếu tố như độ chiếu sáng, khí hậu…, trong môi trường axit, vitamin C khá ổn định, vì vậy khi chiết rút vitamin C từ các nguyên liệu, người ta thường dùng các axit tricloaxetic hoặc metaphosphoric.
Dựa vào tính chất chống oxy hóa của axit ascorbic, người ta thường thêm ascorbic vào dịch quả để ngăn cản quá trình sẫm màu. Nó còn được sử dụng để bảo vệ tocopherol và cả vitamin A ở thịt khi bảo quản, vì axit ascorbic là nguồn dự trữ hydro, nó có thể nhường hydro trực tiếp cho các peroxyt.
Vitamin C là một chất rất nhạy cảm với nhiệt độ, ánh sáng nên để giữ được nó người ta thường thêm một số chất ổn định, ví dụ đường saccaroza, axit hữu cơ, sorbitol, glyxerin hoặc một số hợp chất của antoxian, flavonoit. Các hỗn hợp thiên nhiên như các flavin, carotenoit bảo vệ được vitamin C tốt hơn so với các chống õy hóa thông thường khác.
2.5 VITAMIN H (Biotin) :
Công thức cấu tạo của vitamin H:
Vitamin H hay biotin được tách ra ở dạng tinh thể năm 1936 từ lòng đỏ trứng. Nó là một loại axit monocacboxylic cá cấu trúc vòng. Một vòng là imidadol, một vòng là tiophen.
Vitamin H hay còn gọi là vitamin B8 được tìm thấy năm 1931 bởi nhà sinh hóa học Gyưrgyi, trong quá trình nuôi các con chuột thí nghiệm bằng lòng trắng trứng. Gyưrgyi cho rằng đây là một loại vitamin đặc biệt cần thiết cho da, bởi vậy vitamin này được gọi là vitamin H ( do từ Haut trong tiếng Đức có nghĩa là da ). Mãi tới năm 1942 nhà sinh- hóa học Hari mới điều chế được bằng phương pháp tổng hợp.
Vitamin H có ở trong các tế bào động vật và thực vật, có nhiều ở gan, lòng đỏ trứng, quả cật của súc vật….Trong cơ thể người, vitamin B8 được ruột non hấp thụ qua quá trình tiêu hóa thức ăn, được máu đưa tới mọi tế bào, được dự trữ ở gan và đào thải qua nước tiểu chủ yếu dạng không biến đổi và một số lượng kém hơn chúng chuyển hóa bis-norbiotin và biotin sulfoxit. Động vật có vú không có khả năng phân hủy hệ thống vòng trong cấu tạo của biotin.
b. Tổng hợp vitamin H :
Biotin là vitamin cần thiết cho sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật thường do Pseudomonas; Lenbia; C. Ultilis; Torula và một số nấm men khác tổng hợp nên.
Việc tổng hợp biotin theo phương pháp hóa học bắt đầu từ quá trình xây dựng các thành phần vòng sau đó gắn thêm nhánh bên là khá lâu và phức tạp. Vì vậy, mãi cho tới năm 1945 người ta đã đưa ra một phương pháp đơn giản để tổng hợp một chất tương tự với chất destiobiotin dẫn xuất của biotin, đó là chất hexylglyoxylidon, chất này có hoạt tính tương tự destiobiotin. Khi nuôi cấy nấm men và đưa thêm vào môi trường chất hexylglyoxylidon sẽ thu được rất nhiều biotin.
c. Phân giải vitamin H:
Biotin là đồng yếu tố cho các phản ứng cacboxyl hóa của 4 chất nền: pyruvat, acetyl CoA, propyl CoA và beta-metylcrotonyl nên biotin có vai trò quan trọng trong chuyển hóa mỡ, carbohydrat và axit amin.
Biotin tham gia vào thành phần của các loại enzym xúc tác cho các quá trình carboxyl hóa., tham gia các phản ứng hoạt hóa và vận chuyển CO2, gồm 2 giai đoạn:
- Gắn CO2 vào hỗn hợp biotin-enzym [CO2-Biotin-Enzym]
- Vận chuyển phức hợp [CO2-Biotin-Enzym] đến chất nhận thích hợp. Gồm những phản ứng cụ thể như sau:
- Carboxyl hóa acetat cần cho tổng hợp axit béo.
- Carboxyl hóa pyruvat cần cho tái tạo glucose và tiếp tục chu trình Krebs.
- Carboxyl hóa propionat cần cho chuyển hóa axit amin có dây nhanh và threonin - Carboxyl hóa beta-metylcrotonyl CoA cần cho chuyển hóa leucin sản phẩm của phản ứng này dẫn đến thành lập HMG-CoA, một chất quan trọng trong tổng hợp hormon steroid.
Biotin có thể kết hợp với một loại protein độc của trứng gà gọi là avidin, quá trình kết hợp này xảy ra ở ruột. Vì vậy, viẹc sử dụng nhiều trứng gà sống làm thực phẩm sẽ gây ra thiếu biotin trong cơ thể. Nếu đun chín thì avidin sẽ không còn khả năng tạo phức hợp với biotin.
Do tính phổ biến ở nhiều sản phẩm dinh dưỡng và được tổng hợp bởi các vi khuẩn đường ruột nên bình thường nhu cầu về biotin được thỏa mãn đầy đủ.
2.6 VITAMIN B12 (Cyanocobalamin) :
Trọng lượng phân tử: 1355.36
Công thức hóa học:C63H88CoN14O14P
Tên theo hệ thống IUPAC: α-(5,6-dimethylbenzimidazolyl)cobamidcyanide
Công thức cấu tạo:
Vitamin B12 là đồng yếu tố của hai loại phản ứng men thiết yếu: - Đồng phân hóa.
- Vận chuyển nhóm methyl (transmethyl hóa).
Hai loại phản ứng này có những vai trò quan trọng liên quan vấn đề tạo máu và tính toàn vẹn của hệ thần kinh.
- Tạo máu : Trong tủy xương, vitamin B12 tham gia vào cùng một lúc quá trình trưởng thành và sự nhân lên của hồng cầu. Trường hợp thiếu vitamin B12, suy nhiều dòng tế bào dẫn đến tăng kích thước của các tế bào được sinh ra. Điều này làm cho hồng cầu khổng lồ, được gọi là tế bào lớn.
- Tính toàn vẹn của hệ thần kinh : Thiếu vitamin B12 đưa đến thoái biến dây thần kinh ngoại biên, tủy sống và đôi khi não. Điều này bắt đầu bởi tổn thương vỏ bảo vệ của các đầu tận cùng dây thần kinh, myelin.
Vitamin B12 ảnh hưởng đến tính hiệu quả của hệ miễn dịch, và đặc biệt tiết ra kháng thể.
Ảnh hưởng đến quá trình nhân đôi của ADN trong tế bào, tổng hợp methionin. Nhìn chung, vitamin B12 rất cần thiết cho quá trình nhân lên của tế bào. Thiếu B12 ảnh hưởng một cách đặc biệt đến tất cả các mô mà trong đó quá trình nhân đôi xảy ra nhanh chẳng hạn ở máu, ruột non, tử cung.
Vitamin B12 tham gia vào chức năng của hệ thống thần kinh (trí nhớ, khả năng học…) và quá trình phát triển hài hòa ở trẻ em. Nó còn có tác dụng chống mệt mỏi và kích thích.
Thực phẩm có nhiều vitamin B12 (3-10 mcg/100g trọng lượng ướt) là sữa bột không béo, một số hải sản (cua, cá hồi, cá sardine) và lòng đỏ trứng. Những thực phẩm có vitamin B12 lượng vừa là các sản phẩm sữa lỏng, kem, bơ. Nguồn vitamin chính trong khẩu phần là thịt động vật (đặc biệt là gan), trứng và các thức ăn từ sữa.
Vitamin B12 có công thức cấu tạo khá phức tạp, do đó sẽ gặp khó khăn nhiều khi tổng hợp bằng phương pháp hóa học. Do vậy B12 là vitamin đầu tiên được tổng hợp theo con đường sinh học và hiện nay cũng là phương pháp chủ yếu sản xuất B12.
Ở động vật và thực vật hầu như không có khả năng tổng hợp vitamin này, ngược lại xạ khuẩn và một số loài vi khuẩn lại có khả năng tổng hợp tốt B12.
- Từ xạ khuẩn: Actinomyces Olivaceus; Act. Griseus; Act. Aureopaciens; Act. Antibiocus…
- Từ vi khuẩn: Propionibacterium. Shermaxii và các loài propionibacterium khác. Sử dụng Pre.Shermanii sau 80 giờ nuôi cấy thu được khoảng 23mg B12/lít môi trường nuôi.
Trong 2 loại vi sinh vật nói trên, đáng kể là Actinomyces Olivaceusvà Propionibacterium có giá trị trong công nghiệp sản xuất B12. Lượng B12 thu đ9ược trong 1ml canh trường khoảng 6-8 microgam. Hàng năm Mỹ sản xuất khoảng 4000kg B12 bằng phương pháp này.
c. Phân giải vitamin B12:
Vitamin B12 được hấp thu bởi đoạn cuối ruột non. Sự hấp thu vitamin B12 cần có yếu tố nội tại (glucoproteit ) và enzyme phân hủy protein của tụy. Khi chuyển vào cơ thể, vitamin B12 gắn với một hợp chất glucoproteit (một protein do tế bào thành của niêm mạc dạ dày tiết ra) để tạo nên một phức hợp dễ hấp thu cho cơ thể. Vitamin B12 được hấp thu vào protein trong máu sau đó nó được giải phóng khỏi protein trong quá trình tiêu hoá nhờ axit hydrocloric sinh ra trong dạ dày.
Phần II:
I. Đại cương về khoáng chất:
Cơ thể người ta có gần 60 nguyên tố hóa học. Một số chất có hàm lượng lớn trong cơ thể được xếp vào nhóm các yếu tố đa lượng (macroelements), số khác có hàm lượng