Otázka: Vitamin C a jeho reakce
Předmět: Chemie
Přidal(a): Lucie Střihavková
SEMINÁRNÍ PRÁCE
3.1 Chemická struktura a vlastnosti
3.2 Doporučený denní příjem vitaminu C
4.1 Enzymová oxidace – Vznik dehydroaskorbové kyseliny
1 Úvod
Vitamin C je nedílnou součástí našich životů. Setkáváme se s ním prakticky ve všem, co konzumujeme. Od ovoce a zeleniny přes vejce až po maso. Avšak v každé z těchto potravin se nachází v jiném množství. Vitamin C si není naše tělo schopno vytvářet samo, a proto ho musíme přijímat právě z těchto potravin. Při jeho případném nedostatku lze vitamin C doplnit skrze různorodé doplňky stravy, které se dají koupit v běžném obchodě.
Velkou nevýhodou tohoto vitaminu je fakt, že lehce podléhá degeneraci (snižuje se jeho množství, protože je přeměňován na jiné sloučeniny) při mechanickém poškození, jako je například loupání či krájení potravin. Dále je velmi náchylný na vysoké teploty či nešetrné vaření potravin, které ho obsahují.
V této seminární práci bych chtěla nejvíce vyzdvihnout reakce vitaminu C s ostatními látkami při jejich současném požití a jeho případné dopady na lidský organismus, jak ty pozitivní, tak i ty negativní.
Kromě jeho zdrojů bych se chtěla zaměřit na problémy při jeho nedostatku či nadměrném požití a nemocemi spojenými s těmito stavy. Dalším bodem, o kterém bych se chtěla rozepsat, je jeho využití v průmyslu.
2 Vitaminy
Vitaminy jsou organické nízkomolekulární sloučeniny. Jedná se o látky potřebné pro látkovou přeměnu a její regulaci. Nejsou zdrojem energie ani stavebním materiálem pro naše tělo. Mají spíše funkci jako součást katalyzátorů biochemických reakcí. Pro člověka jsou vitaminy esenciální – naše tělo si není schopno tyto látky samo syntetizovat, a proto musí být přijímány z potravy. Pro všechny živočichy toto ale neplatí. Někteří živočichové a všechny fotosyntetizující zelené rostliny jsou schopni si vitaminy syntetizovat sami, a tudíž je nepotřebují přijímat z potravy. Vitaminy jako takové byly objeveny a syntetizovány až ve 20. století. Prvním popsaným vitaminem byl vitamin B1. (Velíšek a Hajšlová, 2009)
Nejběžnější dělení vitaminů je dle společné fyzikální vlastnosti – rozpustnosti ve vodě a v tucích.
Vitaminy rozpustné ve vodě se nazývají hydrofilní vitaminy. Jedná se o 9 vitaminů. Zahrnují tzv. vitaminy skupiny B neboli vitaminy B-komplexu (thiamin, riboflavin, niacin, pyridoxin, pantothenová kyselina, biotin, folacin a korinoidy) a vitamin C. (Velíšek a Hajšlová, 2009)
Tyto vitaminy nejsou většinou ukládány v organismu vůbec nebo jen v opravdu malém množství a jejich přebytek je vylučován močí. Čím větší je příjem těchto vitaminu, tím méně se vstřebávají a k předávkování neboli tzv. hypervitaminose, téměř nedochází. Příznaky případné hypervitaminosy jsou: nevolnost, zvracení a močové kameny.
Vitaminy rozpustné v tucích se nazývají lipofilní vitamíny. Jedná se o 4 vitaminy- vitamin A, D, E a K. Tyto vitaminy jsou ukládány v játrech. (Ungerová-Gőbelová, 1999)
3 Vitamin C
3.1 Chemická struktura a vlastnosti
Základní biologicky aktivní sloučeninou je L-askorbová kyselina, jejíž sumární vzorec je C6H8O6. Ta byla popsána během 20.let 20.století Albertem Szent-Györgyim.(Ungerová-Gőbelová, 1999) Je to dvojsytná kyselina jelikož obě její hydroxylové skupiny jsou schopny disociovat[1]. Je to látka rozpustná ve vodě. Tato krystalická látka má bílou barvu. Kyselina askorbová je velmi málo tepelně odolná a podléhá snadno oxidaci. Patří mezi významné antioxidanty[2] a chelatační činidla[3]. V našem těle se vyskytuje jako aniont.
Pod pojem vitamin C spadá celý redoxní systém obsahující produkty oxidace kyseliny askorbové. Oxidací jednoelektronovou vzniká L-monodehydroaskorbová kyselina a dvouelektronovou oxidací pak L-dehydroaskorbová kyselina. (Velíšek a Hajšlová, 1999)
3.2 Doporučený denní příjem vitaminu C
Doporučený denní příjem závisí na spoustě faktorech jako například: věk, těhotenství, zvýšená fyzická zátěž, kouření či užívání jiných chemických látek. (Kudlová et al., 2009) Doporučený denní příjem závisí i na státu, který vyhlášku vydal. (Pro Českou republiku je pro dospělou osobu doporučeno 60 mg/den, pro Kanadu se uvádí 25-40 mg/denně, pro Severské země je denní doporučená dávka na 75 mg) (Buchanec a kol., 2005). Zpravidla se však s rostoucím věkem zvyšuje i potřeba vitaminu C.
Doporučený denní příjem vitaminu C v České republice je následující:
| Děti do půl roku | 30 mg |
| Děti 0,5- 1 rok | 35 mg |
| Děti 1- 3 roky | 40 mg |
| Děti 4- 10 let | 45 mg |
| Děti 11- 14 let | 50 mg |
| Dospívající 15 a více | 60 mg |
| Těhotné ženy | 70 mg |
| Kojící ženy | 95 mg |
Tabulka 1: Doporučený denní příjem vitaminu C pro ČR (2015)
Hypervitaminóza je onemocnění způsobené přílišným množstvím vitamínů nahromaděných v organizmu. U vitaminu C se objevuje jen ojediněle, jelikož spadá do skupiny vitaminů, které jsou rozpustné ve vodě. (Janíček a Halačka, 1985) Jak již bylo zmíněno, tyto vitaminy se neukládají v těle a jejich přebytek je vylučován močí. Zároveň má vlastnost, při které dochází se zvýšeným příjmem ke sníženi absorpce. Při podání extrémně vysoké dávky vitaminu C (překračujících 10 g vitaminu C za den) mohou nastat symptomy předávkování jako je nevolnost, zvracení či močové kameny. (Ungerová-Gőbelová, 1999)
Hypovitaminóza je chorobný stav způsobený částečným nedostatkem určitého vitaminu. Jedná se o lehčí formu avitaminózy (viz kapitola 3.2.3). Nedostatek vitaminu C se často projevuje nadměrnou únavou, náchylností k infekčním onemocněním, nespavostí, zhoršením hojení ran, depresivními náladami. Sklony k nadváze mohou být taktéž zapříčiněny nízkým příjmem vitaminu C. (Hlúbik a Opltová, 2004)
Hypovitaminóza je zapříčiněná hlavně špatnými stravovacími návyky, zejména když není v jídelníčku obsažen dostatek zeleniny a ovoce. (Ungerová-Gőbelová, 1999)
Avitaminóza je chorobný stav vyvolaný naprostým nedostatkem určitého vitaminu.
Avitaminóza vitaminu C vyvolává onemocnění zvané kurděje či skorbut. To bylo popsáno již v 16. století př. n. l. a až do 18. století zůstalo nejčastější příčinou úmrtí námořníků.
Příznaky kurdějí se odvozují od nedostatečné hydroxylace prolinu v prokolagenu, což má za důsledek narušení syntézy kolagenu (viz kapitola 5.1) Mezi hlavní symptomy proto patří zejména poruchy vazivových tkání projevující se vypadáváním zubů, poškozením kapilár a otoky sliznic. Dále se projevují únavou, apatií a silnými krevními výrony. (Hlúbik a Opltová, 2004)
Hlavními zdroji vitaminu C jsou zejména potraviny rostlinného původu, především čerstvé ovoce a zelenina. Tepelnou úpravou či reakcí s kyslíkem se obsah vitaminu C v potravinách snižuje, proto je doporučeno jíst zeleniny a ovoce převážně za syrova.
| Potraviny rostlinného původu | Obsah vitaminu C (mg/100 g) | Potraviny živočišného původu | Obsah vitaminu C (mg/100 g) |
| šípek | 800 | slepičí játra | 45 |
| červená paprika | 200 | hovězí ledvinky | 15 |
| černý rybíz | 180 | jikry | 13 |
| jahody | 60 | drůbež | 5 |
| špenát | 55 | hovězí maso | 2 |
| citron | 50 | polotučné mléko | 1 |
| červená řepa | 13 | vejce | 0-1 |
| brambory | 7-30 | máslo | 0,3 |
Tabulka 2: Průměrný obsah vitaminu C ve vybraných potravinách (Žamboch, 1996)
Díky svým vlastnostem (funkce vitaminu, antioxidantu a chelatačního činidla) má askorbová kyselina široké využití v potravinářském a konzervárenském průmyslu. Dále se používá při ztužování tuků či chemické úpravě cereálií. Jako antioxidant se nejčastěji vyskytuje ve vodě ve formě rozpustné soli kyseliny askorbové konkrétně jako natrium-askorbát (askorbát sodný). Kyselina askorbová je často přítomna při inhibování tvorby nitrosaminů (látky vznikající z dusitanů, které jsou přidávány do masa a při tepelné úpravě se stávají karcinogenními) v nakládaném mase. Často se přidává k ovocným džusům jako prevence nežádoucích změn aroma vyvolaných oxidací. V množství mezi 20 až 30mg/kg je prevencí tvorby chladových a oxidačních zákalů piva. Při výrobě vína lze díky této látce snížit potřebu oxidu siřičitého při síření. (Velíšek a Hajšlová, 1999)
4 Vitamin C a jeho reakce
4.1 Enzymová oxidace – Vznik dehydroaskorbové kyseliny
K enzymové oxidaci nejčastěji dochází mechanickým poškozením rostlinných pletiv, například krájením či loupáním, kde je oxidace urychlena především enzymem askorbátoxidasou. Askorbátoxidosa oxiduje askorbovou kyselinu pouze za přítomnosti vzdušného kyslíku. Obecně můžeme tuto reakci popsat chemickou rovnicí, ve které zjednodušeně označím kyselinu askorbovou jako H2A a A jako dehydroaskorbovou kyselinu:
2 H2A + O2 ↔ 2 A + 2 H2O.
Tato reakce se opakuje, dokud veškerá askorbová kyselina nezoxiduje. Reakce je vratná, tudíž kyselina dehydroaskorbová může být zpětně zredukovaná na kyselinu askorbovou. Často se k tomu využívají cysteiny, glutathiony či thioly. (Velíšek a Hajšlová, 1999)
Zřejmě nejvýznamnější reakcí askorbové kyseliny je oxidace vzdušným kyslíkem označovaná jako autooxidace. Tento proces způsobuje většinu ztrát v potravinách při jejich úpravě a zpracovávání. Reakce nezávisí na přítomnosti, či nepřítomnosti iontů přechodných kovů. Závisí však na hodnotě pH prostředí. V kyselejším prostředí je průběh reakce pomalejší, v neutrálním rychlejší a v alkalickém prostředí probíhá reakce nejrychleji. Tato urychlující účinnost reakce spočívá v tom, že askorbová kyselina tvoří s iontem kovu a s kyslíkem stabilní ternární komplex („trojstrannou dohodu“, např. enzym-kofaktor-substrát), kde je přítomna ve formě aniontu HA–. Proto roste rychlost průběhu reakce s rostoucí hodnotou pH.
V tomto procesu dojde k přenosu dvou elektronů z askorbové kyseliny prostřednictvím iontu kovu na kyslík. Celý komplex disociuje[4] a vznikne dehydroaskorbová kyselina, peroxid vodíku a regeneruje se iont kovu.
Vzniklý peroxid vodíku může dále oxidovat další složky potravin jako jsou například anthokyanová barviva, což jsou nejdůležitější, ve vodě rozpustná barviva cévnatých rostlin. Ta způsobují zbarvení rostlin či plodů. Při reakci anthokyanových barviv s peroxidem se zbarvení mění. (Velíšek a Hajšlová, 1999).
Kyselina askorbová reaguje s ionty kovu dvěma způsoby. Může tvořit s ionty kovu rozsáhlé komplexy anebo za určitých podmínek (jako je například nízká hodnoty pH prostředí či je-li kyselina askorbová přítomna v nízkých koncentracích) ionty kovů redukuje. (Combs, 2012).
Kyselina askorbová má významný vliv na vstřebávání železa. Z potravy se železo nejčastěji vstřebává ve formě železnatého iontu Fe2+. Železité ionty Fe3+ se vstřebávají méně. Kyselina askorbová zvyšuje i absorpci nehemového železa. Nehemové železo (na rozdíl od hemového které je vázáno na hemoglobin či svalový myoglobin) se lehce váže při průchodu trávicím ústrojím s řadou potravin, které významně snižují rozsah jeho vstřebávání. Kyselina askorbová totiž napomáhá k redukci nehemového železa na Fe2+, což je v našem těle lépe vstřebatelná látka.
Redukční reakce kyseliny askorbové s Fe2+ a Fe3+probíhají především v žaludku. Kyselina askorbová dále podporuje železo k začlenění do, pro naše tělo netoxické, formy feritinu[5]. (Abbaspour a spol., 2014)
Kyselina askorbová reaguje s látkami, které snižují vstřebávání železa, jako jsou fosfáty, polyfenoly, bílkoviny mléčných výrobků a vápník, čímž dále zvyšuje dostupnost železa. (Combs, 2012)
5 Metabolismus
Kyselina askorbová se podílí na syntéze různých látek jako kofaktor[6] enzymů monooxygenáz nebo dioxygenáz. K monooxygenázám závislým na kyselině askorbové patří například dopamin β-hydroxyláza, důležitá pro syntézu noradrenalinu. K dioxygenázám závislým na kyselině askorbové patří např. kolagen prolyl 4-hydroxyláza. Dále zastává úlohy antioxidantů, kde využívá svých redoxních vlastností. (Combs, 2012)
Vitamin C se významně podílí na syntéze kolagenu. Ten zastává funkce hlavní bílkoviny v pojivové tkáni. Vitamin C působí jako kofaktor enzymů, které obsahují železo. Konkrétně se jedná o enzymy: prolyl-4-hydroxylázy, prolyl-3-hydroxylázy a lysyl-hydroxylázy. Kyselina askorbová udržuje iont železa v redukované formě. Výše uvedené enzymy urychlují hydroxylaci[7] prolylových a lysolových zbytků za současně probíhající dekarboxylace[8] 2-oxoglutarátu na sukcinát. Tato posttranslační modifikace [9]stáčí prokolagen, což je výchozí látka pro tvorbu kolagenu, do trojité šroubovice. (Combs, 2012)
Dále hydroxyprolin napomáhá ke zvýšení tuhosti prokolagenu a hydroxylysin váže sacharidy na prokolagen a vytváří tak pevné mezimolekulové spoje, které zvyšují soudržnost prokolagenu. Enzymy hydroxyprolin a hydroxylysin jsou schopny reagovat i při absenci kyseliny askorbové, ovšem přibližně za 5- 10s začne docházet k oxidaci železa a pro následné pokračování reakce je nutné dodat kyselinu askorbovou. (Bender, 2005)
Jedním z příkladů, jak malé množství vitaminu C může ovlivňovat aktivitu enzymů, je nemoc zvaná kurděje. Následkem nedostačující redukce Fe3+ na aktivní formu Fe2+, ke které je vitamin C potřeba dochází ke snížení aktivity enzymu P4H, což vede k narušení hydroxylace kolagenu. Když je hydroxylace kolagenu narušena, nedochází k dokonalému zesíťování (cross-linking) kolagenu a vznikají příznaky kurdějí. Po dodání vitaminu C se hydroxylace kolagenu dokáže obnovit. (Bender, 2005)
Katecholamin je sloučeninou obsahující katechol (benzen se dvěma sousedními hydroxylovými skupinami) a postranní řetězec s aminovou skupinou. Mezi katecholaminy se řadí např. adrenalin, noradrenalin či dopamin. Katecholaminy mají velký význam jako neurotransmitery[10]. (Bender, 2005) Vitamin C působí při syntéze katecholaminů jako donor elektronu pro enzym dopamin-β-monooxygenázu, která obsahuje měď. Tím se vitamin C účastní přeměny dopaminu na noradrenalin. Katecholaminy se vyskytují v nervových synapsích[11] a v chromafinních[12] buňkách dřeně nadledvin, kde jsou skladovány ve váčcích. Zároveň se kyselina askorbová oxiduje na kyselinu dehydroaskorbovou, při tom dochází k redukci iontu mědi Cu2+ na Cu+. (Combs, 2012)
Jak je již výše uvedeno, vitamin C je významný antioxidant. Vitamin C zmírňuje dopad reaktivních forem kyslíku, organických látek či dusíku. Kyselina askorbová se při reakci s volnými radikály postupně oxiduje na askorbylradikál a dále na dehydroaskorbovou kyselinu. Vitamin C ochraňuje organismus před reaktivními formami kyslíku vznikajícími uvolněním z dýchacího řetězce či v průběhu nervové synapse. Dále napomáhá ke zbavování se superoxidů[13] nebo hydroperoxidů[14] z organismu vzniklých z aktivovaných bílých krvinek při zánětu. Vitamin C nepřímo brání peroxidaci lipidů[15] obnovováním radikálů vitaminu E a radikálů látek jemu příbuzných. Účastní se i obrany proti oxidaci bílkovin i DNA. Reaktivní formy kyslíku reagují s bílkovinami a díky tomu vznikají nefunkční karbonylové deriváty. Předpokládá se, že se vitamin C podílí na opravě těchto poškozených bílkovin. (Combs, 2012)
6 Závěr
Jak jsem v průběhu mé seminární práce zjistila, vitaminy jsou organické nízkomolekulární sloučeniny. Nejsou sice zdrojem energie ani stavebním materiálem, přesto jsou pro naše tělo velmi důležité ve funkci katalyzátorů. Naše tělo si není schopno tyto látky syntetizovat, jsou to takzvané esenciální látky. Vitaminy dělíme do dvou skupin: rozpustné ve vodě a rozpustné v tucích.
Vitamin C, který patří mezi nejdůležitější z nich, je dvojsytná kyselina rozpustná ve vodě. Patří mezi významné antioxidanty a chelatační činidla. Má krystalickou strukturu a charakteristicky bílou barvu. Pod pojem vitamin C spadá celý redoxní systém obsahující produkty oxidace kyseliny askorbové. Zajímavostí je, že si každý stát stanovil jeho jiný doporučený denní příjem. Samozřejmě závisí i na věku osob či jejich tělesném a zdravotním stavu.
Při jeho nadměrném požití dochází k vyloučení přebytečného množství močí. Pouze u ojedinělých případů dochází k předávkování (hypervitaminóze), které se projevuje nevolností, zvracením či močovými kameny. Naopak při jeho nedostatku nastává hypovitaminóza až avitaminóza. Nedostatek vitaminu C vyvolává onemocnění zvané kurděje, narušení syntézy kolagenu či otok sliznic.
Díky svým vlastnostem (funkce vitaminu, antioxidantu a chelatačního činidla) má askorbová kyselina široké využití v potravinářském a konzervárenském průmyslu. Dále se používá při ztužování tuků, jako antioxidant nebo také při inhibování tvorby nitrosaminů v mase.
Mechanickým poškozením rostlinných pletiv jako je krájení dochází k oxidaci kyseliny askorbové na kyseliny dehydroaskorbovou. Nejvýznamnější reakcí askorbové kyseliny, při které dochází nejvíce ke ztrátám vitaminu C v potravinách, je autooxidace, která závisí na hodnotě pH prostředí.
Kyselina askorbová má významný vliv na vstřebávání železa do našeho těla. Napomáhá i k efektivnějšímu vstřebávání nehemového železa, které redukuje na Fe2+. Dále kyselina askorbová reaguje s látkami, které snižují vstřebávání železa, čímž více zvyšuje dostupnost železa. Vitamin C se také významně podílí na syntéze kolagenu, při jeho nedostatku dochází k výše zmíněním kurdějím, které se projevují nedokonalým zesíťováním kolagenu.
Kyselina askorbová působí při syntéze katecholaminů jako donor elektronu pro dopamin-β-monooxygenázu, čímž se účastní přeměny adrenalinu na noradrenalin. Vitamin C je významný antioxidant. Jedním z antioxidačních účinků je ochrana organismu před reaktivními formami kyslíku vznikajícími uvolněním z dýchacího řetězce či v průběhu nervové synapse. Účastní se i obrany proti oxidaci bílkovin i DNA. Reaktivní formy kyslíku reagují s bílkovinami a díky tomu vznikají nefunkční karbonylové deriváty.
7 Seznam literatury
Velíšek, Jan a Hajšlová, Jana. Chemie potravin. 2. Rozš. a přeprac. 3. vyd. Tábor: OSSIS, 2009. ISBN 978-80-86659-17-6.
UNGEROVÁ-GŐBELOVÁ, U. Vitaminy. Praha: Ikar, 1999. ISBN 80-7202-508-2.
VELÍŠEK, Jan a Jana HAJŠLOVÁ. Vitamin C. In: Chemie potravin 2. Tábor: OSSIS, 1999. ISBN 80-902391-4-5.
BUCHANEC, J., MIKLER, J., ĎURDÍK, P., ČILJAKOVÁ, M. Vitamín C – čo o ňom (ne)vieme. Klinická farmakologie a farmacie [online]. 2005, 19 (1). ISSN 1803-5353. Dostupné z: http://www.klinickafarmakologie.cz/pdfs/far/2005/01/11.pdf
JANÍČEK, G., HALAČKA, K. Základy výživy. Praha: nakladatelství VŠCHT, 1985.
HLÚBIK, P., OPLTOVÁ, L. Vitaminy. Praha: Grada Publishing, 2004. ISBN 80-247-0373-4.
KUDLOVÁ, E. et al. Hygiena výživy a nutriční epidemiologie. Praha: Nakladatelství Karolinum, 2009. ISBN 978-80-246-1735-0.
ŽAMBOCH, J. Vitaminy. Praha: Grada Publishing, 1996. ISBN 80-7169-322-7.
Velíšek, Jan a Hajšlová, Jana. Chemie potravin. 1. Rozš. a přeprac. 3. vyd. Tábor: OSSIS, 2009. ISBN 978-80-86659-17-6.
COMBS, Gerald F. The Vitamins: [fundamental aspects in nutrition and health]. 4. vyd. Boston: Elsevier/Academic Press, 2012. ISBN 978-0-12-381980-2.
ABBASPOUR, Nazanin, Richard HURRELL a Roya KELISHADI. Review on iron and its importance for human health. Journal of Research in Medical Sciences: The Official Journal of Isfahan University of Medical Sciences. 2014, roč. 19, č. 2. ISSN 1735-1995.
BENDER, D. A. Ascorbic acid. In: Benjamin CABALLERO, Lindsay ALLEN a Andrew PRENTICE. Encyclopedia of human nutrition. 2. vyd. Oxford: Academic Press, 2005. ISBN 0-12-150111-6.
[1] Odštěpit se.
[2] Látky neutralizující účinek volných radikálů.
[3] Látky schopné vytvářet komplexní sloučeniny s ionty kovů.
[4] Děj, při kterém dochází k štěpení komplexů.
[5] Ferritin je vnitrobuněčný protein, který slouží jako hlavní zásobní forma železa.
[6] Kofaktor je nízkomolekulová neaminokyselinová struktura, která spolu s řetězcem aminokyselin (tedy s bílkovinou) tvoří tzv. složené enzymy.
[7] Enzymová reakce spočívající ve vnesení hydroxylové skupiny (-OH) do sloučeniny.
[8] Chemická reakce, při níž dochází k odštěpení karboxylové skupiny v podobě oxidu uhličitého (CO2).
[9] Úpravy proteinů po jejich nasyntetizování ribozomem.
[10] Nízkomolekulární chemická látka, která přirozeným způsobem vzniká v nervové soustavě živočichů.
[11] Spojení dvou neuronů sloužící k předávání vzruchů.
[12] Schopný se barvit solemi chromu.
[13] Chemické sloučeniny skládající se z kationtu kovu a charakteristického superoxidového anionu, který má chemický vzorec O2−.
[14] Sloučeniny obsahující jednoduchou vazbu kyslík–kyslík–vodík.
[15] Estery vyšších karboxylových kyselin.
Další podobné materiály na webu:
