Пантотеновая кислота ( витамин B5 ) — это витамин группы B и незаменимое питательное вещество . [6] Всем животным нужна пантотеновая кислота для синтеза кофермента А (КоА), который необходим для выработки клеточной энергии, а также для синтеза и распада белков , углеводов и жиров . [6] [7]
Пантотеновая кислота — это комбинация пантоиновой кислоты и β-аланина . Ее название происходит от греческого πάντοθεν pantothen , что означает «отовсюду», потому что пантотеновая кислота, по крайней мере в небольших количествах, содержится почти во всех продуктах питания. [6] [8] [7] Дефицит пантотеновой кислоты у людей встречается очень редко. [6] [7] В пищевых добавках и кормах для животных обычно используется форма пантотената кальция, потому что химически он более стабилен и, следовательно, обеспечивает более длительный срок хранения продукта, чем пантотенат натрия и свободная пантотеновая кислота. [1]
Пантотеновая кислота — водорастворимый витамин , один из витаминов группы В. Он синтезируется из аминокислоты β-аланина и пантоиновой кислоты (см. рисунки биосинтеза и структуры кофермента А). В отличие от витамина Е или витамина К , которые встречаются в нескольких химически родственных формах, известных как витамеры , пантотеновая кислота — это всего лишь одно химическое соединение. Это исходное соединение в синтезе кофермента А (КоА), кофактора многих ферментативных процессов. [7] [9] [10]
Пантотеновая кислота является предшественником CoA через пятиступенчатый процесс. Биосинтез требует пантотеновой кислоты, цистеина и четырех эквивалентов АТФ (см. рисунок). [11]
Этот путь подавляется ингибированием конечных продуктов , что означает, что КоА является конкурентным ингибитором пантотенаткиназы, фермента, ответственного за первый этап. [12]
Кофермент А необходим в механизме реакции цикла лимонной кислоты . Этот процесс является основным катаболическим путем организма и необходим для расщепления строительных блоков клетки, таких как углеводы , аминокислоты и липиды , для получения топлива. [13] Кофермент А важен для энергетического метаболизма, чтобы пируват входил в цикл трикарбоновых кислот (цикл трикарбоновых кислот) в виде ацетил-КоА, а α-кетоглутарат трансформировался в сукцинил-КоА в цикле. [14] Кофермент А также необходим для ацилирования и ацетилирования, которые, например, участвуют в передаче сигнала и различных функциях ферментов. [14] Помимо функционирования в качестве Кофермента А, это соединение может действовать как переносчик ацильной группы для образования ацетил-КоА и других родственных соединений; это способ транспортировки атомов углерода внутри клетки. [9] Кофермент А также необходим для образования белка-переносчика ацила (ACP), [15] который необходим для синтеза жирных кислот. [9] [16] Его синтез также связан с другими витаминами, такими как тиамин и фолиевая кислота. [17]
Институт медицины США (IOM) обновил Оценочные средние потребности (EAR) и Рекомендуемые диетические нормы (RDA) для витаминов группы B в 1998 году. В то время не было достаточной информации для установления EAR и RDA для пантотеновой кислоты. В таких случаях, как этот, Совет устанавливает Адекватные нормы потребления (AI), понимая, что в какой-то момент AI могут быть заменены более точной информацией. [10] [18]
Текущая доза для подростков и взрослых в возрасте от 14 лет и старше составляет 5 мг/день. Это было основано частично на наблюдении, что при типичной диете выделение с мочой составляло приблизительно 2,6 мг/день, а биодоступность связанной с пищей пантотеновой кислоты составляла приблизительно 50%. [10] Доза для беременности составляет 6 мг/день. Доза для лактации составляет 7 мг/день. Для младенцев до 12 месяцев доза составляет 1,8 мг/день. Для детей в возрасте от 1 до 13 лет доза увеличивается с возрастом от 2 до 4 мг/день. В совокупности EAR, RDA, AI и UL называются диетическими референтными нормами потребления (DRI). [10] [18]
Хотя для многих питательных веществ Министерство сельского хозяйства США использует данные о составе продуктов питания в сочетании с результатами опросов о потреблении продуктов питания для оценки среднего потребления, опросы и отчеты не включают пантотеновую кислоту в анализы. [19] Менее формальные оценки ежедневного потребления для взрослых сообщают о 4–7 мг/день. [10]
Европейское агентство по безопасности пищевых продуктов (EFSA) называет коллективный набор информации Диетическими референтными значениями, с Референтным потреблением населения (PRI) вместо RDA и Средней потребностью вместо EAR. AI и UL определяются так же, как в США. Для женщин и мужчин старше 11 лет Адекватное потребление (AI) установлено на уровне 5 мг/день. AI для беременности составляет 5 мг/день, для лактации — 7 мг/день. Для детей в возрасте от 1 до 10 лет AI составляет 4 мг/день. Эти AI аналогичны AI в США. [20]
Что касается безопасности, IOM устанавливает допустимые верхние уровни потребления (UL) для витаминов и минералов, когда имеются достаточные доказательства. В случае пантотеновой кислоты UL отсутствует, поскольку отсутствуют данные о побочных эффектах от высоких доз у людей. [10] EFSA также рассмотрело вопрос безопасности и пришло к тому же выводу, что и в Соединенных Штатах, — что не было достаточных доказательств для установления UL для пантотеновой кислоты. [21]
Для маркировки пищевых продуктов и диетических добавок в США количество в порции выражается в процентах от суточной нормы (%DV). Для маркировки пантотеновой кислоты 100% суточной нормы составляли 10 мг, но с мая 2016 года она была пересмотрена до 5 мг, чтобы привести ее в соответствие с AI. [22] [23] Соблюдение обновленных правил маркировки требовалось к январю 2020 года для производителей с годовым объемом продаж продуктов питания 10 миллионов долларов США и более и к январю 2021 года для производителей с меньшим объемом продаж продуктов питания. [24] [25] Таблица старых и новых суточных норм для взрослых приведена в Reference Daily Intake .
Пищевые источники пантотеновой кислоты включают продукты животного происхождения, включая молочные продукты и яйца. [6] [8] Картофель, томатные продукты, овсяные хлопья, семена подсолнечника, авокадо являются хорошими растительными источниками. Грибы также являются хорошими источниками. Цельное зерно является еще одним источником витамина, но измельчение для получения белого риса или белой муки удаляет большую часть пантотеновой кислоты, так как она находится во внешних слоях цельного зерна. [6] [10] В кормах для животных наиболее важными источниками являются люцерна, злаки, рыбная мука, арахисовая мука, патока, рисовые отруби, пшеничные отруби и дрожжи. [26]
В пищевых добавках пантотеновой кислоты обычно используется пантотенол (или пантенол ), аналог длительного хранения , который преобразуется в пантотеновую кислоту после употребления. [7] Пантотенат кальция – соль – может использоваться в производстве, поскольку он более устойчив, чем пантотеновая кислота, к факторам, которые ухудшают стабильность, таким как кислота, щелочь или тепло. [9] [26] Количество пантотеновой кислоты в пищевых добавках может составлять до 1000 мг (в 200 раз больше уровня адекватного потребления для взрослых), без доказательств того, что такие большие количества приносят какую-либо пользу. [7] [6] Согласно WebMD , добавки с пантотеновой кислотой имеют длинный список заявленных применений, но нет достаточных научных доказательств, подтверждающих любое из них. [27]
В качестве пищевой добавки пантотеновая кислота не то же самое, что пантетин , который состоит из двух молекул пантотеновой кислоты, связанных дисульфидным мостиком. [7] Продаваемый в виде добавки с высокой дозой (600 мг), пантетин может быть эффективен для снижения уровня холестерина ЛПНП в крови — фактора риска сердечно-сосудистых заболеваний, — но его долгосрочные эффекты неизвестны, поэтому его использование должно контролироваться врачом. [7] Пищевая добавка с пантотеновой кислотой не имеет такого эффекта снижения уровня холестерина, как пантетин. [9]
По данным Глобального обмена данными по обогащению пищевых продуктов, дефицит пантотеновой кислоты встречается настолько редко, что ни в одной стране не требуется обогащение пищевых продуктов. [28]
При обнаружении в продуктах питания большая часть пантотеновой кислоты находится в форме КоА или связана с ацил-переносчиком белка (ACP). Для того, чтобы клетки кишечника усвоили этот витамин, он должен быть преобразован в свободную пантотеновую кислоту. В просвете кишечника КоА и АСР гидролизуются в 4'-фосфопантетеин. Затем 4'-фосфопантетеин дефосфорилируется в пантетеин . Пантетеиназа , кишечный фермент, затем гидролизует пантетеин в свободную пантотеновую кислоту. [29] Свободная пантотеновая кислота всасывается в клетки кишечника через насыщаемую, натрий-зависимую активную транспортную систему. [14] При высоких уровнях потребления, когда этот механизм насыщен, некоторое количество пантотеновой кислоты также может дополнительно всасываться через пассивную диффузию. [26] В целом, когда потребление увеличивается в 10 раз, скорость всасывания снижается до 10%. [14]
Пантотеновая кислота выводится с мочой. Это происходит после ее высвобождения из КоА. Количество в моче составляет порядка 2,6 мг/день, но снижается до незначительных количеств, когда субъекты в многонедельных экспериментальных ситуациях питались диетой, лишенной витамина. [10]
Дефицит пантотеновой кислоты у людей встречается очень редко и не был тщательно изучен. В немногих случаях, когда наблюдался дефицит (военнопленные во время Второй мировой войны, жертвы голода или ограниченные испытания на добровольцах), почти все симптомы были устранены пероральным приемом пантотеновой кислоты. [14] [9] Симптомы дефицита похожи на другие дефициты витамина B. Из-за низкого уровня КоА нарушается выработка энергии, что может вызывать симптомы раздражительности, усталости и апатии . [14] Синтез ацетилхолина также нарушается; поэтому при дефиците также могут появляться неврологические симптомы; [30] они включают ощущение онемения в руках и ногах, парестезию и мышечные спазмы. Дополнительные симптомы могут включать беспокойство, недомогание, нарушения сна, тошноту, рвоту и спазмы в животе. [30]
У животных симптомы включают расстройства нервной, желудочно-кишечной и иммунной систем, снижение скорости роста, снижение потребления пищи, поражения кожи и изменения в шерстном покрове, а также изменения в липидном и углеводном обмене. [31] У грызунов может наблюдаться потеря цвета волос, что привело к маркетингу пантотеновой кислоты в качестве пищевой добавки, которая может предотвратить или лечить поседение волос у людей (несмотря на отсутствие каких-либо доказательств испытаний на людях). [9]
Уровень пантотеновой кислоты можно оценить, измерив либо концентрацию в цельной крови, либо 24-часовую экскрецию с мочой. У людей значения в цельной крови менее 1 мкмоль/л считаются низкими, как и экскреция с мочой менее 4,56 ммоль/день. [9]
Пантотенат кальция и декспантенол (D-пантенол) являются добавками к кормам для животных, одобренными Европейским агентством по безопасности пищевых продуктов (EFSA). [1] Добавка составляет порядка 8–20 мг/кг для свиней, 10–15 мг/кг для птицы, 30–50 мг/кг для рыб и 8–14 мг/кг корма для домашних животных. Это рекомендуемые концентрации, рассчитанные на то, чтобы быть выше, чем те, которые считаются необходимыми. [1] Существуют некоторые доказательства того, что добавка к корму увеличивает концентрацию пантотеновой кислоты в тканях, т. е. в мясе, потребляемом людьми, а также в яйцах, но это не вызывает опасений относительно безопасности потребителей. [1]
Не установлено диетической потребности в пантотеновой кислоте у жвачных животных. Синтез пантотеновой кислоты микроорганизмами рубца , по-видимому, в 20-30 раз превышает диетические количества. [32] Чистый микробный синтез пантотеновой кислоты в рубце бычков оценивается в 2,2 мг/кг перевариваемого органического вещества, потребляемого в день. Добавление пантотеновой кислоты в количестве, превышающем теоретические потребности в 5-10 раз, не улучшает показатели роста крупного рогатого скота на откорме. [33]
Бактерии синтезируют пантотеновую кислоту из аминокислоты аспартата и предшественника аминокислоты валина. Аспартат преобразуется в β-аланин . Аминогруппа валина заменяется кетомощью , чтобы получить α-кетоизовалерат , который, в свою очередь, образует α-кетопантоат после переноса метильной группы, затем D-пантоат (также известный как пантоиновая кислота) после восстановления. β-аланин и пантоиновая кислота затем конденсируются, чтобы образовать пантотеновую кислоту (см. рисунок). [12]
Промышленный синтез пантотеновой кислоты начинается с альдольной конденсации изомасляного альдегида и формальдегида . Полученный гидроксипивальдегид преобразуется в его циангидриновое производное. которое циклизуется с образованием рацемического пантолактона. Эта последовательность реакций была впервые опубликована в 1904 году. [34]
Синтез витамина завершается разделением лактона с использованием , например, хинина , с последующей обработкой кальциевой или натриевой солью β-аланина. [35]
Термин витамин происходит от слова vitamine , которое было придумано в 1912 году польским биохимиком Казимиром Функом , который выделил комплекс водорастворимых микроэлементов, необходимых для жизни, все из которых, как он предполагал, были аминами . [36] Когда позже было установлено, что это предположение не соответствует действительности, буква «e» была исключена из названия, отсюда и «витамин». [26] Номенклатура витаминов была алфавитной, и Элмер Макколлум называл их жирорастворимыми A и водорастворимыми B. [26] Со временем были выделены и пронумерованы восемь химически различных водорастворимых витаминов группы B, причем пантотеновая кислота была витамином B5 . [ 26]
Сущность пантотеновой кислоты была открыта Роджером Дж. Уильямсом в 1933 году, когда он показал, что она необходима для роста дрожжей. [37] Три года спустя Элвехьем и Джукс продемонстрировали, что она является фактором роста и противодерматитным фактором у кур. [9] Уильямс окрестил соединение «пантотеновой кислотой», получив название от греческого слова pantothen , что переводится как «отовсюду». Причина заключалась в том, что он обнаружил ее присутствие почти в каждой пище, которую он тестировал. [9] Уильямс продолжил определять химическую структуру в 1940 году. [9] В 1953 году Фриц Липманн разделил Нобелевскую премию по физиологии и медицине «за открытие кофермента А и его значения для промежуточного метаболизма», работу, которую он опубликовал в 1946 году. [38]