Пантотеновая кислота ( витамин B5 ) является витамином B и важным питательным веществом . [6] Пантотеновая кислота необходима всем животным для синтеза кофермента А (КоА), необходимого для метаболизма жирных кислот, а также для синтеза и метаболизма белков , углеводов и жиров . [6] [7]
Пантотеновая кислота представляет собой комбинацию пантоевой кислоты и β-аланина . Ее название происходит от греческого πάντοθεν pantothen , что означает «отовсюду», поскольку пантотеновая кислота, по крайней мере в небольших количествах, содержится практически 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 пантотенат кальция, поскольку 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. Синтезируется из аминокислоты β-аланина и пантоевой кислоты (см. рисунки биосинтеза и структуры кофермента А). В отличие от витамина Е или витамина К , которые встречаются в нескольких химически связанных формах, известных как витамеры , пантотеновая кислота представляет собой всего лишь одно химическое соединение. Это исходное соединение в синтезе кофермента А (КоА), кофактора многих ферментативных процессов. [7] [9] [10]
Пантотеновая кислота является предшественником КоА в пятиэтапном процессе. Для биосинтеза необходимы пантотеновая кислота, цистеин и четыре эквивалента АТФ (см. рисунок). [11]
Этот путь подавляется ингибированием конечного продукта , а это означает, что КоА является конкурентным ингибитором пантотенаткиназы, фермента, ответственного за первый этап. [12]
Коэнзим 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 , в качестве топлива. [13] КоА важен в энергетическом метаболизме, чтобы пируват входил в цикл трикарбоновых кислот (цикл ТСА) в виде ацетил-КоА, а α-кетоглутарат трансформировался в сукцинил-КоА в этом цикле. [14] КоА также необходим для ацилирования и ацетилирования, которые, например, участвуют в передаче сигнала и различных функциях ферментов. [14] Помимо функции КоА, это соединение может действовать как носитель ацильной группы с образованием ацетил-КоА и других родственных соединений; это способ транспортировки атомов углерода внутри клетки. [9] КоА также необходим для образования ацильного белка-переносчика (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 (МОМ) обновил расчетные средние потребности (EAR) и рекомендованные 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 Совет устанавливает Адекватное потребление (AI) с пониманием того, что позднее AI может быть заменена более точной информацией. [10] [18]
Текущая ИИ для подростков и взрослых в возрасте от 14 лет и старше составляет 5 мг/день. Частично это было основано на наблюдении, что при типичном рационе выведение с мочой составляет примерно 2,6 мг/день, а биодоступность связанной с пищей пантотеновой кислоты составляет примерно 50%. [10] ИИ при беременности составляет 6 мг/день. ИИ при лактации составляет 7 мг/день. Для младенцев до 12 месяцев ДВ составляет 1,8 мг/день. Для детей в возрасте 1–13 лет ДВ увеличивается с возрастом от 2 до 4 мг/сут. В совокупности EAR, RDA, AI и UL называются эталонными диетическими нормами потребления (DRI). [10] [18]
Хотя для оценки среднего потребления многих питательных веществ Министерство сельского хозяйства США использует данные о составе продуктов питания в сочетании с результатами исследований потребления продуктов питания, исследования и отчеты не включают в анализ пантотеновую кислоту. [19] Менее формальные оценки ежедневного потребления взрослыми сообщают о 4–7 мг/день. [10]
Европейское управление по безопасности пищевых продуктов (EFSA) называет совокупный набор информации эталонными диетическими значениями, с эталонным потреблением для населения (PRI) вместо RDA и средней потребностью вместо EAR. AI и UL определяются так же, как и в США. Для женщин и мужчин старше 11 лет адекватная доза (AI) установлена на уровне 5 мг/день. ИИ при беременности составляет 5 мг/сут, при лактации 7 мг/сут. Для детей в возрасте 1–10 лет ИИ составляет 4 мг/день. Эти ИИ аналогичны ИИ США. [20]
Что касается безопасности, МОМ устанавливает допустимые верхние уровни потребления (UL) для витаминов и минералов, когда есть достаточные доказательства. В случае пантотеновой кислоты UL отсутствует, поскольку отсутствуют данные о побочных эффектах высоких доз на людях. [10] EFSA также рассмотрело вопрос безопасности и пришло к тому же выводу, что и в США – не было достаточных доказательств для установления UL для пантотеновой кислоты. [21]
Для целей маркировки пищевых продуктов и пищевых добавок в США количество в порции выражается в процентах от дневной нормы (% ДВ). Для целей маркировки пантотеновой кислоты 100% дневной нормы составляло 10 мг, но по состоянию на 27 мая 2016 года она была пересмотрена до 5 мг, чтобы привести ее в соответствие с AI. [22] [23] Соблюдение обновленных правил маркировки требовалось к 1 января 2020 года для производителей с годовым объемом продаж продуктов питания 10 миллионов долларов США и более, а также к 1 января 2021 года для производителей с меньшими объемами продаж продуктов питания. [24] [25] Таблица старых и новых дневных норм для взрослых представлена в разделе «Справочная суточная норма» .
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 хорошим источником. Цельнозерновые продукты являются еще одним источником витамина, но при измельчении белого риса или белой муки удаляется большая часть пантотеновой кислоты, поскольку она содержится во внешних слоях цельного зерна. [6] [10] В кормах для животных наиболее важными источниками являются люцерна, крупы, рыбная мука, арахисовая мука, патока, рисовые отруби, пшеничные отруби и дрожжи. [26]
В пищевых добавках пантотеновой кислоты обычно используется пантотенол (или пантенол ), аналог , стабильный при хранении , который при употреблении превращается в пантотеновую кислоту. [7] Пантотенат кальция – соль – может использоваться в производстве, поскольку он более устойчив, чем пантотеновая кислота, к факторам, ухудшающим стабильность, таким как кислота, щелочь или тепло. [9] [26] Количество пантотеновой кислоты в пищевых добавках может содержать до 1000 мг (в 200 раз превышает уровень адекватного потребления для взрослых), без доказательств того, что такие большие количества приносят какую-либо пользу. [7] [6] Согласно WebMD , добавки пантотеновой кислоты имеют длинный список заявленных применений, но научных доказательств в поддержку любого из них недостаточно. [27]
В качестве пищевой добавки пантотеновая кислота — это не то же самое, что пантетин , который состоит из двух молекул пантотеновой кислоты, связанных дисульфидным мостиком. [7] Пантетин, продаваемый в виде добавки в высоких дозах (600 мг), 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 врач. [7] Диетические добавки с пантотеновой кислотой не оказывают такого же эффекта на ЛПНП. [7]
По данным Глобального обмена данными по обогащению продуктов питания, дефицит пантотеновой кислоты встречается настолько редко, что ни одна страна не требует обогащения продуктов питания. [28]
Большая часть пантотеновой кислоты, обнаруженная в пищевых продуктах, находится в форме КоА или связана с белком-ацил-переносчиком (ACP). Чтобы клетки кишечника усвоили этот витамин, он должен превратиться в свободную пантотеновую кислоту. В просвете кишечника КоА и АСР гидролизуются до 4'-фосфопантетеина. Затем 4'-фосфопантетеин дефосфорилируется в пантетеин . Пантетеиназа , кишечный фермент, затем гидролизует пантетеин до свободной пантотеновой кислоты. [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 абсорбироваться посредством пассивной диффузии. [26] В целом при увеличении потребления в 10 раз скорость всасывания снижается до 10%. [14]
Пантотеновая кислота выводится с мочой. Это происходит после его освобождения от CoA. Количество мочи составляет порядка 2,6 мг/день, но снижается до незначительного количества, когда испытуемые в многонедельных экспериментальных ситуациях получали диету, лишенную этого витамина. [10]
Дефицит пантотеновой кислоты у человека встречается очень редко и досконально не изучен. В тех немногих случаях, когда наблюдался дефицит (военнопленные во время Второй мировой войны, жертвы голодания или ограниченные добровольные испытания), почти все симптомы были устранены пероральным приемом пантотеновой кислоты. [14] [9] Симптомы дефицита аналогичны симптомам дефицита других витаминов группы B. Из-за низкого уровня КоА нарушается выработка энергии, что может вызвать симптомы раздражительности, усталости и апатии . [14] Синтез ацетилхолина также нарушается; поэтому при дефиците могут проявляться и неврологические симптомы; [30] они включают ощущение онемения рук и ног, парестезии и мышечные судороги. 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, замедление темпов роста, снижение потребления пищи, поражения кожи и изменения шерсти, а также изменения липидного и углеводного обмена. [31] У грызунов может наблюдаться потеря цвета волос, что привело к маркетингу пантотеновой кислоты в качестве пищевой добавки, которая могла бы предотвратить или лечить поседение волос у людей (несмотря на отсутствие каких-либо доказательств испытаний на людях). [9]
Статус пантотеновой кислоты можно оценить путем измерения концентрации в цельной крови или суточной экскреции с мочой. У людей значения цельной крови менее 1 мкмоль/л считаются низкими, как и выведение 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 рыбы и 8–14 мг/кг корма для домашних животных. Это рекомендуемые концентрации, рассчитанные на превышение установленных требований. [1] Есть некоторые свидетельства того, что кормовые добавки повышают концентрацию пантотеновой кислоты в тканях, например, в мясе, потребляемом людьми, а также в яйцах, но это не вызывает опасений по поводу безопасности потребителей. [1]
У жвачных животных не установлено диетической потребности в пантотеновой кислоте. Синтез пантотеновой кислоты микроорганизмами рубца в 20–30 раз превышает ее количество, поступающее с пищей. [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 дозе, превышающей теоретическую потребность в 5–10 раз, не улучшило показатели роста крупного рогатого скота на откормочных площадках. [33]
Бактерии синтезируют пантотеновую кислоту из аминокислоты аспартата и предшественника аминокислоты валина. Аспартат превращается в β-аланин . Аминогруппа валина заменяется кетомной группой с образованием α-кетоизовалерата , который, в свою очередь, образует α-кетопантоат после переноса метильной группы, а затем D-пантоат (также известный как пантоевая кислота) после восстановления. Затем β-аланин и пантоевая кислота конденсируются с образованием пантотеновой кислоты (см. рисунок). [12]
Промышленный синтез пантотеновой кислоты начинается с альдольной конденсации изобутиральдегида и формальдегида . Полученный гидроксипивальдегид превращают в его производное циангидрин . который циклизуется с образованием рацемического пантолактона. Эта последовательность реакций была впервые опубликована в 1904 году. [34]
Синтез витамина завершается расщеплением лактона, например, с помощью хинина , с последующей обработкой кальциевой или натриевой солью β-аланина. [35]
Термин витамин происходит от слова витамин , которое было придумано в 1912 году польским биохимиком Казимиром Функ , который выделил комплекс водорастворимых микроэлементов, необходимых для жизни, все из которых он предположил, являются аминами . [36] Когда позднее это предположение оказалось неверным, буква «е» была исключена из названия, отсюда и «витамин». [26] Номенклатура витаминов была в алфавитном порядке: Элмер МакКоллум назвал их жирорастворимыми А и водорастворимыми В. [26] Со временем было выделено и пронумеровано восемь химически различных водорастворимых витаминов группы В, при этом пантотеновая кислота называлась витамином В5 . . [26]
Существенная природа пантотеновой кислоты была открыта Роджером Дж. Уильямсом в 1933 году, показав, что она необходима для роста дрожжей. [37] Три года спустя Эльвехьем и Джукс продемонстрировали, что это фактор роста и противодерматитный фактор у цыплят. [9] Уильямс назвал это соединение «пантотеновой кислотой», получив название от греческого слова « пантотен» , что переводится как «отовсюду». Его причина заключалась в том, что он обнаружил, что он присутствует почти в каждой пище, которую он тестировал. [9] Уильямс продолжил определение химической структуры в 1940 году. [9] В 1953 году Фриц Липманн получил Нобелевскую премию по физиологии и медицине «за открытие кофермента А и его важности для промежуточного метаболизма». опубликовано в 1946 году. [38]