background image

1

 

 

Biochemistry

 

stage

  

nd

2

 

                                                                      Dr.Lamees Majid Al-Janabi

 

  

Vitamins

 

Definition:  

Vitamins  are  chemically  unrelated  organic  compounds  that  cannot  be 
synthesized  in  adequate  quantities  by  humans  and,  therefore,  must  be 
supplied by the diet. 
four  vitamins  (vitamins  A,  D,  K,  and  E)  are  termed  fat-soluble.  In 
contrast  to  the  water-soluble  vitamins,  only  one  fat  soluble  vitamin 
(vitamin K) has a coenzyme function.  
  

 

 

 

Classification of the vitamins

 

 

 

 

 

 

 


background image

2

 

 

Lipid-soluble Vitamins 

Common features: 

  Nonpolar (hydrophobic) isoprene derivative. 
  Poorly soluble in water but good in fat and fat solvents. 

 

Existing with the lipids in food products and absorbing with the 
lipids .

 

  Specifically binding to lipoprotein and certain binding-protein in 

blood and transportation. 

Classification:  
Vitamin A, Vitamin D, Vitamin E, Vitamin K . 

Fat  soluble  vitamins  include  (A,  K,  E,  and  D)  which  are  released, 
absorbed,  and  transported  with  the  fat  of  diet.  They  are  not  readily 
excreted  in  urine,  and  significant  quantities  are  stored  in  the  liver  and 
adipose tissue.  
Sometimes excess intake may lead to accumulation of toxic quantities of 
these vitamins.

 

Vitamin A (retinol)  

Precursors of vitamin A (the carotenes) are found in the yellow and green 
parts of plants and are especially abundant in carrots. The active vitamin 
is formed by the hydrolysis of β carotene in the intestinal mucosa; each 
molecule can produce two molecules of vitamin A, which are absorbed as 
retinol esters and stored in the liver. 
Retinol  absorbed  from  the  intestine  is  secreted  as  a  component  of 
chylomicrons into lymphatic system, to be taken up by, and stored in, the 
liver.    Retinol  is  transported  to  tissues  bound  to  the  α-globulin  retinol-
binding protein (RBP). 

Distribution of vitamin A 

Liver, kidney, cream, butter, and egg yolk are good sources of preformed 
vitamin A. Yellow and dark green vegetables and fruits are good dietary 
sources  of  the  carotenes(especially  abundant  in  carrots),  which  serve  as 
precursors of vitamin A. 
 

 
 
 


background image

3

 

 

 
Functions:
 

  Rhodopsin (visual purple), the retinal pigment that is necessary for 

vision in  poor light (scotopic vision),  consists of a protein  (opsin) 
combined with vitamin A. Rhodopsin decomposes in bright light. It 
is  partly  regenerated  in  the  dark,  but,  because  this  is  not 
quantitatively  complete,  vitamin  A  is  needed  to  maintain  retinol 
levels. 

  Growth & Reproduction: Especially bone development in children.  
 

Control  of  cell  differentiation  and  turnover.  All-transretinoic  acid 
and  9-cis-retinoic  acid  regulate  growth,  development,  and  tissue 
differentiation

 

Vitamin  A  is  also  essential  for  normal  mucopolysaccharide 
synthesis and mucus

 

secretion.

 

 

Clinical effects of vitamin A deficiency 

a.  Owing to rhodopsin deficiency: 

  ‘night  blindness’  (nyctalopia):  deficiency  is  associated  with  poor 
vision  in  dim  light,  especially  when  the  eyes  have  recently  been 
exposed to bright light. 

b.  Owing  to  deficient  mucus  secretion  leading  to  drying  and 

squamous metaplasia of ectodermal tissue: 

1.  Skin  secretion  is  diminished  and  there  may  be  hyperkeratosis  of 

hair  follicles.  Dry,  horny  papules  (follicular  hyperkeratosis)  are 
found mainly on the extensor surfaces of the thighs and forearms. 

2.  The  conjunctiva  and  cornea  become  dry  and  wrinkled,  with 

squamous  metaplasia  of  the  epithelium  and  keratinization  of  the 
tissue (xerosis conjunctivae and xerophthalmia). 

3.  Poor  bone  growth  in  the  skull,  leading  to  cranial  nerve 

compression. 

 
Diagnosis and treatment of vitamin A deficiency

 

Laboratory  tests  for  the  diagnosis  of  vitamin  A  deficiency  consist  of 
testing  for  plasma  retinol  concentration.  Retinol-binding  protein  is  also 
low in vitamin A deficiency, 
Vitamin A deficiency can be treated with retinyl palmitate.  

 


background image

4

 

 

Acne  and  psoriasis:

 

Dermatologic  problems  such  as  acne  and 

psoriasis are effectively treated with retinoic acid or its derivatives .  

 
Toxicity of retinoids 
Vitamin  A:

  Excessive  intake  of  vitamin  A  produces  a  toxic  syndrome 

called  hypervitaminosis  A.  Amounts  exceeding  7.5  mg/day  of  retinol 
should  be  avoided.  Early  signs  of  chronic  hypervitaminosis  A  are 
reflected  in  the  skin,  which  becomes  dry  and  pruritic,  the  liver,  which 
becomes  enlarged  and  can  become  cirrhotic,  and  in  the  nervous  system, 
where a rise in intracranial pressure may mimic the symptoms of a brain 
tumor. 

 

 NOTE:

  Pregnant  women  particularly  should  not  ingest  excessive 

quantities  of  vitamin  A  because  of  its  potential  for  causing  congenital 
malformations in the developing fetus.

 

 

 
Vitamin D

 

The D vitamins are a group of sterols that have a hormone-like function. 
The  active  molecule,  1,25-dihydroxycholecalciferol  (1,25-diOH-D

3

), 

binds  to  intracellular  receptor  proteins.  The  most  prominent  actions  of 
1,25-diOH-D

3

  are  to  regulate  the  plasma  levels  of  calcium  and 

phosphorus.

 

 

 

Sources of vitamin D.

 

 


background image

5

 

 

Distribution of vitamin D 

 

Diet:  Ergocalciferol  (vitamin  D

2

),  found  in  plants,  and 

cholecalciferol (vitamin D

3

), found in animal tissues, are sources of 

preformed vitamin D activity. 

 

 Endogenous  vitamin  precursor:  7-Dehydrocholesterol,  an 
intermediate 

in 

cholesterol 

synthesis, 

is 

converted 

to 

cholecalciferol in the dermis and epidermis of humans exposed to 
sunlight. 

 

 

Metabolism of vitamin D

 

Formation  of  1,25-diOH-D

3

:

  Vitamins  D

2

  and  D

3

  are  not  biologically 

active, but  are  converted  in  vivo  to  the  active  form  of  the  D  vitamin  by 
two sequential hydroxylation reactions   

1.  The  first hydroxylation occurs  at the  25-position, and is catalyzed 

by a specific hydroxylase in the liver. The product of the reaction, 
25-hydroxycholecalciferol (25-OH-D

3

), is the predominant form of 

vitamin D in the plasma and the major storage form of the vitamin. 

2.   25-OH-D

3

 is further hydroxylated at the one position by a specific 

25-hydroxycholecalciferol  1-hydroxylase  found  primarily  in  the 
kidney, resulting in the formation of 1,25-diOH-D

3

 

 

Metabolism of vitamin D 


background image

6

 

 

Regulation of 25-hydroxycholecalciferol 1-hydroxylase:

 1,25-diOH-D

3

 

is the most potent vitamin D metabolite. Its formation is tightly regulated 
by the level of plasma phosphate and calcium ions.  

1.  25-Hydroxycholecalciferol  1-hydroxylase  activity  is  increased 

directly  by  low  plasma  phosphate  or  indirectly  by  low  plasma 
calcium, which triggers the release of parathyroid hormone (PTH). 

2.   Hypocalcemia  caused  by  insufficient  dietary  calcium  thus  results 

in elevated levels of plasma 1,25-diOH-D

3

.  

3.  1-Hydroxylase  activity  is  also decreased by  excess 1,25-diOH-D

3

the product of the reaction. 

 

Regulation of vitamin D metabolism

 


background image

7

 

 

 

 

Response to low plasma calcium

 

 
 
 
 


background image

8

 

 

Function of vitamin D 

The  overall  function  of  1,25-diOH-D3  is  to  maintain  adequate  plasma 
levels of calcium. It performs this function by:  
1) increasing uptake of calcium by the intestine,  
2) minimizing loss of calcium by the kidney,  
3) stimulating resorption of bone when necessary . 

 

Effect  of  vitamin  D  on  the  intestine:  1,25-diOH-D

3

  stimulates 

intestinal absorption of calcium and phosphate.  

 

Effect  of  vitamin  D  on  bone:  1,25-diOH-D

3

  stimulates  the 

mobilization of calcium and phosphate from bone by a process that 
requires protein synthesis and the presence of PTH. The result is an 
increase  in  plasma  calcium  and  phosphate.  Thus,  bone  is  an 
important  reservoir  of  calcium  that  can  be  mobilized  to  maintain 
plasma levels. 

Distribution and requirement of vitamin D 

 

Vitamin D occurs naturally in fatty fish, liver, and egg yolk.  

 

The RDA for adults is 5 mg of cholecalciferol, or 200 international 
units (IU) of vitamin D. 

 

Clinical indications 

 

Nutritional  rickets:  Vitamin  D  deficiency  causes  a  net 
demineralization  of  bone,  resulting  in  rickets  in  children  and 
osteomalacia  in  adults  .  Insufficient  exposure  to  daylight  and/or 
deficiencies  in  vitamin  D  consumption  occur  predominantly  in 
infants  and  the  elderly.  Vitamin  D  deficiency  is  more  common  in 
the  northern  latitudes,  because  less  vitamin  D  synthesis  occurs  in 
the skin as a result of reduced exposure to ultraviolet light.  


background image

9

 

 

 

 

Renal  rickets  (renal  osteodystrophy):  This  disorder  results  from 
chronic  renal  failure  and,  thus,  the  decreased  ability  to  form  the 
active  form  of  the  vitamin.  1,25-diOH  cholecalciferol  (calcitriol) 
administration is effective replacement therapy. 

 

Hypoparathyroidism:  Lack  of  parathyroid  hormone  causes 
hypocalcemia  and  hyperphosphatemia.  These  patients  may  be 
treated  with  any  form  of  vitamin  D,  together  with  parathyroid 
hormone. 

Toxicity of vitamin D 

Vitamin D is the most toxic of all vitamins. Like all fat-soluble vitamins, 
vitamin D can be stored in the body and is only slowly metabolized. High 
doses  (100,000  IU  for  weeks  or  months)  can  cause  loss  of  appetite, 
nausea,  thirst,  and  stupor.  Enhanced  calcium  absorption  and  bone 
resorption  results  in  hypercalcemia,  which  can  lead  to  deposition  of 
calcium in many organs, particularly the arteries and kidneys. 
 

 
 
 
 
 
 
 


background image

10

 

 

Vitamin K 

The principal role of vitamin K is in the posttranslational modification of 
various  blood  clotting  factors,  in  which  it  serves  as  a  coenzyme  in  the 
carboxylation of certain glutamic acid residues present in these proteins.  
     Vitamin K exists in several forms, for example,  

a.  in plants as phylloquinone (or vitamin K

1

),  

b.   in intestinal bacterial flora as menaquinone (or vitamin K

2

). 

c.   For  therapy,  a  synthetic  derivative  of  vitamin  K,  menadione,  is 

available. 

 

Function of vitamin K

 

1.  Formation of γ-carboxyglutamate (Gla): Vitamin K is required in 

the  hepatic synthesis  of prothrombin  and blood clotting  factors  II, 
VII,  IX,  and  X.  These  proteins  are  synthesized  as  inactive 
precursor molecules. Formation of the clotting factors requires the 
vitamin K–dependent carboxylation of glutamic acid residues

.

 

 

 

Carboxylation of glutamate to form γ-carboxyglutamate (Gla).

 

 


background image

11

 

 

2.  Interaction  of  prothrombin  with  platelets:  The  Gla  residues  of 

prothrombin are good chelators of positively charged calcium ions, 
The  prothrombin–calcium  complex  is  then  able  to  bind  to 
phospholipids  essential  for  blood  clotting  on  the  surface  of 
platelets. Attachment to the platelet increases the rate at which the 
proteolytic conversion of prothrombin to thrombin can occur . 
 

 

Role of vitamin K in blood coagulation

 

 

3.  Role of Gla residues in other proteins: Gla is also present in other 

proteins (for example, osteocalcin of bone, and in proteins involved 
in the degradation of blood clots).  

 

Distribution and requirement of vitamin K 

Vitamin K is found in cabbage, cauliflower, spinach, egg yolk, and liver. 
There is also extensive synthesis of the vitamin by the bacteria in the gut. 

 
Clinical indications 

Deficiency of vitamin K:

  

A  true  vitamin  K  deficiency  is  unusual  because  adequate  amounts  are 
generally produced by intestinal bacteria or obtained from the diet. If the 
bacterial  population  in  the  gut  is  decreased,  for  example,  by  antibiotics, 
the  amount  of  endogenously  formed  vitamin  is  depressed,  and  this  can 
lead to hypoprothrombinemia in the marginally malnourished individual, 
for  example,  a  debilitated  geriatric  patient.  This  condition  may  require 
supplementation with vitamin K to correct the bleeding tendency.   


background image

12

 

 

 

Deficiency of vitamin K in the newborn:

  

Newborns  have  sterile  intestines  and  so  initially  lack  the  bacteria  that 
synthesize vitamin K. Because human milk provides only about one fifth 
of  the  daily  requirement  for  vitamin  K,  it  is  recommended  that  all 
newborns receive a single intramuscular dose of vitamin K as prophylaxis 
against hemorrhagic disease.

 

 

 

Toxicity of vitamin K 

Prolonged  administration  of  large  doses  of  vitamin  K  can  produce 
hemolytic  anemia  and  jaundice  in  the  infant, due  to  toxic  effects  on  the 
membrane of red blood cells. 

 

 

Vitamin E 

The E vitamins consist of eight naturally occurring tocopherols, of which 
α-tocopherol is the most active. The primary function of vitamin E is as 
an  antioxidant  in  prevention  of  the  nonenzymic  oxidation  of  cell 
components,  for  example,  polyunsaturated  fatty  acids,  by  molecular 
oxygen and free radicals. 

 

 

Distribution and requirements of vitamin E 

Vegetable  oils  are  rich  sources  of  vitamin  E,  whereas  liver  and  eggs 
contain moderate amounts. The RDA for α-tocopherol is 10 mg for men 
and 8 mg for women.  
 


background image

13

 

 

 

Deficiency of vitamin E 

Vitamin  E  deficiency  is  almost  entirely  restricted  to  premature  infants. 
When  observed  in  adults,  it  is  usually  associated  with  defective  lipid 
absorption or transport. The signs of human vitamin E deficiency include 
sensitivity  of  erythrocytes  to  peroxide,  and  the  appearance  of  abnormal 
cellular membranes. 
 

Clinical indications 

Vitamin  E  is  not  recommended  for  the  prevention  of  chronic  disease, 
such  as  coronary  heart  disease  or  cancer. Clinical  trials  using  vitamin  E 
supplementation  have  been  uniformly  disappointing.  For  example, 
subjects  in  the  Alpha-Tocopherol,  Beta-Carotene  Cancer  Prevention 
Study  trial  who  received  high  doses  of  vitamin  E  not  only  lacked 
cardiovascular benefit but also had an increased incidence of stroke. 
 

Toxicity of vitamin E 

Vitamin  E  is  the  least  toxic  of  the  fat-soluble  vitamins,  and  no  toxicity 
has been observed at doses of 300 mg/day. 
Populations consuming diets high in fruits and vegetables show decreased 
incidence of some chronic diseases. However, clinical trials have failed to 
show  a  definitive  benefit  from  supplements  of  vitamins  A,  C,  or  E; 
multivitamins  with  folic  acid;  or  antioxidant  combinations  for  the 
prevention of cancer or cardiovascular disease. 

 




رفعت المحاضرة من قبل: Ali Haider
المشاهدات: لقد قام 4 أعضاء و 169 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل