تعریف ویتامین

در تعریف کلی، ویتامین‌ها گروهی از ترکیبات آلی هستند که به مقدار اندک برای دگرگشت (متابولیسم) طبیعی موجود زنده ضروری بوده و کمبود آنها موجب بروز نشانه‌ها و بیماری‌های ناشی از کمبود می‌شود. ویتامین‌ها همانند دیگر مواد مغذی ضروری، در بدن موجود زنده ساخته نشده یا به مقدار بسیار ناچیز و ناکافی تولید می‌شوند و بنابراین منشا اصلی تامین آنها خوراک است. ویتامین‌ها در قیاس با یکدیگر، فاقد ساختار شیمیایی مشابه بوده و از این نظر با کربوهیدرات‌ها، پروتئین‌ها و چربی‌ها متفاوت هستند. به عبارتی دیگر مبنای نام‌گذاری مشترک این ترکیبات تحت عنوان ویتامین، تشابه در عملکرد آنها (و نه ساختمان شیمیایی) است. بر این اساس ویژگی‌های یک ملکول جهت قرارگیری در فهرست ویتامین‌ها به شرح زیر است:

• ساختار شیمیایی آلی دارد.
• امکان ساخت آن در بدن به میزان کافی وجود ندارد.
• نیاز آن اندک است.
• برای ادامه حداقل یک مسیر دگرگشت ضروری است و کارکرد ساختمانی ندارد.

ویژگی سوم از فهرست بالا مبنی بر نیاز اندک ویتامین‌ها در بدن، عامل تفاوت آن با اسیدهای آمینه و اسیدهای چرب ضروری است. تفاوت ویتامین‌ها با مواد معدنی که از قضا نیاز موجودات زنده به آنها نیز اندک است، آلی بودن ساختار شیمیایی ویتامین‌ها است.

ساختار شیمیایی اغلب ویتامین‌ها مشتمل بر چندین ملکول مشابه است که هر با نام ویتامر شناخته می‌شوند. به عنوان نمونه، ویتامین E به عنوان نمونه دارای هشت ویتامر شامل چهار ترکیب توکوفرول و چهار ترکیب توکوترینول است. در مثالی دیگر برای ویتامین ‌B12 که در گروه ویتامین‌های محلول در آب قرار می‌گیرد، چهار ویتامر شامل سیانوکوبالامین، هیدروکسوکوبالامین، آدنوزیل کوبالامین و متیل کوبالامین شناخته شده است.

ویتامین‌ها به میزان اندک (میکروگرم تا میلی‌گرم در روز) برای بقا، سلامت، رشد و تولید مثل مورد نیاز هستند و چون بدن قادر به ساخت ویتامین‌ها نیست، این نیاز از منشا خوراک تامین می‌شود. به طور کلی، حذف یک ویتامین از خوراک یک گونه که به آن ویتامین نیاز دارد، منجر به بروز نشانه‌ها و علائم کمبود می‌شود اما در این ارتباط چند استثنا وجود دارد که با تعریف کلی مبنی بر لزوم تامین دائمی ویتامین‌ها از طریق خوراک و عدم توانایی موجود زنده در ساخت آنها در تعارض است. به عنوان نمونه، ویتامین D با تابش اشعه فرابنفش به پوست و در حضور ترکیبات پیش ساز، در بدن ساخته می‌شود و نیاسین (B3) از اسید آمینه تریپتوفان موجود در بدن قابل تولید است. همچنین ویتامین C (اسید آسکوربیک) در بدن اغلب گونه‌های حیوانی به جز در زمان بروز تنش یا اوایل تولد، به میزان کافی تولید می‌شود. بنابراین در برخی شرایط و برای برخی گونه‌ها، نیاسین، ویتامین D و ویتامین C همواره از تعریف کلی ویتامین‌ها تبعیت نمی‌کنند.

ویتامین‌ها دارای وظایف بیوشیمیایی مختلف در بدن هستند که از جمله می‌توان به نقش تنظیم کنندگی ویتامین A در سطح سلولی و بافتی، نقش شبه هورمونی ویتامین D در دگرگشت (متابولیسم) مواد معدنی، نقش گروه ویتامین‌های گروه B به عنوان کوآنزیم و نقش آنتی اکسیدانی ویتامین E و C اشاره کرد.

طبقه بندی ویتامین‌ها

ویتامین‌ها بر اساس حلالیت در چربی یا آب به دو گروه تقسیم می‌شوند: ویتامین‌های محلول در چربی شامل A، E، D و K که همراه با چربی در مواد خوراکی یافت شده و با ساز و کار مشابه و همراه با چربی‌ها هضم و جذب می‌شوند. به همین دلیل عوامل موثر بر هضم و جذب چربی مانند سلامت بافت روده، میزان ترشح نمک‌های صفراوی و مهیا بودن شرایط تشکیل میسل در روده بر جذب آنها موثر است. سوء جذب به دلیل ابتلا به بیماری‌هایی از قبیل فیبروز سیستیک در انسان و کوکسیدیوز در طیور می‌تواند به طور جدی جذب چربی‌ها و به دنبال آن ویتامین‌های محلول در چربی را دچار نقصان کند.  این گروه از ویتامین‌ها به ویژه A، D و تا حدی E دارای قابلیت ذخیره سازی مطلوبی هستند. ویتامین K برخلاف دیگر ویتامین‌های این گروه به شکل محدود در بدن ذخیره می‌شود و به منظور جلوگیری از بروز علائم کمبود، نیاز به تامین آن در خوراک به صورت مداوم است. مازاد دریافت ویتامین‌های محلول در چربی معمولا وارد صفرا شده و در نهایت از طریق مدفوع دفع می‌شود. با این وجود دریافت مقادیر بسیار بالای این ویتامین‌ها به ویژه ویتامینA  و D می‌تواند با مشکلات جدی ناشی از مسمومیت با ویتامین همراه شود.

ویتامین‌های محلول در آب شامل ویتامین C و ویتامین‌های گروه B هستند و برخلاف انواع محلول در چربی، ساز و کار هضم، جذب و ذخیره سازی آنها مستقل از چربی است. ویتامین‌های محلول در آب به جز B12، فاقد ظرفیت ذخیره سازی قابل توجه بوده و مقادیر اضافی آنها به سرعت از طریق ادرار دفع می‌شود. بنابراین برای جلوگیری از بروز علائم کمبود، تامین مداوم ویتامین‌های محلول در آب از طریق جیره ضروری است. همین ویژگی سبب شده که دریافت مقادیر مازاد این ویتامین‌ها منجر به بروز مسمومیت نشود.

از منظر ساختار شیمیایی، ویتامین‌های محلول در چربی تنها از سه عنصر کربن، اکسیژن و هیدروژن تشکیل شده‌اند. این در حالی است که در ساختمان برخی از ویتامین‌های محلول در آب، نیتروژن، گوگرد و کبالت نیز در کنار این سه عنصر اصلی حضور دارند.

جدول زیر نمایی از طبقه بندی کلی ویتامین‌های محلول در چربی و محلول در آب است. امروزه ترکیبات زیادی به عنوان شبه ویتامین مطرح شده‌اند و این احتمال وجود دارد که این فهرست در آینده دستخوش تغییرات محدود شود. با این همه از ذکر نام ترکیبات مورد مناقشه در جدول خودداری شده است. جایگاه کولین به عنوان عضو خانواده ویتامین‌های B نیز مورد تردید جدی قرار گرفته است و سرنوشت پلوتو در منظومه شمسی را پیدا کرده است. کولین می‌تواند در بدن تولید شود، نیاز آن به مراتب بیش از دیگر ویتامین‌ها است (به میزان اندک مورد نیاز نیست) و بیش از آنکه به عنوان یک کوآنزیم در دگرگشت بدن حاضر شود، یک ترکیب ساختمانی است. در حقیقت کولین بیش از آنکه ویتامین باشد، از نظر ساختمان و عملکرد به اسیدهای آمینه شبیه است. بر همین اساس کولین به عنوان یک ماده مغذی ضروری (و نه یک ویتامین) دسته بندی می‌شود. همچنین میو-اینوزیتول (اینوزیتول) و کارنیتین در برخی گونه‌ها مصداق تعریف ویتامین هستند و می‌توان آنها را به فهرست جدول زیر اضافه کرد. کمبود اسیدهای چرب ضروری همانند ویتامین‌ها منجر به بروز علائم اختصاصی می‌شود، با این حال بدیهی است که این ترکیبات در زمره ویتامین‌ها قرار نمی‌گیرند.

برخلاف ساختار شیمیایی ناهمسان ویتامین‌های محلول در آب، ویتامین‌های محلول در چربی دارای برخی ویژگی‌های مشترک در بیوسنتز هستند. این تشابه ناشی از وجود مشتقات ایزوپرن در تمام ویتامین‌های محلول در چربی است (ویتامین E و K دارای گروه‌های غیرایزوپرنوئید هم هستند). به عبارتی دیگر چهار ویتامین محلول در چربی از نظر ساختار شیمیایی، ترپن محسوب می‌شوند. ملکول پایه در ترپن‌ها، ایزوپرن (ایزوپرنوئید) است که در زمره ترکیبات آلی فرار طبقه بندی می‌شود.

در مورد ویتامین‌های محلول در آب، شاخص انحلال پذیری در آب (میلی گرم در میلی لیتر) در دمای ۲۵ درجه سانتیگراد و فشار یک اتمسفر در جدول زیر ارائه شده است:

نام‌گذاری ویتامین‌ها

سال ۱۹۱۵ را می‌توان نقطه آغاز نام‌گذاری و تفکیک ویتامین‌ها اعلام کرد، زمانی که گروه ‌بندی اولیه بر اساس حلالیت انجام گرفت و ویتامین‌هایی که هنوز ماهیت آنها نامشخص بود، در قالب عامل ضروری محلول در چربی A و عامل ضروری محلول در آب B طبقه بندی شدند. عامل محلول در چربی A که در کره و زرده تخم مرغ یافت شده بود، به عنوان عامل کاهش رشد و بیماری خشکی عفونی چشم و کراتینی شدن قرنیه شناخته شد. در نقطه مقابل، عامل محلول در آب B که در جوانه گندم و شیر خشک یافت شده بود، به عنوان عامل بیماری بری‌بری معرفی شد. در ۱۹۲۰، حرف -e در انتهای کلمه ویتامین حذف شد و عامل محلول در چربی A و عامل محلول در آب B به ترتیب به ویتامین A و ویتامین B تغییر یافت. پس از آن عامل ضد اسکوربوت کشف و به ترتیب حروف الفبا ویتامین C نام گرفت. از آنجایی که عامل بیماری نرمی استخوان دارای منابع مشترک با ویتامین A بود، شناسایی آن با تاخیر رخ داد و در ابتدا ویتامین A به عنوان عامل پیشگیری از نرمی استخوان معرفی شد اما تحقیقات بعدی ماهیت ویتامین جدید را روشن ساخت و ویتامین D کشف شد. پس از آن ترتیب حروف الفبا به حرف E رسید که برای عامل ضد نازایی در موش انتخاب شد و در نهایت در سال ۱۹۳۵، حرف K به عامل انعقاد خون اطلاق شد.

در ابتدای کشف ویتامین‌ها و استخراج آنها از مواد غذایی متفاوت، ساختار شیمیایی آنها تا حد زیادی برای پژوهشگران مبهم بود و به همین دلیل ساده‌ترین روش نام‌گذاری که استفاده از حروف الفبا بود، برای آنها استفاده شد که کماکان کاربرد دارد. با گذر زمان و عیان شدن تنوع ویتامین B و اینکه از مجموعه‌ای از ویتامین‌های مستقل از نظر ساختار شیمیایی و عملکرد زیستی تشکیل شده است، نام‌گذاری گروهی برای خانواده B که در گذشته یک ویتامین واحد تلقی می‌شدند، به کار گرفته شد. طبق این روش نام گذاری، پسوند عددی در کنار حرف B مورد استفاده قرار گرفت (ویتامین‌های B1، B2، B3 و غیره).

بر این اساس ویتامین‌هایی که پیش از آن با نام G و H شناسایی و معرفی شده بودند، تغییر نام یافته و در گروه ویتامین‌های گروه B قرار گرفته و به ترتیب به B2 و B7 نامیده شدند. از طرفی ویتامین‌های F و J که به ترتیب اسیدهای چرب ضروری و کاتکول بودند، از فهرست ویتامین‌ها خارج شدند. اسیدهای چرب ضروری به دلیل نیاز در مقادیر بالا در تعریف ویتامین قرار نگرفتند و کاتکول نیز غیرضروری شناخته شد. ویتامین‌های L1 و L2 نیز که امروزه به ترتیب با نام شیمیایی اسید آنترانیلیک و ۵-متیل‌تیو‌آدنوزین شناخته می‌شوند، غیرضروری شناخته شده و از فهرست ویتامین‌‌ها خارج شدند. اسید سالیسیلیک و اس-متیل‌متیونین نیز که در مقطعی به ترتیب با عنوان ویتامین S و U شناخته می‌شدند، در تعریف ویتامین‌‌ها جای نگرفته و اولی به دلیل غیرضروری بودن و دومی به خاطر امکان ساخت آن در بدن و شباهت به اسیدهای آمینه از فهرست خارج شدند.

تحقیقات شیمیایی بعدی نشان داد که ممکن است یک ویتامین با ساختارهای شیمیایی متفاوت در گونه‌های مختلف فعالیت کند و همین یافته سبب شد نام گذاری با پسوند عددی برای برخی ویتامین‌ها مورد تصویب قرار گیرد (مانند ویتامین D2 و D3).

امروزه پس از شناسایی کامل ساختار ملکولی ویتامین‌ها، استفاده از نام شیمیایی آنها نیز متداول است (تیامین، ریبوفلاوین، نیاسین و مانند آنها). در نام‌گذاری برخی از ویتامین‌ها، منبع یا نحوه عملکرد مورد توجه قرار گرفته است که مثال معروف در این ارتباط، ویتامین H یا همان بیوتین است. ویتامین H در سلامت پوست بسیار موثر بوده و کمبود آن موجب پوسته پوسته شدن، خارش و بثورات پوستی می‌شود و به همین دلیل ابتدای کلمه آلمانی Haut به معنی پوست برای معرفی آن انتخاب شد. همچنین نام ویتامین K که توسط دانشمندان دانمارک کشف شد و از عوامل مهم دخیل در انعقاد خون است، برگرفته از کلمه دانمارکی Koagulation به معنی انعقاد است. ریشه نام گذاری اسید پانتوتنیک نیز کلمه یونانی Pantos به معنی (همه جا یافت شده) است.

در گرماگرم کشف ویتامین‌ها، ملکول‌های دیگری شناسایی شدند که علی‌رغم شباهت شیمیایی زیاد با ویتامین‌ها، در عمل بی‌تاثیر بودند. این آنالوگ‌های شیمیایی در بسیاری از موارد آنتاگونیست ملکول ویتامین محسوب می‌شود و از آنها در مطالعات جهت ایجاد خودخواسته کمبود یک ویتامین در حیوان استفاده می‌شود. برخی از مهم‌ترین آنالوگ‌ها شامل ۴-هیدروکسی‌کومارین آنتاگونیست ویتامین K، پری‌تیامین و اکسی‌تیامین آنتاگونیست تیامین، ایزونیازید آنتاگونیست ویتامین B6، متوترکسات آنتاگونیست اسید فولیک و دی‌هیدرو‌بیوتین آنتاگونیست بیوتین است.