background image

Water Soluble Vitamins                                                 

 د. زينا حسن

 

 

 

Page 

1

 

 

 

 

 Objectives: 

by reading this topic; the student would be able to:

 

 

 

 

 

L

L

E

E

C

C

T

T

U

U

R

R

E

E

 

 

1

1

 

Vitamins  are  group  of  complex  organic  compounds  present  in  very  small 
quantities  in  food  and  absorbed  into  the  body  during  digestion.  The  name 
vitamin is obtained from "vital amines“. They are not synthesized in the body 
except Vitamin K. 
Vitamins can perform their work in very small quantities. Hence, the total daily 
requirement is usually very small. 
FUNCTIONS OF VITAMINS 

  Vitamins help to keep good Health

  Vitamins  are required  for metabolism and  they  create  metabolically  active 

enzymes which are very essential for various functions of our body.  

   Vitamins are very important the proper growth  

  Ensuring protection against the viruses.  

CLASSIFICATION OF VITAMINS 
1.  Fat-soluble vitamins 

  They are soluble in fat and 

  They are absorbed by the body from the intestinal tract.  

  They are stored in the body's fatty tissue ± Liver.  

  The four fat-soluble vitamins are ADE, and K

2. Water-soluble vitamins  

  Water-soluble vitamins – vitamin C and vitamin B Complex.  

   Any leftover water-soluble vitamins leave the body through urine.  

  Vitamin B

12

 is the only water-soluble vitamin that can be stored in the liver 

for many years. 

1. 

Define vitamins and illustrate vitamin classification. 

2. 

Describe  the  structure,  dietary  sources,  and  metabolism  of  water  soluble 
vitamins. 

3. 

Identify the biochemical role of different water soluble vitamins. 

4. 

Correlate deficiency in vitamin levels with clinical conditions. 


background image

Water Soluble Vitamins                                                 

 د. زينا حسن

 

 

 

Page 

2

 

 

 

VITAMIN 

B

 Group 

 

  Introduction: 

  In general B complex group have well defined Coenzyme functions in the 

cellular metabolism. 

  They  include:  Thiamine  (B

1

),  Riboflavin  (B

2

),  Niacin,  Pantothenic  acid, 

Pyridoxine (B

6

), Biotin, Folic acid, and Cobalamine (B

12

). 

  Sources: there are some general sources for all B complex group including: 

germinating  seeds,  wheat  germ,  beans,  yeast,  liver,  egg  yolk,  milk, 
vegetables, fish, honey, and meat. 

  These  vitamins  present  in  food  and  are  readily  absorbed  in  GIT,  usually 

there  is  no  appreciable  storage,  the  excess  is  excreted  in  urine  after 
metabolism. 

  Washing before cooking and draining the water after cooking will result in 

loss of much of the water soluble vitamins. 

1. Thiamine (B

1

): 

  Structure: 

  It is a basic substance contains a pyrimidine ring linked to a thiazole ring. It 

is fairly stable in acid solutions but is rapidly destroyed in alkaline medium. 

         OH of the hydroxyethyl group in the thiazole can be esterified with 2 

molecules  of  phosphoric  acid  to  form  Thiamine  pyrophosphate  (TPP) 
which is the active coenzyme form of the vitamin.   

  Metabolism

  Free thiamine is readily absorbed by the small intestine. It is phosphorylated 

mainly in the liver to form TPP. 

  There is no storage of B

1

 vitamin so regular supplies are needed in the diet. 

  Functions

  TPP acts as a coenzyme in the following reactions: 
1.  Oxidative  decarboxylation  reactions,  Mg

++

  ions  are  required  for  the 

activation; as in d carboxylation odf α-ketoglutaric acid. 

2.  Transketolation  reactions;  in  hexose-mono-phosphate  shunt  pathway  of 

glucose metabolism. 

3.  Oxidative  decarboxylation  of  branched  chain  amino  acids,  like  valine, 

leucine, 

and 

isoleucine; 

Flavin-Adenine-dinucleotide 

(FAD), 

niacinamide-adenine-dinucleotide (NAD), and Mg

++

 are also required for 

the reaction. 


background image

Water Soluble Vitamins                                                 

 د. زينا حسن

 

 

 

Page 

3

 

 

  RDA: 1.5 mg/day. 

 

  Clinical correlations

  Deficiency: this will result in a condition called beri-beri which has 

two components: 

1.  Cardiovascular failure: enlargement of the heart and edema. 
2.  
Neural component: peripheral neuritis. 

  Re-feeding syndrome: this potentially lethal condition is defined as 

severe  electrolyte  and  fluid  shifts  associated  with  metabolic 
abnormalities  in  malnourished  patients  undergoing  re-feeding 
whether  this  is  oral,  enteral,  or  parenteral
.  It  is  associated  with  B

1

 

deficiency which should be corrected and given to the patient  before 
re-feeding  is  started  and  also  the  calorie  repletion  should  be  slow. 
Factors  that  increase  the  risk  of  re-feeding  syndrome  include: 
marasmus,  chronic  alcoholism,  cancer  treatment,  prolonged  fasting, 
and surgery. 

2. Riboflavin (B

2

): 

  Structure:  it  is  derived  from  isoalloxazine  ring  combined  with  ribityl 

alcoholic  group;  which  can  be  esterified  with  phosphoric  acid  to  form 
Flavin-Mononucleotide  (FMN).  It  may  be  linked  to  adenine  nucleotide 
through  a  pyrophosphate  linkage  to  form  Flavine-Adenine-Dinucleotide 
(FAD). 

 

  Functions: 

  FMN & FAD are involved in hydrogen transfer reactions as follows: 

1.  FMN is a coenzyme for the enzymes cytochrome C reductase and L-

amino acid oxidase. 

2.  FAD is a coenzyme for the enzymes Xanthine oxidase, D-amino acid 

oxidase and succinate dehydrogenase. 

  RDA: 1.5-2 mg/day. 

  Clinical correlation

  Deficiency:  Lesions  of  the  lips,  fissures  at  angles  of  the  mouth 

(cheilosis),  dermatitis  of  the  face,  glossitis  (red  tongue),  and 
vascularization of the conjunctiva and the cornea occurs. 

FMN and FAD are the two Coenzyme forms of the vitamin

 

Recommended  Dietary  allowance  (RDA)  is  the  level  of  intake  of 
essential  nutrients  sufficient  to  meet  the  nutritional  needs  of  healthy 
individuals in general population

 


background image

Water Soluble Vitamins                                                 

 د. زينا حسن

 

 

 

Page 

4

 

 

L

L

E

E

C

C

T

T

U

U

R

R

E

E

 

 

2

2

 

3. Niacin: 
         (Synonyms: P-P-factor=Pellagra Preventing factor, Nicotinic acid) 

  Structure:  Niacin  is  pyridine-3-carboxylic  acid.  Its  biologically  active 

forms are: 

1. Niacinamide–Adenine-Dinucleotide (NAD).  
2.  Niacinamide–Adenine-Dinucleotide  (NADP):  the  phosphorylated 

form of NAD. 

  Sources

  In  addition  to  general  sources  of  B  complex  vitamins;  niacin  can  be 

synthesized from the essential amino acid Tryptophan. 

  Functions: 

  NAD  &  NADP  function  as  coenzymes  for  hydrogen  transfer  enzymes 

(dehydrogenases) as follows: 

1. NAD is a coenzyme for the enzymes Alcohole dehydrogenase and Lactic 

acid dehydrogenase. 

2.  NADP  is  a  coenzyme  for  the  enzymes  Glucose-6-phosphate 

dehydrogenase. 

3.  Both  NAD  &  NADP  are  coenzymes  for  the  enzyme  Glutamic  acid 

dehydrogenase. 

  RDA: 20 mg/day  
  Clinical correlation

  Deficiency:  causes  a  disease  called  Pellagra  (pelle=skin;  Agra=rough

characterized  by:  dermatitis,  diarrhea,  and  dementia  (3'D's)  and  if  not 
treated the 4

th

 'D' death follows. The dermatitis involves areas exposed to 

sun  or  pressure,  in  addition  to  loss  of  appetite,  vomiting,  stomatitis, 
soreness of the tongue, and mental depression. 

 

4. Pyridoxine (B

6

): 

  Structure: it has three related compounds: Pyridoxine occur mainly in plants; 

Pyridoxal and pyridoxamine which are present in animal products. Its active 
form is Pyridoxal Phosphate which can combine to NH3 group to form 
Pyridoxamine Phosphate

Niacin has a pharmacological action on decreasing plasma lipids; 

therefore niacin is used in the treatment of hyperlipidemia

 


background image

Water Soluble Vitamins                                                 

 د. زينا حسن

 

 

 

Page 

5

 

 

  Functions: 

1.  Coenzyme for Transaminases: B

6

 importance in amino acid metabolism 

depends  on  its  ability  to  take  up  NH

3

  reversibly  to  form  pyridoxamine 

phosphate. 

2.  Coenzyme for non-oxidative decarboxylases
              3,4-di ydroxyp  nylalanin →Dppamin  + CO

2

 

          Glutamic acid →Gamma aminobutyric acid (GABA) + CO

2

 

                                yrosin  →  yramin  + CO

2

 

3. Conversion of tryptophan to niacin
4.  Interconversion  of  glycine  and  serine:  where  it  works  along  with  folic 
acid. 
5Trans-sulphuration reactions 
                     Homocysti n +s rin → omos rin +cyst in  
6. Synthesis of sphyngosine from serine and arachidonic acid from linoleic 
acid. 
7. Transport of amino acids. Across cell membranes. 

  RDA: 2 mg/day 

  Clinical correlations: 

 Deficiency: 

  This  may  result  in  a  hypochromic  microcytic  anemia  because  the 

vitamine is required at one-stage-decarboxylation- in heme synthesis. 

  Homocystinuria and cystathioninuria occur in B

6

 deficiency due to 

impaired metabolism of methionine. 

 

5. Pantothenic acid (B

3

): 

         (Synonyms: Pantothenic in Greek =from everywhere) 

  Structure:  it  is  a  pseudopeptide  formed  by  combination  of  a  butyric  acid 

d rivativ  wit  β–alanine. 

  Functions:  it  is  a  component  of  a  very  important  coenzyme  called 

Coenzyme A (HS-CoA) which has the following functions

Pharmacological Facts of B

6

1. Treatment with isonicotinic acid hydrazide (INH) patients with tuberculosis induces a B6 
deficiency  manifested by neuropathy and excretion of abnormal metabolites of tryptophan 
in urine. Large doses of B

6

 will overcome this condition. 

2.  B

6

  is  found  to  be  of  value  in  treatment  of  nausea  and  vomiting  during  pregnancy 

(morning sickness), 

  

 


background image

Water Soluble Vitamins                                                 

 د. زينا حسن

 

 

 

Page 

6

 

 

1.  Formation of acetyl-CoA and fatty acyl-CoA. 
2.  Formation of acyl-carrier protein required for synthesis of fatty acids. 
3.  Acetyl-CoA  is  the  starting  point  for  citric  acid  cycle  and  fatty  acid 

biosynthesis. 

4.  Adrenal  cortical  function  since  acetyl  CoA  is  required  for  steroid  ring 

synthesis. 

5.  Succinyl-CoA is a component of citric acid cycle. 
6.  Fatty acyl-CoA formation point for the oxidation of fatty acid or for their 

incorporation into triglycerides or phospholipids. 

  RDA: 5-15 mg/day  
  Clinical correlation

  Deficiency:  due  to the  widespread of  this vitamin,  its deficiency  is  very 

rare. 

6. Biotin (Vitamin H): 

  Structure: It is a heterocyclic compound containing sulphur. 
  Sources

  In  addition  to  general  sources  of  B  complex  vitamins;  large  amounts  of 

this vitamin are synthesized by intestinal flora, but this source of supply is 
lost during therapy with sulphonamides and antibiotics. Avidin is a basic 
protein  in  egg  white  which  is  capable  of  forming  an  unabsorbable 
complex with biotin thus also depriving the availability of the vitamin. 

  Functions:  it  is  a  coenzyme  in  CO

2

  transfer  reactions  (or  CO

fixation

involved in gluconeogenesis, lipogenesis, and fatty acid synthesis: 

1.  Acetyl-CoA to Malonyl-CoA. 
2.  Pyruvate to oxalacetate. 
3.  Propionyl-CoA to methylmalonyl-CoA. 

  RDA: 100-300 µg/day  
  Clinical correlation

  Deficiency:  this  is  very  rare  leading  to  alopecia,  gastrointestinal  and 

nervous symptoms. 

 

 

 

 


background image

Water Soluble Vitamins                                                 

 د. زينا حسن

 

 

 

Page 

7

 

 

L

L

E

E

C

C

T

T

U

U

R

R

E

E

 

 

3

3

 

7. Folic acid: 

  Structure:  The  term  folic  acid  is  derived  from  its  widespread  presence  in 

green leafy vegetables (folium=leaf). The major parts of folic acid are: 

1. Pteridine nucleus.  
2. Para aminobenzoic acid (PABA)
3Glutamic acid. 

  All three parts form Pteroylglutamic acid (PGA). The reduced form of 

the vitamin (by addition of  4 hydrogens to the pteridine  moiety), will 
make Tetrahydrofolic acid which is the active form of the vitamin. 

  Sources

  In addition to general sources of B complex vitamins; folic acid is found 

in green leafy vegetables. 

  Many  microorganisms  can  synthesize  folic  acid  from  PABA  including 

those inhabiting the intestinal tract. 

  Functions: 

  Formation  of  the  active  form  of  Folic  acid  (Tetrahydrofolic  acid)  is 

brought  about by  a  folic acid reductase  enzyme  which  requires  NADPH 
and Ascorbic acid as coenzymes. 

  The tetrahydrofolaic acid can reversibly combine with a carbon unit at N

5

 

or N

10

; and this is the basis of its function. 

  The  one  carbon  moiety  can  be  derived  from  several  sources  and  be 

utilized to form several compounds; as follows: 

1.  One  carbon  moiety  donors:  like  methyl  group  of  methionine  or 

thymine. 

2.  One  carbon  moiety  acceptors:  as  in  homocysteine  or  uracil  to  form 

methionine. 

 

 

Folate Cycle 

Tetrahydrofolate  takes  up  a  one  carbon  moiety  (-CH3)  at  N5  position.  The 
methyl  group  is  transferred  to  cobalamine  which  helps  methylation  of 
homocysteine  to  form  methionine.  The  folate  is  returned  to  the  folate  pool  to 
further  take  part  in  one  carbon  transfer  reactions.  Otherwise,  folate  remains 
trapped  with  the  methyl  group  and  its  further  functioning  is  impaired.  This 

close correlation of folic acid and B

12

 is called the "Folate Cycle". 

 


background image

Water Soluble Vitamins                                                 

 د. زينا حسن

 

 

 

Page 

8

 

 

  RDA: 100 mg/day  
  Clinical correlation

Deficiency:  

  Since the vitamin is very much involved in the synthesis of purine ring 

which  is  a  component  of  nucleic  acids,  and  methylation  of  the 
pyrimidine  ring  to  form  thymine,  a  constituent  of  DNA,  the  most 
affected function will be cell multiplication

  The  hemopoietic  system  will be the  earliest  to be involved because it 

shows the maximum of cell division and multiplication normally. 

  Macrocytic  anemia,  leucopenia  and  neurological  symptoms  are 

produced.  

  In  pregnancy  there  is  increased  requirement  for  folic  acid  by  both; 

the mother (to prevent anemia) and the fetus (to prevent neural tube 
defect); therefore it is given prophylacticly to all pregnant women.
 

 

8. Vitamin B

12

 (Cobalamin): 

  Structure: B

12

 molecule is composed of: 

1. Corrin ring system with four pyrrole rings.  
2. Trivalent cobalt atom. 
3Cyanide and azole ring of a nucleotide. 

  Metabolism:  

  The  vitamin  is  absorbed  from  the  intestine  only  in  the  presence  of 

Intrinsic  factor.  Which  a  protein  secreted  from  cells  of  the  gastric 
mucosa. 

  The 

active 

forms 

of 

B

12

 

are 

methylcobalamin 

and 

deoxyadenosylcobalamin

 

Pharmacological facts of Folic acid:  

  Sulfonamide  drugs  and  antibiotics  inhibit  bacterial  growth  by  blocking 

the  incorporation  of  PABA  in  the  folic  acid  synthesis  (competitive 
inhibition). 

  Trimethoprim  inhibits  the  enzymatic  conversion  of  dihydrofolate  to 

tetrahydrofolate by bacteria thus inhibiting its growth. 

  Methotrexate  antagonizes  folic  acid  thus  inhibits  cell  division  and 

multiplication as in treating leukemia and malignancy. 

 


background image

Water Soluble Vitamins                                                 

 د. زينا حسن

 

 

 

Page 

9

 

 

 

  Functions: 

  The  vitamin  functions  as  coenzyme  after  combining  with  an  adinosyl 

moiety  which  replaces  the  –CN  group.  The  pentose  of  the  adenosine 
moiety  is  deoxyribose,  and  the  coenzyme  is  called  (Cobamide 
Coenzyme)
; which is involved in the following reactions: 

1- Methyl-Malonyl-CoA to Succinyl CoA. 
2- Methylation  of  homocysteine  to  methionine  and  the  methylation  of 

pyrimidine ring to form thymine. 

3- Metabolism of diols; ex. Ethylene glycol. 
4- Ribonucleotides to deoxyribonucleotides. 

  RDA: 5 µg/day  
  Clinical correlation

Deficiency:  

  Like folic acid, B

12

 is also intimately connected to hemopoiesis; thus its 

deficiency leads to Macrocytic anemia.  

  Sub-acute  combined  degeneration:  Lesions  in  CNS  along  with 

anemia.  

  Pernicious  anemia:  caused  by  deficiency  of  the  Intrinsic  factor 

associated with absence of HCL (Achlorhydria) and enzymes (Achylia) 
in gastric juice. 

 

 

  Structure: 

  It is a white crystalline substance with a very acidic taste. 
  It is a strong reducing substance. 
  It  is  stable  in  the  solid  form  and  in  acidic  solutions,  but  is  rapidly 

destroyed in alkaline solutions. 

  Sources:  Fresh  green  leafy  vegetables  and  salad  vegetables  like  cabbage, 

lettuce,  spinach,  and  cucumber  contain  this  vitamin.  In  addition  to  citrus 
fruits (lemons & oranges) and melons. 

Facts of B

12

 

  Intrinsic factor from gastric juice is necessary for absorption of vitamin B

12

. 

  B

12

  is  transported  in  plasma  bound  to  specific  carrier  proteins  called 

Transcorrin I and Transcorrin II. 

 

VITAMIN 

C

 

Group 

 


background image

Water Soluble Vitamins                                                 

 د. زينا حسن

 

 

 

Page 

10

 

 

  Functions:  The  vitamin  is  intimately  concerned  with  the  metabolism  of 

mesenchymal tissues, osteoid, dentine, and collagen. 

1-  Maintenance of redox potential in the cell: vitamin C plays a role of 

a  coenzyme  in  hydrogen  transfer  reactions  involving  NADP  and 
glutathione. 

2-  Collagen  synthesis:  hydroxyproline  is  an  important  amino  acid  in 

collagen;  vitamin  C  is  required  for  its  synthesis  from  proline  in 
connective tissue. 

3-  Tyrosine metabolism: its conversion catecholamines by dopamine-β-

hydrolase. 

4-  Absorption of iron from GIT: by converting inorganic ferric iron to 

the ferrous form. 

  RDA: 70 mg/day  
  Clinical correlation

Deficiency (Scurvy)  

  It is failure to deposit intercellular cement substance. 
  The capillaries become fragile and there is a tendency to hemorrhage. 
  Wound  healing  is  delayed  due  to  deficiency  in  the  formation  of 

collagen. 

  There  is  poor  dentine  formation  in  children  leading  to  poor  teeth 

formation. 

  Gums are spongy swollen and bleed on slightest pressure. 
  Osteoid of the bone is poorly laid and mineralization is inadequate. 

 

 

  References

  Lippincott's  Illustrated  Review  in  Biochemistry  by  Richard  Harvey  and  Denise  Ferrier;  5

th 

edition 2010. Unit 5, Chapters 28. 

  Textbook of Biochemistry by Dr A V S S Rama Rao; 11

th

 edition 2010. Chapter 11. 

  Clinical chemistry & Metabolic medicine by Martin A. Crook; 7

th 

edition 2008. Chapter 15. 

  Clinical Chemistry by Michael L. Bishop and colleagues; 4

th 

edition 2005. Part IV, chapter 31. 

  Clinical Chemistry by William J Marshall & Stephen K Bangert; 6

th 

edition 2008. Chapter 20. 




رفعت المحاضرة من قبل: Abdalmalik Abdullateef
المشاهدات: لقد قام 15 عضواً و 176 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