КОФЕРМЕНТНАЯ ФУНКЦИЯ ВИТАМИНОВ
Витамины играют важную роль в обмене веществ. В настоящее время известны не только те реакции, для нормального течения которых необходим тот или иной витамин, но и ферменты, в состав коферментов которых входят витамины (табл. 14). Описано более 100 таких ферментов.
Недостаточное поступление витаминов с пищей, нарушение их всасывания и усвоения, повышенная потребность организма в них могут приводить к специфическим для каждого витамина нарушениям обмена веществ и физиологических функций, снижению работоспособности. Длительный дефицит поступления витаминов вызывает специфические заболевания (гиповитаминозы и авитаминозы).
Таблица Важнейшие коферменты, в состав которых входят витамины
ПРИЧИНЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ДЕФИЦИТА ВИТАМИНОВ В ОРГАНИЗМЕ
Витамины — незаменимые факторы питания. Их запасы в организме крайне невелики (за исключением ретинола), поэтому они в необходимых количествах должны поступать с пищей. От содержания витаминов в рационе зависит общая направленность обмена веществ и состояние здоровья (табл. 3).
Одной из часто встречающихся причин повышения потребности организма в витаминах является изменение нормального соотношения в пищевом рационе основных усвояемых веществ. Увеличение доли углеводов повышает потребность в витамине В1, белка — в витамине В6, растительных масел — в витамине Е и липотропных факторах. Снижение потребления белка (ниже установленных физиологических норм) увеличивает потребность в большинстве витаминов, так как затрудняется их утилизация, построение ферментов, в которые они входят.
Усиленные физическая и нервная нагрузки приводят к значительным изменениям обменных процессов, что сопряжено с повышенным расходом витаминов.Потребность в витаминах возрастает во время пребывания в высокогорье, при воздействии на организм пониженной и повышенной температур воздуха в крайних климатических зонах. Особенно это относится к людям, не акклиматизировавшимся к данному климату.
Витамины поступают в организм с различными продуктами питания; для предупреждения дефицита витаминов и специфических нарушений обмена они должны поступать систематически и в определенных количествах (табл.3).
Потребность организма взрослого человека в витаминах и их основные источники в питании
| Витамины | Суточная потребность | Основные источники витаминов в питании |
| Тиамин (В1) | 1,3-2,6 мг 0,6мг на 4000 кДж | Зерновые продукты, не освобожденные от периферических частей и оболочек. Другие растительные и животные продукты |
| Рибофлавин (В2) | 1,5-3 мг 0,7 мг на 1000 кДж | Молоко, молочные продукты, яица, мясо, овощи |
| Никотиновая кислота (РР) | 15-20 мг 6,6 мг на 1000 кДж | Печень, яйца, хлеб ржаной, говядина, сыр, молоко, картофель |
| Пиридоксин (В6) | 1,5—3 мг | Мясо, рыба, картофель, капуста, крупы, хлеб пшеничный |
| фолиевая кислота (Вс) | 0,2 мг | Печень, зелень (петрушка, шпинат, салат, лук зеленый), говядина, яйца |
| Цианкобаламин (В12) | 3 мкг | Мясные и рыбные продукты, яйца, творог |
| Аскорбиновая кислота (С) | 60—100 мг | Картофель, капуста, другие овощи, фрукты, ягоды |
| Ретинол (А) | 1 мг ретиноловых эквивалентов | Печень, молоко, рыба, сливочное масло, яйца, сыр |
| Витамин D (кальцифе- ролы) | 0,0025 мг (100МЕ) | Рыба, рыбные продукты, молоко, масло сливочное |
| Витамин Е токоферолы | 12-15 мг | Растительные масла, маргарин, крупы, яйца, печень |
В настоящее время количественно определена потребность в 10 витаминах, которая зависит от многих причин. Наиболее существенной причиной считают физическую напряженность труда. Потребность в витаминах К, Р, липоевой и пантотеновой кислотах, биотине, а также в витаминоподобных веществах (оротовой кислоте, витамине В15, холине, парааминобензойной кислоте, инозите и карнитине) определена ориентировочно. Более точно разработаны рекомендации по их использованию с целью направленного воздействия на обмен веществ, что отражено в специальных инструкциях, регламентирующих сроки и дозы применения, в том числе и в спортивной практике.
Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:
Лучшие изречения: Как то на паре, один преподаватель сказал, когда лекция заканчивалась — это был конец пары: «Что-то тут концом пахнет». 8526 — 
| 8113 — 
или читать все.
85.95.179.73 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.
Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно
КОФЕРМЕНТНАЯ ФУНКЦИЯ ВИТАМИНОВ
Витамины играют важную роль в обмене веществ. В настоящее время известны не только те реакции, для нормального течения которых необходим тот или иной витамин, но и ферменты, в состав коферментов которых входят витамины (табл. 14). Описано более 100 таких ферментов.
Недостаточное поступление витаминов с пищей, нарушение их всасывания и усвоения, повышенная потребность организма в них могут приводить к специфическим для каждого витамина нарушениям обмена веществ и физиологических функций, снижению работоспособности. Длительный дефицит поступления витаминов вызывает специфические заболевания (гиповитаминозы и авитаминозы).
Таблица Важнейшие коферменты, в состав которых входят витамины
Реакции, катализируемые ферментами
Перенос атомов водорода в процессе тканевого дыхания и биосинтеза с одного субстрата на другой
Перенос атомов водорода с субстрата на кислород
Перенос ацетильных или ацильных радикалов (остаток уксусной и жирных кислот)
Перенос одноуглеродистых соединений в процессе биосинтеза (нуклеиновых кислот и др.)
Окислительное декарбоксилирование кетокислот (пировиноградной, α-кетоглютаровой). Окисление глюкозы в пентозном цикле.
Переаминирование и декарбоксилирование аминокислот и ряд других реакций белкового и аминокислотного обмена
Перенос и образование лабильных метильных групп и другие реакции биосинтеза
ПРИЧИНЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ДЕФИЦИТА ВИТАМИНОВ В ОРГАНИЗМЕ
Витамины — незаменимые факторы питания. Их запасы в организме крайне невелики (за исключением ретинола), поэтому они в необходимых количествах должны поступать с пищей. От содержания витаминов в рационе зависит общая направленность обмена веществ и состояние здоровья (табл. 3).
Одной из часто встречающихся причин повышения потребности организма в витаминах является изменение нормального соотношения в пищевом рационе основных усвояемых веществ. Увеличение доли углеводов повышает потребность в витамине В1, белка — в витамине В6, растительных масел — в витамине Е и липотропных факторах. Снижение потребления белка (ниже установленных физиологических норм) увеличивает потребность в большинстве витаминов, так как затрудняется их утилизация, построение ферментов, в которые они входят.
Усиленные физическая и нервная нагрузки приводят к значительным изменениям обменных процессов, что сопряжено с повышенным расходом витаминов.Потребность в витаминах возрастает во время пребывания в высокогорье, при воздействии на организм пониженной и повышенной температур воздуха в крайних климатических зонах. Особенно это относится к людям, не акклиматизировавшимся к данному климату.
Витамины поступают в организм с различными продуктами питания; для предупреждения дефицита витаминов и специфических нарушений обмена они должны поступать систематически и в определенных количествах (табл.3).
Потребность организма взрослого человека в витаминах и их основные источники в питании
Основные источники витаминов в питании
Зерновые продукты, не освобожденные от периферических частей и оболочек. Другие растительные и животные продукты
Молоко, молочные продукты, яица, мясо, овощи
Печень, яйца, хлеб ржаной, говядина, сыр, молоко, картофель
Мясо, рыба, картофель, капуста, крупы, хлеб пшеничный
Печень, зелень (петрушка, шпинат, салат, лук зеленый), говядина, яйца
Мясные и рыбные продукты, яйца, творог
Картофель, капуста, другие овощи, фрукты, ягоды
Печень, молоко, рыба, сливочное масло, яйца, сыр
Рыба, рыбные продукты, молоко, масло сливочное
Растительные масла, маргарин, крупы, яйца, печень
В настоящее время количественно определена потребность в 10 витаминах, которая зависит от многих причин. Наиболее существенной причиной считают физическую напряженность труда. Потребность в витаминах К, Р, липоевой и пантотеновой кислотах, биотине, а также в витаминоподобных веществах (оротовой кислоте, витамине В15, холине, парааминобензойной кислоте, инозите и карнитине) определена ориентировочно. Более точно разработаны рекомендации по их использованию с целью направленного воздействия на обмен веществ, что отражено в специальных инструкциях, регламентирующих сроки и дозы применения, в том числе и в спортивной практике.
4. Витаминоподобные вещества
В эту группу входят различные химические соединения, которые частично синтезируются в организме и обладают витаминным действием. Однако некоторые из них могут выполнять и специфические функции или самостоятельно или входя в состав других веществ.
Витамин В4 (холин)- Его недостаток вызывает специфичные расстройства липидного обмена. Содержится в значительных количествах в мясе, различных злаках. Поступая через биологические мембраны в клетки, он принимает участие в биосинтезе ацетилхолина и фосфотидов и поставляет подвижные метильные группы -СН3 при различных реакциях трансаминирования.
Витамин В8 (инозит) — Недостаток вызывает задержку роста у молодняка, облысение и специфические расстройства нервной системы. У человека, заболевания связанные с витамином В8 не установлены.
Оротовая кислота — витамин В13. К витаминам эта кислота относится условно, так как авитаминоз описан только у грызунов и кур. Она является предшественником урацила и цитозина, т. е. может использоваться при биосинтезе пиримидиновых нуклеотидов. С целью стимулирования биосинтеза нуклеиновых кислот и как лечебное средство при нарушениях белкового обмена оротовая кислота применяется в лечебной практике.
Пангамовая кислота — витамин В15. Эта кислота относится к витаминам также условно (неизвестна потребность в ней организма человека и животных). Однако она обнаружена в продуктах питания и обладает рядом ценных свойств, благодаря чему препарат витамина В15 применяются в медицине и спортивной практике. Витамин представляет собой эфир глюконовой кислоты и димецилглицина. Благодаря наличию метильных групп, соединенных с азотом («лабильных» метильных групп), он оказывает положительное влияние на липидный обмен. Витамин В15 стимулирует тканевое дыхание, повышает эффективность использование кислорода тканями, особенно при его недостатке различного происхождения, стимулирует продукцию стероидных гормонов коры надпочечников. Как лечебное средство используется при угрозе жирового перерождения печени, атеросклерозе, состояниях, сопровождающихся кислородным голоданием.
Витамин N (липоевая кислота) – содержится в растительных и животных тканях. Выполняет роль кофермента окислительного декарбоксилирования ПВК и альфа-кетоглутаровой кислоты, как сильный восстановитель снижает потребность в витаминах Е и С, предотвращая их быстрое окисление.
Витамин U (метилметионинсульфоний, противоязвенный фактор) – содержится в овощах, особенно много в капусте, разрушается при варке. Является донором метильных групп, вследствие чего выполняет роль липотропного фактора, используемого при лечении и профилактике жирового перерождения печени. Обладает антигистаминными свойствами, противоязвенной активностью. Применяется при лечении язвенной болезни желудка и 12-перстной кишки, гастритов.
Витамин В1 (тиамин, антиневритный)
Источники
Черный хлеб, злаки, горох, фасоль, мясо, дрожжи.
Суточная потребность
Строение
В составе тиамина определяется пиримидиновое кольцо, соединенное с тиазоловым кольцом. Коферментной формой витамина является тиаминдифосфат.
Строение витамина В1
Строение тиаминдифосфата
Метаболизм
Всасывается в тонком кишечнике в виде свободного тиамина. Витамин фосфорилируется непосредственно в клетке-мишени. Примерно 50% всего В1 находится в мышцах, около 40% – в печени. Единовременно в организме содержится не более 30 суточных доз витамина.
Биохимические функции
1. Входит в состав тиаминдифосфата (ТДФ), который
Пример реакции с участием тиаминдифосфата (пентозофосфатный путь)
- входит в состав ферментов декарбоксилирования α-кетокислот пируватдегидрогеназы и α-кетоглутаратдегидрогеназы, которые участвуют в энергетическом обмене.
- входит в состав дегидрогеназы разветвленных α-кетокислот, необходимой для катаболизма лейцина, валина, изолейцина.
2. Входит в состав тиаминтрифосфата , который изучен еще недостаточно. Имеются разрозненные сведения об участии ТТФ в передаче нервного импульса, в генерации клеточного сигнала, в реакциях клеточного биоэлектрогенеза, в регуляции активности ионных каналов.
Гиповитаминоз B1
Причина
Основной причиной является недостаток витамина в пище, избыток алкоголь-содержащих напитков, которые снижают всасывание и повышают экскрецию витамина, или углеводных продуктов, повышающих потребность в тиамине.
Также причиной гиповитаминоза может быть потребление сырой рыбы (треска, форель, сельдь), сырых устриц, поскольку в них содержится антивитамин – фермент тиаминаза, разрушающий витамин. В кишечнике человека присутствует бактериальная тиаминаза.
Клиническая картина
Болезнь » бери-бери » или «ножные кандалы» – нарушение метаболизма пищеварительной, сердечно-сосудистой и нервной систем из-за недостаточного энергетического и пластического обмена.
Со стороны нервной ткани наблюдаются:
- полиневриты: снижение периферической чувствительности, утрата некоторых рефлексов, боли по ходу нервов,
- энцефалопатия:
— синдром Вернике – спутанность сознания, нарушение координации, галлюцинации, нарушение зрительной функции,
— синдром Корсакова – ретроградная амнезия, неспособность усваивать новую информацию, болтливость.
Со стороны сердечно-сосудистой системы отмечается нарушение сердечного ритма, боли в сердце и увеличение его размеров.
В желудочно-кишечном тракте нарушается секреторная и моторная функция, возникает атония кишечника и запоры, исчезает аппетит, уменьшается кислотность желудочного сока.
Антивитамины В1
В кишечнике имеется бактериальная тиаминаза, разрушающая тиамин. Также этот фермент активен в сырой рыбе, сырых устрицах.
Пиритиамин, структурный аналог и антиметаболит тиамина, обнаружен в некоторых растениях (папоротник). Он конкурирует за переносчик тиамина на мембранах клеток: в кишечнике подавляет его всасывание, в тканях «вытесняет» витамин из клеток.
Коферментная функция водорастворимых витаминов: НАД,ФАД.
Коферментная функция витаминов заключается в их вхождении в состав коферментов.Кофермент имеет 2 функциональных участка, один из которых отвечает за связь с апоферментом, а другой принимает непосредственное участие в каталитическом акте.Как правило, активная фрма витаминов принимает участие именно в катализе.
НАД(Никотинамидадениндинуклеотид)-производная витамина РР(В5).
НАД — зависимые дегидрогеназы:
·Алкоголъдегидрогеназа (спиртовое брожение)
·Лактатдегидрогеназа (гликолиз, гликогенолиз)
·Глицероалъдегидфосфатдегидрогеназа (гликолитическое окисление)
·Изоцитратдегидрогеназа, а-кетоглутаратдегидрогеназа, малатдегидрогеназа (цикл Кребса).
·Пируват- и а-кетоглутаратдегидрогеназа (окислительное декарбоксилирование а-кетокислот: ПВК и а-кетоглутарата).
·Первый комплекс цепи дыхательных ферментов (окислительное фосфорилирование)
Осуществляют извлечение энергии из субстратов путем их биологического окисление и сопряжения с тканевым дыханием (катаболизм).
ФАД (флавинадениндинуклеотид)- производная витамина В2.
ФАД — зависимые дегидрогеназы:
1)Сукцинатдегидрогеназа (цикл Кребса)
2)Ацил-КоА-дегидрогеназа (Р-окисление жирных кислот)
3)Пируват- и а-кетоглутаратдегидрогеназа (окислительное декарбоксилирование а-кетокислот: ПВК и а-кетоглутарата).
4) Второй комплекс цепи дыхательных ферментов (окислителъное фосфорилирование).
Окисленная форма НАД и ФАД в качестве акцептора принимает от субстратов атомы водорода (биологическое окисление). Восстановленная форма НАД и ФАД в качестве донора передает атомы водорода в цепь дыхательных ферментов (тканевое дыхание). Участвуют в окислительном расщеплении субстратов (катаболизм) и, тем самым, обеспечивают клетки энергией.
25. Строение, роль витамина В1 в организме.
Витамин В1(тиамин, аневрин) в своей структуре содержит пиримидиновый и тиазоловый гетероциклы, соединенные метиленовым мостиком, и остаток этанола.
·Коферментная функция – витамин В1 в форме тиаминпирофосфата(ТПФ), где пирофосфат присоединяется по гидроксильной группе остатка этанола, находится в составе более чем 30 разных ферментов. В форме кофермента он обеспечивает течение ключевых реакций превращений пировиноградной и α-кетоглутаровой кислот до ацетил-КоА и сукцинил-КоА соответственно.
·Дефицит В1 в составе пируват-дегидрогеназного комплекса, содержащего ТПФ в качестве кофермента, приводит к накоплению пирувата в организме, негативному влиянию на нервную ткань, на функции головного мозга.
·Витамин В1 в форме тиаминпирофосфата входит также в состав молекулы транскетолазы. фермента, катали зирующего превращение рибулозо-5-фосфата в рибозо-5 фосфат в пентозном превращении гексоз.
·Тиаминпирофосфат требуется для синтеза ацетилхолина.
26. Строение, роль витамина В2 в организме.
Витамин В2 (рибофлавин) в основе структурной формулы имеет изоаллоксазиновый гетероцикл и спирт рибитол.
После всасывания витамина В2в тонком кишечнике он фосфорилируется в различных тканях,
образуя два кофермента — ФМН (флавинмононуклеотид) и ФАД (флавинадениндинуклеотид). Эти коферменты, находясь в составе оксидоредуктаз, участвуют в цепи реакций биологического окисления. Таким образом, витамин В1 участвует в реакциях получения энергии в форме АТФ.
Дефицит его в организме вызывает задержку роста, слабость хотя аппетит животного сохраняется. У млекопитающих развиваются дерматиты, у птиц выражена слабость ног.
27. Строение, роль витамина В3 в организме.
Витамин В3(пантотеновая кислота,пнтотен, антидермитный) в своей структуре содержит β-аланин и производное масляной кислоты.
Известно около 70 ферментных систем, где используется коэнзим-A (HS-KoA) и ацилпереносящий белок (АПБ), содержащие в своей структуре витамин В3. HS-KoA участвует в обмене жиров (окисление и синтео жирных кислот, синтез нейтральных жиров, фосфолипидов, стероидных гормонов), в обмене белков (синтез гемоглобина), в обмене углеводов через цикл трикарбоновых кислот. HS-KoA вовлекается в различные реакции переноса ацильных групп, в которых он выступает как акцептор или как донор ацильных групп.
Коферментные функции витаминов
| Название витаминов | Коферментная форма | Основные процессы, в которых принимает участие данный витамин |
| Витамин В1, тиамин | тиаминпирофосфат (ТПФ) | декарбоксилирование a-кетокислот, перенос С2-альдегидных и кетоновых групп; |
| Витамин В2 рибофлавин | флавинмононуклеотид (ФМН) флавинадениндинуклео тид (ФАД) | окислительно-восстановительные реакции (транспорт Н + и е — ); |
| Пантотеновая кислота | коэнзим А (КоА-SH) | активация ацильных (в т. ч. и ацетильных) групп; |
| Витамин РР, никотинамид, никотиновая кислота | никотинамидадениндинуклеотид (НАД) никотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАДФ) | окислительно-восста-новительные реакции (транспорт Н + и е — ); |
| Витамин В6, пиродоксаль, пиридоксин | пиридоксальфосфат (ПФ) | декарбоксилирование аминокислот и перенос аминогрупп; |
| Витамин В12, кобаламин | дезоксиаденозил- и (метил)-кобаламин (В12-коферменты) | трансметилирование, метилмалонил-КоА- мутазная реакция; |
| Витамин Вс, фолиевая кислота | тетрагидрофолиевая кислота (ТГФК | обмен одноуглеродных фрагментов (формил, формимино-, метил-, оксиметил-, метилен-, метенил- ); |
| Витамин Н биотин | биоцитин | активирование двуокиси углерода: карбоксили- рование ацетил-КоА и пирувата; |
| Аскорбиновая к-та | гидроксилирование пролина и лизина ; | |
| Витамин К нафтохинон | Гидрохинонная форма | g-карбоксилирование остатков глутамата |
Вторая причина связана с тем, что именно участие кофермента может иметь фундаментальное физиологическое значение. Например, работа мышцы в анаэробных условиях сопровождается превращением пирувата в лактат. Предназначением реакции является превращение НАД Н2 в НАД. В отсутствие НАД гликолиз продолжаться не может и анаэробный синтез АТФ прекращается а, следовательно, прекращается и сокращение мышц.
Изоферменты — это молекулы ферментов, катализирующих одну и ту же реакцию, но отличающиеся друг от друга по некоторым физико-химическим свойствам, кинетике реакций, способам регуляции активности и т.д. Они могут присутствовать в разных клетках одного организма, в разных типах клеток одной ткани, в разных субклеточных образованиях одной клетки. Изоферменты имеют генетические различия, т.е. кодируются разными генами. Если фермент имеет олигомерную структуру, изомеры могут образовываться как результат комбинации неидентичных протомеров. Например, лактатдегидрогеназа состоит из 4 х субъединиц двух типов Н и М. Изоферменты образуются в результате приведенной ниже комбинации субъединиц:
Синтез Н- и М-субъединиц детерминируется разными генетическими локусами, они экспрессируются по-разному в разных тканях.
Существование изоферментов позволяет организму осуществлять одну и ту же реакцию в различных условиях среды, с разной скоростью (например, глюкокиназа печени и гексокиназа головного мозга имеют различную активность).
Полиферментные системы. Те или иные превращения веществ в организме катализируются не одним ферментом, а, как правило, несколькими, объединенными в полиферментные системы. Ферменты, участвующие в одном метаболическом процессе и находящиеся в растворенном состоянии, объединены в систему благодаря функциональной связи между ними, когда продукт одной реакции является субстратом для следующей реакции. Такие полиферментные системы называют функциональными Например, ферменты гликолиза.
В других случаях ферменты объединены в полиферментную систему за счет присоединения их к молекуле белка (синтетаза жирных кислот) или фиксированы в мембранах (электрон-транспортные системы митохондрий). Такие полиферментные системы называют структурными. Имеются также полиферментные системы, сочетающие в себе признаки двух перечисленных выше, т.е. смешанные, например, цикл трикарбоновых кислот.
Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:
Лучшие изречения: Студент — человек, постоянно откладывающий неизбежность. 10827 — | 7386 — или читать все.
85.95.179.73 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.
Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно
Витамин в1 (Tиамин. Антиневритный витамин)
Х
имическое строение и свойства. Витамин В1 был первым витамином, выделенным в кристаллическом виде К. Функом в 1912 г. Позже был осуществлён его химический синтез. Своё название – тиамин – этот витамин получил из-за наличия в составе его молекулы атома серы и амино-группы.
Тиамин состоит из 2-х гетероциклических колец – аминопиримидинового и тиазолового. Последнее содержит каталитически активную функциональную группу – карб-анион (относительно кислый углерод между серой и азотом).
Тиамин хорошо сохраняется в кислой среде и выдерживает нагревание до высокой температуры. В щелочной среде, например при выпечке теста с добавлением соды или карбоната аммония, он быстро разрушается.
Метаболизм. В желудочно-кишечном тракте различные формы витамина гидролизуются с образованием свободного тиамина. Большая часть тиамина всасывается в тонком кишечнике с помощью специфического механизма активного транспорта, остальное его количество расщепляется тиаминазой кишечных бактерий. С током крови всосавшийся тиамин попадает вначале в печень, где фосфорилируется тиаминпирофосфокиназой, а затем переносится в другие органы и ткани.
АТФ + тиамин тиаминпирофосфат + АМФ
Существует мнение, что основной транспортной формой тиамина является ТМФ.
В
итамин В1 присутствует в различных органах и тканях как в форме свободного тиамина, так и его фосфорных эфиров: тиаминмонофосфата (ТМФ), тиаминдифосфата (ТДФ, синонимы: тиаминпирофосфат, ТПФ, кокарбоксилаза) и тиаминтрифосфата (ТТФ).
ТТФ – синтезируется в митохондриях с помощью фермента ТПФ-АТФ-фосфотрансферазы:
ТПФ + АТФ ТДФ + АМФ
Основной коферментной формой (60-80% от общего внутриклеточного содержания) является ТПФ.
ТТФ играет важную роль в метаболизме нервной ткани. При нарушении его образования развивается некротизирующая энцефалопатия.
После распада коферментов свободный тиамин выделяется с мочой и определяется в виде тиохрома.
Биохимические функции. Витамин В1 в форме ТПФ является составной частью ферментов, катализирующих реакции прямого и окислительного декарбоксилирования кетокислот.
Участие ТПФ в реакциях декарбоксилирования кетокислот объясняется необходимостью усиления отрицательного заряда углеродного атома карбонила кетокислоты в переходном, нестабильном, состоянии:
║
— О – С – C = O CO2 + — C = O
Кетокислота переходное состояние
Переходное состояние стабилизируется ТПФ путём делокализации отрицательного заряда карб-аниона тиазолового кольца, играющего роль своеобразного электронного стока. Вследствие такого протонирования образуется активный ацетальдегид (гидроксиэтил-ТПФ).
Аминокислотные остатки белков обладают слабой способностью осуществлять то, что с лёгкостью делает ТПФ, поэтому апобелки нуждаются в коферменте. ТПФ жестко связан с апоферментом мультиферментных комплексов дегидрогеназ α-оксикетокислот (см. ниже).
пировиноградной кислоты (ПВК). При декарбоксилировании ПВК с помощью пируватдекарбоксилазы образуется ацетальдегид, который под воздействием алкогольдегидрогеназы превращается в этанол.ТПФ является незаменимым кофактором пируватдекарбоксилазы. Этим ферментом богаты дрожжи.
1
. Участие ТПФ в реакции прямого декарбоксилирования пировиноградной кислоты (ПВК).При декарбоксилировании ПВК с помощью пируватдекарбоксилазы образуется ацетальдегид, который под воздействием алкогольдегидрогеназы превращается в этанол.ТПФ является незаменимым кофактором пируватдекарбоксилазы. Этим ферментом богаты дрожжи.
Окислительное декарбоксилирование ПВК катализирует пируватдегидрогеназа. В состав пируватдегидрогеназного комплекса входит несколько структурно связанных ферментных белков и коферментов (см.гл. ) ТПФ катализирует начальную реакцию декарбоксилирования ПВК. Эта реакция идентична катализируемой пируватдекарбоксилазой. Однако в отличие от последней, пируватдегидрогеназа не превращает промежуточный продукт гидроксиэтил-ТПФ в ацетальдегид. Вместо этого гидроксиэтильная группа переносится к следующему ферменту в мультиферментной структуре пируватдегидрогеназного комплекса.
Окислительное декарбоксилирование ПВК является одной из ключевых реакций в обмене углеводов. В результате этой реакции ПВК, образовавшаяся при окислении глюкозы, включается в главный метаболический путь клетки – цикл Кребса, где окисляется до углекислоты и воды с выделением энергии. Таким образом, благодаря реакции окислительного декарбоксилирования ПВК создаются условия для полного окисления углеводов и утилизации всей заключенной в них энергии. Кроме того, образующаяся при действии ПДГ-комплекса активная форма уксусной кислоты служит источником для синтеза многих биологических продуктов: жирных кислот, холестерина, стероидных гормонов, ацетоновых тел и других.
Окислительное декарбоксилирование α-кетоглутатарата катализирует α–кетоглута-ратдегидрогеназа. Этот фермент является составной частью цикла Кребса. Строение и механизм действия α-кетоглутаратдегидрогеназного комплекса схожи с пируватдегидрогеназой, т.е. ТПФ также катализирует начальный этап превращения кетокислоты. Таким образом, от степени обеспеченности клетки ТПФ зависит бесперебойная работа этого цикла.
Помимо окислительных превращений ПВК и α-кетоглутарата, ТПФ принимает участие в окислительном декарбоксилировании кетокислот с разветвлённым углеродным скелетом (продукты дезаминирования валина, изолейцина и лейцина). Эти реакции играют важную роль в процессе утилизации аминокислот и, следовательно, белков клеткой.
3. ТПФ – кофермент транскетолазы. Транскетолаза – фермент пентозофосфатного пути окисления углеводов. Физиологическая роль этого пути заключается в том, что он является основным поставщиком НАДФH . H + и рибозо-5-фосфата. Транскетолаза переносит двууглеродные фрагменты от ксилулозо-5-фосфата к рибозо-5-фосфату, что приводит к образованию триозофосфата (3-фосфоглицеринового альдегида) и 7 С сахара (седогептулозо-7-фосфата). ТПФ необходим для стабилизации карб-аниона, образующегося при расщеплении связи С2- С3 ксилулозо-5-фосфата.
4. Витамин В1 принимает участие в синтезе ацетилхолина, катализируя в пируватдегидрогеназной реакции образование ацетил-КоА – субстрата ацетилирования холина.
5. Помимо участия в ферментативных реакциях, тиамин может выполнять и некоферментные функции, конкретный механизм которых ещё нуждается в уточнении. Полагают, что тиамин участвует в кроветворении, на что указывает наличие врождённых тиаминзависимых анемий, поддающихся лечению высокими дозами этого витамина, а также в стероидогенезе. Последнее обстоятельство позволяет объяснить некоторые эффекты препаратов витамина В1 как опосредованных стресс-реакцией.
Гиповитаминоз. Уже ранние проявления гиповитаминоза сопровождаются снижением аппетита и тошнотой. Отмечаются неврологические расстройства, к которым относятся нарушение периферической чувствительности, ощущение ползания «мурашек», невралгии. Характерна забывчивость, особенно на недавние события. Слабость сердечной мышцы проявляется тахикардией даже при незначительных нагрузках.
Недостаток в пище тиамина приводит к значительному накоплению пировиноградной и α-кетоглутаровой кислот, снижению активности тиаминзависимых ферментов в крови и тканях организма.
В эксперименте показано, что тиаминовая недостаточность сопровождается нарушением структуры и функции митохондрий. Добавление к последним ТПФ нормализует тканевое дыхание. У белых крыс, лишенных таимина, развивалась анорексия, уменьшалась масса тела. Шерсть теряла свой блеск, становилась взъерошенной. Животные мало двигались и обычно лежали, свернувшись в углу клетки. Анорексия является результатом резкого угнетения секреции желудочного сока и ослаблением его переваривающей способности.
Алиментарная недостаточность тиамина у человека приводит к патологическим изменениям в нервной, сердечно-сосудистой и пищеварительной системах, сопровождаясь общим истощением организма.
Болезнь «бери-бери» возникает при значительном дефиците тиамина и характеризуется крайне тяжёлым течением. В прошлом веке в странах Востока унесла миллионы жизней. «Бери-бери» в переводе с индийского означает «овца». Походка больного, действительно, похожа на поступь овцы (симптом симметричного опускания стоп). Поскольку у заболевших отмечалась тяжесть в ногах и скованность походки, «бери-бери» называлась также «кандальной болезнью». Этим заболеванием часто страдали заключённые, рацион питания которых состоял в основном из очищенного риса. Проявление недостаточности тиамина можно наблюдать до сих пор у бедных лиц в тех странах, где основу питания населения составляет полированный рис – в шлифованном зерне, в отличие от неочищенного, нет этого витамина. Последняя эпидемия «бери-бери» была на Филиппинах в 1953 г (погибло 100 000 человек).
Болезнь имеет 2 формы: сухую (нервно-паралитическую) и отёчную (сердечную). Причем в обоих случаях поражаются и сердечно-сосудистая и нервная системы, но в разной степени. В настоящее время классической «бери-бери», по-видимому, уже нет, однако явления умеренного гиповитаминоза отмечаются часто. К основным симптомам недостаточности тиамина относятся: физическая слабость, снижение аппетита (витамин В1 необходим для стимуляции желудочной секреции), стойкие запоры; расстройство функции нервной системы (онемение пальцев, чувство «ползания мурашек», утрата периферических рефлексов, боль по ходу нервов); нарушения психической деятельности (раздражительность, забывчивость, страх, иногда галлюцинации, снижение интеллекта). Позже развивается глубокое поражение нервной системы, характеризующееся потерей чувствительности конечностей, развитием параличей, атрофией мышц в результате нарушения их иннервации. При отёчной форме, наряду с явлениями полиневрита, отмечаются тахикардия и одышка даже при незначительных нагрузках. Из-за слабости сердечной мышцы развиваются отёки. Особенно часто проявления тиаминовой недостаточности наблюдаются у хронических алкоголиков вследствие их склонности больше пить, чем есть. Синдром Вернике, развивающийся у этих лиц, характеризуется нарушением координации движений, зрительной функции, спутанностью сознания.
Особая чувствительность нервной ткани к недостатку тиамина объясняется тем, что коферментная форма этого витамина абсолютно необходима нервным клеткам для усвоения глюкозы, которая является для них почти единственным источником энергии (большинство других клеток организма может использовать иные энергетические вещества, например жирные кислоты). Кстати, питание преимущественно углеводной пищей (белый хлеб, сладости) приводит к повышенной потребности в тиамине и, следовательно, развитию вторичной тиаминовой недостаточности.
Врождённые нарушения обмена тиамина.
Синдром Wernicke-Кorsakoff. В основе этого синдрома, сопровождающегося потерей памяти и частичным параличом, лежит изменение свойств фермента транскетолазы, у которой уменьшается сродство к ТПФ. Гены других ТПФ-зависимых ферментов не затрагиваются. Заболевание проявляется, если уровень потребляемого ТПФ снижается ниже значений, необходимых для насыщения транскетолазы. Синдром часто встречается у хронических алкоголиков при недостаточном потреблении ими витаминов.
Перемежающаяся атаксия. Заболевание обусловлено врождённым дефектом пируватдегидрогеназы.
Тиаминзависимая форма болезни «моча с запахом кленового сиропа». При этой патологии отмечается дефект окислительного декарбоксилирования разветвлённых кетокислот. В крови и моче резко увеличивается содержание разветвлённых кетокислот (отсюда – специфический запах мочи) и их субстратов – аминокислот валина, изолейцина и лейцина. Клиническая симптоматика схожа с терминальной стадией В1-недостаточности.
Подострая некротизирующая энцефалопатия. При этом заболевании нарушается образование ТТФ в мозге. Энцефалопатия проявляется в потере аппетита, рвоте, затруднении сосания. Младенцы теряют способность держать головку, у них отмечаются многочисленные неврологические расстройства. Болезнь заканчивается без лечения летально в течение первых лет жизни.
Тиаминзависимая мегалобластическая анемия. Механизм участия тиамина в кроветворении до конца не выяснен.
Гипервитаминоз не описан. Избыток принятого витамина быстро выводится с мочой, но у некоторых лиц имеется повышенная чувствительность к парэнтеральному введению препаратов тиамина.
Оценка обеспеченности организма тиамином. С этой целью обычно определяют содержание витамина и/или его коферментов в эритроцитах крови. Поскольку при недостатке витамина В1 нарушается окислительное декарбоксилирование кетокислот, увеличение содержания в крови и моче пировиноградной и α-кетоглутаровой кислот будет свидетельствовать о недостатке тиамина в организме. Однако следует иметь в виду, что накопление пирувата отмечается не только при гиповитаминозе В1, но и при гипоксии и других патологических состояниях.
Наилучшим способом судить о степени обеспеченности организма витамином В1 является определение активности тиаминзависимых ферментов. Однако активность пируват- и α–кетоглутаратдегидогеназ снижается только при глубоком гиповитаминозе, поскольку их апофермент прочно связывает ТПФ. Транскетолаза связывает ТПФ слабее и активность её в эритроцитах начинает снижаться уже на ранних стадиях гиповитаминоза В1. Если к образцу крови добавить ТПФ, то величина возрастания активности транскетолазы (так называемый ТПФ-эффект) позволит судить о степени недостаточности тиамина.
Суточная потребность. Пищевые источники.
Довольно много витамина В1 содержится в пшеничном хлебе из муки грубого помола, в оболочке семян хлебных злаков, в сое, фасоли, горохе. Много его в дрожжах. Меньше – в картофеле, моркови, капусте. Из продуктов животного происхождения наиболее богаты тиамином печень, нежирная свинина, почки, мозг, яичный желток. В настоящее время дефицит витамина В1 становится одной из проблем питания, так как из-за высокого потребления сахара и кондитерских изделий, а также белого хлеба и шлифованного риса существенно увеличивается расход этого витамина в организме. Использовать дрожжи в качестве источника витамина не рекомендуется из-за высокого содержания в них пуринов, что может приводить к возникновению обменного артрита (подагры).
Суточная потребность в тиамине – 1,1-1,5 мг.