Материал: Рогожин В.В., Рогожина Т.В. Биохимия сельскохозяйственной продукции

ГЛАВА 6

ВИТАМИНЫ И КОФЕРМЕНТЫ

Врастительных тканях и микроорганизмах синтезируются биологически активные низкомолекулярные вещества, необходимые для протекания химических реакций. Изучение витаминов началось с исследований русского ученого Н.И. Лунина, который в 1880 г. в экспериментах на мышах впервые выявил роль в жизнедеятельности животных ранее неизвестных соединений, отличающихся строением от белков, углеводов, липидов и минеральных солей. Впоследствии его выводы были подтверждены и другими исследователями. В начале ХХ века эти соединения по предложению

К.Функа стали называть витаминами.

Вживых организмах многие витамины служат предшественниками кофакторов, которые входят в состав ферментов. Витамины выполняют в живых организмах разнообразные функции и отличаются по химическому строению. Недостаток и отсутствие витаминов вызывает у животных и человека развитие симптомов гипоили авитаминозов и иногда заканчивается гибелью организма.

Все витамины имеют буквенное обозначение. Витамины условно можно разделить на растворимые в полярных (водорастворимые: B1, B2, B3, В4, B5,

B6, B7, B8, B12, B13, B15, Bc, C, P, PP, H, U, N, Q) и в неполярных (жирорастворимые: A, D, E, K) растворителях. В составе коферментов НАД, НАДФ

присутствуют остатки витаминов В5 (никотинамид и никотиновая кислота); ФМН и ФАД — В2 (рибофлавин), КоА — В3 (пантотеновая кислота), тиаминпирофосфата — В1 (тиамин), пиридоксальфосфата — В6 (пиридоксин). В составе активных центров ферментов содержатся в качестве простетических групп следующие витамины: липоевая кислота у липоатацетилтрансферазы, витамин Н (биотин) у пируват- и ацетил-КоА-карбоксилаз, витамин K (филлохинон) у филлохинонредуктазы и менадионредуктазы, витамин Вс (фолиевая кислота) у трансаминаз, В12 (кобаламин) у метилтрансфераз. Кроме того, в составе белка родопсина присутствует витамин А (ретинол), участвующий в процессе фоторецепции. Антиоксидантные свойства про-

88

6.1. Витамины, растворимые в полярных растворителях

являют витамины Е (токоферолы), Р (биофлавоноиды) и С (аскорбиновая кислота). В переносе ионов кальция участвует витамин D.

6.1.ВИТАМИНЫ, РАСТВОРИМЫЕ В ПОЛЯРНЫХ РАСТВОРИТЕЛЯХ

Витамин В1 (тиамин, антиневритный). Основными частями витамина являются пиримидин и тиазонит, соединенные между собой метиленовой связью.

Тиамин

Витамин В1 служит предшественником тиаминпирофосфата (ТПФ), образование которого катализируется тиаминпирофосфокиназой, переносящей с АТФ остаток пирофосфорной кислоты.

Тиаминпирофосфат

Богатыми по содержанию тиамина являются дрожжи, зародыши

иоболочки пшеницы, овса, гречихи. Витамин накапливается в основном в зеленых листьях на свету, а также при созревании плодов и семян. На содержание тиамина в растениях влияют минеральные вещества почвы, в частности азот, фосфор, калий и сера.

Больше всего в организме животных витамина В1 определяется в клетках печени и мозга. В молоке содержание витамина В1 может доходить до 0,8…1,2 мг/кг. Роль витамина В1 в метаболических процессах проявляется через действие кофермента, который участвует в каталитических реакциях декарбоксилирования α-аминокислот, а также расщепления

исинтеза α-оксикетонов. Ферментами, в механизме действия которых участвует ТПФ, являются пируватдекарбоксилаза, транскеталаза, α-ке- тоглутаратдегидрогеназа, дегидрогеназа γ-оксиглутаровой кислоты.

89

Глава 6. Витамины и коферменты

При авитаминозах витамина В1 развивается полиневрит («бери-бери»). Тиамин назначается к лечебному применению при невритах, атонии кишечника, заболеваниях печени, дистрофии миокарда, спазмах периферических сосудов, экземе, псориазе.

Витамин В2 (рибофлавин, витамин роста). В основе молекулы витамина лежит гетероциклическое соединение — изоаллоксазин, к которому в положении 9 присоединен пятиатомный спирт рибитол.

OH OH OH

CH2CH CH CH CH2OH

O

Рибофлавин

Витамин синтезируется только в растениях и микроорганизмах. Особенно высокое содержание рибофлавина отмечается в активно растущих частях растений, а также зародышах и оболочках злаковых культур. Богаты витамином бобовые культуры. Кроме того, витамин содержится в дрожжах, молочной сыворотке, яичном белке, мясе, рыбе, печени и др.

Витамин В2 чувствителен к действию УФ излучения, под действием которого витамин В2 окисляется в бесцветную лейкоформу. Свойство витамина В2 легко окисляться и восстанавливаться лежит в основе его участия в метаболических процессах. Витамин В2 является предшественником рибофлавин-5′-фосфата (ФМН) и флавинадениндинуклеотида (ФАД), действия которых проявляются в окислительно-восстановитель- ных процессах, катализируемых следующими ферментами: оксидазы L- и D-аминокислот, глициноксидаза, альдегидоксидаза, ксантиноксидаза, глюкозооксидаза, лактатдегидрогеназа, алкогольоксидаза, ретинальдегидрогенеза, оротатредуктаза, сукцинатдегидрогеназа, глутарил-КоА- дегидрогеназа, аспартатоксидаза, аминоксидаза, пиридоксаминфосфатоксидаза, тираминоксидаза и др.

Флавинмононуклеотид (ФМН)

90

6.1. Витамины, растворимые в полярных растворителях

Флавинадениндинуклеотид (ФАД)

В ходе ферментативного процесса восстановленные ФМН и ФАД способны обратимо окисляться, донируя атомы водорода от атомов азота в положении N1 и N10.

Образование ФМН катализируется рибофлавинкиназой с участием АТФ:

Mg2+

Рибофлавин + АТФ → ФМН + АДФ,

а ФАД — АТФ-зависимой ФМН-аденинтрансферазой из ФМН:

Mg2+

ФМН + АТФ → ФАД + ФФн

Применяется витамин В2 при коньюнктивитах, кератитах, катаракте, ранах, язвах, спру, циррозах и др.

Витамин В3 (пантотеновая кислота, антидерматитный). В составе витамина остатки D-α,γ-диокси-β,β-диметилмасляной кислоты и β-аланина, связанные между собой амидной связью.

CH3 OH

HOCH2 C CH CO NHCH2CH2 COOH

CH3

Пантотеновая кислота

Витамин В3 распространен в растениях (цветная капуста, картофель, томаты). В зерновках пшеницы содержание витамина составляет 1…2 мг%, горохе — 2…3, моркови — 0,2…0,3, капусте — 0,3…0,4 мг%. Кроме того, витамин накапливается в пивных дрожжах, бактериях, в том числе в кишечной микрофлоре животных и человека, грибах. Высокое содержание

91

Глава 6. Витамины и коферменты

витамина В3 в печени животных, почках, мышцах, яичном желтке, икре. В молоке содержится 2,0…3,8 мг/кг. Синтезируется витамин В3 в растениях путем последовательного превращения следующих соединений:

α-кетоизовалериановая кислота → кетопантоевая кислота → пантотеновая кислота

Витамин В3 входит в состав коэнзима А, который участвует в реакциях превращения пировиноградной кислоты, катализируемых ферментами пируватдегидрогеназного (ПДК) и α-кетоглутаратдегидрогеназного (α-КГДК) комплексов, синтезе жирных кислот — в составе ацилпереносящего белка.

Ф

Коэнзим А (HSKoA)

В3 участвует в углеводном и липидном обменах. У животных витамин еще участвует и в синтезе ацетилхолина. Кроме того, улучшает сократительные функции миокарда и усиливает действие сердечных гликозидов. Применяется при невритах, экземе, аллергических реакциях, язвах, ожогах, заболеваниях печени.

Витамин В4 (холин, капилляроукрепляющий). Представляет аминоэтиловый спирт, содержащий у атома азота три метильные группы. Донорами метильных групп являются S-аденозилметионин, серин и глицин. Витамин В4 имеет следующее строение:

+

(CH3)3N CH2 CH2OH

Холин

В растительных и животных тканях витамин В4 встречается в составе фосфолипидов (фосфатидилхолина), принимающих участие в формировании биологических мембран. Основными источниками витамина В4 для человека являются печень, почки, мясо, рыбные продукты, капуста. Содержание в молоке витамина может достигать 0,2…0,6 мг/кг.

Кроме того, в организме животных функционально активным витамин В4 становится в составе нейромедиатора ацетилхолина, принимая участие в реакциях трансметилирования при биосинтезе метионина, пуриновых и пиримидиновых оснований, фосфолипидов. При недостатке витамина

92