Водорастворимые Витамины

витамины

Лекция № 24

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
ТПФ-киназа
АТФ + тиамин ------? тиаминпирофосфат + АМФ

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).

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.

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

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.

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.

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.

синтезе ацетилхолина, катализируя в пируватдегидрогеназной реакции образование ацетил-КоА – субстрата

ацетилирования холина
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.

своих коферментных форм, связанных с белками, – флавопротеинов. Под влиянием

пищеварительных ферментов витамин высвобождается и всасывается путём простой диффузии в тонком кишечнике. В энтероцитах рибофлавин фосфорилируется до ФМН (флавин-мононуклеотида) и ФАД (флавин-аденин-динуклеотида).

он входит в состав флавиновых коферментов – FMN и FAD

(см. гл.. ). Роль этих коферментов заключается в следующем:
ФМН и ФАД – коферменты оксидаз, переносящих электроны и Н+ с окисляемого субстрата на кислород. Таковыми являются ферменты, участвующие в распаде аминокислот (оксидазы D- и L-аминокислот), нуклеотидов (ксантиноксидаза), биогенных аминов (моно- и диаминоксидазы) и другие.
ФМН и ФАД – промежуточные переносчики электронов и протонов в дыхательной цепи: ФМН входит в состав I-го коплекса цепи тканевого дыхания, ФАД – в состав II-го комплекса.

ТПФ и другими коферментами ФАД осуществляет окислительное декарбоксилирование соответствующих кетокислот),

а также единственный кофермент сукцинатдегидрогеназы (фермента цикла Кребса). Таким образом, рибофлавин принимает активное участие в работе главного метаболического пути клетки.
ФАД – участник реакций окисления жирных кислот в митохондриях (он является коферментом ацил-КоА-дегидрогеназы

в воде и этаноле. Спиртовое производное пантотеновой кислоты – пантенол

– эффективно всасывается не только при энтеральном введении, но и при накожном его нанесении, в связи с чем пантенол получил широкое применение в дерматологии.
Метаболизм. Всасываясь на всём протяжении тонкого кишечника и в толстой кишке, в зависимости от концентрации путём простой диффузии или активного транспорта, пантотеновая кислота с током крови поступает в ткани.

в цитоплазме клеток, являются: 4′-фосфопантетеин, дефосфо-КоА и Ко А-SH.

Фосфопантетеин является активной субъединицей АПБ (ацил-перено-сящего белка) синтазы жирных кислот – представителя класса так называемых фосфопантетеинпротеинов.
Дефосфо-КоА – кофермент цитратлиазы и N- ацетилтрансферазы.
Ко А-SH – главный кофермент клетки, с участием которого протекают многочисленные реакции метаболизма:

для синтеза жирных кислот, холестерина и стероидных гормонов, ацетоновых тел,

ацетилхолина, ацетилгюкозаминов. С него начинаются реакции главного метаболического пути клетки - цикла Кребса. Ацетил-КоА принимает участие в реакциях обезвреживания (ацетилирование биогенных аминов и чужеродных соединений).
Активирование жирных кислот (образование ацил-КоА). Ацил-КоА используется для синтеза липидов, окисляясь, он служит также источником энергии.

(при этом образуется ацетил-КоА) и α–кетоглутаровой (при этом образуется сукцинил-КоА,

используемый в реакциях синтеза гема гемоглобина и простетической группы цитохромов).

тем его коферментные формы участвуют в реакциях, катализируемых почти всеми

классами ферментов. Механизм действия всех пиридоксальфосфат-зависимых ферментов сходен: 1/ вначале образуются шиффовы основания между аминокислотой и коферментом ,при этом нитрофильный азот пиридинового кольца действует как своеобразный электронный сток, уводя электроны от аминокислоты и стабилизируя промежуточный интермедиат – карбанион; 2/ будучи неустойчивыми, шиффовы основания (альдимины) далее модифицируются в процессах трансаминирования, декарбоксилирования, изомеризации и многих других превращениях боковой цепи аминокислот.

на α-кетокислоту. В этой реакции образуются новые α-кетокислоты и заменимые

аминокислоты.
2. Декарбоксилаз аминокислот, отщепляющих карбоксильную группу аминокислот, что приводит к образованию биогенных аминов (гистамина, серотонина, ГАМК и других), а также моноаминоксидаз, гистаминазы (диаминооксидаза) и аминотрансферазы ГАМК, обезвреживающих (окисляющих) биогенные амины

тканевых белков млекопитающих входят L-аминокислоты).4. Аминотрансфераз иодтирозинов и иодтиронинов, участвующих

в синтезе гормонов щитовидной железы и распаде этих гормонов в периферических тканях.
5. Синтазы δ–аминолевуленовой кислоты, участвующей в биосинтезе гема гемоглобина и других гем-содержащих белков (из глицина и сукцинил~ КоА).
6. Кинурениназы и кинуренинаминотрансферазы, обеспечивающих синтез витамина РР из триптофана.
7. Цистатионинсинтазы (а) и цистатионинлиазы (б) – ферментов, катализирующих синтез и распад цистатионина.
8. Синтетазы 3-кетодигидросфингозида, участвующей в реакциях биосинтеза сфинголипидов (из серина и пальмитил~ КоА).

Он принимает участие в регуляции белкового, углеводного и липидного обмена,

биосинтезе гема и биогенных аминов, гормонов щитовидной железы и других биологически активных соединений. Помимо каталитического действия, пиридоксальфосфат участвует в процессе активного транспорта некоторых аминокислот через клеточные мембраны; ему присуща функция регулятора конформационного состояния гликогенфосфорилазы – главного регулируемого фермента, осуществляющего распад гликогена.

в тонком кишечнике, восстанавливается в энтероцитах до тетрагидрофолиевой кислоты (ТГФК)

и N5-метил-ТГФК. В крови основное количество витамина входит в состав эритроцитов. Депонируется он в печени, почках и слизистой оболочке кишечника.

ТГФК – с помощью NADPH.H+ -зависимых ферментов: фолатредуктазы (1) и

дигидрофолатредуктазы (2):
1. ФК + НАДФH.H+ → ДГФК + НАДФ+
2. ДГФК+ НАДФH.H+ → ТГФК + НАДФ+

функцию выполняет витамин С. Отсюда становится понятным, почему проявления фолиевой

недостаточности могут быть ослаблены назначением аскорбиновой кислоты.
Активность дигидрофолатредуктазы блокируется конкурентными аналогами фолата – аминоптерином и метотрексатом , широко применяющимися в онкологической практике с целью угнетения размножения раковых клеток.
Избыток фолацина выводится с мочой, калом и потом.

и использования в реакциях метаболизма одноуглеродных функциональных групп: метильной (-

СН3), метиленовой (- СН2 -), метенильной (-СН =), формильной – СНО) и формиминогруппы (СН=NH). Присоединение этих групп к 5-му или 10-му атому азота ТГФК осуществляется ферментативно.

связанных с ТГФК, являются:
5,10-метенил-ТГФК и 10-формил ТГФК служат

донорами соответствующих одноуглеродных радикалов при синтезе пуриновых нуклеотидов.
5-метил-ТГФК вместе с витамином В12 участвуют в переносе метильной группы в реакциях синтеза дТМФ и метионина
ТГФК вовлекается в метаболизм аминокислот: серина, глицина (см. выше) и метионина

с вырабатываемым обкладочными клетками слизистой желудка белком - гликопротеином, получившим

название внутреннего фактора Касла. Одна молекула этого белка избирательно связывает одну молекулу витамина; далее в подвздошной кишке этот комплекс взаимодействует со специфическими рецепторами мембран энтероцитов и всасывается путём эндоцитоза

тонком кишечнике путём пассивной диффузии без участия внутреннего фактора,

но это медленный процесс. При заболеваниях желудка, сопровождающихся нарушением синтеза внутреннего фактора, всасывания кобаламина не происходит.
Цианкобаламин, используемый в медицинской практике, в энтероцитах превращается в оксикобаламин, являющийся транспортной формой витамина.

с молекулярной массой ̴120000) и транскобаламином II (β-глобулин с

молекулярной массой 35000). Второй из этих белков в транспорте витамина играет главную роль, а транскобаламин I служит своеобразным циркулирующим депо витамина.

метилкобаламин (метил-В12) и дезоксиаденозинкобаламин (д-аденозин-В12). Коферменты с током крови разносятся

по всем тканям организма.
Выводится из организма витамин с мочой.

реакций, но только две из них протекают в клетках млекопитающих:

1/. синтез метионина из гомоцистеина (явно не удовлетворяющий потребностям организма) и 2/. изомеризация D-метилмалонил- КоА в сукцинил-КоА. Рассмотрим эти реакции.
1. В первой реакции участвует метил-В12, являющийся коферментом метионинсинтазы (гомоцистеинметилтрансферазы).. Фермент переносит метильную группу с 5-метил-ТГФК на гомоцистеин с образованием метионина:

ТГФК

5-метил-ТГФК

SH S- CH3
| В12 |
CH2 CH2

| |
CH2 CH2
| |
CH – NH2 CH – NH2

| |
COOH метионинсинтаза COOH
Гомоцистеин Метионин

снижается, но поскольку при полноценном питании метионин поступает с пищей,

метаболизм белков нарушается не сразу. Вместе с тем, падение активности метиоcинсинтазы приводит к накоплению 5-метил-ТГФК (см. схему), который образуется при восстановлении 5,10-метилен-ТГФК, т.е. исчерпывается пул других коферментов ТГФК. Таким образом, даже при условии вполне достаточного общего уровня фолатов создаётся их функциональный дефицит – уменьшается содержание формил- и метилен-производных ТГФК. Как раз эти производные, а точнее приносимые ими одноуглеродные радикалы, необходимы для синтеза предшественников нуклеиновых кислот. Этот феномен получил название «секвестрация» пула ТГФК.

О
║ ║
С~ S KoA С ~S KoA
│ метилмалонил-КоА-мутаза │

CH2 – CH CH2
│ │
COOH CH2
│
COOH
Метилмалонил~ SKoA Сукцинил~ SkoA

тракта, но преимущественно это происходит в тонком кишечнике. В крови

и тканях она связывается с различными высокомолекулярными соединениями белковой и небелковой природы. Дегидроаскорбиновая кислота, образующаяся в клетках из аскорбиновой кислоты ферментом аскорбатоксидазой, является неустойчивым соединением и легко окисляется в водной фазе с образованием 2,3-дикетогулоновой кислоты, которая уже не обладает витаминной активностью. Восстановление дегидроаскорбиновой кислоты в аскорбиновую осуществляется дегидроаскорбатредуктазой с участием глутатиона-SH. Конечными продуктами деградации витамина С являются щавелевая, треоновая, ксилоновая и ликсоновая кислоты. Аскорбат и продукты его распада экскретируются с мочой

защите, значительно превосходящее в этом отношении глутатион-SH. Антиоксидантная функция аскорбиновой

кислоты объясняется её способностью легко отдавать 2 атома водорода, используемых в реакциях обезвреживания свободных радикалов. В высоких концентрациях этот витамин «гасит» свободные радикалы кислорода. Важной функцией аскорбата является обезвреживание свободного радикала токоферо-ла (витамина Е), благодаря чему предупреждается окислительная деструкция этого главного антиоксиданта клеточных мембран. Как антиоксидант аскорбиновая кислота необходима для образования активных форм фолиевой кислоты, защиты железа гемоглобина и оксигемоглобина от окисления, поддержании железа цитохромов Р450 в восстановленном состоянии.
Витамин С участвует во всасывании железа из кишечника и освобождении железа из связи его с транспортным белком крови– трансферрином, облегчая поступление этого металла в ткани.

донором электронов для цитохрома С.
Очень важную роль играет аскорбат в

реакциях гидроксилирования:
Гидроксилирование «незрелого» коллагена, осуществляемое пролингидроксилазой с участием витамина С, ионов железа, α-кетоглутара-та и кислорода. В этой реакции α–кетоглутарат окисляется до сукцината и СО2; один атом кислорода включается в сукцинат, другой – в ОН-группу оксипролина. ОН-группы оксипролина участвуют в стабилизации структуры, формируя водородные связи между цепями триплетной спирали зрелого коллагена. Витамин С нужен также для образования оксилизина в коллагене. Остатки оксилизина в коллагене служат для образования участков связывания с полисахаридами.

биосинтезе гормонов корковой и мозговой части надпочечников.
Гидроксилирование р-гидроксифенилпирувата в гомогентизиновую

кислоту.
Гидроксилирование β–бутиробетаина при биосинтезе карнитина.

чужеродных для организма соединений, осуществляемых оксигеназной системой цитохромов Р450. В

составе оксигеназной системы микросом витамин С играет роль прооксиданта, т.е., как и в реакциях гидроксилироваия, обеспечивает образование свободных радикалов кислорода (так называемое Fе++ -аскорбат-стимулируемое ПОЛ, т.е. перекисное окисление липидов). Взаимодействие аскорбата с ионами железа или меди в присутствии пероксида водорода вызывает мощный прооксидантный эффект, поскольку при этом образуется гидроксильный радикал (ОН ˙), инициирующий реакции ПОЛ.

в условиях «перегрузки» организма железом.
В плазме крови и тканях

ионы железа и меди находятся в связи с транспортными и депонирующими белками (церулоплазмином, трансферрином, ферритином и др.), которые препятствуют бесконтрольному развитию свободнорадикальных цепных реакций, катализируемых этими металлами и аскорбиновой кислотой.

брать мочевая кислота (в цереброспинальной жидкости) или восстановленный глутатион (в

синовиальной жидкости). Однако основным антиоксидантном, препятствующим прооксидантному действию витамина С, является витамин Е. Необходимо подчеркнуть, что выраженный антиоксидантный эффект аскорбата проявляется только при совместном его введении с токоферолом, поскольку именно витамин Е способен эффективно устранять свободные радикалы жирных кислот и их перекиси, образующиеся в реакциях Fe++-аскорбат-стимулируемого ПОЛ.

а витамин Е усиливает антиоксидантное действие витамина С. Помимо токоферола

синергистом действия аскорбата является витамин А.
Витамин С является антиканцерогеном не только в силу его антиоксидантных свойств, но и в силу способности непосредственно предотвращать нитрозаминовый канцерогенез (эти сильные канцерогены образуются в кислой среде желудка из нитритов и аминосоединений пищи).