senchuk_v_v_biohimiya_kurs_lekcii

Ðèñ. 40. Схема биосинтеза витаминов группы D

вотных под действием ультрафиолета с max ~ 290 нм через ряд промежуточных соединений (рис. 40). Химическое строение витаминов D установлено сравнительно давно, за что в 1928 г. А. Виндаус (Германия) получил Нобелевскую премию по химии. Витамины D в клетках почек, костей, плаценты в реакциях гидроксилирования превращаются в кальцитриолы — дигидроксипроизводные витаминов D: например, 1,25-дигидроксихоле- кальциферол или 1,25(ОН)2D3 и др. Кальцитриолы — гормональные формы витаминов группы D, регулируют метаболизм кальция и фосфата, обеспечивая физиологический баланс кальция и фосфата в крови, всасывание в кишечнике, отложение в костях, выведение почками. К тому же метаболизм кальция включает и его участие в регуляции биохимических реакций в ка- честве внутриклеточного посредника передачи гормональных сигналов. Суточная потребность в витаминах группы D у детей составляет 10—25 мкг, у взрослых она ниже.

Сердечные гликозиды

Сердечные гликозиды — это стероидные гликозиды, способные стимулировать работу сердца, замедляя частоту и усиливая сокращения сердца (кардиотоническое действие). При введении сердечных гликозидов в организм с увеличением дозы кардиотоническое действие сменяется на острую кардиотоксичность. Сер-

152

дечные гликозиды гидролизуются ферментами или кислотами с освобождением необычного для животных углеводного компонента (моноили олигосахарида) и агликона, который в общем виде называют генин. По особенностям химического строения (особенно радикала при С-17) сердечные гликозиды делят на карденолиды (5-членный ненасыщенный лактон при С-17) и буфадиенолиды (6-членный дважды ненасыщенный лактон при С-17), как показано на рис. 41. Карденолиды более разнообразны по структуре, чем буфадиенолиды. К важнейшим карденолидам относятся дигоксин, дигитоксин, строфантины, которые получа- ют в промышленных масштабах из растений рода наперстянки и строфанта. Буфадиенолиды реже встречаются в растениях (например, морской лук, морозник), а весьма активно синтезируются и накапливаются в специализированных кожных железах жаб. Сердечные гликозиды применяются в качестве лекарственных препаратов в кардиологии.

Буфадиенолиды		Карденолиды		O
R3		O	R4
CH3	O	R3	CH3	O
R1		R1
OH			OH
R – O		R – O
R2		R2

R= моноили олигосахарид; R1=CH3 или О-содержащая группа R2=R3=R4=H èëè ÎÍ

Ðèñ. 41. Строение буфадиенолидов и карденолидов

Сапонины (от лат. sapo — мыло) — это группа поверхност- но-активных растительных стероидов и терпеноидов, водные растворы которых образуют стойкую мыльную пену. Поэтому сапонины способны эффективно разрушать биомембраны, в частности мембраны эритроцитов, проявляя гемолитическую активность. Более 500 различных сапонинов в основном встречаются в растениях семейств диоскорейных, лилейных, амариллисовых. Существуют два основных типа сапонинов: 1) стероидные гликозиды и 2) тритерпеноидные гликозиды морских организмов. Сапонины хорошо растворимы в воде, ферментами или кислотами

153

гидролизуются с образованием углеводного компонента (1—6 остатков моносахаридов) и агликона, который в общем виде называют сапогенин. По химической структуре сапогенины, как и сапонины, делят на стероидные (производные спиростана и фуростана) и тритерпеновые (обычно производные олеанана и урсана). Амирины — это наиболее распространенные природные са-

погенины.

Стероидные алкалоиды — это в основном производные стероидов, чаще содержащие остатки N-содержащих гетероциклов. Синтезируются в растениях семейств лилейных и пасленовых: например, томатидин — в томатах, а соланидины — в картофеле. Обладают разнообразной биологической активностью, обыч- но весьма токсичны.

ВИТАМИНЫ И КОФЕРМЕНТЫ

Витамины (от лат. vita — жизнь) — это низкомолекулярные органические соединения различной химической природы и строения, обеспечивающие нормальное протекание процессов жизнедеятельности. Витамины обладают высокой биологиче- ской активностью, в суточных дозах для человека редко превышающих десятые доли грамма (т. е. в существенно меньших количествах по сравнению с пищевыми факторами — аминокислотами, липидами, сахарами и др.). Они не синтезируются клетками организма животных и человека, а, следовательно, являются незаменимыми факторами питания. Поэтому сбалансированный

èдостаточный состав витаминов является одним из решающих параметров для оценки качества пищи и во многом — качества жизни. Важным источником витаминов для животных и человека являются микроорганизмы кишечника и растения, так как они способны синтезировать витамины. Витамины поступают в организм и с животной пищей. Следует отметить, что у растений

èмикроорганизмов также существует зависимость в отношении некоторых витаминов. Потребность в витаминах и возможности их биосинтеза детерминируются генетически. В связи с этим перечень витаминов для разных видов животных может несколько различаться. Строение и биологическая активность витаминов строго стереоспецифичны. Для некоторых витаминов существуют провитаминные формы, которые превращаются в витамины в организме животных и человека. Многие витамины после поступления в организм подвергаются биохимической модификации с образованием активных коферментных форм витаминов, которые принимают непосредственное участие в функционировании ферментов. В большинстве случаев витамины не используются в организме в качестве энергетического источника и не вовлекаются в построение клеток и тканей. Витамины и их активные формы используются для регуляции метаболизма. Существует три формы обеспеченности организма витаминами:

155

1)авитаминоз — это комплекс симптомов в результате длительного и полного отсутствия одного или нескольких витаминов;

2)гиповитаминоз встречается наиболее часто и является результатом частичной витаминной недостаточности; 3) гипервитаминоз — это комплекс симптомов в результате длительного и избыточного поступления в организм одного или нескольких витаминов.

Биологическую активность витаминов определяют специальными методами биотестирования, каждый из которых характерен только для определенного витамина, и выражают в международных единицах (МЕ; IU). Удельная активность, т. е. число МЕ в расчете на единицу массы препарата витамина, характеризует чистоту витамина.

Классификация витаминов предполагает разделение их по принципу растворимости на жирорастворимые и водорастворимые.

Жирорастворимые витамины:

витамины группы А;

витамины группы D;

витамины группы E;

витамины группы F;

витамины группы K;

витамины группы Q.

Водорастворимые витамины:

витамин C;

витамины группы В (В1, Â2, Â3, Â6, Â12, Â15, Âñ);

витамин РР;

витамин Н.

Существует классификация витаминов, основанная на химическом строении:

1. Витамины алифатического ряда: карбоновые кислоты (витамины F); полиокси- -лактоны (аскорбиновая кислота, витамин С); производные -аминокислот (пантотеновая кислота, витамин В3, кофермент А).

2.Витамины алициклического ряда: циклогексанол-этилен- гидриндановые витамины группы D; циклогексенил-изопрено- идные витамины группы А.

3.Ароматические витамины: нафтохиноновые витамины группы К.

4.Гетероциклические витамины: производные пиридинкарбоновых кислот (витамин РР); оксиметилпиридиновые витамины группы В6; пиримидилметилтиазолиевые (тиамин, витамин

156

Â1); корриновые (кобаламины, витамин В12); птериновые (фолиевая кислота, витамин Вñ); флавиновые (рибофлавин, витамин В2); хромановые витамины группы Е; гексагидроимидазолотиеновые (биотин, витамин Н).

К витаминам примыкает группа витаминоподобных веществ, витаминная функция которых окончательно не доказана.

Витаминоподобные вещества:

витамин U;

S-аденозил-L-метионин;

ìèî-инозит;

липоевая кислота;

биофлавоноиды (витамин Р);

пангамовая кислота, витамин В15;

карнитин, витамин Вò.

Водорастворимые витамины и коферменты

Витамин В1 (антиневритный, тиамин) соединяет в своей структуре производные двух гетероциклов — тиазола и пиримидина (рис. 42). Это первый из витаминов, который получен в кристаллическом виде К. Функом еще в 1912 г. Активная форма — тиаминпирофосфат — является коферментом нескольких десятков ферментов и участвует в реакциях окислительного декарбоксилирования кетокислот, в реакциях расщепления и синтеза оксикетонов и др. Ключевая роль в коферментной активно-

Ðèñ. 42. Витамины В1, Â3, Â6

157

сти тиаминпирофосфата принадлежит очень подвижному и единственному в тиазоловом кольце атому водорода при С-2. Суточная потребность взрослого человека составляет около 2 мг. Дрожжи, хлеб, мука и крупы, соя, фасоль, печень содержат 0,1—0,7 мг В1 и тиаминпирофосфата в расчете на 100 г продук-

та — хорошие источники тиамина.

Витамин В2 (рибофлавин) — плохо растворимое в воде производное изоаллоксазина, который является предшественником двух коферментов — флавинмононуклеотида (ФМН) и флавинадениндинуклеотида (ФАД) (рис. 43). ФМН и ФАД входят в структуру многих окислительно-восстановительных ферментов всех живых организмов, так называемых флавопротеинов. Структура рибофлавина установлена еще в 30-е гг. ХХ в. впоследствии лауреатом Нобелевской премии Р. Куном (Германия). Флавиновые коферменты принимают участие в окислительно-восстановительных реакциях и существуют в виде окисленных и в виде восстановленных форм. Суточная потребность человека — около 2 мг. Наилуч- шие источники — дрожжи, творог, молоко, яйца — содержат

0,2—5 ìã Â2, ФМН и ФАД в расчете на 100 г продукта. Витамин В3 (пантотеновая кислота, рис. 42) входит в состав

коэнзима А, который относится к числу важнейших биомолекул (рис. 44). За счет активной SH-группы коэнзим А образует ряд активированных (макроэргических) ацильных производных — ацетилкоэнзим А, малонилкофермент А и др., которые исполь-

Ðèñ. 43. Витамин В2 и его коферментные формы

158

Ðèñ. 44. Кофермент А и его производные

зуются в реакциях окисления органических соединений и служат для акцептирования кислотных радикалов в реакциях их переноса на различные метаболиты обмена углеводов, жиров, аминокислот. Фундаментальная роль кофермента А в обмене веществ установлена нобелевским лауреатом 1953 г. Ф. А. Липманом (США). Суточная потребность человека — около 10—15 мг. Богатые источники — злаки, яичный желток, почки, печень — содержат 2—11 мг в расчете на 100 г продукта.

Витамин В6 (антидерматитный) представляет собой группу родственных соединений и включает пиридоксаль, пиридоксин (пиридоксол) и пиридоксамин (см. рис. 42). Суточная потребность человека (около 2 мг) легко удовлетворяется обычными продуктами питания. Коферментной формой витамина В6 является пиридоксальфосфат — важнейший кофермент пиридоксалевых ферментов метаболизма аминокислот (например, реакции переаминирования). Пиридоксальфосфат — один из наиболее

159

полифункциональных коферментов, обычно связан ковалентно через альдегидную группу с аминогруппой остатка лизина в

активных центрах белков.

Витамин В12 представлен в виде группы родственных соединений — кобамидных (или кобаламиновых) витаминов и коферментов (рис. 45). Это самое сложное по строению соединение среди витаминов и коферментов. И не случайно Нобелевская премия 1964 г. присуждена Д. Кроуфут-Ходжкин (Великобритания) за установление строения витамина В12. В основе структуры лежит циклическая корриновая система (похожа на порфирины) со связанным атомом Со. Потребности человека (около 2 мкг в сутки) удовлетворяются за счет биосинтеза витамина В12 микроорганиз-

Ðèñ. 45. Витамин В12

160

мами кишечника. Кобамидные коферменты активно участвуют в ферментативных реакциях переноса метильной группы (метил-ко- баламин) и изомеризации (дезоксиаденозилкобаламин).

Витамин Вñ (фолиевая кислота, птероилглутаминовая кислота, фолацин, антианемический) — это предшественник активных коферментов (рис. 46). Например, 5,6,7,8-тетрагидрофолие- вая кислота (ТГФК) в составе ряда ферментов участвует в реакциях переноса метильной, формильной, оксиметильной, метиленовой, метенильной групп в виде N5-формил-ТГФК, N10-ìå- òèë-ÒÃÔÊ, N10-оксиметил-ТГФК, N5, N10-метилен-ТГФК и N5, N10-метенил-ТГФК. Витамин Вñ участвует в биосинтезе тимина и, следовательно, является регулирующим фактором синтеза ДНК. Фолиевая кислота регулирует кроветворение (гемопоэз) и лейкопоэз. Суточная потребность человека невелика (около 200 мкг) и обычно легко удовлетворяется обычными продуктами питания, особенно растительной пищей.

Витамин С (L-аскорбиновая кислота, антицинготный фактор) относится к биологически активным моносахаридам (рис. 47). За исследования витамина С сразу две Нобелевские премии в 1937 г. присуждены Хеуорсу и Сент-Дьерди. Аскорбиновая кислота обладает склонностью к окислительно-восстано-

Фолиевая кислота Птероилглутаминовая кислота Витамин В4

	OH		H	O		COOH
	N	N	N		N	(CH2)2COOH2
					H
H2N	N	N

5,6,7,8-тетрагидрофолиевая кислота (ТГФК)

Активные формы фолиевой кислоты: N5-формил-ТГФК; N10-метил-ТГФК; N10-оксиметил-ТГФК; N5,N10-метилен-ТГФК; N5,N10-метенил-ТГФК

Ðèñ. 46. Фолиевая кислота и ее активные формы

161