Филиппович Ю.Б. - Основы Биохимии

служат для удалевия серицина при размотке коконов тутового шелкопряда­

в производстве натурального шелка. В RyJlИllарни применение пептидгидролаз

(npoтелин и проназа) для обработки мяса перед его приготовлением резко улучшаеткачество мясных бmoд. Вмясной ПРОМЬШIЛенности протеолитические

ферменты применяютдля ускоревия созревавиямяса и повышения выхода мяса l-го сорта с 15 до 40%. В МОЛОЧНОЙ промыDlенности использование протеаз ускоряет созревание сыров вдвое и снижает их себестоимость на 10%. Подсчеты показывают, что если полностью обеспечить кожевенную, пищевую и текстиль­

ную ПРОМЬШIЛеmюсть ферментными препаратами (их потребуется несколько

тысяч тонн в год), то за счет этого можно получить значительную экономию.

Ферменты применяют и в бытовой химии. Проте~ы растительного проис­

хождения, выдерживающие нагревание до 900 С без заметной потери aKmB-

ности, являются компонентами cmpальных порошков и моющих средств.

В сmральные ·пороmки вводят также а-амилазу, глюкозооксидазу и липок­ сигеназу, а уратоксидаза в составе моющих средств способствует удалению

винных и жирных пятен с одежды. Гmoкозооксидазу, -каталазу и некоторые

другие ферменты добавляют в зубную пасту-они обеспечивают их антимик­ робные свойства и предохранение зубов от кариеса.

Крупномасштабным является производство rmoкозы из отходов целлюло­

зы при посредстве целлолитического КОМПЛекса ферментов и из крахмала при

помощи глюкоамилазы. Обработка дигестазой (комплекс протеолитических ферментов, вьщеляемый из печени крабов) ПОВЬШIает на 3,0% выход товарного продукта при обработке икры, извлеченной из рыб.

Ферменты находят большое применение в Медиц......mинmе. Пепсин, трипсин,

химотрипсин, липазу и амилазу в виде ферментных препаратов и их смесей

(бетацид, абомив, фестал, панзинорм и др.) применяют для лечения заболева­

ний желудочво-кишечвого тракта. Thалуроницазу (у нас выпускают два ее

препарата, вьщеляемых из семев:виков быка,-лидазу и ровидазу), деполимери-

Iзующую гиалуроновую кислоту И способствующую проникновевию лекарствен­ ных средств в пораженную ткань-для лечения заболеваний суставов, отеков,

ран, кровоподrеков и т. п. ПротеOJШlические ферменты-nлазмин (фибриноли­

зин) и активирующие его стрептоюmазу и уроюmазу-для растворения тром­

бов в кровеносных сосудах. Дезоксирибовуклеазу из поджелудочной железы или стрептококка (стрептодорназа)-для лечения заболеваний верхних дыхатель­

ных путей и роговицы глаза, а также для удаления mоя из ран. Аспарагиназу,

обеспечивающую дезамидирование аспарагива, незамевимого для роста ряда

опухолей,-при лечении некоторых видов рака. Лизоцим-для лечения коньюн­ кmвитов, ЦИТОХРОМ-ДЛя устранения явлений кислородного голодания при

заболеваниях сердца, коллагеназу-для рассасывания рубцовых образований,

эластазу-для задержки развития атеросклероза, (3-галактозидазу-для снятия

явлевия непереносимocm молочных продуктов из-за недостаточвocm этого

фермента в пищеварительном тракте ряда moдей, галактокиназу-для выведе­

ния галактозы из тканей при ее патологическом накоплении в них, L-фенилала­ вин-аммиак-лиазу-для понижения содержания в крови фенилаланина при

нарушениях его обмена, лизоамидазу-для лечевия заболеваний, вызванных патогенными микроорганизмами (стафилококки, стрептококки и др.).

Специфическую область применения ферментов в медицине составляет эвзвмодиагиостика: заболевание того или иного органа у человека может быть тecmpoBaнo по уровню содержания фермента или сооmошению его множест­ венных форм (в том числе изозимов) в крови или реже в моче. Так, лактатдеги­

дрогеназа (ЛДГ), аспартатаминотрансф~раза (АсАТ), креатинкиназа, изоцит­

ратдегидрогеназа и фруктозо-l,6-дифосфат-альдолаза служат для диагноза

инфаркта миокарда; ЛДГ, АсАТ и аланинаминотрансфераза-заболевания

140

печени, у-глутамилтрансфераза- отторжения ор­

ганов при их пересадке, щелочная фосфатаза-

заболевания желтухой, кислая фосфатаза-нару­

шения функции предстательной железы и т. д.

Особенно широко в последние годы процессы

ферментации применяют в химической промыш­ ленности. Использование ферментов для произ­

водства тех или иных химических продуктов ста­

ло массовым явлением. Для этого в большинстве случаев применяют иммобилизованные ферменты, т. е. ферменты, закрепленные на носителе, но

сохранившие каталитическую активность, что по­

зволяет использовать их повторно или непре­

рывно.

Еще в 1916 г. Дж. Нельсон и Е. Приффин пока-

зали, что ферменты в водонерастворимой форме

сохраняют каталитическую активность, однако

первая попытка получить иммобилизованные фер­

менты с целью их практического применения была

предпринята только в 1953 г. Н. Грубхофером

и л. Шлейтом, закрепившими на диазотирован-

7955

7970

Рис. 57. Развитие работ по ин-

женерной энзимологии:

светлыми "ру",,,ами и тотоli цветноli ли·

ниеli обозначеи ход I<pIIвой, отражающеli

ежегодные пу6лпацни по изучению иммо­ билизованных ферментов, темными н тол­ стой цветноli ЛИllией- чИсло получаемых

ежегодно патентов

ном полиаминополистироле амилазу, пепсин, рибонуклеазу и карбоксипептида­ зу. В течение последующих 12 лет исследования в этой области6ьUIИ единичны­ ми и только начиная с 1965 г. приобрели широкий, а с 1971 г., после проведения

первой конференции по инженерной энзимологии. массовый характер (рис. 57).

Для промышлеппых целей иммобилизуют ферменты в основном микробно­

го происхождения ввиду их доступности, дешевизны (они в 100 раз дешевле, чем ферменты животного и растительного происхождеНJIЯ), независимости

массового производства от сезона вегетации растений или сроков выращива­

ния животных, короткого периода накопления бактериальной массы для вьще­

ления ферментов. Важно, что иммобилизация, как правило, сопровождается

повышением в тысячи и десятки тысяч раз стабильности ферментов, что

создает условия для их использования в качестве гетерогенных катализаторов.

Кроме того, механическое изменение матрицы, на которой закреплен фермент,

открывает возможность варьировать его активность и попять припцип работы

природных механохимических систем.

Сейчас все более отчетливо вырисовывается огромное значение иммобили­

зации·ферментов для осуществления процессов жизнедеятельности, ибо значи­

тельная часть их в клетке иммобилизована сепараmо или в составе ансамблей

в липидном матриксе биологических мембран (например, аденилатциклаза,

см. гл. ХН, ансамбли оксидоредуктаз, см. гл. Х. и многие другие ферменты). Для иммобилизации ферментов используют захват их полиакриламидным

гелем и иными полимерами при полимеризации составляющих их мономеров,

а также захват гелями, возникающими при желатипизации природных по­

лимеров, например полисахаридов морских водорослей; присоединение фер­

ментов к целлюлозе, сефарозе, сефадексу, крахмалу, декстрану, агарозе

и друmм полисахаридам, активированным цианбромидом и дрymми аген­

тами; привязку ферментов к стеклянным бусинкам через диазосоединение; коваленmое связывание фермента с азидными и гидразидными группами

сополимера акриламида и акрилmдразина (энзакрила) и других носителей;

соединение фермента с mдратированными оксидами металлов, производными

поливинилового спирта, альдегидными и дИазогруппами модифицированных

фенольпых полимеров, силикагелями и многими другими материалами.

141

8o'doHtpacm8oPUHbIU

НОСllтель

А

6

8

r

I

Рис. 58. Способы перевода фермента в иммобилизованное состояние:

А-присо'динение" носителю; Б-образование пер,крестных свяэеii между ферментом и носителем; В-включение в решетчатую структуру полимерного носителя; r -микрокапсулирование

Представляет интерес иммобилизация ферментов на мембранах аlПIаратов

для ультрафильтрации. Соответствующие способы перевода ферментов в им..

мобилизованное состояние показаны на рис. 58.

Почти из 2000 извесmых в настоящее время ферментов иммобилизовано

и используется для целей инженерной энзимологии примерно десятая часть

(преимущественно оксидоредуктазы, гидролазы и трансферазы). Оптималь­ ным методом иммобилизации считают включение ферментов в полимерные гели, массовым способом является адсорбционное и ковалентное присоедине­ ние ферментов к носителям, более или менее распространено включение

В мембраны и микрокапсулирование, единичными остаются другие приемы.

Для осуществления химических процессов с помощью иммобилизованных ферментов применяют колоночные, трубчатые, пластинчатые, двухфазные

иTa1lКepHыe реакторы разного объемаи производительности. Верояmо, первым

реактором, где иммобилизованный фермент использовали в промьшmен­

ном масштабе, был реактор для разделения рацемических смесей D- и L-амино­

кислот.

Он был введен в эксплуатацию в Японии (1969) на аминоацилазе, им­

мобилизованной на ДЕАЕ-сефадексе:

Аминоацилаза

2R-СН-СООН+НzО ----....., R-CH-COOH+R-CH-COOH+R'OH
I		(mдролиз	I		I
NH-CO-R'		только ацилов	NH	z	NH-CO-R'
		аминокислот
		L·pJЩa)
Aцшt D, L·амивоПlСЛОТЫ:			L·аМИВОПlслота		Ацил D-аминоПlСЛОТЫ:
t					t

РацемиззЦШI

Одновременно или даже немного раньше началось промышленное получе­ ние инвертного сахара (смесь глюкозы и фруктозы, возникающая в результате

гидролиза сахарозы) с помощью иммобилизованной (3-фруктофуранозидазы

(сахараза или инвертаза), получившее сейчас широкое распространение. Им­

мобилизованная инвертаза очень устойчива и за десять лет непрерывной работы одного из реакторов ее активность упала всего на 10%.

Не меньшее промышенноеe значение имеет и другой процесс, приводящий

к получению эквимолярной смеси глюкозы и фруктозы: превращение глюкозы

в фруктозу с помощью иммобилизованной глюкозоизомеразы. Соответствующие установки работают в США (начиная с 1972 г.), ФРГ,

Дании и Голландии. В нашей стране изомеризацию глюкозы в фруктозу ведут

142

8 трубчатом реакторе с глюкозоизомеразой из Actinomyces olivocinereus, им­ мобилизованной на силохроме; за месяц непрерывной работы реактора при

50%-ном уровне превращения глюкозы в фруктозу теряется не более 14% активности фермента.

В 1974 г. в Японии начат промышленный синтез L-аспарагиновой кислоты при посредстве аспартат-аммиак-лиазы, иммобилизованной на фенолформалъ­

дегидной смоле. Однако при высокой степени (99%) превращения фумарата

аммония в L-аспарагиновую кислоту фермент менее устойчив, чем в. составе

иммобилизованных клеток-время его полужизни равно 18 суткам. В этой же

стране функционируют промышленные установки по синтезу L-триптофана из

индола и серина при помощи включенной в волокна триптофансинтазы, а также по синтезу L-тирозина при посредстве иммобилизованной тирозинфенол-лиазы.

Упомянем еще одно крупномасштабное производство на базе иммобили­ зованной пенициллинамидазы, имеющее огромное значение для фармацевти­

ческой промышленности, таЖ как оно обеспечивает исходным продуктом

синтез аналогов природного пенициллина, отличающихся большей терапевти­

ческой ценностью. Это-синтез· 6-аминопенициллановой кислоты:

	s	СИЗ	пCJDЩIIIIJIRВ-
	/,/		+ HzO
CНz -СО-NН-СН-СИ		С
6	I I	з
		r'сн
	о
'7I	с- N-CН-COOH
~	~
		s	СИЗ
~ CHz -		/,/
	СООН + HzN- си-си С
~ I	о'1-l-l:::н~он
6

~C:YC:1I8II

~

Присоединяя по ее аминогруппе иные, чем бензил, радикалы, получают

пенициллины, отличающиеся специфическими качествами.

Сказанным далеко не исчерпывается список химических производств, бази­

рующихся на применении достижений инженерной энзимологии, имеющей

огромное будущее.

Наряду с использованием иммобилизованных ферментов продолжает раз­

виваться переработка химического сырья при посредстве микроорганизмов, которые в этом случае являются как бы живыми ферментсодержащими лабо­ раториями. Наиболее древним химическим производством такого рода явля­ ется получение спирта путем брожения, когда примерно полтора десятка ферментов, содержащихся в дрожжевых клетках, с огромной скоростью пре­

вращают глюкозу в этиловый спирт. Характерно, что в настоящее время

осуществляется интенсивный переход от классических схем бродильной про­

мышленности на новую технологию с использованием иммобилизованных

клеток различных микроорганизмов. Так, этанол получают из глюкозы с по­ мощью иммобилизованных в полиакриламидном геле клеток Saccharomyces

cereVisiae.

143

Первый в мире промышленный 1000-литровый реактор проточного типа

по синтезу L-аспарагиновой кислоты из фумарата аммония был запущеu в Японии (1973); в нем использованы иммобилизованные в полиакриламид­

ном геле клетки кишечной палочки (Esherichia соН, штамм АТСС N!! 11303),

содержащие аспартат-аммиак-лиазу:

	Аспартат-аммиак-лиаза
HOOC-CH=CH-COONН4	------- +1 НООС-СН2	-СН-СООН
		I	-
		NH 2
Фумарат аммонии	АсnaраmпОВ8И ""слота

Он давал 1915 кг L-аспарагиновой кислоты/сут при 95%-ном уровне пре­

вращения в нее введенного фумарата аммония. При подкислении элюата до рН 2,8 и охлаждении до 150 С аспарагиновая кислота выкристаллизовывалась

в виде препарата 100%-ной чистоты. Иммобилизованные клетки кишечной

палочки сохраняют активность аспартат-аммиак-лиазы на 80% в течение 120

.дней и на 50% -в течение 600 дней работы реактора, тогда как интактные

клетки-всего в течение 10 дней и на уровне 25% от исходной. Отсюда ясен

выигрыш, приносимый иммобилизацией. Годом позже на химическом факуль­ тете МГУ им. М. В. Ломоносова была опробована установка с иммобилизо­

ванными клетками кишечной палочки (штамм 85), обладающими аспартат­

аммиак-лиазной актИВНОСТЬЮ с производительностью несколько килограммов

L-аспарагиновой кислоты особой чистоты. Такая установка в научно-исследо­

вательском институте аминокислот (г. Ереван) масштабируется до промыш­

ленного уровня.

Другая аминокислота, производство которой налажено в индустриальном

масштабе,-L-изолеЙцин. Ее синтезируют из треонина и глюкозы при посред­

стве иммобилизованных клеток Se"atia marcescens с выходом до 4 г/л элюата с колонки реактора. Аналогичным образом получают еще одну незаменимую

аминокислоту-L-лизин:

			MicrobacJerium
HOOC-СН-(СН		)з-СН-СООН ----- +1 СН2-(СН2)З-СН-СООН+СО2
I	2	I	шnmоniарhilum	I	I
NH	2	NH	2	NHz	NH 2
ДиамивОl1ИмеЛИИОВ8И
	ЮlCJlDта				Лизни

При посредстве иммобилизованных клеток Corynobacterium glutamicum производят L-глутаминовую кислоту из глюкозы; Esherichia соН-L-трипто­

фан из индола; Streptococcus fаесаlis-L-орнитин из L-аргинина. Разработаны также методы синтеза L-аланина, L-фенилаланина, L-меmонина и L-треонина

тоже с помощью иммобилизованных микроорганизмов. Таким образом, нара­

ботка аминокислот L-РЯда для питания человека и выращивания сельскохо­

зяйственных живоmых осуществляется в настоящее время в основном в реак­

торах с иммобилизованными клетками.

Спомощью иммобилизованных в полиакриламидный гель клеток

Brevibacterium ammoniagens начиная с 1974 г. в Японии в промышленном масштабе производят яблочную кислоту из фумаровоЙ. У нас в стране от­

работан регламент получения пропионовой, уксусной и пировиноградной

кислот из глюкозы, лактозы или лактата натрия в проточной системе с клет­

ками пропионовокислых бактерий (Propionibacterium shermanil), иммобилизо­

ванными в полиакриламидный гель.

144

... Опробованы на лабораторных. установках, а частично и в крупномасштаб­

-ных. вариантах методы синтеза с помощью иммобилизованных клеток различ­

ных микроорганизмов АТФ, НАДФ, глюкозо-6-фосфата, глутаmона, глюко­

новой и 2-кетоглюконовой кислоты, фруктозы (изомеризацией глюкозы), сме­

си глюкозы и фруктозы (гидролизом сахарозы), коэнзима А и ацетил-КоА.

Недавно японским химикам удалось эmм же путем перевести пропилен

в оксид пропилена прямым окислением кислородом-это крупное достижение

внедрено в практику.

Особо следует упомянуть использование иммобилизованных клеток в фар­

мацевтической промышленносm для синтеза стероидных гормонов и их про­ изводных, синтеза пенициллинов пролонгированного действия и ряда других

лекарственных препаратов. В последнее время развернулись перспекmвные

работы по иммобилизации методами инженерной энзимологии клеток, кото­

рым при помощи приемов генеmческой инженерии придана способность продуцировать важнейшие лекаРС'!'8енные средства- инсулин, интерферон, сх.-антитрипсин. К 2000 г. намечено резко увеличить производство лекарствен­

ных средств методами генетической инженерии.

Еще одна область применения ферментов-аналитическая химия. Она

базируется на изготовлении электродов, покрытых иммобилизованными фер­ ментами. Так, если на плаmновый электрод нанести иммобилизованную

глюкозооксидазу, то концентрацию глюкозы можно определить, регистрируя

амперометрически количество выделяющегося на электроде пероксида во­ дорода:

н	н	анн			о
I	I	I	I	#	+ 02	+			Г.lllOкозо­
hochz-C- с-с-с-с								наа
,	I	I	I	"					ОКС:Ц08»
					Н				-
ОНОННОН
	ГЛIOКОЗil
		н	н	ОНН		#	О
		I	I	I	I			+ Н2О2
-- HOCHt-С-С-С-С-С
		I	1	I	I	"	он
		ОН ОН Н			он

ГЛIOКОНО.iI.. ICМC~T.

Определение высокоспецифично (на электроде реакция идет только с глю­ козой) и осуществляется в течение 1 мин. На базе такого ферментного элек­

трода создан автомаmческий анализатор глюкозы. При помощи ферментных электродов определяют сахарозу, мочевину, этиловый спирт, анализируют

загрязнение среды остаточными пестицидами и т. п.

Не исключено, что использование ферментов позволит найти новые источ­

ники для добывания энергии. Опыты в этом направлении уже сделаны и наме­ mлись два пути решения этой насущной для человека проблемы.

Первый состоит в прямом преобразовании химической энергии в электри­

ческую в топливных элементах, где используются такие ферменты, как глюко­ зооксидаза, уреаза, гидрогеназа, формиат- и алкогольдегидрогеназа (субстра­

ты-глюкоза, мочевина, водород, муравьиная кислота и этанол соответствен­

но). В случае алкогольдегидрогеназы в качестве фермента и этанола в качестве

субстрата схема получения электрического тока такова:

Amcоголь­

дenЩPOгеваза

С2НsОН+НАД+-----., СНзСНО+НАДН+Н+

145

нлдн+н++		so~-___ нлд+ +					S	4 ,
							02-.
		2					2
	Фенаэинметосульфат		Феназинметосульфат
	окисленный			восстановленный
	(ФМС)			(ФМС-НJ>
	ФМС' н2 ------ +1 ФМС+2Н+ +2е
	nлаТИRовоrО элек1рОда
Второй путь	сводится к использованию		в качестве		источника			энергии

продуктов ферментативной реакции, например водорода, выделяющегося при

улавливании энергии солнца (рис. 59). Расчеты показывают, что квадрат раз­ мером 200 х 200 [км], где размещены акцепторы солнечной энергии-им­

мобилизованные хлоропласты, при КПД, равном 25%, обеспечит РФ энер­

гией и исключит загрязнение внешней среды.

Во многих лабораториях мира ученые настойчиво разрабатывают одну из

самых сложных, но вместе с тем практически наиболее важных проблем­

проблему механизма ферментативного катализа. Когда она будет полностью

решена, современная нам химическая промышленность уступит место совер­

шенно новому химическому производству, основанному на принципе фермен­

тативного катализа,-ПРОИЗВОДСТВУ, где с огромными скоростями, 100%-ными

выходами, избирательно, без побочных продуктов, в мягких условиях (низкая

температура и давление и т. п.) будет осуществляться превращение одних

веществ в другие. Более того, полная расшифровка ферментативных механиз­

2(НЛДФН + н+)

)

• ИммоБИlIИЗOВ8НН8ll

nщpoгенаэа

Рис. 59. Принципиальная схема акцеп­

тирования солнечной энергии для раз­

ложения воды и получения газообраз-

Horo топлива

мов таких процессов, как фотосинтез, биоси­

нтез белков, фиксация молекулярного азота

и т. П., И воспроизведение их на этой основе

влаборатории и промышленности могут

вкорне изменить способы добывания пище­

вого и непищевого сырья и оказать огромное

влияние на образ жизни человечества.

Круг химических процессов, ускоряемых

ферментами, необычайно широк, а число их

огромно. В природе осуществляется множе­

ство ферментативных превращений, еще не­

доступных воспроизведению в лаборатор­

ных условиях. Все это свидетельствует об огромном значении ферментов как истинных

двигателей жизненных процессов. Изучая

ферменты, мы невольно были вынуждены

наряду с описанием их строения и свойств

уделить большое внимание ускоряемым ими

химическим превращениям. Этим мы сдела­

ли первыIй шаг к изучению ряда конкретных

разделов динамической биохимии, изложен­

ных в последующих главах учебника.

ГЛАВА IV

кофЕрмЕнтыI' ВИТАМИНЫ И НЕКОТОРЫЕ ДРУГИЕ

БиоАктивныIE СОЕДИНЕНИЯ

Из числа известных в настоящее время ферментов примерно 40%, прояв­ ляют свои каталитичесКие функции в присутствии добавочных соединений

небелковой природы-коферменmов, или коэнзимов. К числу таких фермен­

тов относятся большинство оксидоредуктаз и трансфераз, все лигазы, значи­

тельная часть лиаз и некоторые изомеразы. Лишь гидролазы не нуждаются

в коферментах и осуществляют каталический процесс исключительно при посредстве активных центров, образованных аминокислоmыми радикалами

полипептидной цепи фермента. В подавляющем БолыIlиствеe случаев кофер­

менты регенерируются в неизменном виде по завершении каталитического акта,

и это отличает их от субстратов ферментативных реакций. Однако в много­ стадийных химических процессах, ускоряемых ферментами, на определенном

этапе кофермент может выступать как субстрат и приходит в .исходное состоя­

ние лишь по завершении всей цепи реакций или после химических преобразова­

ний, ведущих к восстановлению уровня его нормального содержания в клетке.

Весьма существенно, что коферментами часто служат витамины. Поэтому обе эти группы биологически активных соединений рассматривают обычно

совместно.

КОФЕРМЕНТЪI

Химическая природа коферментов крайне разнообразна. Среди них встре­

чаются органические вещества, относящиеся к алифатическому и ароматичес­

кому ряду, а также гетероциклические соединения, как одно-, так и многоядер­

ные. Коферментам нельзя дать единую физико-химическую характеристику,

поскольку эта сборная группа соединений, объединенная лишь одним призна­ ком-способностью соединяться с белками-аnоферменmамu с образовани­ ем каталитически активных холоферменmов.

Термин «кофермент» впервые появился в 1897 Г., когда Т. Бертран, изучая свойства лактазы «(3-галактозидаза, отщепляющая концевые нередуцирующие

остатки вр-галактозидах), обозначил этим термином активатор этого фермен­

Ta-Mn2 • Следующей важной вехой в развитии учения о коферменте было

исследование английских биохимиков А. Iaрдена и В. Юнга, которые в 1906 г.

доказали наличие в ферменmом препарате дрожжей-зимазе термостабиль­

ного отделяемого ультрафильтрацией фактора-козuмазы.

Из энзимов, функционирующих С коферментами в качестве обязатель­

ных партнеров. каталитических реакций, 675, т. е. почти 85%, используют

для этого соединения ~клеотидной природы: НАД + (-165 ферментов), НАДФ + (-155), и НАД и НАДФ+ {-50), КОЭН3UМ А (-80) и АТФ (-225).

Они составляют самую многочисленную группу так называемых нуклеотид­

ных коферментов. Не менее распространенным коферментом является nи­ рuдоксальфосфаm, роль которого в реакциях переаминирования рассмотрена

ранее (см. с. 127), а функция в процессах декарбоксилирования аминокислот

будет освещена позже (см. с. 267). У ряда ферментов коферментами ЯВЛJlЮтся ФМН и ФАД, а также соединения хuноuдной nрироды. Химическая природа

147

и роль перечис.riенных коферментов в каталиmческих процессах описаны

в гл. IП.

'

,

Вкачестве коферментов выступают и иные органические соединения. Так,

вокислительно-восстановительных реакциях коферментами служат лиnоевая

кислота, глуmатион и железоnорфирины, в реакциях переноса гликозильных остатков и их производных-нуклеозиддифосфаmсахара, в реакциях переноса

азотистых оснований при биосинтезе фосфолипидов-циmидиндифосфаmхо­

лин и т. п. Механизмы их участия в ферментаmвных процессах рассмотрены

впоследующих главах. Кроме того, функцию коферментов вьшолняют многие

витамины.

ВИТАМИНЫ

Общее "опятие о витаминах в их классификация. Витамины представляют сборную в химическом оmошении группу органических соединений, поэтому

с точки зрения химического строения им нельзя дать общего определения.

Физические свойства веществ, относящихея к витаминам, столь же разнооб­

разны, как и их химическая природа. Физиологическое действие витаминов на

животных, расmтельные ткани и микроорганизмы тоже весьма различно,

иотдельные витамины в этом отношении совершенно не похожи друг на

друга.

Витамины объединены в отдельную группу природных органических со- -

единений по признаку абсолютной необходимости их для гетеротрофного

организма в качестве дополнительной к белкам, жирам, углеводам и мине­

ральным веществам составной части пищи.

В большинстве случаев витамины не синтезируютСя гетеротрофными ор­

ганизмами и их недостаток сопровождается во~никновением патологических

явлений.

В количественном оmошении потребность в витаминах ничтожна: так,

человек в среднем должен потреблять ежедневно около 600 г (в пересчете на сухое вещество) основных питательных веществ и только 0,1-0,2 r дополни­

тельных факторов питания-витаминов.

Отсюда ясно, что витамины в организме выполняют каталиmческие функ­ ции. Во многих случаях, как будет показано ниже, витамины являются состав­ ными частями ферментов и необходимы для их ФУНlЩионирования.

В последнее время изучается роль витаминов для автотрофных организ­ мов, в частности растений, где витамины синтезируются. Оказалось, что для жизнедеятельности растений они тоже абсолютно необходимы и вьшолняют здесь также главным образом каталитические ФyIiкции. Следовательно, на

первый план в характеристике витаминов как особой группы соединений

выступает их способность в ничтожных концентрациях обеспечивать осущест­

вление ферментативных процессов.

Таким образом, витамины могут быть охарактеризованы как группа ор­

ганических веществ, обладающих разнообразным строением и физико-химиче­

скими свойствами, абсолютно необходимых для нормальной жизнедеятель­ ности любого организма и выполняющих в нем непосредствеnно или в составе

более сложных соединений каталитические и регулярные функции.

Витамины были открыты в 1880 г. нашим соотечественником Н. И. Луни­ ным. Они привлекли внимание именно как дополнительные факторы питания животных. В своей диссертации «О значении неорганических солей для пита­ ния животных», защищенной 18 сентября 1880 г. в Дерптском (ныне Тартуском)

университете, Н. И. Лунин пришел к выводу, что кроме белков, жиров,

148

сахаров, солей и воды животные (МЫIIIИ) нуждаются также в других, неизвест­ ных еще веществах. По его мнению, обнаружить эти вещества и изучить их

значение в питании было бы исследованием, представляющим большой

интерес. В дальнейшем работы Н. И. Лунина были подтверждены и развиты другими учеными. В 1912 г. польский исследователь К. Функ предЛОЖИЛ

называть эти неизвестные вещества витаминами, т. е. аминами жизни (от лат. vitа-жизнь), так как одно из них, вьщеленпое и изученное им, содержало

аминогруппу. Термин этот стал затем применяться ко всем обязательным

дополнительным пищевым факторам. И хотя мноrие из них не содержат

аминогрупп и вообще азота, название «витамины ) до сих пор прочно

удерживается в биологии и медицине.

Благодаря усилиям многих биохимиков и физиологов за более чем столет­

нюю историю витаминологии выделено около трех десятков витаминов,

изучепы их состав и строение, физиологическое действие и в подавляющем

болыmшстве случаев осуществлен химический синтез соответствующих препа­ ратов. Среди исследований советского периода выделяются работы

В. Н. Букина, А. В. Палладина, Л. А. Черкес, М. Н. Шатерникова, А. В. Тру­ фанова, В. В. Ефремова, К. М. Леутского, Б. А. Кудряшова, М. И. Смирнова, Ю. М. Островского, Р. В. Чаговца и др.

При изучении витаминов сначала каждому из них давали название по имени того заболевания, которое развивалось при отсутствии витамина в пи­

ще. При этом к названию соответствующей болезни добавлялась приставка анmu, так как введение витамина в диету приводило к быстрому излечению

(табл. 12). Заболевания же, развивающиеся при полном отсутствии витами­

нов в пище, стали обозначать как авитаминозы, при недостаточном их по­ ступлении-как l'ИDоввтамивозы, при избыточном-как l'ИDервиrаминозы. Позже, по предложению Мак-Коллума (1913), отдельные витамины по мере их выделения условились обозначать буквами латинского алфавита: А, В, С и Т. д. Наконец, после того как была исследована химическая природа

ряда витаминов, стали вводить химические их названия. В настоящее время используют все три вида номешлатуры витаминов. Наметилась тенденция

перехода к химическим наименованиям, которые биохимическая секция Меж­ дународного союза по чистой и прикладной химии с 1956 г. признала между­

народными. Важнейшие витамины и их названия перечислены в табл.12;

некоторые из них (Q, Р, В15, U) иногда относят к витаминоподобным ве­

ществам.

						Таблица 12
			Bucвelmвe 8ИТ8МJIIIЫ • их вомевк.латура
			НОNeплаrypа					СутОЧНaJII
								потребность
	бyneВВaJII		XllМJJ'!ecкl1.I (официвлЫlI1.l межлувароДllll.l)		фИЗИОЛОГИ'lecxaJI (по оmоmemпo 1: человеку)			человсs:а, мr
			Жирорастворимые
	А		Ретинол		Антиксероф'rалъмический			2,5
	D		Кальциферол		~тирахитический			0,0025
	Е		Тоltотриенол		~истерилъный (токоферол)			15,0
	К		Филлохинов		~тшеморрагический			0,25
	Q		УБВXIПIов
	F		Комплекс веиасыщевных жирных					1000
			кислот (линолевая. JIИНоленовая
			в арахвдововаll ПlСЛОТЫ)

149