ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 17.11.2021
Просмотров: 118
Скачиваний: 1
ФЕРМЕНТИ
В
живих організмах переважна більшість
реакцій відбувається за участю ферментів
- біологічних каталізаторів білкової
природи. Назва “ферменти” походить
від латинського “fermentatio” - бродіння,
кипіння. Інша, поширена в світовій
літературі, назва ферментів – ензими
– походить від грецького “en zyme” - в
дріжджах. Обидва терміни свідчать про
те, що властивість живих клітин
прискорювати хімічні процеси здавна
відома людям.
Виділити ферменти в
чистому вигляді вдалося лише в XX столітті.
В 1902 р. в лабораторії І. П. Павлова
були одержані важливі докази білкової
природи ферменту травлення пепсину. В
1926 р. Дж. Самнер виділив у кристалічному
вигляді фермент уреазу, який каталізує
розщеплення сечовини на аміак і
вуглекислий газ, і довів, що це білок.
Через чотири роки Дж. Нортроп виділив
кристали пепсину. На наш час відомо
більше 2000 ферментів і всі вони мають
білкову структуру.
6.1.
Будова і механізм дії ферментів
Деякі
ферменти є простими білками. До них
належать ферменти, які каталізують
реакції гідролізу. Інші, складні білки,
містять два компоненти - білковий
(апофермент)
і небілковий (кофактор).
Кофактор може бути простий (неорганічної
природи, наприклад, Fe2+, Fe3+, Mn2+, Zn2+, Cu2+, Mo,
Se), або складний (органічної природи).
Складні кофактори називаються коферментами.
Часто вони представлені вітамінами
(В1, В6, ВС, В12, Н), або до їх складу входять
вітаміни (до НАД+, НАДФ+ - В5, до ФАД, ФМН
– В2, до КоАSH – В3).
Кофактор і апофермент
можуть з’єднуватись міцними ковалентним
зв’язком, або легко відокремлюватись
і існувати самостійно. Кофактор, який
міцно зв’язаний з апоферментом,
називається простетичною
групою.
Каталітичну активність компоненти
ферменту проявляють не поокремо, а лише
в об’єднаній структурі, яка називається
холоферментом.
Ферменти - це глобулярні
білки. За розмірами вони часто значно
перевищують речовину, яку перетворюють
(субстрат). Безпосередня взаємодія між
ферментом і субстратом під час каталізу
відбувається в певній ділянці молекули
- активному
центрі.
Кофактор входить до складу цієї
молекулярної ділянки.
Багато ферментів
не лише каталізують реакції обміну
речовин, але і регулюють швидкість їх
протікання. Такі ферменти
називаються регуляторними.
Вони містять ділянку зв’язування
речовин-регуляторів, яка
називається алостеричним
центром(від
грецьких слів “allo” i “stereos”, що означає
- інший центр).
Ферменти, як і всі
каталізатори, зменшують енергію активації
реакції за рахунок утворення проміжного
комплексу з субстратом перетворення.
На відміну від процесів в неживій
природі, в фізіологічних умовах це
єдиний спосіб забезпечити протікання
процесів. Ферментативний каталіз
відбувається в декілька стадій. На
першій стадії фермент (F) взаємодіє з
субстратом (S), утворюючи фермент-субстратний
комплекс (FS). На другій стадії відбувається
активація субстрату у складі комплексу
(FS*). На третій стадії активований субстрат
в складі комплексу перетворюється в
продукт (FP) і, нарешті, на четвертій
стадії продукти реакції вивільняються,
а фермент може здійснювати новий цикл
перетворень:
F + S U
FS U FS* U FP U F + Р
Фермент-субстратний
комплекс нестабільний. В більшості
випадків його неможливо виділити, а
можна лише зареєструвати за допомогою
фізичних методів дослідження швидких
реакцій.
Молекулярні процеси, які
відбуваються під час біокаталізу, досить
детально вивчені. Розглянемо їх
постадійно.
І стадія
Субстрат
зближується з активним центром ферменту
і орієнтується по відношенню до
каталітичної групи. Відбувається
зв’язування субстрату в активному
центрі. Орієнтуюча група субстрату і
зв’язуюча ділянка активного центру
мають просторову і хімічну відповідність.
Наприклад, фермент хімотрипсин, який
розщеплює пептидні зв’язки, діє лише
в тому випадку, коли карбонільна група
пептидного зв’язку належить залишку
ароматичної амінокислоти (триптофану,
тирозину або фенілаланіну). Ці групи
просторово відповідають гідрофобній
“кишені”, щільно прилягають до неї і
орієнтують поліпептидний ланцюг в
активному центрі.
П
стадія
Один
з перших дослідників білків Е. Фішер
вважав, що фермент “жорстко” відповідає
за формою субстрату, як замок борідці
ключа (модель “ключа і замка”). Але ця
модель не пояснює механізму активації
субстрату. Сучасна модель відповідності
ферменту і субстрату (модель “руки і
рукавички”) пояснює її так: фермент,
зв’язаний з субстратом, деформується
і пристосовується до нього, як рукавичка
до руки. Виникає індукована відповідність
між ферментом і субстратом. Напруження
передається від ферменту до субстрату
і комплекс переходить в активований
стан (FS*). Енергія активації субстрату
в цьому комплексі значно менша, ніж у
відсутність каталізатора.
На Ш
стадії відбуваються
хімічні взаємодії між активованим
субстратом і функціональними групами
активного центру. Виділяють два види
взаємодій: кислотно-основні і ковалентні.
Кислотно-основні взаємодії здійснюють
ферменти, в активних центрах яких
містяться радикали амінокислот, що
можуть виступати акцепторами або
донорами протонів:
|
|
Протон-акцепторні групи |
|
-СООН |
-СОО- |
|
-NH3+ |
-NH2 |
|
-SH |
-S- |
|
-імідазолН+ |
-імідазол |
Ковалентні
взаємодії, які можуть виникати між
групами активного центру і субстрату,
є нетривкими, але їх утворення приводить
до розриву зв’язку в молекулі субстрату.
Нестабільний новоутворений зв’язок
легко гідролізується з утворенням
продуктів.
Розглянемо хімічні
взаємодії, які виникають при розщепленні
пептидного зв’язку ферментом
хімотрипсином. Цей фермент складається
з трьох субодиниць: А, В і С. Хімічні
зв’язки в активному центрі утворюють
залишки гістидину-57 і аспарагінової
кислоти-102 В-субодиниці і серину-195
С-субодиниці.:
Пептидний
зв’язок субстрату утворює ковалентний
зв’язок за рахунок атому С з атомом О
серину активного центру. Така реакція
відбувається легко завдяки тому, що Н
гідроксильної групи серину сильно
притягується до імідазольної групи
гістидину (кислотно-основна взаємодія).
Утворення фермент-субстратного
ковалентного зв’язку приводить до
розриву пептидного зв’язку і видалення
першого продукту реакції зі звільненою
аміногрупою:
Фермент-субстратний
зв’язок легко піддається гідролізу з
вивільненням другого продукту. У вільному
активному центрі гідроген знову
приєднується до серину. Дисоційована
карбоксигрупа аспарагінової кислоти,
можливо, посилює кислотно-основні
взаємодії і сприяє виштовхуванню другого
продукту з комплексу:
6.2.
Властивості ферментів. Ферментативна
кінетика
Специфічність
дії ферментів
Просторова
відповідність субстрату і активного
центру є обов’язковою умовою
ферментативного каталізу. Деякі ферменти
каталізують перетворення лише однієї
певної речовини, тобто проявляють
абсолютну специфічність. Наприклад,
фермент уреаза каталізує розщеплення
амідного зв’язку лише в сечовині
-H2N-CO-NH2 - і не діє на амідні зв’язки в
інших сполуках.
Ферменти, які
каталізують перетворення оптично
активних речовин проявляють
стереоспецифічність. Наприклад, a-глюкозидази
каталізують розщеплення у вуглеводах
лише a -глікозидних
зв’язків, а b -глюкозидази
діють лише на b-глікозидні
зв’язки.
Багато ферментів діє на
певний хімічний зв’язок, або на певну
хімічну послідовність в різних молекулах
певного класу. Така специфічність
називається груповою. Так, хімотрипсин,
дія якого описана вище, діє на пептидні
зв’язки в різних пептидах, але лише при
умові, що карбонільна група зв’язку
належить ароматичній амінокислоті.
Фермент пепсин розщеплює пептидні
зв’язки лише між двома гідрофобними
амінокислотами, трипсин - пептидні
зв’язки, карбонільна група яких належить
аргініну або лізину. Амінопептидаза
відщеплює останній з N-кінця амінокислотний
залишок, а карбоксипептидаза – останній
з С-кінця, діючи на різні білки.
Активність
ферментів і концентрація субстратів.
Ферментативна кінетика
Важливою
характеристикою ферменту є активність.
Її вимірюють за зміною концентрації
субстрату або продукту каталізу за
одиницю часу. За одиницю активності
ферменту приймається така активність,
при якій здійснюється перетворення 1
мкмоль речовини за 1 хвилину при 25°С в
оптимальних умовах дії ферменту.
Активність ферментів вимірюють при
оптимальному рН і концентрації субстрату,
близькій до насичуючої, тобто при умові,
що концентрація ферменту є єдиним
лімітуючим фактором реакції. Звичайно
визначають питому активність, тобто
активність ферменту в розрахунку на 1
мг білка. Більш наочним показником
активності є число обертів ферменту,
яке показує, скільки молекул субстрату
перетворюється одним активним центром
ферменту (або однією молекулою ферменту)
за одиницю часу. Наприклад, карбоангідраза,
яка каталізує реакцію гідратації
вуглекислого газу в крові (СО2 + Н2О ®
Н2СО3), перетворює 36 млн молекул вуглекислого
газу за 1 хвилину. Без ферменту ця реакція
відбувається дуже повільно. Карбоангідраза
- один з найактивніших ферментів. Для
ферментів, які розщеплюють полісахариди,
число обертів становить: для b-амілази
- 1 100 000 і для a-амілази - 12 500 на одну
молекулу ферменту. Каталаза, яка розкладає
пероксид водню, має число обертів 18
млн.
При надлишку субстрату швидкість
реакції залежить від каталітичної
здатності самого ферменту, тобто від
того, наскільки швидко фермент може
перетворити одну молекулу субстрату і
вивільнитись для перетворення іншої.
Швидкість реакції в цих умовах є
максимальною (Vmax). При менших концентраціях
субстрату швидкість реакції (V0) зростає
пропорційно збільшенню його концентрації.
Кількісно залежність швидкості від
концентрації субстрату і властивостей
самого ферменту виражаться рівнянням: 
де
Кm - константа Міхаеліса – Ментен, яка
характеризує співвідношення коефіцієнтів
розпаду (k-1 і k2) та утворення (k1)
фермент-субстратного комплексу:
Чисельно
вона відповідає концентрації субстрату,
при якій швидкість реакції дорівнює
половині максимальної (рис 6.1.А.). Графічно
значення Vmax і Km зручно обчислювати за
рівнянням, оберненим до виразу V0 (метод
подвійних обернених величин Лайнуївера
– Берка) (рис. 6.1.Б.):
В умовах клітини
концентрації субстратів можуть істотно
коливатись впливати на швидкість
реакцій.
Вплив
температури
При
оптимальних для життя температурах
дуже мала кількість реагуючих молекул
знаходиться в активованому стані. Тому
і перетворення їх неферментативним
шляхом в організмі практично не
відбуваються. Якби температура живих
істот могла збільшуватись на десятки
градусів, кількість активних молекул,
а отже і швидкість їх перетворення,
зросли би так сильно, щоби не вистачило
запасів кисню і їжі для забезпечення
стабільного стану організму.
Ферменти,
як і всі білки, є термолабільними, їх
активність у більшості ферментів найвища
при температурах, близьких до 400 (рис.
6.2.). Зміна температури впливає на слабкі
взаємодії, які підтримують специфічну
просторову форму молекули ферменту і
беруть участь у взаємодії із субстратом.
Причому стабільність водневих і
електростатичних взаємодій послаблюється
при нагріванні, а гідрофобних - при
охолодженні. Отже, вплив температури
на кожний конкретний фермент залежить
від того, які саме слабкі взаємодії
зумовлюють його активність.
Вплив
кислотності середовища
Ферменти
найкраще функціонують в досить обмеженому
діапазоні рН середовища - оптимумі рН.
Причому для різних ферментів його
значення відрізняються (рис. 6.3.). Оптимум
рН часто знаходиться в області
ізоелектричної точки білка - фермента
і може не співпадати з кислотністю
середовища. Ця залежність пов’язана з
необхідністю підтримання іонізованого
стану функціональних груп ферменту і
субстрату для забезпечення
фермент-субстратної взаємодії.
Інгібітори
ферментів
В
біологічному каталізі вирішальне
значення має можливість тонкої його
регуляції залежно від потреб організму.
Максимальна швидкість перетворення
субстратів ферментами використовується
організмом так само рідко, як і гучне
звучання музичного інструменту
професійним музикантом.
Регуляція
активності ферментів може здійснюватись
у двох напрямках - активації (прискорення)
і інгібування (гальмування). Регуляторами
активності часто виступають різні
хімічні речовини -продукти обміну
речовин (природні регулятори) і чужорідні
сполуки (ліки, добавки до їжі, хімічні
забруднювачі середовища).
Інгібітори
ферментів поділяють за механізмом дії
на конкурентні і неконкурентні.Конкурентні
інгібітори часто за будовою, просторовою
формою подібні на субстрат і конкурують
з ним за активний центр ферменту.
Зв’язування їх в активному центрі за
просторовою відповідністю приводить
до інактивації ферменту - неможливості
приєднувати і перетворювати
субстрат.
Популярний приклад
конкурентних інгібіторів - це лікарські
препарати сульфаніламіди. Вони структурно
подібні на п-амінобензойну
кислоту (ПАБК), яка необхідна для росту
деяких хвороботворних бактерій (див.
вітамін ВС):
п-амінобензойна
кислота
сульфаніламіди
Зараз випробувано
біля 10 000 сульфаніламідних препаратів,
які мають антибактеріальну активність.
Велика
група речовин, що містять основний атом
азоту, є конкурентними інгібіторами
нервово-паралітичної дії, оскільки вони
інактивують холінестеразу, тобто
протидіють розщепленню ацетилхоліну,
який утворюється внаслідок нервового
імпульсу. До них належать зміїні отрути,
алкалоїди, нікотин, морфін, кокаїн та
інші.
Неконкурентні інгібітори
зв’язуються як з ферментом, так і з
фермент-субстратним комплексом. Вони
взаємодіють не з активним центром, а з
іншими ділянками молекул ферменту,
деформуючи його просторову структуру,
що робить неможливим каталіз.
Неконкурентними інгібіторами є йони
важких металів, наприклад, Ag+, Hg2+, Pb2+, які
реагують з сульфгідрильними групами
ферментів, а також хелатоутворюючі
речовини, які зв’язують йони металів
- активаторів ферментів.
За міцністю
взаємодії розрізняють зворотні і
незворотні інгібітори. Зворотні
інгібітори можуть вивільнюватись з
комплексу з ферментом. Зворотню дію має
багато конкурентних інгібітори. В
присутності великих концентрацій
субстрату вони витісняються з активного
центру ферменту.
Незворотні інгібітори
утворюють ковалентні зв’язки з ферментом
або в активному центрі, або в іншій
частині його молекули. Таким інгібітором
є йодоацетат, або йодоацетамід, який
утворює міцний зв’язок з сульфгідрильною
групою або імідазолом ферменту незалежно
від місця його знаходження, наприклад:
R-SH
+ I-CH2CONH2 ® R-S-CH2CONH2 + HI
Окисно-відновні
ферменти, які діють за участю йону
металу, гальмуються ціанамідом,
сірководнем, оксидом вуглецю (П).
Незворотню
дію на холестерази проявляють
фосфоорганічні речовини типу (RO)2PХО,
які можна розглядати як похідні
ортофосфорної кислоти, де R алкільні
радикали (різної будови), а X - F, або CN,
наприклад:
схема
будови
зарин
табун
Вони
токсичні для центральної нервової
системи, застосовуються як інсектициди,
хімічна зброя, в клінічній медицині.
Активація
ферментів здійснюється
різними шляхами. Ферменти можуть
переходити в активний стан при взаємодії
з якоюсь речовиною - активатором. Так
діють на фермент кофактори простої
будови. Вони, зв’язуючись з ферментом,
переводять його в активний стан, але
самі не беруть безпосередньої участі
у взаємодії з субстратом. Різні неорганічні
аніони (Cl- та інші) виступають
малоспецифічними активаторами. Значно
більш специфічними є катіони металів..
Вони діють на один або декілька ферментів.
Так Мg2+ активує ферменти, які діють на
фосфорильовані субстрати і часто може
замінятись Mn2+. Принаймні 13 інших катіонів
також є активаторами: Na+, К+, Rb+, Cs+, Са2+,
Zn2+, Cr3+, Cu2+, Fe2+, Ni2+, Al3+, NH4+. Один з ферментів
обміну пептиду глутатіону активується
селеном
Іншим шляхом активації є
відщеплення олігопептиду від неактивної
форми ферменту (проферменту). За таким
принципом активуються ферменти -
гідролази, які діють поза клітинами - в
травному тракті або плазмі крові. Вони
утворюються в клітинах залоз в неактивній
формі і лише після виходу з клітини під
дією іншого ферменту відщеплюють частину
молекули і набувають активної форми.
Прикладами таких ферментів є трипсиноген
і хімотрипсиноген, які синтезуються
підшлунковою залозою і активуються в
тонкому кишечнику. Якби в клітинах
утворювалась відразу активна форма
ферменту, то вона руйнувала би саму
клітину.
Алостерична
регуляція
Перетворення
певної речовини в організмі звичайно
здійснюється в декілька стадій, причому
продукт перетворення однієї стадії
стає субстратом іншої. Узгоджена дія
такого ланцюга перетворень, тонка і
економна регуляція його інтенсивності,
здійснюється завдяки алостеричним
регуляторним ферментам. Вони, звичайно,
займають ключове місце в ланцюгу
перетворень, завдяки чому від їх
активності залежить не одна чи дві ланки
ланцюгу, а весь багатоетапний процес.
Регуляція їх здійснюється шляхом
приєднання до алостеричного центру
ферменту речовини - регулятора, що
приводить до зміни просторової форми
фермента. Інгібітори алостеричних
ферментів звичайно є кінцевими продуктами
процесу. Таким чином, накопичення
кінцевого продукту приводить до зупинки
перших стадій його утворення, чим
досягається економне використання
субстратів і енергії. Отже, алостеричне
гальмування здійснюється за принципом
негативного оберненого зв’язку.
Алостеричними активаторами виступають
субстрат або попередники субстрату
ланцюга перетворень, тобто алостерична
регуляція здійснюється за принципом
позитивного прямого зв’язку:
Взаємодія
цих двох систем регуляції ключових
ферментів забезпечує точно збалансований
регуляторний механізм дії, конкретні
приклади якого ми розглянемо при вивченні
обміну речовин.
Звичайно алостеричні
ферменти складаються з кількох субодиниць.
При дії активатора зростає їх
кооперативність взаємодії і спорідненість
до субстрату. Алостеричні інгібітори
спричиняють утворення малоактивної
форми ферменту.
6.4.
Класифікація і номенклатура ферментів.
Практичне використання ферментів
Для
найбільш досліджених і поширених
ферментів часто використовують тривіальні
назви, які походять від назви субстрату,
або типу реакції і мають суфікс – “аза”:
амілаза, протеаза, дегідрогеназа та
інші. Загальноприйнятими є назви найбільш
відомих ферментів, пов’язані з їх
відкриттям. Наприклад, пепсин походить
від грецького “травлення”, трипсин -
“розріджує”, папаїн - від назви дерева,
з соку якого він був виділений.
Систематичні
назви ферментів походять від назви
субстрату (субстратів) та від характеру
перетворення (гексокіназа,
тріозофосфатізомераза). Однак, кожний
субстрат може підлягати різним
перетворенням, а для одного типу реакцій
відомо декілька альтернативних
каталітичних систем. Тому при першій
згадці про фермент в тексті належить
дати йому повну наукову назву.
Сучасна
наукова номенклатура ферментів
грунтується на їх класифікації за
характером перетворення. Ця класифікація,
затверджена Комісією з ферментів
Міжнародного біохімічного союзу (1961),
поділяє ферменти на 6 класів за типом
реакцій, які, в свою чергу, - на підкласи
за характером субстрату, підкласи – на
підпідкласи, які відрізняються
коферментами або акцепторами груп (див.
Додаток).
І. Оксидоредуктази -
окисно-відновні реакції (див. Част. ІІ.
Процеси біологічного окиснення.)
ІІ. Трансферази –
реакції перенесення функціональних
груп
ІІІ. Гідролази –
реакції гідролізу.
IV. Ліази –
реакції по місцю подвійного зв’язку
без участі води.
V. Ізомерази –
реакції ізомеризації.
VI. Лігази–
реакції синтезу біополімерів з активованих
попередників.
Кожному ферменту
відповідає назва, яка складається з
хімічної назви субстрату і назви реакції.
Якщо в реакції відбувається перенесення
функціональної групи з однієї речовини
на іншу, то вказується акцептор групи.
Після назви ферменту в дужках подається
його чотиризначний шифр згідно
класифікації, де перша цифра відповідає
класу, друга - підкласу, третя - підпідкласу
і четверта - порядковому номеру ферменту
в своєму підпідкласі. Наприклад, фермент,
який здійснює перенесення залишку
фосфорної кислоти від АТФ на гексозу,
має систематичну назву -
АТФ:гексоза-б-фосфотрансфераза (К.Ф.
2.7.1.1.). Шифр показує, що цей фермент
належить до класу трансфераз, підкласу
фосфотрансфераз, підпідкласу
фосфотрансфераз, які використовують
як акцептор гідроксильну групу, і має
в своєму підпідкласі порядковий номер
- 1. Його тривіальна назва -гексокіназа.
Практичне
використання ферментів
Ферментативний
каталіз не має аналогів в неживій
природі. Його унікальними рисами є
висока специфічність та інтенсивність
дії, безвідходність в поєднанні з м’якими
умовами. Часто ферменти об’єднуються
в надмолекулярні ансамблі, які узгоджено
здійснить багатоетапне перетворення
певної речовини. Діяльність ферментів
дуже чутлива до змін умов процесу, тобто
регулюється ними.
Ці риси стають
особливо привабливими в час, коли
цивілізоване людство шукає нові
технології одержання речовин і енергії,
які б не загрожували екологічною,
кризою.
Важливим завданням, яке
потрібно вирішити на шляху впровадження
ферментативних процесів у промисловість,
є створення оптимальних умов для їх
дії. Ферменти зберігають свої якості
лише у зв’язку з іншими компонентами
біосистеми. Тому великий успіх мають
розробки методів іммобілізації ферментів,
тобто фіксації їх на водонерозчинних
носіях. Носіями ферментів можуть бути
кульки з пористого скла, найлонові
трубочки, тонкі плівки, капсули або
гранули з полімерних гелей. Іммобілізовані
ферменти мають ряд переваг: вони легко
відокремлюються від реакційного
середовища, дозволяють вести процес
неперервно і регулювати його швидкість,
мають активність в тисячі, навіть,
міліони разів вищу, ніж незв’язані
молекули, мало чутливі до дії денатуруючих
агентів.
Іммобілізовані ферменти -
основа одного з головних напрямків
сучасної біотехнології. їх використовують
при виробництві ряду антибіотиків,
оптично активних сполук (амінокислот
та інших).
Одночасно розвиваються
методи використання каталізаторів у
складі мікроорганізмів, їх клітини
можна розглядати як живі лабораторії,
що містять необхідні ферменти.
Крім
промислових синтезів ферменти продовжують
використовувати в традиційних галузях
хлібопечіння, пивоваріння, виноробства.
Тут необхідні ферменти розщеплення
вуглеводів. В галузях, які займаються
обробкою білкової сировини (шкіри,
хутра, м’яса і молока), потрібні ферменти,
які використовуються для прискорення
розщеплення білків. В побутовій хімії
набуло поширення використання ферментних
добавок до миючих засобів.
В медицині
використання ферментів пов’язане як
з лікуванням, так і з діагностикою
захворювань. Їх використовують при
лікуванні хвороб травного тракту, для
розчинення тромбів та видалення гною
з ран, нормалізації обміну речовин,
пригнічення пухлин.
Використання
ферментів у діагностиці грунтується
на тому, що вони мають тканеву специфічність.
Різні тканини одного і того ж організму
відрізняються як за складом ферментів,
так і за фізико-хімічними характеристиками
ферменту, який виконує одну певну
функцію, що зумовлено генетично або
умовами синтезу в певній клітині.
Множинні форми одного і того ж ферменту
(ізоферменти) відомі не менш як для
половини вивчених ферментів. Під час
хворобливого процесу в клітині
відбувається посилене руйнування
специфічних ферментів і вимивання їх
в русло крові. Тому біохімічний аналіз
крові дозволяє провести діагностику
захворювання. Наприклад, при зростанні
в крові вмісту амілази, є підозра на
захворювання підшлункової залози. Поява
в крові трансамідінази свідчить про
захворювання нирок. Діагностика інфаркту
міокарду проводиться по зміні
ізоферментного складу лактатдегідрогенази
і т.д.
Таким чином, розвиток вчення
про ферменти є яскравим прикладом того,
що фундаментальна наука рано чи пізно
знаходить різноманітне застосування
в житті суспільства.
7.1.
Вітаміни. Коферменти
Під
назвою “Вітаміни” об’єднують
різноманітні за будовою і властивостями
органічні речовини, які в невеликій
кількості абсолютно необхідні для
життєдіяльності. Назву "вітаміни",
тобто “аміни життя”, запропонував у
1912 p. К. Функ, який вперше виділив вітамін
В1 і довів, що він містить аміногрупу.
Вітаміни
належать до тих речовин, які не можуть
утворюватись в самому організмі з інших,
тобто є незамінними факторами харчування.
З давніх часів люди помітили залежність
свого здоров’я і працездатності від
характеру харчування. Вимога вживати
сирі рослинні продукти, урізноманітнювати
раціон, значною мірою визначається саме
тим, що необхідно забезпечувати себе
вітамінами. Настої глиці, кори дерев
врятовували життя мореплавцям, які
внаслідок довготривалого одноманітого
харчування захворювали на цингу. Вперше
науково довів потребу у певних факторах
харчування М. І.Лунін, який в 1880 p.
повідомив результати досліджень двох
груп мишей. Першу групу тварин він
годував аналогом молока, який включав
жир, білок казеїн, молочний цукор, другу
- незбираним молоком. Через деякий час
тварини першої групи загинули, а другої
– нормально розвивались.
Розрізняють
три види порушень забезпечення організму
вітамінами. При недостатньому вмісті
вітамінів в їжі розвивається гіповітаміноз.
Це найбільш поширена аномалія не лише
для мешканців відсталих регіонів.
Спостереження за різними групами
населення в цивілізованих країнах
показує, що і в їх раціоні кількість
вітамінів в 2-4 рази менше потреби.
Відсутність в їжі вітамінів викликає
авітаміноз. Відомі випадки надмірного
вживання вітамінів, які спричинюють
гіпервітамінози. Крім неправильного
харчування в економічно розвинених
країнах причини авітамінозів все більше
пов’язують з порушенням їх всмоктування
у травному тракті.
У зв’язку з видовими
особливостями обміну речовин перелік
вітамінів відмінний для різних видів.
Наприклад, аскорбінова кислота є
вітаміном для приматів і морських
свинок. У всіх інших досліджених видів
вона синтезується в організмі. Для
людини відомо принаймні 13 вітамінів.
Серед
незамінних факторів харчування вітаміни
вирізняються тим, що вони не включаються
в структуру тканин і не використовуються
організмом як джерело енергії. Переважна
більшість вітамінів входить до складу
коферментів і бере безпосередню участь
в каталізі реакцій в організмі.
Назви
вітамінам даються за їх хімічною природою
(ретинол, цианокобаламін), умовні за
допомогою букв латинського алфавіту
(А, В12) та за назвами відповідних
авітомінозів (антиксерофтальмічний,
антианемічний).
За фізичними
властивостями вітаміни поділяють на
жиро- і водорозчинні. Представники
кожної з цих груп мають певні спільні
ознаки.
7.1.
Жиророзчинні вітаміни
За
хімічною будовою жиророзчинні вітаміни
А, Д, Е, К є похідними ізопрену і складаються
з циклічної частини та довгого
розгалуженого вуглеводневого радикалу,
який служить “якірною ділянкою” при
закріпленні молекули в неполярному
шарі біомембрани. Жиророзчинні вітаміни
всмоктуються з кишечнику в кров разом
з ліпідами їжі і, можливо, внаслідок
розчинності в ліпідах запасаються в
печінці. Одноразове введення жиророзчинних
вітамінів може забезпечити ними організм
на декілька тижнів і місяців.
Вітамін
А (ретинол) є
одноатомним спиртом, який складається
з 20 атомів вуглецю. В організмі він
перетворюється на альдегід
ретиналь: 
Повністю транс-ретиналь
За
положенням замісників по місцю подвійного
зв’язку С11 вітамін А може бути в
повністю транс- (див.
зображення) і в цис-формі.
Вітамін
А виконує дві біологічні функції:
фоторецепторну і соматичну. Фоторецепторна
функція його вивчена досить добре. В
сітківці ока є два види світлочутливих
клітин - колбочки і палички. Перші
дозволяють розрізняти різні відтінки
кольорів, а другі - розпізнають лише
світло і темряву, але дуже чутливо. Саме
вони забезпечують зір в сутінках завдяки
функціонуванню протеїду родопсину. Він
складається з білкової частини – опсину
та простетичної групи – ретиналю.
Механізм фоторецепторної функції
ретиналю пов’язаний з цис-транс-ізомерією.
У складі родопсину в темряві він міститься
в цис-формі.
Під дією світла відбувається
перетворення цис-ретиналю
в транс-
і його відокремлення від білку опсину.
Зміна конформації ретиналю приводить
до збудження нервового імпульсу. В
темряві молекула родопсину
регенерується:
Механізм
передачі сигналу, спричиненого розпадом
молекули родопсину, в зоровий центр
невідомий. Вважають, що родопсин є
трансмембранним білком, зміна конформації
якого під дією світла змінює проникність
мембрани для Са2+ і стан самих мембран,
що ініціює нервовий імпульс.
Соматична
функція вітаміну А полягає в його участі
в підтриманні структурної цілісності
організму. Він міститься в комплексах
Гольджі, де синтезуються структури
надмембранних шарів, зокрема
хондроїтинсульфат. Вважають, що
соматична функція вітаміну А також
пов’язана з цис-транс-ізомерією.
Одним
з перших проявів гіповітамінозу А є
куряча сліпота, тобто послаблення зору
в сутінках, пов’язане з порушенням
фоторецепторної функції. Більш небезпечним
для організму є порушення соматичної
функції. У молодих тварин при нестачі
вітаміну А зупиняється ріст, відбувається
заміна слизистого епітелію на
кератинизуючий. Таке ураження епітеліальних
клітин очей – ороговіння сітківки ока
або ксерофтальмія - відбувається щорічно
у десятків тисяч дітей віком 18-36 місяців
переважно в тропічних країнах.
Надлишок
вітаміну А при надмірному вживанні не
виводиться з організму. Гіпервітаміноз
проявляється в розростанні кісток,
дерматитах, тобто також пов’язаний з
порушенням соматичної функції. Відомі
випадки загибелі полярників, які з’їдали
печінку білого ведмедя, багату на вітамін
А.
Вітаміну А багато у печінці риб,
риб’ячому жирі. Червоном’якотнї рослини
містять пігмент каротин, який ферментативно
перетворюється на вітамін А в тваринному
організмі, переважно в кишечнику.
Мінімальна щоденна доза вітаміну А в
харчуванні дорослої людини становить
660-750 мкг. Причому доза рослинних
каротинів, як попередників вітаміну А
повинна бути в 2 - 6
p. вищою. Основна маса вітаміну А у стані
провітаміну поступає в організм саме
з рослинною їжею (морква, перець, буряк,
помідори, гарбуз, салат). Він є у вершковому
маслі. Найбільше збагачений вітаміном
А риб’ячий жир. При надмірному вживанні
в печінці може накопичуватись річний
його запас.
Вітамін
D (кальциферол) представлений
групою подібних молекул, які в організмі
утворюються на світлі з стеролів
шкіри:
Холекальциферол
(D3)
Біологічну активність проявляє
не сам вітамін D, а його окиснене похідне
- кальцитріол, який утворюється в два
етапи, перший з яких відбувається в
печінці, а другий - в нирках:
7-дегідрохолестерол
vhn,
шкіра
холекальциферол (D3)
v
печінка
25-гідроксихолекальциферол
(25(ОН)-D3)
v нирки
1,
25-дигідроксихолекальциферол (кальцитріол)
(1, 25 (OH)2-D3)
Кальцитріол традиційно
розглядають серед вітамінів, але механізм
його утворення та дії свідчить, що це
гормон. Як і всі гормони, це біологічно
активна речовина, яка утворюється в
одній тканині, а діє в інших, причому як
регулятор, а не структурний компонент
ферменту. Кальцитріол регулює
фосфорно-кальціевий обмін в організмі.
Він посилює транспорт йонів Са2+ і фосфату
в кишечнику і мобілізацію резерву Са2+
з кісток. У людей з штучною ниркою ці
процеси значно послаблені. Механізм
його дії подібний до механізму дії
стероїдний гормонів. Він проникає в
ядра клітин і стимулює транскрипцію
генів, зокрема того, що кодує синтез
кальцій-зв’язуючого білка. Інші генні
продукти, які індукуються кальцитріолом,
не ідентифіковані.
Найбільш відчутно
гіповітаміноз D проявляється у дітей.
У них виникає хвороба кісток, що ростуть,
- рахіт. При ній не здійснюється остання
стадія утворення кістки - відкладення
мінеральних речовин на органічному
матриксі. У дітей, хворих на рахіт,
спостерігаються різні деформації
скелету. У дорослих також при нестачі
цього вітаміну спостерігається порушення
мінералізації кісток – остеомаляція.
В середніх широтах достатньо протягом
30 хвилин щоденно знаходитись на повітрі,
щоб забезпечити потребу в ньому. У
північних народів вітамін D забезпечується
традиційно за рахунок харчування
морською рибою. Новонароджені діти
особливо чутливі до наявності вітаміну
D в раціоні, або адекватного сонячного
опромінення, оскільки вони не мають
його запасу в організмі. Якщо протягом
довгого часу вживати збільшену дозу
вітаміну D (в 10 разів вище норми),
відбувається збільшення вмісту Са2+ і
фосфату в сироватці крові, кальцифікація
м’яких тканин, розсмоктування кісткової
тканини. У таких хворих спостерігаються
множинні переломи кісток, утворення
каменів у нирках.
Рекомендована
щоденна доза вітаміну D становить 20 мкг.
Джерелом його крім ендогенного холестеролу
на світлі служить риб’ячий жир, вершкове
масло, молоко, печінка.
Вітамін
Е (токоферол -
від грецького “tokos”-
потомство) завдячує назві спостереженню,
що відсутність його в їжі приводить до
втрати здатності давати потомство.
Найбільшу поширеність і біологічну
активність серед токоферолів проявляє
a-токоферол:
Різноманітні
сполуки, які мають структуру подібну
до токоферолу, серед них феноли і хінони,
проявляють аналогічну дію. Встановлено,
що цей вітамін пригнічує самоокиснення
ненасичених жирних кислот, тобто проявляє
антиоксидантну активність. При його
нестачі в тканині відбувається перекисне
окиснення ненасичених жирних кислот.
Внаслідок цього порушується структура
мембран мітохондрій, лізосом, інших
органел, що приводить до таких зовнішніх
проявів його недостатності як м’язова
дистрофія, зниження дихання, загибель
ембріонів, втрата рухливості сперматозоїдів,
гемоліз еритроцитів. Вітамін Е потрапляє
в організм з рослинними оліями, ліпідами
зеленого листя (салат та ін.). Він є тим
природним антиоксидантом, який захищає
поліненасичені жирні кислоти олії від
псування, гальмує руйнування вітаміну
А. Дуже чутливі до нестачі вітаміну Е
травоїдні тварини. Вони гинуть від
дистрофії м’язів за декілька тижнів.
У людини нестача токоферолу спостерігається
при порушенні всмоктування ліпідів у
травному тракті. В інших випадках потреба
в ньому задовольняється різноманітними
продуктами.
Вітамін
К (філохінон) за
хімічною будовою є хіноном. Ряд речовин,
які проявляють аналогічну активність,
відрізняються довжиною вуглецевого
ланцюга, або не мають його
(менадіон):
Вітамін
К1
Менадіон
Цей
вітамін необхідний для синтезу в печінці
чотирьох проферментів системи зсідання
крові:
При
порушенні цього процесу спостерігається
геморрагічний стан. Однак при нормальному
всмоктуванні ліпідів в травному тракті
додаткове введення цього вітаміну
непотрібне, оскільки він утворюється
мікрофлорою кишечнику. Ознаки авітамінозу
К можуть бути у новонароджених дітей і
тривають, доки в кишечнику ще немає
бактерій.
В медичній практиці
застосовується препарат вікасол, який
проявляє активність вітаміну К1 і, на
відміну від нього, є водорозчинним. Він
був синтезований у 1943 p. під керівництвом
академіка О. В. Паладіна і успішно
застосований у військових госпіталях
як засіб боротьби з кровотечами.
7.2.
Водорозчинні вітаміни та коферменти
Ці
речовини являються коферментами
центральних реакцій обміну речовин та
енергії в організмі. Тому їх авітамінози
позначаються на функціонуванні тканин
і клітин, що найбільш інтенсивно
оновлюються і потребують енергії
(нервова система, кровотворення,
епітелій). Більшість водорозчинних
вітамінів може запасатись в організмі
максимально на 2-3 місяці. Надлишок їх,
на відміну від жиророзчинних, виводиться.
Відповідно гіпервітамінози водорозчинних
вітамінів не виникають. Нерідко
водорозчинні вітаміни зустрічаються
в продуктах сукупно і їх авітамінози
спостерігаються в комплексі.
B1
(тіамін) є
гетероциклічною сполукою. Він порівняно
стабільний в кислому середовищі, але
швидко інактивується при нагріванні в
нейтральному або лужному середовищі.
Біологічну активність проявляє
тіамінпірофосфат (його лікувальний
препарат називається “кокарбоксилаза”): 
Тіамін
(1 – в результаті заміщення атому
гідрогену на ОР2О63- утворюється
тіамінпірофосфат, 2 – місце приєднання
субстрату (кетокислоти) до коферменту
Він
є коферментом декількох ферментних
систем, які каталізують процеси
декарбоксилювання a-кетокислот
(піровиноградної, a-кетоглутарової) і
транскетолазні реакції. В цих типах
реакцій він є проміжним переносником
карбонільної групи, яка зв’язується з
тіазольним кільцем молекули
тіаміну.
Оскільки ці реакції належать
до центральних в обміні речовин, то
відсутність тіаміну в раціоні спричинює
важкі хвороби і смерть. В Південно-Східній
Азії в кінці XIX ст. сотні тисяч людей,
які харчувались переважно очищеним
рисом, загинули від хвороби бері-бері
(поліневрит). Вона характеризується
швидкою втратою ваги, нервовими розладами,
м’язовою атрофією, розвитком гострої
серцевої недостатності .
В економічно
розвинених країнах ця хвороба зустрічається
рідко. Добова потреба у тіаміні (1-1,5 мг)
забезпечується в основному хлібом з
непросіяної муки, м’ясом (особливо
свининою), бобовими. Однак тривала
кулінарна обробка приводить до руйнування
і виходу тіаміну з харчових продуктів.
В2 (рибофлавін) містить в молекулі складну ізоалоксозинову гетероциклічну систему і може існувати в двох формах - окисненій, забарвленій в яскраво жовтий колір, і відновленій безбарвній
Рибофлавін
входить до складу коферментів ФАД і
ФМН, які служать проміжними переносниками
атомів гідрогену, електронів і протонів
в окисно-відновних процесах:
ФАД
(флавінаденіндинуклеотид)
ФМН
(флавінмононуклеотид)
Флавіни є
сильними окисниками і можуть окиснюватись
як безпосередньо О2, так і бути проміжними
переносниками електронів і протонів
від слабших окисників. Тому ферменти,
які містять В2, флавопротеїди, відіграють
ключову роль в процесах біологічного
окиснення.
Нестача вітаміну В2
особливо часто виникає у людей в стані
стресу і супроводжує авітамінози В1,
B5. Симптоми захворювання також є спільними
з цими авітамінозами. Це дерматити,
утворення тріщин в кутах роту і на губах,
васкуляризація рогівки. Тому для
уточнення діагнозу рекомендують
визначати вміст В2 в еритроцитах, який
є особливо чутливим показником.
Добова
потреба у рибофлавіні - 2 мг. При
стандартному харчуванні найбільше його
поступлення забезпечується молоком і
яйцями. Багато його в печінці, дріжджах,
пшеничному зерні.
В3
(пантотенова кислота) за
хімічною будовою є сполукою
2,4-диокси-3,3-диметилбутанової кислоти
і b-аланіну, утвореною за допомогою
амідного зв’язку:
Пантотенова
кислота необхідна для перетворення
жирних кислот в клітині, оскільки входить
до складу тіолових сполук, необхідних
для їх активації. При окисненні жирних
кислот таким активатором є кофермент
А (КоА-SH):
При
синтезі жирних кислот активатором, що
містить пантотенову кислоти, служить
білок, який переносить ацил (АПБ-SH) –
складник мультиферментного комплексу
- синтази вищих жирних кислот.
Не
зважаючи на те, що жирні кислоти можуть
зазнавати перетворень в клітині лише
у вигляді тіоестерів авітамінози В3 у
людини не встановлені. Всі досліджувані
види тварин залежать від його наявності
в раціоні. У щурів, наприклад, при його
нестачі спостерігається затримка росту,
скорочення тривалості життя, гіпофункція
кори наднирників.
В організм людини
пантотенова кислота попадає з м’ясними
і молочними продуктами, яйцями, печінкою.
Багато її в дріжджах, а в більшості
фруктів та овочів відносно мало. Вважають,
що денна норма В3 становить біля 5-10
мг.
В5
(РР) (нікотинова кислота, ніацин),
у вигляді аміду - нікотинаміду, входить
до складу коферментів НАД+ і НАДФ+ :
Нікотинамідні
коферменти є переносниками атомів
гідрогену в процесах біологічного
окиснення:
НАД+ + 2Н+ + 2e -
НАДН + Н+
Окиснена
форма (НАД+)
Відновлена форма (НАДН+Н+)
Нікотинамідні
коферменти є простетичними групами
дегідрогеназ, які окиснюють субстрати
і переносять атоми гідрогену на
флавопротеїди. Крім того, похідні
нікотинаміду необхідні і для важливих
реакцій, не повязаних з окисненням,
наприклад, для синтезу полі-АДФ-рибози
– регулятора функції ДНК.
Майже всі
організми здатні синтезувати вітамін
В5 з амінокислоти триптофану. При нестачі
в їжі В5 або триптофану, зокрема при
одноманітному харчуванні, в якому
переважають такі злаки, як кукурудза
(Італія, Югославія), або сорго (Індія),
виникає хвороба пелагра (“шорстка
шкіра”). Назва вітаміну РР походить від
“preventivepellagra”
(італ. “запобігає пелагрі”). Хвороба
проявляється в дерматитах, порушеннях
травлення (діарея), нервової діяльності,
може приводити до недоумства (деменція).
Тому її називають “хворобою трьох Д”.
Специфічними для пелагри є стоматити,
ураження язика з вздуттями та тріщинами
(у собак – “чорний язик”). Ураження
мозку проявляється в головних болях,
підвищеній подразливості, депресії,
галюцинаціях.
Як і для інших вітамінів
групи В, найбільш багатими джерелами
В5 є м’ясні продукти, особливо печінка.
Однак в молоці та яйцях його мало, хоча
в них досить великий вміст триптофану.
Вважають, що 60 мг триптофану еквівалентні
1 мг нікотинової кислоти.
В6
- піридоксин представлений
трьома формами (вітамерами), які
взаємоперетворюються під час його
функціонування:
Піридоксол
Піридоксаль (піридоксальфосфат)
Піридоксамін
Активною
його формою є піридоксальфосфат. Він
входить до складу ферментів, які
каталізують перетворення амінокислот.
Дуже важливою групою цих ферментів є
трансамінази, які здійснюють реакції
обміну аміногрупою між амінокислотою
і кетокислотою, наприклад:
глутамінова
щавелевооцтова
a-кетоглутарова
аспарагінова
кислота
кислота
кислота
кислота
Участь вітаміну В6, в цих
реакціях полягає в перенесенні
функціональної групи від одного субстрату
на інший:
Реакції
трансамінування займають центральне
місце в обміні амінокислот в організмі.
Піридоксин є також коферментом реакцій
дезамінування і декарбоксилювання,
зокрема при перетворенні глутамінової
кислоти в медіатор нервової системи
?-аміномасляну кислоту, біосинтезу
гему.
Тому нестача піридоксину в їжі
сильно позначається на стані здоров’я.
Порушується кровотворення, зупиняється
ріст, виникають дерматити, які не
лікуються вітаміном В5, уражається
нервова система (чутливість до шумів,
судоми). Ці симптоми у людини подібні
до проявів інших авітамінозів групи В
та інших порушень харчування, однак
зникають при збільшенні вмісту піридоксину
в харчуванні.
Добова потреба у вітаміні
В6 складає 2,0-2,5 мг, але вона збільшується
при високому вмісті білків в їжі.
Основними джерелами піридоксину є
м’ясо, особливо печінка і нирки, риба,
яйця, зародки зерна, також зелені частини
рослин.
Вітамін
С (L-аскорбінова кислота) є
похідним L-гексози.
Він легко вступає в окисно-відновні
реакції, приймаючи атоми гідрогену від
таких субстратів, як глутатіон,
цистеїн:
L-дегідроаскорбінова
кислота L- аскорбінова
кислота
В організмі він, ймовірно, є
кофактором в реакції гідроксилювання
проліну в оксипролін і лізину в оксилізин
при синтезі колагену, однак механізм
цього процесу нез’ясований. Відомо, що
для цієї реакції необхідні також Fe2+ і
a-кетоглутарова кислота. При нестачі
вітаміну С виникає хвороба цинга, при
якій спостерігається розпушення ясен,
порушення цілісності капілярів, випадіння
зубів, хворобливі явища в суглобах.
Причинами всіх цих змін є порушення
просторової структури колагену і
хондроїтинсульфату. Прояви цинги стають
помітними через місяць після початку
обмеження раціону. Вітамін С також бере
участь в реакціях гідроксилювання при
синтезі гормонів наднирників, зокрема
адреналіну, стероїдів, які мають
антистресорну дію, завдяки чому, очевидно,
підвищує опірність організму.
Вітамін
С забезпечує в організмі відновлений
стан реактивних SH-груп ферментів, йонів
заліза, він необхідний для окисного
розпаду гемоглобіну і тирозину в
тканинах. Вітамін С, поряд з вітаміном
Е, вважається природним антиоксидантом.
Потреби
в цьому вітаміні значно вищі, ніж в
інших. Вважається, що людина повинна
споживати біля 70 мг аскорбінової
кислоти щодня. Але для запобігання
авітамінозу достатньою добовою дозою
є 10 мг. Основними джерелами вітаміну
С в їжі є свіжі овочі і фрукти. Особливо
багаті на нього шипшина, чорна смородина,
цитрусові, капуста, зелені овочі. При
нагріванні в лужному середовищі, при
дії кисню в присутності йонів заліза і
міді, а отже при кулінарній обробці і
зберіганні продуктів вітамін С
руйнується.
Вітамін
Р. Під
цією назвою об’єднують групу речовин
біофлавоноїдів, які в своїй будові мають
флавонове ядро, зв’язане з глікозидною
групою. Наприклад, рутин, який використовують
як лікарський препарат вітаміну Р,
містить залишок дисахариду
рутинози:
Вітамін
Р бере участь в окисно-відновних процесах
в організмі. Відомо, що його дія узгоджена
з дією вітаміну С, ймовірно, завдяки
спряженій дії в окисно-відновних
процесах. При нестачі вітаміну Р
збільшується проникність капілярів,
спостерігаються крововиливи. Він
міститься в ягодах і фруктах. Рутину
одержують з листя гречки.
В12
(кобаламін) -
одна з найскладніших координаційних
сполук в природі. Вона утворена двома
структурами, розташованими у взаємно
перпендикулярних площинах:
Одна
з них, коринова, (1) містить в центрі атом
кобальту, з’єднаний з атомами N пірольних
кілець. За будовою вона подібна до
порфіринової системи гему. Друга
структура(2) є нуклеотидною. Вона утворює
цикл з кориновою системою через атом
Со та радикал одного з пірольних кілець.
Ще одним координаційним зв’язком Со
з’єднаний з атомом С певної функціональної
групи (Х). В комерційному препараті
ціанкобаламіні це атом CN-групи. В
організмі замість ціаногрупи в В12
міститься 5-дезоксиаденільний залишок,
з’єднаний з атомом Со по С5 пентози.
Кофермент
В12 здатний утворювати алкільні похідні
і з іншими органічними речовинами. До
відкриття В12 вважалось, що такі
металорганічні сполуки не можуть бути
стійкими, або взагалі існувати. Структура
В12 стала відома лише в 1956 році завдяки
рентгеноструктурному аналізу.
В12
каталізує ряд перетворень типу:
де
Х - може бути –СН(NH2)СООН, -COSKoA, -ОН,
-СН3. Перенос може здійснюватись всередині
однієї молекули (ізомеризація), або
міжмолекулярно. Оскільки в реакціях
бере участь атом водню, то їх можна
розглядати як окисно-відновні. Ці
перетворення не мають аналогів в
класичній органічній хімії. Про їх
механізм немає чітких уявлень.
У
ссавців відомі дві реакції, в яких бере
участь В12. Перша з них – це перетворення
гомоцистеїну в метіонін, який є головним
донором метильних груп для синтезу
фізіологічно активних сполук, азотистих
основ:
Друга
- перетворення метилмалонової кислоти,
яка є продуктом розщеплення амінокислот
з розгалуженим ланцюгом, в янтарну (в
формі -SКоА-похідних):
Нестача
цього вітаміну у людини викликає
порушення синтезу нуклеїнових кислот
і білків в тканинах з інтенсивною
клітинною проліферацією (кровотворна).
В результаті розвивається злоякісна
перніціозна анемія, спостерігається
також деміелінезація нервових волокон.
В12
– це єдиний вітамін, біосинтез якого
здійснюється лише мікроорганізмами.
Недостатність його в організмі виникає
внаслідок порушення всмоктування при
захворюваннях травного тракту у зв’язку
з відсутністю глікопротеїну, який
забезпечує його транспорт. Введення в
раціон у великих кількостях печінки (в
якій він накопичується) має лікувальну
дію при авітамінозі В12.
Фолієва
кислота (Вс) завдячує
своєю назвою листю шпінату (від
лат. folium -
листя), з якого вона була виділена вперше
в лікувальних концентраціях. Молекула
Вс складається з трьох компонентів –
гетероциклічної сполуки
птеридину, п-амінобензойної
кислоти і глутамінової кислоти: