Витамин с ко фактор фермент

Кофактор – определение, типы и примеры

Определение кофактора

Кофактор – это небелковый химикат, который помогает с биологической химической реакцией. Кофакторами могут быть ионы металлов, органические соединения или другие химические вещества, которые обладают полезными свойствами, которые обычно не обнаруживаются в аминокислоты, Некоторые кофакторы могут быть сделаны внутри тела, такие как АТФ, в то время как другие должны потребляться в пищу.

Например, минералы поступают из окружающей среды и не могут быть получены с нуля клетка, Органические соединения, которые мы называем «витаминами», являются кофакторами, которые наш собственный организм не может вырабатывать, поэтому мы должны потреблять их из пищи, чтобы наши клетки могли выполнять жизненно важные функции.

На биохимическом уровне кофакторы важны для понимания того, как протекают биологические реакции. Наличие или отсутствие кофакторов может определять, как быстро протекают реакции от их реагента до продукта.

На биологическом уровне понимание кофакторов важно для понимания здоровья. Без надлежащих кофакторов у людей и других животных могут развиться серьезные заболевания и даже смерть.

Функция кофакторов

Кофакторы обычно служат для предоставления химических групп или свойств, которые не обнаружены в других химических группах.

АТФ, например, является кофактором с уникальной способностью передавать энергию для управления химическими процессами, такими как активность ферментов и транспортных белков.

гем С другой стороны, это химический комплекс, содержащий железо, которое позволяет гему уникальным образом связываться с молекулами кислорода. Гем необходим нашему кровь клетки для переноса кислорода через наши тела.

Существуют десятки известных кофакторов, каждый из которых может быть необходим для множественных биохимических реакций, как показано ниже.

В результате функции кофакторов могут быть такими же разнообразными, как и их химическая структура и свойства.

Широкий эффект кофакторов можно увидеть, изучая дефицит витаминов: дефицит различных витаминов, многие из которых являются кофакторами, оказывает много разных негативных воздействий на здоровье человека.

Типы Кофактора

Витамины

Витамины – это органические соединения, которые являются кофакторами для необходимых биохимических реакций. Витамины обычно необходимо употреблять в пищу, потому что они не могут быть сделаны в организме.

Многие витамины являются кофакторами, которые помогают ферментам катализировать реакции, такие как производство важных белков. Витамин С, например, является кофактором для производства соединительной ткань коллаген.

Вот почему люди, у которых появляется цинга – тяжелая форма дефицита витамина С – могут испытывать проблемы с соединительной тканью, в том числе мускул слабость, мышечная болезненность и даже необъяснимое кровотечение, поскольку соединительные ткани кровеносных сосудов не могут быть заменены.

Дефицит витаминов является хорошей иллюстрацией последствий дефицита кофактора. Точно так же, как существует много возможных недостатков витаминов с множеством различных симптомов, существует много различных сопутствующих факторов, которые необходимы нашему организму для проведения разнообразных необходимых биохимических реакций.

Потребность организма в разнообразных витаминных кофакторах также является причиной, по которой диетологи советуют людям «питаться радугой» – цвета многих растений производятся кофакторами, поэтому употребление фруктов и овощей в широком разнообразии цветов помогает гарантировать, что мы потребляем здоровое разнообразие кофакторов.

Полезные ископаемые

Как и витамины, минералы – это химические вещества вне организма, которые должны поступать в организм, чтобы наши клетки могли нормально функционировать. Разница в том, что, хотя витамины являются органическими молекулами – молекулами, содержащими углерод, которые часто вырабатываются другими живыми существами, – минералы представляют собой неорганические вещества, которые встречаются в природе и часто встречаются в камнях и почве.

Минералы часто попадают в нашу диету из растений, которые вытягивают их из земли через корни вместе с водой. В некоторых редких случаях люди с дефицитом витаминов могут чувствовать желание есть определенные типы почвы, чтобы получать минералы из почвы напрямую.

Минералы, которые важны для здоровья человека, включают медь, которая необходима для работы некоторых важных печень ферменты, которые расщепляют токсины; железо, которое необходимо для функционирования некоторых важных метаболических ферментов; магний, который необходим для функции ДНК-полимеразы и других ферментов; и цинк, который также необходим для ДНК-полимеразы, а также для некоторых ферментов печени.

Как и в случае с витаминами, полезного может быть слишком много – хотя минералы необходимы в небольших количествах для функционирования нашего метаболизма, прием их в больших дозах может привести к токсичность и смерть. Действительно, передозировка железосодержащих поливитаминов является основной причиной смерти у детей до 4 лет, которые могут принять эти поливитамины за конфеты.

Органические не витаминные кофакторы

Некоторые кофакторы являются органическими веществами, не классифицированными как ферменты. Некоторые из них могут быть сделаны в нашем собственном теле, и поэтому не квалифицируются как витамины.

К органическим не-витаминным кофакторам относятся АТФ – незаменимый помощник во многих биохимических процессах, который передает энергию многочисленным ферментам, транспортным белкам и многим другим; коэнзим Q, который играет жизненно важную роль в митохондриальной транспортной цепи; и гем, который представляет собой сложное железосодержащее соединение, необходимое для того, чтобы наши клетки крови переносили кислород по всему телу.

Примеры кофакторов

Тиамин (витамин В3)

Тиамин – это витамин, который в основном содержится в съедобных семенах, таких как бобы, кукуруза и рис. Чтобы улучшить здоровье населения, тиамин часто искусственно добавляется к содержащим пшеницу продуктам, таким как хлопья для завтрака.

В организме тиамин используется для выработки многих коферментов, которые помогают в важных процессах. Он превращается в тиаминпирофосфат, который необходим для расщепления сахаров и аминокислот.

Серьезный дефицит тиамина является одной из причин синдрома Корсакова – редкого неврологического расстройства, наблюдаемого у людей с тяжелой алкогольной зависимостью. Синдром Корсакова, тяжелое недоедание, недостаток тиамина и головной мозг Ущерб от злоупотребления алкоголем вызывает серьезные симптомы, в том числе ухудшение памяти. Некоторые страдающие синдромом Кораскоффа не могут сформировать новые воспоминания, потому что обмен веществ в их мозгу настолько нарушен.

Фолиевая кислота (витамин В9)

Фолиевая кислота является еще одним витамином, который в настоящее время часто добавляется в пищу для улучшения общественного здоровья. Для организма необходимо производить ДНК, РНК и аминокислоты, которые необходимы для роста и деление клеток.

Это делает фолиевую кислоту особенно важной для беременных женщин, чьи плоды очень быстро вырабатывают новые клетки и ткани. Дефицит фолиевой кислоты может привести к врожденным дефектам у детей или к анемии у беременных женщин, которые могут быть не в состоянии вырабатывать достаточно новых клеток крови, чтобы снабжать их и ребенком.

По этой причине рекомендуется, чтобы все женщины детородного возраста говорили со своими врачами о приеме добавок фолиевой кислоты. Результаты беременности лучше всего, когда в организме матери достаточно фолиевой кислоты еще до начала беременности.

Железо-серные кластеры

Железо-серные кластеры – как вы уже догадались – кластеры ионов железа и серы, которые могут образовывать стабильные структуры. Эти кластеры обладают многими уникальными свойствами, которых нет в аминокислотах или других органических соединениях.

Уникальные свойства железо-серных кластеров делают их очень полезными для биологических реакций с участием переносов электронов. И железо, и сера способны хранить и высвобождать электроны с большей легкостью, чем более распространенные атомы, такие как углерод.

Это делает железо-серные кластеры жизненно важной частью кофакторов и ферментов, участвующих в переносе электронов и передаче энергии, включая NADH-дегидрогеназу, коэнзим Q, цитохром С, а также комплекс I и комплекс II в митохондрии.

энзим – Белок, который увеличивает скорость химической реакции. Ферменты делают возможной жизнь, катализируя реакции, которые иначе протекали бы очень медленно.
Минеральная – Природное неорганическое вещество, часто встречающееся в породах. Некоторые минералы имеют химические свойства, которые используются клетками для облегчения их жизненных процессов.
витамин – Органическое соединение, которое необходимо для биологической активности. Витамины должны потребляться в организм Диета, если организм не может производить их самостоятельно.

викторина

1. Что, если следующее НЕ МОЖЕТ быть кофактором?A. Витамин аB. УтюгC. ATPD. Ни один из вышеперечисленных.

Ответ на вопрос № 1

D верно. Витамины, минералы и АТФ являются примерами кофакторов. АТФ функционирует как кофактор, передавая энергию химическим реакциям.

2. Почему минерал может быть полезен в качестве кофактора?A. Минералы могут иметь очень разные химические свойства от органических соединений, таких как углерод.B. Некоторые минералы лучше принимают и жертвуют электроны, чем органические соединения.C. Минералы включают атомы, которые не могут быть получены живыми существами, но большинство из них могут быть получены из окружающей среды.D. Все вышеперечисленное.

Ответ на вопрос № 2

D верно. Минералы могут быть созданы только путем ядерного синтеза в ядрах звезд. Как таковые, они обладают уникальными свойствами и должны быть получены из окружающей среды. Атомы с этими уникальными свойствами не могут быть созданы живыми существами.

3. Почему так важно есть разнообразные фрукты и овощи?A. Потому что фрукты и овощи содержат минералы, которые они получают из почвы через свои корни.B. Потому что фрукты и овощи содержат органические соединения, которые животные не производят сами.C. Потому что разные фрукты и овощи включают разные кофакторы, которые необходимы для здоровья человека.D. Все вышеперечисленное.

Ответ на вопрос № 3

D верно. Все вышеперечисленное является причиной того, почему употребление в пищу разнообразных фруктов и овощей важно для здорового функционирования человеческого обмена.

Источник

Краткий обзор некоторых кофакторов, участвующих в синтезе коллагена

Качественные коллагеновые волокна — одна из основных составляющих здоровой кожи. Поэтому большое количество косметологических методов направлено на восстановление ее коллагенового каркаса. Как витамины и микроэлементы могут влиять на синтез коллагена? И почему для достижения стойкого эффекта необходимо учитывать их количественный состав в организме?

Ежегодно создаются новые методики и препараты для улучшения синтеза коллагена с целью профилактики инволюционных процессов в организме и уменьшения выраженности возрастных изменений.

Но за стремлением повлиять на коллагеногенез извне порой забывают о тех веществах, без достаточного количества которых в самом организме синтез коллагена крайне затруднен. Никто не будет отрицать, что продукция этого жизненно важного белка зависит от гормонов, гормоны, в свою очередь, от присутствия металлов, усвоение металлов — от витаминов; и эту цепочку можно продолжать долго, тем более что она замкнутая. Осветить все нюансы в одной статье не представляется возможным, но сделать шаг навстречу пониманию некоторых процессов — в наших силах. Синтез и процессинг (созревание) коллагена включает в себя несколько этапов:

транскрипция генов, кодирующих коллагены, в которой участвуют десятки магнийи кальцийзависимых белков;
синтез препроколлагена на рибосоме, поддерживаемый магний- и кальцийзависимыми белками;
транспорт цепи препроколлагена в эндоплазматический ретикулум посредством сигнального пептида на N-концевом участке аминокислотной цепи;
удаление сигнального пептида в препроколлагене посредством фермента пептидазы;
гидроксилирование аминокислотных остатков пролина с участием Fe2+ и аскорбат-аниона в качестве кофакторов;
гликозилирование моносахаридами аминокислотных остатков лизина в препроколлагене в присутствии ферментов, содержащих ионы марганца;
сборка тройной спирали проколлагена из 3 аминокислотных цепей препроколлагена;
внесение необходимых конформационных изменений в проколлаген посредством изомеризации остатков цистеина и пролина;
упаковка проколлагена в транспортный везикул, перенос во внеклеточный матрикс;
вне клетки модификация молекулы проколлагена с помощью протеиназ проколлагена, нуждающихся в ионах Zn2+ как кофакторе;
формирование коллагеновых фибрилл из тропоколлагена посредством лизилоксидазы, кофакторами которой являются ионы Cu+ и тирозил-хинон (рис. 1) [1].

Всем известно об участии магния и кальция в синтезе соединительной ткани и коллагена, но о железе, цинке, меди, витаминах С и D часто забывают. Именно эти кофакторы рассмотрим в статье.

Железо

Железодефицитная анемия в той или иной степени присутствует у 40–60 % женщин детородного возраста по всему миру [2, 26]. И это при том, что железо — один из важнейших микроэлементов, необходимых для нормального функционирования биологических систем организма. Оно требуется для осуществления функции дыхания, кроветворения, участвует в иммунобиологических и окислительно-восстановительных реакциях.

Причины дефицита железа:

недостаточное поступление в организм железа из-за нарушения режима питания (например, при вегетарианской диете);
снижение всасываемости железа в кишечнике (рис. 3);
нарушение регуляции обмена витамина С;
избыточное поступление в организм фосфатов, оксалатов, кальция, цинка, витамина Е;
поступление в организм железосвязывающих веществ;
усиленное расходование железа (в периоды интенсивного роста и беременности);
потери железа, связанные с травмами, кровопотерями во время операций, обильными менструациями, язвенными болезнями, донорством, занятиями спортом;
нарушение функции щитовидной железы;
различные системные и опухолевые заболевания [21].

Учитывая высокую распространенность дефицита железа в популяции, сложно говорить о нормальном синтезе коллагена при таких состояниях.

Цинк — единственный металл, представленный в небелковой части ферментов каждого класса, и никаким другим металлом цинк не может быть заменен. Несмотря на малую концентрацию цинка в крови, стабильные связи с макромолекулами делают его доступным для всех тканей организма, что в дальнейшем позволяет удовлетворять потребности в нем белков и ферментов, выполняющих различные биологические функции [28].

Распространенность дефицита цинка в мире не менее значительная, чем железа и витамина С, и составляет до 60% [29].

Для транспорта эритроцитами кислорода и углекислого газа абсолютно необходим цинк, и большая часть цинка крови содержится именно в эритроцитах в составе цинковых металлоферментов — карбоангидраз. Карбоангидразы катализируют превращения углекислого газа в угольную кислоту (угольная кислота участвует в поддержании pH крови в физиологическом диапазоне (7,25–7,35). В капиллярах легких эти процессы идут в обратном направлении: угольная кислота распадается на углекислый газ и воду, и углекислый газ удаляется наружу [18].

Без нормального дыхания ни одна клетка не способна осуществлять свои функции.

В мире распространенность дефицита меди в организме, приводящего, наряду с железом, к анемии, составляет до 30%. А ведь этот микроэлемент крайне необходим для нормальной физиологии организма.

Если говорить о коже, то медь играет ключевую роль в ангиогенезе, синтезе и стабилизации белков внеклеточного матрикса [3].

В физиологически значимых концентрациях (2 мг — средняя суточная потребность) медь ускоряет заживление ран [16].

Ионы меди, которые являются кофакторами лизилоксидазы, принимают участие в последнем этапе синтеза коллагена. Медь имеет важное значение для формирования внутри- и межмолекулярных поперечных связей в коллагене, а соответственно, и прочности коллагеновых и эластиновых фибрилл [8, 13, 15]. Недостаток меди ухудшает формирование сшивок коллагена и приводит к тяжелой патологии костей, легких и сердечно-сосудистой системы [12].

Компенсация дефицита этого микроэлемента, бесспорно, улучшает синтез коллагена, в том числе в коже (рис. 4) [7, 10].

Аскорбиновая кислота (витамин С)

Аскорбиновая кислота играет в организме фундаментальную роль — нет фактически ни одного физиологического процесса, в котором бы она не принимала участия.

Роль витамина С в организме
Аскорбиновая кислота в организме человека оказывает влияние на множество важнейших биологических процессов:

образование кортикостероидов (при стрессе в несколько раз возрастает уровень потребления витамина С тканями и органами) [20];
обмен тирозина (влияние на обмен гормонов щитовидной железы) [22];
трансформация дофамина в норадреналин [25];
превращение токсичных соединений ванадия в безвредные [23];
превращение фолиевой кислоты в ее активную форму — тетрагидрофолат [27];
активация мРНК ацетилхолинового рецептора [20];
образование активных форм витамина D (транспортной формы [25(OH)D] — в печени и активной гормональной формы [1,25(ОН)2D] — в почках), что служит основным фактором профилактики остеопороза [20];
потенцирование всасывания железа [24].

Распространенность дефицита витамина С в мире по разным данным составляет 20–40% [14, 15].

В последнее время много исследований посвящено аскорбиновой кислоте и ее биодоступности для кожи [9]. При недостатке витамина С в организме его нанесение на кожу не будет иметь ожидаемого эффекта, так как не сможет восполнить нутритивный дефицит. В ходе проведенных исследований выяснилось, что витамин С ускоряет заживление ран, участвует в активизации синтеза коллагена I типа (рис. 5) и снижении параметров окислительного стресса. Никаких значимых побочных эффектов при добавлении витамина С в питание в ходе проведенных исследований выявлено не было [5, 6].

Синтез коллагена зависит от гормонов, гормоны, в свою очередь, от присутствия металлов, усвоение металлов — от витаминов, и эту цепочку можно продолжать долго, тем более что она замкнутая.

Витамин D

Распространенность дефицита витамина D в российской популяции составляет более 90% (в мире 50–60%) [19]. Этот витамин стимулирует увеличение синтеза секретируемых белков TGF-β (регулируют деление
и дифференцировку различных типов клеток, включая фибробласты и кератиноциты) и их связывание с рецепторами на мембране клеток. Поэтому при его дефиците происходит нарушение активности сигнальных каскадов TGF-β, что ухудшает заживление кожи после любой травмы (включая косметологические манипуляции). Например, во время термолифтинга часть коллагеновых волокон дермы сжимается и уменьшается в объеме. Это приводит к повышению зернистости базального слоя и при достаточном количестве витамина D создает благоприятные условия для воздействия его активных форм на экспрессию TGF-β1, который и способствует обновлению соединительной ткани [11].

Выводы

Мы кратко обсудили лишь некоторые кофакторы, участвующие в синтезе коллагена. Но даже этот незначительный пласт информации позволяет судить о зависимости синтеза коллагена от нутритивного статуса организма, чем не следует пренебрегать, решая многие эстетические задачи. Изменение синтеза коллагена происходит постепенно и усугубляется нутритивным дефицитом [19].

Источник