Все водорастворимые витамины являются метаболическими предшественниками коферментов

Витамины – как предшественники коферментов.

Биохимическая роль кофермента в катализе

Перенос протона и элетрона

Перенос Н+, входит в состав дыхат. фермента

Окисление декарбоксилирование кетокислот

Обмен веществ, активация витамина С, перенос CO2 декарбоксилирование

переносчик ацильных групп(CH3CO) кислотных остатков.

Перенос аминогрупп. Ок-ие аминокислот: отщепление аминогрупп и карбоксо-групп.

Вс (фолиевая к-та)

Перенос одноуглеродных групп, синтез пуриновых оснований

Витамины — (от лат. vita — жизнь), низкомолекулярные органические соединения различной химической природы, необходимые в незначительных количествах для нормального обмена веществ и жизнедеятельности живых организмов. Многие витамины — предшественники коферментов, в составе которых участвуют в различных ферментативных реакциях. Человек и животные не синтезируют витамины или синтезируют их в недостаточном количестве и поэтому должны получать витамины с пищей. Первоисточником витаминов обычно служат растения. Некоторые витамины образуются микрофлорой кишечника. Длительное употребление пищи, лишенной витаминов, вызывает заболевания (гипо- и авитаминозы). Многие витамины, используемые как лекарственные препараты, получают химическим или микробиологическим синтезом. Основные витамины: А₁(ретинол), В₁(тиамин), В₂(рибофлавин), В₃(пантотеновая кислота), В₆(пиридоксин), В₁₂(цианкобаламин), В_с(фолиевая кислота), С (аскорбиновая кислота), D (кальциферолы), Е (токоферолы), Н (биотин), РР (никотиновая кислота), К₁(филлохинон).

По химическому строению и физико-химическим свойствам (в частности, по растворимости) витамины делят на 2 группы.

Жирорастворимые витамины: А, Д, Е, К, провитамин А (каротиноиды).

Водорастворимые витамины: В1, В2, В5, В6, В9, В12, С, Н, РР.

По физиологическому действию на человеческий организм классификация витаминов выглядит следующим образом:

антиоксиданты (витамины А, С, Е, каротиноиды);

прогормоны (витамин А и Д);

коферменты (витамины В6, В1, В2, РР, В5, В9, В12, витамин К, витамин Н).

Водорастворимые витамины при их избыточном поступлении в организм, будучи хорошо растворимыми в воде, быстро выводятся из организма.

Жирорастворимые витамины хорошо растворимы в жирах и легко накапливаются в организме при их избыточном поступлении с пищей. Их накопление в организме может вызвать расстройство обиена веществ, называемое гипервитаминозом, и даже гибель организма.

Номенклатура витаминов базируется на трех принципах :

1)По буквам латинского алфавита – А , B, C, D

2)По особенностям химического строения – тиамин, рибофлавин и др.

3)По болезни, развивающейся при отсутсвии данного витамина, с приставкой «анти» — антиневритный, антирахитный, антицинготный и др.

Источник

Роль витаминов в образовании и функционировании коферментов

Витамины являются предшественниками коферментов. Некоторые из них непрочно связаны с белком (пр. НАД + , НSКоА, и др). Есть коферменты, которые прочно связаны с апоферментом, т.е. представляют собой простетическую группу (пр. гем, флавиновые коферменты).

Большинство коферментов не синтезируются в организме млекопитающих. Они должны поступать в организм с пищей (как правило, растительной). Однако в организм попадают не сами коферменты, а их предшественники — витамины. Уже в клетке витамины модифицируются до коферментной формы.

Витамин PP (никотинамид)

Коф.: пиридоксаль-P (ПФ)

КоФ.: тиаминпирофосфат (ТПФ)

Витамин В5 (пантотеновая к-та)

КоФ: HS-KoA – кофермент лигаз и трансфераз

Витамин В₉ (фолиевая кислота)

КоФ.: тетрагидрофолиевая кислота (ТГФК – Н₄— фолат) – переносчик одноуглеродных групп

Витамин Н (биотин)

КоФ.: биоцитин – простетическая группа Ф-ов, катализирующих реакции карбоксилирования

Витамин С (аскорбиновая к-та)

КоФ.: аскорбиновая кислота (восстановленная форма) и дегидроаскорбиновая кислота (окисленная форма) — обе эти формы аскорбиновой кислоты быстро и обратимо переходят друг в друга и в качестве коферментов участвуют в окислительно-восстановительных реакциях.

Билет 8

Влияние концентрации субстрата на скорость ферментативных реакций. Уравнение Михаэлиса-Ментен. Графическое выражение зависимости скорости ферментативных реакций от концентрации субстрата. Константа Михаэлиса ферментов

Одним из наиболее существенных факторов, определяющих скорость ферментативной реакции, является концентрация субстрата (или субстратов) и продукта (продуктов). При постоянной концентрации фермента и увеличении концентрации субстрата скорость реакции постепенно увеличивается, достигая определенного максимума, когда дальнейшее увеличение количества субстрата уже не оказывает влияния на скорость ферментативной реакции. В этом случае принято считать, что субстрат находится в избытке, а фермент полностью насыщен, т.е. все молекулы фермента связаны с субстратом. Ограничивающим скорость реакции фактором в данном случае становится концентрация фермента.

Именно при этих условиях определяют величину максимальной скорости (V_max) и значения константы Михаэлиса (K_m). Концентрация субстрата зависит от питания, возраста, физической нагрузки.

Зависимость скорости ферментативной реакции субстрата выражается уравнением Михаэлиса-Ментен:

V_max – максимальная скорость реакции

[S] – концентрация субстрата

K_m – константа Михаэлиса.

Анализ уравнения Михаэлиса-Ментен:

1. Концентрация субстрата мала, стремиться к нулю, [S] 0,

При этих условиях [S] можно пренебречь:

1. Концентрация субстрата стремится к бесконечности, пренебрегаем K_m, и уравнение имеет вид:

Сокращаем на [S] и скорость реакции равняется V_max.

1. Если принять, что , то из уравнения Михаэлиса-Ментен, разделив его на V_max, получили K_m=[S]:

и разделив на V_max получим . Решая уравнение относительно K_m получаем K_m+[S] = 2[S],

K_m – величина, численно равная концентрации субстрата при , выраженная в молях. K_m = 10 -1 -10 -6 – для клеток организма, величина const.

K_m показывает:

1. Степень сродства между ферментом и субстратом. Существует обратная зависимость – чем меньше K_m, тем больше сродство Ф. к S.
2. K_m позволяет определить какой субстрат будет превращаться под действием данного фермента:

Например, этиленгликоль – составная часть антифриза, алкагольдегидрогеназа (АДГ) будет превращать его в щавелевую кислоту, которая является ядом для печени.

Алкагольдегидрогеназа превращает этиловый спирт в уксусный альдегид и степень сродства АДГ к С₂Н₅ОН выше, чем к этиленгликолю и на этом основан способ нейтрализации этиленгликоля.

1. K_m показывает степень сродства между белковой и небелковой частью Ф.,
2. K_m позволяет определить вид ингибирования.

Способ определения K_m

1. Построение графика Михаэлиса-Ментен:

I участок – с увеличением концентрации субстрата увеличивается скорость ферментативной реакции

II участок – с увеличением концентрации субстрата скорость реакции не изменяется, т.к. все активные центры заняты.

Недостаток графика Михаэлиса-Ментен при определении K_m заключается в том, что V_max достигается с трудом, реакции в клетке протекают с оптимальной скоростью, а не V_max.

1. Построение графика Лайнуэвера-Бэрка – метод обратных величин

Преимущество метода заключается в том, что прямую можно построить по двум точкам и нет необходимости определять максимальную скорость.

Источник

Витамины – как предшественники коферментов. Их роль в ферментативном катализе. примеры

Помимо витаминных препаратов в спортивной медицине применяются также некоторые их производные (коферменты).

биокаталитическая активнось, как правило, принадлежит не самим витаминам, а продуктам их биотрансформации — коферментам. Коферменты, соединяясь со специфическими белками, образуют ферменты — катализаторы биохимических реакций, лежащие в основе физиологических функций организма.

К числу коферментных препаратов витаминной приро­ды относятся кокарбоксилаза (коферментная форма тиамина — витамин В1), пиридоксальфосфат. (витамин Вб), кобамамид (витамин В 12). Группа препаратов, созданных на ос­нове витаминов, представлена пиридитолом (производное пиридоксина) — имеет мягкий стимулирующий эффект на ткани головного мозга; пантогамом (гомолог пантотеновой кислоты, содержащий гамма-аминомасляную кислоту); оксикобаламином (метаболит витамина В 12).

Кокарбоксилаза. Кофермент, образующийся в организме человека из поступающего извне тиамина. В спортивной медицине применяется для лечения перенапряжения миокарда и нервной системы, при печеночном синдроме, невритах и радикулитах. Эффект дает только внутривенное введение в дозе не менее 100 мг.

Оксикобаламин. Является метаболитом цианкобаламина (витамин В12). По фармакологическому действию бли­зок витамину В 12, но по сравнению с ним быстрее превра­щается в организме в активную коферментную форму и дольше сохраняется в крови, так как более прочно связыва­ется с белками плазмы и медленнее выделяется с мочой. Показания к применению такие же, как для В 12.

Карнитин. Витаминоподобное вещество, частично поступающее с пищей, частично синтезируемое в организме человека. Способствует окислению жирных кислот, синтезу аминокислот и нуклеиновых кислот. В спортивной медицине рекомендован для повышения работоспособности в ви­дах спорта с преимущественным проявлением выносливо­сти для ускорения течения процессов восстановления. В скоростно-силовых видах спорта оказывает стимулирующее действие на рост мышц. Выпускается как L-карнитин (элькар, карнифит).

Бета-каротин. В организме превращается в витамин А, когда мы испытываем его нехватку. Бета-каротин, поступивший с едой, используется организмом как антиоксидант.

Лучшие источники: морковь, помидоры, кресс-салат, цветная капуста, шпинат, манго, тыква, дыня, абрикосы, а также другие фрукты и овощи с яркой окраской.

Содержание бета-каротина уменьшается при хранении продуктов на солнечном свету. Бета-каротин чрезвычайно стабилен при кулинарной обработке, и его количество может даже увеличиться. Это происходит потому, что бетакаротин высвобождается из клеток, когда при тепловой об­работке овощей размягчаются клеточные стенки.

Суточная потребность для бета-каротина официально не установлена, однако многие ученые рекомендуют дозу примерно 15 мг в день для максимальной антиоксидантной защиты.

О токсичности этого пищевого соединения ничего не известно, хотя очень большие дозы придают коже желтова­тый оттенок.

Источник

19. Кофакторы и коферменты. Водорастворимые витамины, как предшественники коферментов. Металлоферменты и ферменты, активируемые металлами

КОФАКТОРЫ И КОФЕРМЕНТЫ

Большинство ферментов для проявления ферментативной активности нуждается в низкомолекулярных органических соединениях небелковой природы (коферментах) и/или в ионах металлов (кофакторах).

Термин. «кофермент» был введён в начале XX века и обозначал часть некоторых ферментов, которая легко отделялась от белковой молекулы фермента и удалялась через полупроницаемую мембрану при диализе. Несколько позже было выяснено, что большинство ферментов состоит из термолабильной белковой части и термостабильного небелкового фактора — кофермента. Белковая часть получила название «апофермент», который в отсутствие кофермента не обладает каталитической активностью. Кофермент с белковой молекулой (апоферментом) формируют молекулу холофермента, обладающую каталитической активностью.

Более 25% всех ферментов для проявления полной каталитической активности нуждается в ионах металлов. Рассмотрим роль кофакторов в ферментативном катализе.

1. Роль металлов в присоединении субстрата

в активном центре фермента

Ионы металла выполняют функцию стабилизаторов молекулы субстрата, активного центра фермента и конформации белковой молекулы фермента, а именно третичной и четвертичной структур.

Ионы металлов — стабилизаторы молекулы субстрата

Для некоторых ферментов субстратом служит комплекс превращаемого вещества с ионом металла. Например, для большинства киназ в качестве одного из субстратов выступает не молекула АТФ, а комплекс Mg2+-ATФ. В этом случае ион Mg2+ не взаимодействует непосредственно с ферментом, а участвует в стабилизации молекулы АТФ и нейтрализации отрицательного заряда субстрата, что облегчает его присоединение к активному центру фермента.

Ионы металла — стабилизаторы активного центра фермента

В некоторых случаях ионы металла служат «мостиком» между ферментом и субстратом. Они выполняют функцию стабилизаторов активного центра, облегчая присоединение к нему субстрата и протекание химической реакции. В ряде случаев ион металла может способствовать присоединению кофермента. Перечисленные выше функции выполняют такие металлы, как Mg2+, Mn2+, Zn2+, Co2+, Мо2+. В отсутствие металла эти ферменты активностью не обладают. Такие ферменты получили название «металлоэнзимы». Схематично данный процесс взаимодействия фермента, субстрата и металла можно представить следующим образом:

К металлоэнзимам относят, например, фермент пируват киназу (рис. 2-4), катализирующий реакцию:

2. Роль металлов в стабилизации третичной

и четвертичной структуры фермента

Ионы металлов обеспечивают сохранение вторичной, третичной, четвертичной структуры молекулы фермента. Такие ферменты в отсутствие

ионов металлов способны к химическому катализу, однако они нестабильны. Их активность снижается и даже полностью исчезает при небольших изменениях рН, температуры и других незначительных изменениях внешнего окружения. Таким образом, ионы металлов выполняют функцию стабилизаторов оптимальной конформации белковой молекулы.

Иногда в стабилизации вторичной и третичной структуры принимают участие ионы щёлочноземельных металлов. Так, для поддержания третичной конформации пируваткиназы необходимы ионы К+.

Для стабилизации четвертичной структуры алкогольдегидрогеназы, катализирующей реакцию окисления этанола, необходимы ионы цинка. Алкогольдегидрогеназа состоит из 4 субъединиц с молекулярной массой 151 кД. В состав фермента входят 4 атома Zn2+. Удаление Zn2+ приводит к потере активности фермента за счёт диссоциации на 4 неактивные субъединицы с молекулярной массой 36 кД (рис. 2-5).

Источник