Б. Назовите коферменты, которые могут из них образовываться. Расшифруйте их название. . Назовите функции этих коферментов и виды обмена веществ, в которых Они участвуют.

а)                                            

                                                         

б) в)

 г) д)

                                                    

А. а) Витамин В₂ – рибофлавин в основе структуры витамина В2 лежит структура изоаллоксазина, соединенного со сиртом рибитолом. Витамин В2 (рибофлавин) представляет собой кристаллы желтого цвета, слабо растворимые в воде. Источники: печень, почки, яйца, молоко, дрожжи. Суточная потребность: 1,8-2,6 мг. Биологические функции. После всасывания витамина в слизистой кишечника происходит образование коферментов FMN и FAD. Недостаточность рибофлавина проявляется в остановке роста у молодых организмов.

б) Витамин Н – биотин. В основе строения лежит тиофеновое кольцо, к которому присоеденина молекула мочевины, а боковая цепь предтавлена валериановой кислотой. Источники: почти все продукты животного и растительного происхождения. Наиболее богаты печень, почки, молоко, желток яйца. Суточная потребность: не превышает 10 мкг. Биологическая роль: Выполняет коферментную функцию в составе карбоксилаз, учавсвуя в образовании активноой формы СО2. В организме биотин используется в образовании малонил-КоА из ацетил-КоА, в синтезе пуринового кольца, а также в реакции карбоксилирования пирувата с образованием оксалоацетата. Недостаточности в витамине у организма почти небывает, так как биотин способен синтезироваться кишечной флорой, но при приеме сульфаниламидных препаратов вызывающих гибель микрофлоры, проявляется картина авитаминоза-дизбактериоз кишечника.

в) Витамин В₁ – тиамин. Структура витамина включает пиримидиновое и тиазоловое кольца, соединенные метиновым мостиком. Источники: широко распространен в продуктах растительного происхождения, оболочка семян хлебных злаков и риса, горох, фасоль. В организме животных тиамин содержится в виде дифосфорного эфира – ТДФ. Он образуется в печени, почках, мозге, сердечной мышце путем фосфорилирования тиамина при участии тиаминкиназы и АТФ. Суточная потребность: 2-3 мг. Биологическая роль: определяется тем, что в виде ТДФ он входит в состав как минимум 3 ферментов и ферментных комплексов: в составе пируват- и α-кетоглутаратдегидрогеназных комплексов он участвует в окислительном декарбоксилировании пирувата и α-кетоглутарата, в составе транскетолазы ТДФ учавствует в пентозофосфатном пути превращения углеводов. Недостаточность витамина проявляется в виде-полиневрита., нарушения секреторной и моторной функции ЖКТ,потеря кожной чувствительности и паралича (бери-бери)

г) Витамин С – аскорбиновая кислота. Лактон кислоты, близкой по структуре к глюкозе. Существует в 2 формах: восстановленной (АК) и окисленной (дегидроаскорбиновой кислотой, ДАК). Обе формы быстро и обратимо переходят друг в друга и в качестве коферментов используются в окислительно-восстановительных реакциях. Аскорбиновая кислота может окисляться кислородом воздуха, пероксидом и другими окислителями, легко восстанавливается цистеином, глутатионом, сероводородом. В слабощелочной среде происходят разрушения лактонового кольца и потеря активности. Источники: свежие фрукты, овощи, зелень(лимон, петрушка, облепиха) Суточная потребность: 50-75 мг. Биологические функции: Главное свойство свободно окисляться и восстанавливаться. Вместе с ДАК она образует в клетках окислительно-восстановительную пару с редокс-потенциалом +0,139 В. Аскорбиновая кислота благодаря тому участвует в реакциях гидроксилирования: остатков Про и Лиз при синтезе коллагена, при гидроксилировании дофамина, синтезе стероидных гормонов в коре надпочечников. В кишечнике аскорбиновая кислота восстанавливает 3-х валентное железо до 2-х валентного, способствуя его всасыванию, ускоряет освобождение железа из ферритина, способствует превращению фолата в коферментные формы. Аскорбиновую кислоту тносят к природным оксидантам. Недостаточность витамина: приводит к цинге. Возникает нарушение образования коллагена в соединительной ткани, проявляется это на хрупкости зубов, нарушениях целостности капилляров, возникают отеки, анемии, боли в суставах.

д) Витамин РР – никотинамид. Источники: широко распространен в растительных продуктах, в рисовых и пшеничных отрубях, дрожжах, много витамина в печени. Витамин РР образовывается из триптофана (из 60 молекул триптофана может образовываться 1 молекула никотинамида), что снижает потребность в витамине при увеличении триптофана в пище. Суточная потребность: 15-25 мг. Биологические функции: Никотиновая кислота входит в состав НАД и НАДФ, выполняющих функции коферментов различных дегидрогеназ. Недостаточность витамина: проявляется в виде заболевания «пеллагра». Пеллагра имеет 3 основных признака: дерматит, диарея, деменция.

Б. а) Коферменты флавинмононуклеотид (ФМН) и флавинадениндинуклеотид (ФАД) – являются коферментами дегидрогеназ, Эти ферменты катализируют отщепление от субстрата водорода, т.е. участвуют в реакциях окисления–восстановления. Оба соединения ковалентно связаны с ферментами. Механизм действия ФМН и ФАД. Активной частью молекулы ФАД или ФМН служит изоаллоксазиновое кольцо рибофлавина. Два атома водорода (два протона и два электрона) присоединяются к первому и десятому атомам азота за счет внутримолекулярной перегруппировки двойных связей в кольце. ФАД состоит из ФМН, связанного с АМФ (адезинмонофосфатом). Ферменты, содержащие в своем составе ФАД, называются флавиновыми или флавопротеидными. В клетках находится около 60 флавопротеидов. Флавиновые ферменты – аэробные дегидрогеназы, относятся к оксидоредуктазам. Флавопротеиды могут акцептировать водород от НАДН2:

НАДН2 + ФМН = НАД+ + ФМНН2.

Именно этот процесс протекает в дыхательной цепи ферментов на внутренней мембране митохондрий.

В некоторых случаях, например при окислении янтарной кислоты, α-глицерофосфата и КоА-производных жирных кислот, флавинзависимые ферменты могут играть роль первичных дегидрогеназ и непосредственно принимать электроны и протоны от окисляемых субстратов без участия НАД и связанных с ним дегидрогеназ.

В клетках также имеются аэробные флавиновые ферменты, осуществляющие перенос атомов водорода от субстрата к кислороду с образованием Н2О2.

б) Биотин выполняет коферментную функцию в составе карбоксилаз: он участвует в образовании активной формы СО2.

 Биотин участвует в переносе СО2 либо из НСО3– (реакции карбоксилирования), либо от R-СООН (реакция транскарбоксилирования). Такая реакция необходима:

-при синтезе оксалоацетата – биотин находится в составе пируваткарбоксилазы, что обеспечивает поддержание активности цикла трикарбоновых кислот и глюконеогенеза,

-в синтезе жирных кислот – биотин находится в составе ацетил-SКоА-карбоксилазы, ключевого фермента синтеза,

-на последних стадиях утилизации разветвленных углеродных цепей валина, лейцина, изолейцина (катаболизм Вал, Лей, Иле), треонина, метионина, боковой цепи холестерола и некоторых жирных кислот, в которых образуется пропионил-SKoA.

 Витамин находится в составе пропионил-SКоА-карбоксилазы, образующей метилмалонил-SКоА.

в) ТПФ (ТДФ) – участвует в реакциях прямого и окислительного декарбоксилирования α-кетокислот.Участие ТПФ в реакциях декарбоксилирования кетокислот объясняется необходимостью усиления отрицательного заряда углеродного атома карбонила кетокислоты в переходном, нестабильном, состоянии. Переходное состояние стабилизируется ТПФ путем делокализаици отрицательного заряда карбо-аниона тиазолового кольца, играющего роль своеобразного электронного стока. Вследствие такого протонирования образуется активный ацетальдегид (гидроксиэтил-ТПФ). Аминокислотные остатки белков обладают слабой способностью осуществлять то, что с легкостью делает ТПФ, поэтому апобелки нуждаются в коферменте. ТПФ жестко связан с апоферментом мульти-ферментных комплексов дегидрогеназ а-оксикетокислот Участие ТПФ в реакции прямого декарбоксилирования пировиноградной кислоты (ПВК).

1.При декарбоксилировании ПВК с помощью пируватдекарбоксилазы образуется ацетальдегид, который под воздействием алкогольдегидрогеназы превращается в этанол. ТПФ является незаменимым кофактором пируватдекарбоксилазы. Этим ферментом богаты дрожжи.

2. Участие ТПФ в реакциях окислительного декарбоксилирования.

Окислительное декарбоксилирование ПВК катализирует пируватде-гидрогеназа. В состав пируватдегидрогеназного комплекса входит несколько структурно связанных ферментных белков и коферментов. ТПФ катализирует начальную реакцию декарбоксилирования ПВК. Эта реакция идентична катализируемой пируватдекарбоксилазой. Однако в отличие от последней, пируватдегидрогеназа не превращает промежуточный продукт гидроксиэтил-ТПФ в ацетальдегид. Вместо этого гидроксиэтильная группа переносится к следующему ферменту в мультиферментной структуре пируватдегидрогеназного комплекса.

Окислительное дскарбоксилирование а-кетоглутатарата катализирует а-кетоглутаратдегидрогеназа. Этот фермент является составной частью цикла Кребса. Строение и механизм действия а-кетоглугарат-дегидрогеназного комплекса схожи с пируватдегидрогеназой, т. е. ТПФ также катализирует начальный этап превращения кетокислоты. Таким образом, от степени обеспеченности клетки ТПФ зависит бесперебойная работа этого цикла.

Помимо окислительных превращений ПВК и а-кетоглутарата, ТПФ принимает участие в окислительном декарбоксилировании кетокислот с разветвленным углеродным скелетом (продукты дезаминирования ва-лина, изолейцина и лейцина). Эти реакции играют важную роль в процессе утилизации аминокислот и, следовательно, белков клеткой.

3. ТПФ — кофермент транскетолазы.

Транскетолаза — фермент пентозофосфатного пути окисления углеводов. Физиологическая роль этого пути заключается в том, что он является основным поставщиком НАДФH*H+ и рибозо-5-фосфата. Транскетолаза переносит дву-углеродные фрагменты от ксилулозо-5-фосфата к рибозо-5-фосфату, что приводит к образованию триозофосфата (3-фосфоглицеринового альдегида) и 7С сахара (седогептулозо-7-фосфата). ТПФ необходим для стабилизации карб-аниона, образующегося при расщеплении связи С2-С3 ксилулозо-5-фосфата.

г) Витамин С не является коферментом в привычном понимании, он используется как донор электронов. Витамин С является важнейшим внутриклеточным антиоксидантом. Антиоксидантная функция аскорбиновой кислоты объясняется ее способностью легко отдавать два атома водорода, используемых в реакциях обезвреживания свободных радикалов. В высоких концентрациях этот витамин «гасит» свободные радикалы кислорода. Важной функцией аскорбата является обезвреживание свободного радикала токоферола (витамина Е), благодаря чему предупреждается окислительная деструкция этого главного антиоксиданта клеточных мембран. Как антиоксидант аскорбиновая кислота необходима для образования активных форм фолиевой кислоты, защиты железа гемоглобина и оксигемоглобина от окисления, поддержания железа цитохромов Р450 в восстановленном состоянии. Витамин С участвует во всасывании железа из кишечника и высвобождении железа из связи его с транспортным белком крови — трансферрином, облегчая поступление этого металла в ткани. Он может включаться в работу дыхательной цепи митохондрий, являясь донором электронов для цитохрома С. Очень важную роль играет аскорбат в реакциях гидроксилирования. Гидроксилирование «незрелого» коллагена, осуществляемое пролингидроксилазой с участием витамина С, ионов железа, α-кетоглутарата и кислорода. В этой реакции α-кетоглутарат окисляется до сукцината и СO2, один атом кислорода включается в сукци-нат, другой — в ОН-группу оксипролина. ОН-группы оксипролина участвуют в стабилизации структуры, формируя водородные связи между цепями триплетной спирали зрелого коллагена. Витамин С нужен также для образования оксилизина в коллагене. Остатки оксилизина в коллагене служат для образования участков связывания с полисахаридами.

д) НАД (Никотинамидадениндинуклеотид) и НАДФ (Никотинамидадениндинуклеотидфосфат) – являются коферментами дегидрогеназ. Несмотря на структурное сходство, НАД+ и НАДФ+ выполняют разные функции. НАДН играет важную роль в энергетическом обмене и реакциях катаболизма. НАДФН участвует в анаболических реакциях, например в синтезе жирных кислот и развитии реакции «окислительного взрыва». НАД, НАДФ (восстановленная форма), НАД+ НАДФ+ (окисленная форма)

1. НАД+ - кофермент дегидрогеназ, участвующих в реакциях окисления глюкозы, жирных кислот, глицерола, аминокислот после их дезаминирования; является коферментом дегидрогеназ цикла Кребса (кроме сукцинатдегидрогеназы). В этих реакциях кофермент выполняет функцию промежуточного акцептора электронов и протонов.

2.НАД+ - мобильный переносчик протонов и электронов в дыхательной цепи митохондрий (от окисляемого субстрата к первому комплексу дыхательной цепи).

3.НАД+ - субстрат ДНК-лигазной реакциипри синтезе и репарации ДНК, а также субстрат для синтеза поли-АДФ-рибозы в поли-(АДФ)-рибозилировании некоторых ферментов.

4.НАДФН – донор водорода в реакциях синтеза жирных кислот, холестерина, стероидных гормонов и некоторых других соединений.

5.НАДФН – компонент монооксигеназной цепимикросомального окисления, выполняющий функцию детоксикации антибиотиков и др. чужеродных веществ.

6.НАД+ и НАДФ+ - аллостерические регуляторы ферментов энергетического обмена, в частности, ферментов цикла Кребса, а также раекций синтеза глюкозы (глюконеогенез).

7. НАДН и НАДФН – коферменты реакций (НАДН-оксидазной и НАДФН-оксидазной), способствующих возникновению активных форм кислорода в фагоцитах.

51