Г. Укажите значение процессов, в которых принимает участие данный витамин.

А. Витамин В1 (тиамин) входит в состав как минимум 3 ферментов и ферментных комплексов: в составе пируват- и α-кетоглутаратдегидрогеназных комплексов он учавствует в реакциях окислительного декарбоксилирование пирувата и α-кетоглутарата, в составе транскетолазы ТДФ участвует в пентозофосфатном пути превращения углеводов. Витамин В1 (тиамин) играет важную роль в процессах энергообеспечения организма. Он является кофактором пируваткарбоксилазы (1ый фермент пируватдегидрогеназного комплекса), фермента альфа-кетоглутаратдегидрогеназного комплекса, транскетолазы (фермент неокислительного этапа пентозофосфатного пути). Вследствие нарушения работы этих ферментов возникает гипоэнергетическое состояние. Происходит накопление недоокисленных продуктов обмена пирувата, которые оказывают токсическое действие на ЦНС и обусловливают развитие метаболического ацидоза. Вследствие развития энергодефицита снижается эффективность работы ионных градиентных насосов, в том числе клеток нервной и мышечной ткани. Нарушается синтез жирных кислот и трансформация углеводов в жиры. Усиление катаболизма белков ведёт к развитию мышечной атрофии, у детей — к задержке физического развития. Вследствие затруднения образования из пировиноградной кислоты ацетил КоА страдает процесс ацетилирования холина.

Окислительное декарбоксилирование: превращение пирувата (фермент-пируватдегидрогеназа) в ацетил-КоА (НАДН₂, 3 АТФ);

в цикле Кребса: превращения α-кетоглутарата (фермент-кетоглутаратдегидрогеназа) в сукцинил-КоА

в пентозофосфатном пути: ферменты трансальдолаза и транскетолаза

Б. Кофермент, образуемый витамином В₁ – тиаминдифосфат (ТДФ). Он состоит из пиримидинового кольца, тиазолового кольца и пирофосфата.

Образование тиаминдифосфата происходит путем фосфорилирования тиамина с затратой АТФ. Осуществление ферментативной функции ТДФ возможно только при образовании его комплекса с белком — апоферментом.

В. Окислительное декарбоксилирование пирувата происходит в матриксе митохондрий. В пируватдегидрогеназный комплекс (ПДК) входят 3 фермента и 5 коферментов. Пируватдекарбоксилаза содержит прочно связанный с белковой частью ТДФ. Рабочей частью ТДФ служит тиазоловое кольцо, к которому присоединяется продукт декарбоксилирования пирувата - гидроксиэтил. В результате этой реакции образуется производное ТДФ с гидроксиэтильной группой при тиазоловом кольце. Дигидролипоатацетилтрансфераза (Е2) катализирует перенос атома водорода и ацетильной группы от ТДФ на окисленную форму липоиллизиновых групп с образованием ацетилтиоэфира липоевой кислоты и далее происходят еще 3 стадии, на последней из которых, образуется ацетил-КоА.

 

1) Пируватдегидрогеназа (Е1, ПВК-дегидрогеназа), ее коферментом является тиаминдифосфат (ТДФ), катализирует 1-ю реакцию. 2)Дигидролипоат-ацетилтрансфераза (Е2), ее коферментом является липоевая кислота, катализирует 2-ю и 3-ю реакции. 3)Дигидролипоат-дегидрогеназа (Е3), кофермент – ФАД, катализирует 4-ю и 5-ю реакции.

 

Помимо указанных коферментов, которые прочно связаны с соответствующими ферментами, в работе комплекса принимают участие коэнзим А и НАД. Суть первых трех реакций сводится к декарбоксилированию пирувата (катализируется пируватдегидрогеназой, Е1), окислению пирувата до ацетила и переносу ацетила на коэнзим А (катализируется дигидролипоамид-ацетилтрансферазой, Е2). Оставшиеся 2 реакции необходимы для возвращения липоевой кислоты и ФАД в окисленное состояние (катализируются дигидролипоат-дегидрогеназой, Е3). При этом образуется НАДН.

Г. Биологическая роль окислительного декарбоксилирования пирувата заключается в том, что оно является важным этапом катаболизма, позволяющим включаться в цикл Кребса тем веществам, при распаде которых образуется ПВК. Окислительное декарбоксилирование пирувата протекает внутри митохондрий. В результате окислительного декарбоксилирования пирувата НАД⁺ восстанавливается до НАДН + Н⁺ и образуется ацетил-КоА, который взаимодействуя с оксалоацетатом образует цитрат – участник ЦТК. НАДН + Н+снабжает дыхательную цепь 2Н+ и 2ē и обеспечивает синтез 3 молей АТФ.

В Цикле Кребса при взаимодействии α-кетоглутарата с α-кетоглутаратдегидрогеназным комплексом восстанавливается 1 молекула НАД⁺ до НАДН + Н⁺ и образуется сукцинил-КоА. НАДН + Н⁺ несёт протоны водорода в ЦПЭ, образуется 3 молекулы АТФ.

Цикл Кребса выполняет интеграционную, амфиболическую (т.е. катаболическую и анаболическую), энергетическую и водороддонорную роль.

Интеграционная роль состоит в том, что ЦТК представляет собой конечный общий путь окисления топливных молекул – углеводов, жирных кислот и аминокислот.

В ЦТК происходит окисление ацетил-КоА – это катаболическая роль.

Анаболическая роль цикла заключается в том, что он поставляет промежуточные продукты для биосинтетических процессов. Например, оксалоацетат используется для синтеза аспартата, a-кетоглутарат – для образования глутамата, сукцинил-КоА – для синтеза гема.

Одна молекула АТФ образуется в ЦТК на уровне субстратного фосфорилирования – это энергетическая роль.

Водороддонорная роль состоит в том, что ЦТК обеспечивает восстановленными коферментами НАДН(Н+) и ФАДН2 дыхательную цепь, в которой происходит окисление водорода этих коферментов до воды, сопряженное с синтезом АТФ. При окислении одной молекулы ацетил-КоА в ЦТК образуются 3 НАДН(Н+) и 1 ФАДН2.

 

45