Витамин B1, строение, участие в обмене веществ, проявления авитаминоза. Тиаминдифосфат, структура и функции

Вопрос

Витамин С (аскорбиновая кислота). Структура, суточная потребность, пищевые источники, проявления авитаминоза. Участие в окислительно-восстановительных процессах, стероидогенезе и образовании коллагена.

Витамин С (аскорбиновая кислота, антицинготный).

Строение аскорбиновой кислоты

Суточная потребность

• младенцы 30-35 мг,
• дети от 1 до 10 лет - 35-50 мг
• подростки и взрослые - 50-100 мг.

Строение

Витамин является производным глюкозы.

Биохимические функции

Участие в окислительно-восстановительных реакциях в качестве кофермента оксидоредуктаз, гидроксилаз

Механизм участия аскорбиновой кислоты в биохимической реакции

1. Реакции гидроксилирования:

• пролина и лизина в их гидроксиформы при "созревании" коллагена,
• при синтезе гиалуроновой кислоты и хондроитинсульфата, желчных кислот,
• при синтезе гормонов надпочечников (кортикостероидов и катехоламинов) и тиреоидных гормонов,

Пример реакции с участим аскорбиновой кислоты

• при синтезе биогенного амина нейромедиатора серотонина,
• при синтезе карнитина (витаминоподобное вещество В_т), необходимого для окисления жирных кислот.

2. Восстановление иона железа Fe³⁺ в ион Fe²⁺ в кишечнике для улучшения всасывания и в крови (высвобождение из связи с трансферрином).

3. Участие в иммунных реакциях:

• повышает продукцию защитных белков нейтрофилов,
• высокие дозы витамина стимулируют бактерицидную активность и миграцию нейтрофилов.

Видимо, именно данная функция повышает потребность организма в аскорбиновой кислоте при простудных и инфекционных заболеваниях до 1,0-1,5 г.

4. Антиоксидантная роль:

• восстановление окисленного витамина Е,
• лимитирование свободно радикальных реакций в делящихся тканях,
• ограничивает воспаление,
• снижает окисление липопротеинов в плазме крови и, таким образом, оказывает антиатерогенный эффект.

Показано, что прием аскорбиновой кислоты в дозе 300 мг/сут понижает возникновение сердечно-сосудистых заболеваний на 30%.

5. Активация фермента гексокиназы ("ловушки глюкозы"), обеспечивающего метаболизм глюкозы в клетке

Гиповитаминоз

Причина: Пищевая недостаточность, тепловая обработка пищи (потери от 50 до 80%), длительное хранение продуктов (каждые 2-3 месяца количество витамина сокращается наполовину). В весенне-зимний период дефицит витамина захватывает, в зависимости от региона, 25-75% населения России.

Клиническая картина

Отмечается нарушение иммунитета, особенно легочного, развивается общая слабость, быстрая утомляемость, похудание, одышка, боли в сердце, отек нижних конечностей. У мужчин происходит слипание сперматозоидов и возникает бесплодие.

Снижается всасываемость железа в кишечнике, что вызывает снижение синтеза гема и гемоглобина и железодефицитную анемию. Уменьшается активность фолиевой кислоты – это приводит к мегалобластической анемии.

У детей дефицит аскорбиновой кислоты приводит к болезни Меллера-Барлоу, проявляющуюся в поражении костей: разрастание и минерализация хряща, торможение рассасывания хряща, корытовидное западение грудины, искривление длинных трубчатых костей ног, выступающие четкообразные концы ребер. Цинготные четки, в отличие от рахитических, болезненны.

Полное отсутствие витамина приводит к цинге – самому известному проявлению недостаточности аскорбиновой кислоты. При этом наблюдается нарушение синтеза коллагена, гиалуроновой кислоты и хондроитинсульфата, что приводит к поражению соединительной ткани, ломкости и проницаемости капилляров и к ухудшению заживления ран. Сопровождается дегенерацией одонтобластов и остеобластов, ухудшается состояние зубов.

Вопрос

Витамин РР, строение и биологическая роль. Проявление авитаминоза. Структура и механизм действия коферментов НАД+ и НАДФ+.

Витамин РР (никотиновая кислота, никотинамид, ниацин) получил также название антипел-лагрического витамина, поскольку его отсутствие является причиной заболевания, называемого пеллагрой

Биологические функции. Никотиновая кислота в организме входит в состав NAD и NADP, выполняющих функции коферментов различных дегидрогеназ. Синтез NAD в организме протекает в 2 этапа:

126

• NADP образуется из NAD путём фосфорилирования под действием цитоплазматической NAD-киназы.

NAD⁺ + АТФ → NADP⁺ + АДФ

Недостаточность витамина РР приводит к заболеванию "пеллагра", для которого характерны 3 основных признака: дерматит, диарея, деменция ("три Д"), Пеллагра проявляется в виде симметричного дерматита на участках кожи, доступных действию солнечных лучей, расстройств ЖКТ (диарея) и воспалительных поражений слизистых оболочек рта и языка. В далеко зашедших случаях пеллагры наблюдают расстройства ЦНС (деменция): потеря памяти, галлюцинации и бред.

Вопрос

Вопрос

Вопрос

28. Витамин B3 (пантотеновая кислота). Строение и биологическая роль. Коэнзим А, его структура, и функции.

Пантотеновая кислота состоит из остатков D-2,4-дигидрокси-3,3-диметилмасляной кислоты и β-аланина, соединённых между собой амидной связью:

Пантотеновая кислота - белый мелкокристаллический порошок, хорошо растворимый в воде. Пантотеновая кислота, попадая в организм, превращается в пантетин, который входит в состав кофермента А, который играет важную роль в процессах окисления и ацетилирования.

Кофермент А — одно из немногих веществ в организме, участвующее в метаболизме и белков, и жиров, и углеводов. Пантотеновая кислота требуется для обмена жиров, углеводов, аминокислот, синтеза жизненно важных жирных кислот, холестерина, гистамина, ацетилхолина, гемоглобина.

В клетках животных и растений пантотеновая кислота входит в состав кофермента A (KoA), принимающего участие в важнейших реакциях обмена веществ.

Важнейшим свойством витамин пантотеновой кислоты является ее способность стимулировать производство гормонов надпочечников — глюкокортикоидов, что делает его мощным средством для лечения таких заболеваний как артрит, колит, аллергия и болезни сердца. Витамин играет важную роль в формировании антител, способствует усвоению других витаминов, а также принимает участие в синтезе нейротрансмиттеров.

Пантотеновая кислота участвует в метаболизме жирных кислот. Она нормализует липидный обмен и активирует окислительно-восстановительные процессы в организме. Пантотеновая кислота оказывает значительное гиполипидемическое действие, обусловленное, по-видимому, ингибированием биосинтеза основных классов липидов, формирующих в печени липопротеины низкой и очень низкой плотности.

Кофермент А (КоА) — кофермент ацетилирования; принимает участие в реакциях переноса ацильных групп. Молекула КоА состоит из остатка адениловой кислоты, связанной пирофосфатной группой с остатком пантотеновой кислоты, соединённой пептидной связью с остатком β-меркаптоэтаноламина. С КоА связан ряд биохимических реакций, лежащих в основе окисления и синтеза жирных кислот, биосинтеза жиров, окислительных превращений продуктов распада углеводов. Во всех случаях КоА действует в качестве промежуточного звена, связывающего и переносящего кислотные остатки на другие вещества. При этом кислотные остатки в составе соединения с КоА подвергаются тем или иным превращениям, либо передаются без изменений на определённые метаболиты.

Вопрос

Витамин Н, строение, источники, биологическая роль, авитаминоз. Участие в процессах карбоксилирования. Образование активной формы СО2.

Биотин (витамин Н). В основе строения биотина лежит тио-феновое кольцо, к которому присоединена молекула мочевины, а боковая цепь представлена валерьяновой кислотой.

Источники. Биотин содержится почти во всех продуктах животного и растительного происхождения. Наиболее богаты этим витамином печень, почки, молоко, желток яйца. В обычных условиях человек получает достаточное количество биотина в результате бактериального синтеза в кишечнике.

Биологическая роль. Биотин выполняет коферментную функцию в составе карбоксилаз: он участвует в образовании активной 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 оксало-ацетата. Клинические проявления недостаточности био­тина у человека изучены мало, поскольку бак­терии кишечника обладают способностью синтезировать этот витамин в необходимых количествах. Поэтому картина авитаминоза проявляется при дисбактериозах кишечника, например, после приёма больших количеств антибиотиков или сульфамидных препаратов, вызывающих гибель микрофлоры кишечни­ка, либо после введения в рацион большого количества сырого яичного белка. В яичном белке содержится гликопротеин авидин, ко­торый соединяется с биотином и препятству­ет всасыванию последнего из кишечника. Ави­дин (мол. мас70 000 кД) состоит из четырёх идентичных субъединиц, содер­жащих по 128 аминокислот; каждая субъеди­ница связывает по одной молекуле биотина.

При недостаточности биотина у человека развиваются явления специфического дерматита, характеризующегося покраснением и шелушением кожи, а также обильной секрецией сальных желёз (себорея). При авитаминозе витамина Н наблюдают также выпадение волос и шерсти у животных, поражение ногтей, часто отмечают, боли в мышцах, усталость, сонливость и депрессию

Вопрос

Витамин В6: пиридоксин, пиридоксаль, пиридоксамин. Строение и биологическая роль, пищевые источники, проявления авитаминоза. Пиридоксальфосфат, структура и механизм участия в действии пиридоксалевых ферментов.

В основе структуры витамина В₆ лежит пиридиновое кольцо. Известны 3 формы витамина В₆, отличающиеся строением замещающей группы у атома углерода в п-положении к атому азота. Все они характеризуются одинаковой биологической активностью.

Источники витамина В6 для человека - такие продукты питания, как яйца, печень, молоко, зеленый перец, морковь, пшеница, дрожжи. Некоторое количество витамина синтезируется кишечной флорой.

Биологические функции. Все формы витамина В6 используются в организме для синтеза коферментов: пиридоксальфосфата и пиридоксаминфосфата. Коферменты образуются путём фосфорилирования по гидрокси-метильной группе в пятом положении пиримидинового кольца при участии фермента пиридоксаль-киназы и АТФ как источника фосфата.

Пиридоксалевые ферменты играют ключевую роль в обмене аминокислот: катализируют реакции трансаминирования и декарбоксилирования аминокислот, участвуют в специфических реакциях метаболизма отдельных аминокислот: серина, треонина, триптофана, серосодержащих аминокислот.

Клинические проявления недостаточности витамина. Авитаминоз В₆ у детей проявляется повышенной возбудимостью ЦНС, периодическими судорогами, что связано, возможно, с недостаточным образованием тормозного медиатора ГАМК, специфическими дерматитами. У взрослых признаки гиповитаминоза В₆наблюдают при длительном лечении туберкулёза изониазидом (антагонист витамина В₆). При этом возникают поражения нервной системы (полиневриты), дерматиты.

ПИРИДОКСАЛЬФОСФАТ - пиридоксаль-5'-фосфат (2-метил-З-окси-4-формил-5-пиридилметил-5'-фосфат), основная биокаталитически активная форма витамина B6; наряду с другими формами витамина B6, используется в качестве лекарственного средства.

Вопрос

Вопрос

ВОПРОСЫ ПО ОБМЕНУ ЭНЕРГИИ 10-18

Понятие об этапах унификации превращений различных энергетических субстратов в организме. Окислительное декарбоксилирование пирувата. Последовательность реакций в мультиэнзимном комплексе. Энергетическая эффективность.

Условно можно выделить два этапа унификации энергетического "топлива" в клетках.

• На I этапе (переваривание в желудочно-кишечном тракте или распад в клетках) биополимеры расщепляются на свои структурные компоненты — мономеры, теряя при этом исходную специфичность строения.

 • На II этапе (тканевой обмен) мономеры в основном превращаются в пировиноградную кислоту и/или далее в активную форму уксусной кислоты - ацетил-КоА, который и является универсальным энергетическим субстратом.

+На 3 этапе- в цикле трикарбоновых кислот Кребса происходит окисление (дегидрирование) ацетил-КоА с образованием восстановленных кофермен-тов НАД-Н (никотин-амид-аденин-ди-нуклеотид-восстановленный) и ФАД-Н2(флавин-аденин-ди-нуклеотид-восстановленный). В мембранах митохондрий они включаются в дыхательную цепь, где в ходе окислительного фосфорилирования в присутствии кислорода происходит синтез АТФ из АДФ и фосфата.
На I и II этапах унификации субстратов окисления выделяется до 40 %, в 3 эиапе  - около 60 % энергии. В связи с этим именно цикл трикарбоновых кислот считается основным "энергетическим котлом" клетки.

 

Энергетическое (сопряженное) окисление. Последовательность реакций в дыхательной цепи. Понятие о редокс-потенциалах и структурированности компонентов дыхательной цепи. Окислительное фософрилирование и его механизм. Стехиометрический коэффициент окислительного фосфорилированияР/О. Разобщение окисления и фосфорилирования, разобщающие факторы.

 

Сопряженное окисление - окисление, при котором энергия окислительной реакции используется для синтеза АТФ. Поэтому данный вид окисления называют окислением, сопряженным с фосфорилированием АДФ. Он может осуществляться двумя способами.

Если при окислении субстрата образуется макроэргическое соединение, энергия которого используется для синтеза АТФ, то такой вид биологического окисления называют субстратным фосфорилированием или фосфорилированием на уровне субстрата или окислением, сопряженным с фосфорилированием АДФ на уровне субстрата. Примером таких реакций являются 2 реакции гликолиза: превращение 1,3-дифосфоглицериновой кислоты в 3-фосфоглицериновую кислоту и фосфоенолпирувата (ФЕП) в пируват, а также реакция цикла Кребса – гидролиз сукцинил-КоА до сукцината. Эти реакции протекают сопряжено с синтезом АТФ.

Если процессы окисления, протекающие в дыхательной цепи ферментов на внутренней мембране митохондрий, где происходит перенос протонов и электронов от окисляемого субстрата к кислороду, сопряжены с синтезом АТФ, то такой вид биологического окисления называют окислительным фосфорилированием или фосфорилированием на уровне электронно-транспортной цепи.

Дыхательная цепь включает 5 мультиферментных комплексов:

Комплекс

Пятый комплекс – это фермент АТФ-синтаза, состоящий из множества белковых цепей, подразделенных на две большие группы:

· одна группа формирует субъединицу F_о (произносится со звуком "о", а не "ноль" т.колигомицин-чувствительная) – ее функция каналообразующая, по ней выкачанные наружу протоны водорода устремляются в матрикс.

· другая группа образует субъединицу F₁ – ее функция каталитическая, именно она, используя энергию протонов, синтезирует АТФ.

 

Редокс-потенциал (окислительно-восстановительный потенциал) определяет направление переноса протонов и электронов ферментами дыхательной цепи.

Редокс-потенциал выражается значением электродвижущей силы (в вольтах), которая возникает в растворе между окислителем и восстановителем.

Дыхательная цепь имеет чёткую структурную организацию, её компоненты формируют дыхательные комплексы, порядок расположения которых зависит от величины их редокс-потенциала.

 

Окислительное фосфорилирование – это многоэтапный процесс, происходящий во внутренней мембране митохондрий и заключающийся в окислении восстановленных эквивалентов (НАДН и ФАДН₂) ферментами дыхательной цепи и сопровождающийся синтезом АТФ.

Впервые механизм окислительног офосфорилирования был предложен Питером Митчеллом. Согласно этой гипотезе перенос электронов, происходящий на внутренней митохондриальной мембране, вызывает выкачивание ионов Н⁺ из матрикса митохондрий в межмембранное пространство. Это создает градиент концентрации ионов Н⁺ между цитозолем и замкнутым внутримитохондриальным пространством. Ионы водорода в норме способны возвращаться вматрикс митохондрий только одним способом – через специальный фермент, образующий АТФ – АТФ-синтазу.

По современным представлениям внутренняя митохондриальная мембрана содержит ряд мультиферментных комплексов, включающих множество ферментов. Эти ферменты называют дыхательными ферментами, а последовательность их расположения в мембране – дыхательной цепью.

 

Отношение количества фосфорной кислоты (Р), использованной на фосфорилирование АДФ, к атому кислорода (О), поглощённого в процессе дыхания, называют коэффициентом окислительного фосфорилирования и обозначают Р/О. Следовательно, для NADH Р/О = 3, для сукцината Р/О - 2. Эти величины отражают теоретический максимум синтеза АТФ, фактически эта величина меньше. В результате разобщения количество АТФ снижается, а АДФ увеличивается.

 

Присутствие во внутренней митохондриальной мембране агентов (ионофоров), увеличивающих их проницаемость для Н⁺, разобщает окислительное фосфорилирование от процесса транспорта электронов, поскольку при этом нарушается генерирование электро-химического потенциала и, следовательно, синтез АТФ. ДНФ является липофильной слабой кислотой, поэтому легко проходит через мембрану (снаружи внутрь митохондрии), ослабляя естественный ток протонов, идущий в противоположном направлении.

Путь транспорта электронов, не связанный с синтезом АТФ, называется свободным, нефосфорилирующим, окислением. При свободном окислении энергия не аккумулируется, а высвобождается в виде тепла. Это имеет физиологическое значение при охлаждении организма.

Частичное разобщение окисления и фосфорилирования наблюдается при многих заболеваниях, так как митохондрии являются наиболее чувствительными клеточными органеллами к действию различных повреждающих факторов. Нарушение их структуры, приводящее к частичному или полному распаду внутренней митохондриальной мембраны, неизбежно будет способствовать обратному току протонов и нарушать энергопродукцию. Поэтому особое значение приобретает стабилизация митохондриальных мембран биоантиоксидантами (витаминами Е, А и аскорбатом) при любой патологии.

Разобщители - липофильные вещества, которые способны принимать протоны и переносить их через внутреннюю мембрану митохондрий, минуя ее протонный канал.

Разобщители бывают:

- естественные – продукты перекисного окисления липидов, жирных кислот с длинной цепью, большие дозы тиреоидных гормонов;

- искусственные – ди-нитро-фенол, эфир, производные витамина K, анестетики, антибиотики (грамицидин, валиномицин).

Вопрос

Витамин С (аскорбиновая кислота). Структура, суточная потребность, пищевые источники, проявления авитаминоза. Участие в окислительно-восстановительных процессах, стероидогенезе и образовании коллагена.

Витамин С (аскорбиновая кислота, антицинготный).

Строение аскорбиновой кислоты

Суточная потребность

• младенцы 30-35 мг,
• дети от 1 до 10 лет - 35-50 мг
• подростки и взрослые - 50-100 мг.

Строение

Витамин является производным глюкозы.

Биохимические функции

Участие в окислительно-восстановительных реакциях в качестве кофермента оксидоредуктаз, гидроксилаз

Механизм участия аскорбиновой кислоты в биохимической реакции

1. Реакции гидроксилирования:

• пролина и лизина в их гидроксиформы при "созревании" коллагена,
• при синтезе гиалуроновой кислоты и хондроитинсульфата, желчных кислот,
• при синтезе гормонов надпочечников (кортикостероидов и катехоламинов) и тиреоидных гормонов,

Пример реакции с участим аскорбиновой кислоты

• при синтезе биогенного амина нейромедиатора серотонина,
• при синтезе карнитина (витаминоподобное вещество В_т), необходимого для окисления жирных кислот.

2. Восстановление иона железа Fe³⁺ в ион Fe²⁺ в кишечнике для улучшения всасывания и в крови (высвобождение из связи с трансферрином).

3. Участие в иммунных реакциях:

• повышает продукцию защитных белков нейтрофилов,
• высокие дозы витамина стимулируют бактерицидную активность и миграцию нейтрофилов.

Видимо, именно данная функция повышает потребность организма в аскорбиновой кислоте при простудных и инфекционных заболеваниях до 1,0-1,5 г.

4. Антиоксидантная роль:

• восстановление окисленного витамина Е,
• лимитирование свободно радикальных реакций в делящихся тканях,
• ограничивает воспаление,
• снижает окисление липопротеинов в плазме крови и, таким образом, оказывает антиатерогенный эффект.

Показано, что прием аскорбиновой кислоты в дозе 300 мг/сут понижает возникновение сердечно-сосудистых заболеваний на 30%.

5. Активация фермента гексокиназы ("ловушки глюкозы"), обеспечивающего метаболизм глюкозы в клетке

Гиповитаминоз

Причина: Пищевая недостаточность, тепловая обработка пищи (потери от 50 до 80%), длительное хранение продуктов (каждые 2-3 месяца количество витамина сокращается наполовину). В весенне-зимний период дефицит витамина захватывает, в зависимости от региона, 25-75% населения России.

Клиническая картина

Отмечается нарушение иммунитета, особенно легочного, развивается общая слабость, быстрая утомляемость, похудание, одышка, боли в сердце, отек нижних конечностей. У мужчин происходит слипание сперматозоидов и возникает бесплодие.

Снижается всасываемость железа в кишечнике, что вызывает снижение синтеза гема и гемоглобина и железодефицитную анемию. Уменьшается активность фолиевой кислоты – это приводит к мегалобластической анемии.

У детей дефицит аскорбиновой кислоты приводит к болезни Меллера-Барлоу, проявляющуюся в поражении костей: разрастание и минерализация хряща, торможение рассасывания хряща, корытовидное западение грудины, искривление длинных трубчатых костей ног, выступающие четкообразные концы ребер. Цинготные четки, в отличие от рахитических, болезненны.

Полное отсутствие витамина приводит к цинге – самому известному проявлению недостаточности аскорбиновой кислоты. При этом наблюдается нарушение синтеза коллагена, гиалуроновой кислоты и хондроитинсульфата, что приводит к поражению соединительной ткани, ломкости и проницаемости капилляров и к ухудшению заживления ран. Сопровождается дегенерацией одонтобластов и остеобластов, ухудшается состояние зубов.

Вопрос

Витамин РР, строение и биологическая роль. Проявление авитаминоза. Структура и механизм действия коферментов НАД+ и НАДФ+.

Витамин РР (никотиновая кислота, никотинамид, ниацин) получил также название антипел-лагрического витамина, поскольку его отсутствие является причиной заболевания, называемого пеллагрой

Биологические функции. Никотиновая кислота в организме входит в состав NAD и NADP, выполняющих функции коферментов различных дегидрогеназ. Синтез NAD в организме протекает в 2 этапа:

126

• NADP образуется из NAD путём фосфорилирования под действием цитоплазматической NAD-киназы.

NAD⁺ + АТФ → NADP⁺ + АДФ

Недостаточность витамина РР приводит к заболеванию "пеллагра", для которого характерны 3 основных признака: дерматит, диарея, деменция ("три Д"), Пеллагра проявляется в виде симметричного дерматита на участках кожи, доступных действию солнечных лучей, расстройств ЖКТ (диарея) и воспалительных поражений слизистых оболочек рта и языка. В далеко зашедших случаях пеллагры наблюдают расстройства ЦНС (деменция): потеря памяти, галлюцинации и бред.

Вопрос

Витамин B1, строение, участие в обмене веществ, проявления авитаминоза. Тиаминдифосфат, структура и функции

Витамин В1 – тиамин, антиневритный. Активная его форма – ТДФ (тиаминдифосфат) является коэнзимом декарбоксилаз, участвующих в обмене углеводов.

Тиамин необходим для синтеза ацетилхолина и для нормального функционирования нервной системы. Он всасывается, главным образом, в тонком кишечнике. При заболеваниях пищеварительной системы всасывание витамина уменьшается.

Витамин В1 является кофактором следующих ферментативных систем:

· Пируватдегидрогеназный комплекс.

· α-кетоглутаратдегидрогеназный комплекс фермента ЦТК, в котором образуются молекулы АТФ.

· Транскетолазы, ключевого фермента пентозного цикла, продукты этого цикла необходимы для образования жирных кислот, ацетилхолина, нуклеиновых кислот, стеринов.

Классический авитаминоз В1 - В некоторых районах, где основное питание – рис или соя и содержание тиамина в женском молоке низкое, встречается острая форма «бери-бери» у грудных детей между 2–4 месяцами жизни, что дает высокую смертность.
«Бери-бери» проявляется в виде анорексии, гипотрофии, атонических запоров или диареи, склонности к рвоте и срыгиванию, выбухания большого родничка, беспокойства, раздражительности, апатии, слабости, периферической нейропатии с низкими сухожильными рефлексами, охриплости голоса, яркости слизистых оболочек, мышечной гипотонии, симптома «болтающейся головы». Вследствие задержки воды и электролитов появляются отеки, затем присоединяются явления со стороны сердечно-сосудистой системы, явления менингизма, возможны судороги и смерть.

Вопрос