Ферменты.Витамины_2005

Министерство образования Республики Беларусь
Учреждение образования
МОГИЛЕВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ ПРОДОВОЛЬСТВИЯ
Кафедра химической технологии
высокомолекулярных соединений
КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ
БИОЛОГИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
для студентов специальностей
49 01 01, 49 01 02, 91 01 01
ФЕРМЕНТЫ-ВИТАМИНЫ
Могилев 2005
УДК 577.15.820
Рассмотрен и рекомендован к изданию кафедрой
химической технологии высокомолекулярных соединений
Протокол № __ от ___________ 2005 г.
Рассмотрен и рекомендован к изданию секцией выпускающих кафедр
Протокол № _ от ____________2005 г.
Составитель доцент Макасеева О.Н.
Оформление
графического материала доцент Баранов О.М.
Рецензент доцент Шуляк Т.Л.
( УО «Могилевский государственный университет продовольствия»
Содержание
13 TOC \o "1-3" \h \z 1413 LINK \l "_Toc116799192" 141 Краткая история развития учения о ферментах ..13 PAGEREF _Toc116799192 \h 1441515
13 LINK \l "_Toc116799193" 142 Общие свойства ферментов и химических катализаторов небелковой природы 13 PAGEREF _Toc116799193 \h 1441515
13 LINK \l "_Toc116799194" 143 Отличительные признаки ферментативного и химического катализа 13 PAGEREF _Toc116799194 \h 1441515
13 LINK \l "_Toc116799195" 144 Строение ферментов 13 PAGEREF _Toc116799195 \h 1451515
13 LINK \l "_Toc116799196" 145 Механизм действия ферментов 13 PAGEREF _Toc116799196 \h 1471515
13 LINK \l "_Toc116799197" 146 Единицы ферментативной активности 13 PAGEREF _Toc116799197 \h 1481515
13 LINK \l "_Toc116799198" 147 Специфичность ферментов 13 PAGEREF _Toc116799198 \h 1481515
13 LINK \l "_Toc116799199" 148 Термолабильность ферментов 13 PAGEREF _Toc116799199 \h 14101515
13 LINK \l "_Toc116799200" 149 Влияние кислотности среды 13 PAGEREF _Toc116799200 \h 14111515
13 LINK \l "_Toc116799201" 1410 Концентрация фермента 13 PAGEREF _Toc116799201 \h 14121515
13 LINK \l "_Toc116799202" 1411 Концентрация субстрата 13 PAGEREF _Toc116799202 \h 14131515
13 LINK \l "_Toc116799203" 1412 Активаторы и ингибиторы ферментов 13 PAGEREF _Toc116799203 \h 14141515
13 LINK \l "_Toc116799204" 1413 Аллостерические ферменты 13 PAGEREF _Toc116799204 \h 14161515
13 LINK \l "_Toc116799205" 1414 Изоферменты 13 PAGEREF _Toc116799205 \h 14171515
13 LINK \l "_Toc116799206" 1415 Классификация и номенклатура ферментов 13 PAGEREF _Toc116799206 \h 14181515
13 LINK \l "_Toc116799207" 1416 Использование ферментных препаратов 13 PAGEREF _Toc116799207 \h 14221515
13 LINK \l "_Toc116799208" 1417 Иммобилизованные ферменты 13 PAGEREF _Toc116799208 \h 14221515
13 LINK \l "_Toc116799209" 1418 Витамины 13 PAGEREF _Toc116799209 \h 14231515
13 LINK \l "_Toc116799210" 1419 Классификация витаминов 13 PAGEREF _Toc116799210 \h 14251515
13 LINK \l "_Toc116799211" 1420 Жирорастворимые витамины 13 PAGEREF _Toc116799211 \h 14261515
13 LINK \l "_Toc116799212" 1420.1 Витамины группы А 13 PAGEREF _Toc116799212 \h 14261515
13 LINK \l "_Toc116799213" 1420.2 Витамины группы D (кальциферол) 13 PAGEREF _Toc116799213 \h 14281515
13 LINK \l "_Toc116799214" 1420.3 Витамины группы Е 13 PAGEREF _Toc116799214 \h 14301515
13 LINK \l "_Toc116799215" 1420.4 Витамины группы К 13 PAGEREF _Toc116799215 \h 14321515
13 LINK \l "_Toc116799216" 1421 Водорастворимые витамины 13 PAGEREF _Toc116799216 \h 14341515
13 LINK \l "_Toc116799217" 1421.1 Общая характеристика витаминов группы B 13 PAGEREF _Toc116799217 \h 14341515
13 LINK \l "_Toc116799218" 1421.1.1 Витамин B1 (тиамин; антиневритный) 13 PAGEREF _Toc116799218 \h 14341515
13 LINK \l "_Toc116799219" 1421.1.2 Витамин B2 (рибофлавин) 13 PAGEREF _Toc116799219 \h 14361515
13 LINK \l "_Toc116799220" 1421.1.3 Витамин B3 (пантотеновая кислота) 13 PAGEREF _Toc116799220 \h 14381515
13 LINK \l "_Toc116799221" 1421.1.4 Витамин B6 13 PAGEREF _Toc116799221 \h 14391515
13 LINK \l "_Toc116799222" 1421.1.5 Витамин B12 13 PAGEREF _Toc116799222 \h 14421515
13 LINK \l "_Toc116799223" 1421.2 Витамин РP (ниацин) 13 PAGEREF _Toc116799223 \h 14441515
13 LINK \l "_Toc116799224" 1421.3 Витамин C 13 PAGEREF _Toc116799224 \h 14461515
13 LINK \l "_Toc116799225" 1421.4 Биотин (витамин H) 13 PAGEREF _Toc116799225 \h 14481515
13 LINK \l "_Toc116799226" 1421.5 Витамин P (Цитрин) 13 PAGEREF _Toc116799226 \h 14491515
13 LINK \l "_Toc116799227" 1421.6 Фолиевая кислота. Витамин Bc птероилглутаминовая кислота 13 PAGEREF _Toc116799227 \h 14501515
13 LINK \l "_Toc116799228" 1421.7 Витамин U 13 PAGEREF _Toc116799228 \h 14511515
13 LINK \l "_Toc116799229" 1422 Витаминоподобные вещества 13 PAGEREF _Toc116799229 \h 14521515
13 LINK \l "_Toc116799230" 1422.1 Парааминобензойная кислота 13 PAGEREF _Toc116799230 \h 14521515
13 LINK \l "_Toc116799231" 1422.2 Витамин В15 13 PAGEREF _Toc116799231 \h 14531515
13 LINK \l "_Toc116799232" 1422.3 Инозит 13 PAGEREF _Toc116799232 \h 14531515
13 LINK \l "_Toc116799233" 1422.4 Холин 13 PAGEREF _Toc116799233 \h 14541515
13 LINK \l "_Toc116799234" 1422.5 Антивитамины 13 PAGEREF _Toc116799234 \h 14551515
13 LINK \l "_Toc116799235" 14Рекомендуемая литература 13 PAGEREF _Toc116799235 \h 14561515
15
Краткая история развития учения о ферментах
Ферменты, или энзимы, представляют собой высокоспециализированный класс веществ белковой природы, используемый живыми организмами для осуществления с высокой скоростью многих тысяч взаимосвязанных химических реакций, включая синтез, распад и взаимопревращение огромного множества разнообразных химических соединений.
Первые данные, указывающие на то, что в живых клетках содержатся вещества, катализирующие определённые реакции, были получены в 1897г. немецким учёным Э.Бухнером. В 1814г. К.С. Кирхгоф впервые получил препарат фермента (в виде раствора), вызывающего превращение крахмала в более простые сахара.
В 30-х годах XX в. некоторые ферменты были получены в кристаллическом состоянии. Так, в 1926 г. Самнер сообщил о выделении из бобов фермента уреазы, предположительно имеющего белковую природу. Однако отнесение уреазы к белкам сочли вначале нелепым. Последующие исследования Самнера и независимо Нортропа и Стенли привели к выделению ещё нескольких ферментов, и, наконец, в 1935 г. белковая природа ферментов стала общепризнанной. Большое значение этого открытия, в частности, отражено в факте присуждения Нобелевской премии в1946 г. Самнеру, Нортропу и Стенли.
Дальнейшие исследования подтвердили, что по химической природе ферменты являются белками.
Общие свойства ферментов и химических катализаторов небелковой природы
1. Ферменты не входят в состав конечных продуктов реакции и не расходуются в процессе катализа, выходя из реакции в неизменном виде, т.е. освобождаясь, могут снова реагировать с новыми молекулами субстрата.
2. Ферменты только ускоряют реакции, протекающие и без них, они не могут возбудить реакции, противоречащие законам термодинамики.
3. Ферменты не смещают положение равновесия, а лишь ускоряют его достижение.
Отличительные признаки ферментативного и химического катализа
1. Скорость ферментативного катализа намного выше, чем небиологического. Например, энергия активации реакции разложения перекиси водорода
H2O2 H2O + ЅO2
равна 75,3 кДж/моль, поэтому самопроизвольное разложение протекает настолько медленно, что выделяющийся кислород визуально незаметен. При добавлении неорганического катализатора – железа или платины – энергия активации снижается до 54,1 кДж/моль, реакция ускоряется в тысячи раз и становится заметной по выделению пузырьков кислорода. Фермент катализа, разлагающий перекись водорода, снижает энергию активации более чем в 4 раза и ускоряет реакцию разложения в миллиард раз. Реакция протекает настолько бурно, что раствор от выделяющегося кислорода буквально вскипает. Наконец, одна-единственная молекула фермента может катализировать при обычной температуре превращение от тысячи до миллиона молекул вещества в минуту. Эта скорость катализа недостижима для небиологических катализаторов.
2. Ферменты обладают высокой специфичностью, направляя превращение вещества в строгое русло.
3.Ферментативные процессы не дают побочных реакций, для них характерен 100 %-ный выход целевого продукта.
4. Ферменты катализируют реакции в мягких условиях (физиологических), т.е. при обычном давлении, небольшой температуре и значениях pH, более близких к нейтральным, однако весьма чувствительна к сдвигам pH среды и изменению температуры.
5. Ферменты регулируемы. То есть они могут изменять свою активность под воздействием ряда факторов, изменяя количественные выходы продуктов. Регуляция ферментативных систем лежит в основе координации всех процессов метаболизма во времени и пространстве, что обеспечивает воспроизведение живой материи и стабилизацию внутриклеточной среды.
6. Скорость ферментативных реакций прямо пропорциональна количеству фермента, поэтому недостаток фермента в организме означает низкую скорость превращения какого-либо соединения, и наоборот, одним из путей приспособления организма является увеличение количества требуемого фермента.
Строение ферментов
Как и другие белки, ферменты имеют первичную, вторичную, третичную и четвертичную структуры. Им присущи все физико-химические свойства белков, и лишь одна отличительная особенность у них – это способность катализировать химические реакции.
Все ферменты делятся на две большие группы – однокомпонентные и двухкомпонентные. Однокомпонентные ферменты состоят из одного белка, обладающего каталитическим действием. Двухкомпонентные состоят из белковой части – называемой апоферментом, и небелковой части, называемой кофактором. Оба компонента в отдельности лишены ферментативной активности.
Апофермент и кофактор образуют холофермент, т.е. функционально действенный энзим. Прочность связи между кофактором и апоферментом может быть различной. Если эта связь прочная и постоянная, то такой кофактор называют простетической группой. Если связывание белка и кофактора происходит в момент катализа, то такой кофактор называется коферментом.
Роль кофактора сводится либо к изменению трёхмерной структуры белка, способствующей лучшему связыванию фермента с субстратом, либо к непосредственному участию в реакции в качестве ещё одного субстрата. Соединение в холофермент осуществляется любыми типами связей, кроме ковалентных.
Роль кофактора выполняет какой-либо ион (Zn+2, Mg+2, Mn+2, Fe+2, Cu+2, K+, Na+) или органическое соединение, чаще всего производное витаминов.
Таблица 13 SEQ Таблица \* ARABIC 14115 – Некоторые кофакторы
Кофактор
Общая функция
Витамин-предшественник

NAD+, NADF+
Перенос водорода (протонов и электронов)
Никотиновая кислота – витамин PP

FAD
Перенос водорода (протонов и электронов)
Рибофлавин – витамин B2

Коэнзим А
Активация и перенос ацильных групп
Пантотеновая кислота – витамин B3

Пиридоксальфосфат
Перенос аминогрупп
Пиридоксин – витамин B6

Тиаминпирофосфат
Декарбоксилирование кетокислот
Тиамин – витамин B1

Как правило, именно коферменты выступают в качестве дополнительных субстратов. Они обычно играют роль промежуточных переносчиков, электронов или химических групп, которые в результате ферментативной реакции переносятся от одного соединения на другое.
Кофакторы термостабильны, тогда как белковая часть фермента денатурирует при нагревании. Кофактор ответственен за каталитическую активность фермента, белковая же часть усиливает каталитическое действие и определяет специфичность фермента. Один и тот же кофактор может функционировать в составе разных ферментов. Например, одна и таже NAD+ (никатинамидадениндинуклеотид) является коферментом многих дегидрогеназ (окислительно-восстановительных ферментов), отличие – в апоферментной части (белке).
При изучении взаимодействия фермента и субстрата было обращено внимание на то, что молекула фермента по размеру во много раз больше молекул субстрата. Это дало основание полагать, что субстрат взаимодействует не со всей молекулой фермента, а с каким-то небольшим участком, расположенным на его поверхности. Этот участок называется активным центром. Он находится в углублении поверхности белковой молекулы. У однокомпонентных ферментов активный центр образуется при формировании третичной структуры белка в результате сближения и определённой ориентации аминокислотных остатков, расположенных в различных концах полипептидной цепи. В двухкомпонентных ферментах активный центр представляет собой комплекс кофактора и нескольких примыкающих к нему аминокислотных остатков.
Чаще всего в активном центре содержатся остатки аминокислот гистидина, глутамина, аспарагина, цистеина, треонина. В активном центре фермента условно различают место, к которому прикрепляется субстрат – связующий или субстратный центр и каталитический центр, непосредственно вступающий в химическое взаимодействие с субстратом. Сказанное может быть представлено в следующей общей форме:
13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
Рисунок 13 SEQ Рисунок \* ARABIC 14115 – Строение активного центра фермента
Структура активного центра комплементарна структуре его субстрата. Поэтому данный фермент из множества веществ находящихся в клетке, присоединяет только свой субстрат. У ферментов, имеющих четвертичную структуру, число активных центров может быть равно числу субъединиц.
Механизм действия ферментов
Хотя детальный механизм действия каждого фермента уникален, все ферменты «работают» сходным образом.
Процесс ферментативного катализа можно условно подразделить на три стадии.
1. Стерическое связывание субстрата S с активным центром фермента E (с образованием промежуточного фермент-субстратного комплекса ES). При этом субстраты ориентируются таким образом, что приобретают оптимальное положение для образования переходного состояния ES. Сближение и необходимая ориентации реагентов значительно повышают вероятность образования продуктивного комплекса ES*. Высокая избирательность действия фермента обеспечивается тем, что субстрат связывается в активном центре фермента в нескольких точках и это исключает ошибки. Кроме того, связывание субстрата в активном центре приводит к удалению гидратной оболочки субстрата. В результате удаления молекул воды в активном центре фермента во время катализа создаются совершенно другие условия, чем в растворе. Таким образом, переходное состояние в случае ферментативной реакции требует меньшей энергии активации:
S + E SE SE* P + E
2. Вторая стадия является, собственно, актом катализа, в ходе которого происходят конформационные изменения молекул фермента и субстрата. Эти изменения могут способствовать «растягиванию» разрываемой связи или, наоборот, сближению молекул при реакциях синтеза, в результате чего образуется активный продуктивный комплекс SE*, который и обусловливает снижение энергии активации ферментативной реакции.
Многие ферменты во время катализа переносят специфические группировки с субстрата или на субстрат. Особенно часто осуществляется перенос протонов. Этот ферментативный кислотно-основной катализ значительно более эффективен, чем обмен протонов с кислотами и основаниями в растворе. Часто химические группировки ковалентно присоединяются к остаткам фермента. Это – ковалентный катализ.
3. Третья стадия – отделение конечного продукта реакции Р и фермента. Ферменты – высокоэффективные катализаторы. Они повышают скорость катализируемой реакции в 1012 раз и более.
Единицы ферментативной активности
Ферменты в клетках находятся в ничтожно малых концентрациях. Поэтому определяют не концентрацию фермента, а его активность. Об активности фермента судят по скорости убыли субстрата или скорости образования продуктов реакции.
За единицу активности фермента (Е) принято такое его количество, которое катализирует превращение 1 микромоля вещества за одну минуту при оптимальных условиях pH и температуры.
Часто определяют удельную активность фермента: она равна числу единиц фермента в образце, делённому на массу белка (в мг) в этом образце.
Молярная активность (число оборотов) определяется как число молекул субстрата, которое превращается молекулой фермента за 1 минуту. В системе СИ за единицу активности фермента принят катал (кат) – это такое количество фермента, которое катализирует превращение одного моля субстрата за 1 секунду.
Специфичность ферментов
Ферменты обладают высокой специфичностью действия. Т.е. избирательно действовать на субстрат и определять путь его превращения. Это свойство существенно отличает их от неорганических катализаторов. Так, мелкоизмельчённые платина и палладий могут катализировать восстановление (с участием молекулярного водорода) десятки тысяч химических соединений различной структуры. Высокая специфичность ферментов обусловлена конформационной и электростатической комплементарностью между молекулами субстрата и фермента и уникальной структурной организацией активного центра, обеспечивающими «узнавание» высокое сродство и избирательность протекания одной какой-либо реакции из тысяч других химических реакций, протекающих одновременно в живых клетках.
В зависимости от механизма действия различают ферменты с относительной (или групповой) и абсолютной специфичностью. Так, для действия ферментов с групповой специфичностью наибольшее значение имеет тип химической связи в молекуле субстрата. Например, пепсин в одинаковой степени расщепляет белки животного и растительного происхождения, несмотря на то, что эти белки существенно отличаются друг от друга как по химическому строению и аминокислотному составу, так и по физико-химическим свойствам. Однако пепсин не расщепляет ни углеводы, ни жиры. Объясняется это тем, что точкой приложения, местом действия пепсина является пептидная связь:
O

·

·C
·N
·.
|
H
Для действия липазы, катализирующей гидролиз жиров на глицерин и жирные кислоты, подобным местом является сложноэфирная связь. Относительной специфичностью наделены некоторые внутриклеточные ферменты, например, гексокиназа, катализирующая при участии АТФ фосфорилирование почти всех гексоз, хотя одновременно в клетках имеются и специфические для каждой гексозы ферменты, выполняющие такое же фосфорилирование.
При абсолютной специфичности фермент катализирует превращение только единственного субстрата. Любые изменения в структуре субстрата делают его недоступным для действия этого фермента. Имеются экспериментальные доказательства существования так называемой стереохимической специфичности, обусловленной существованием оптически изомерных L- и D- форм или геометрических (цис- и транс-) изомеров химических веществ. Так, известны оксидазы L- и D- аминокислот, хотя в природных белках обнаружены только L-аминокислоты. Каждый из видов оксидаз действует только на свой специфический стереоизомер:
+ЅO2
L-аминокислота
· – кетокислота + NH3 + H2O
Оксидаза L-аминокислот
+ЅO2
D-аминокислота
·-кетокислота + NH3 + H2O
Оксидаза D-аминокислот
Наглядным примером стереохимической специфичности является бактериальная аспартатдекарбоксилаза, катализирующая отщепление CО только от L-аланин. Если какое-либо соединение существует в форме цис- и транс-изомеров с различным расположением групп атомов вокруг двойной связи, то, как правило, только один из этих изомеров может служить в качестве субстрата для действия фермента. Например, фумараза катализирует превращение только фумаровой кислоты (транс-изомер), но не действует на малеиновую кислоту (цис-изомер):
13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
Фумаровая кислота Малеиновая кислота
Специфичность действия ферментов пытался объяснить Э. Фишер. Согласно его гипотезе «фермент подходит к субстрату как ключ к замку», при этом топография активного центра не только высоко упорядочена, но и жёстко закреплена. Активный центр фермента соответствует топографии одного- единственного субстрата, поэтому он может подвергаться действию активного центра. Гипотеза «ключа и замка» вполне удовлетворительно объясняет абсолютную специфичность, однако объяснить групповую специфичность по этой гипотезе затруднительно.
Теория индуцированного соответствия (теория Кошланда) устраняет это противоречие. Суть теории в том, что пространственное соответствие структуры субстрата и активного центра фермента создаётся в момент их взаимодействия друг с другом. В зависимости от конформационной подвижности активного центра фермент способен взаимодействовать либо с немногими, либо с самыми разными субстратами. Фермент и субстрат в процессе образования фермент-субстратного комплекса как бы подстраиваются друг к другу (как перчатка к руке).
Теория химического соответствия, сохраняя основные положения теории Кошланда, фиксирует внимание на том, что специфичность действия ферментов объясняется узнаванием ферментом той части субстрата, которая при катализе не изменяется. Между этой частью субстрата и субстратным центром возникают взаимодействия и только тогда, когда совпадение это достаточно полно, может образоваться фермент-субстратный комплекс и начаться процесс катализа.
Термолабильность ферментов
Скорость химических реакций зависит от температуры, поэтому катализируемые ферментами реакции также чувствительны к изменениям температуры. Установлено, что скорость большинства химических реакций повышается в два-четыре раза при повышении температуры на 10°С и, наоборот, снижается в два раза при понижении температуры на 10°С. Этот показатель получил название температурного коэффициента Q10. Однако вследствие белковой природы фермента тепловая денатурация при повышении температуры будет снижать эффективную концентрацию фермента с соответствующим снижением скорости реакции. Так, при температуре, не превышающей 45–50°С, скорость реакции увеличивается согласно теории химической кинетики. При температуре выше 50°С на скорость реакции большое влияние начинает оказывать тепловая денатурация белка-фермента, приводящая к полному прекращению ферментативного процесса.
a t опт
б
V








0 50 100 °C
а – повышение скорости реакции как функция температуры;
б – снижение скорости реакции как функция денатурации белка-фермента (стрелка указывает оптимум температуры)
Рисунок 13 SEQ Рисунок \* ARABIC 14215 – Зависимость скорости катализируемой ферментом реакции от температуры
Наибольшую активность ферменты проявляют в очень узком интервале температур где-то при 40-50°С для животных организмов и 40–60°С для растительных организмов, в этих условиях скорость реакции оказывается максимальной вследствие увеличения кинетической энергии реагирующих молекул. При низких температурах (0°С и ниже) ферменты, как правило, не разрушаются, хотя активность их падает почти до нуля. Каждый фермент имеет свой температурный оптимум.
Следует отметить, что на термолабильность ферментов оказывают влияние время воздействия, концентрация субстрата, pH среды, а также в каком состоянии находится фермент. В кристаллическом виде ферменты более термоустойчивы.
Влияние кислотности среды
Важнейшим фактором, влияющим на активность ферментов, является реакция среды. В клетке одновременно присутствуют сотни различных ферментов, и каждый фермент наиболее активен в определённом узком интервале pH, называемым оптимумом pH. Оптимумы pH отдельных ферментов различаются. Например, максимальная активность пепсина, катализирующего расщепление белка, наблюдается при pH 1,5–2,0, а аргиназы, которая вызывает расщепление аминокислоты аргинина, – при pH 9,5–9,9. С изменением pH от оптимального значения в кислую или щелочную среду активность фермента снижается вначале медленно, а затем очень быстро, и часто такое инактивирование вскоре приобретает необратимый характер (рис. 3).
Оптимум pH действия большинства ферментов лежит в слабокислой или нейтральной реакции среды.
Таблица 13 SEQ Таблица \* ARABIC 14215 – Оптимальные значения pH для некоторых ферментов
Фермент
pH
Фермент
pH

Амилаза из солода
4,9 – 5,2
Катепсин B
4,5 – 5,0

Амилаза слюны
6,8 – 7,0
Папаин
5,0

Липаза
7,0 – 8,5
Уреаза
7,3 – 7,9

pH опт
V




pH

V – скорость реакции
Рисунок 13 SEQ Рисунок \* ARABIC 14315 – Зависимость скорости биохимической реакции от pH среды
Согласно современным представлениям, влияние изменений pH среды на молекулу фермента заключается в воздействии на состояние и степень ионизации кислотных и основных групп (в частности, COOH-группы дикарбоновых аминокислот, SH-группы цистеина, NH2-группы лизина и т.д.). При резких сдвигах от оптимума pH среды ферменты могут подвергаться конформационным изменениям, приводящим к потере активности вследствие денатурации или изменения заряда молекулы фермента. При изменении pH нарушается оптимальное соотношение ионизируемых и не ионизируемых групп (соответствующее наибольшей активности фермента), что сказывается на третичной структуре белка и строении его активного центра. Кроме того, концентрация [H+] оказывает влияние на ионизацию субстрата и ионизацию кофактора, что также влияет на скорость течения реакции.
Концентрация фермента
Скорость ферментативных реакций зависит от количества фермента в среде. Когда в среде субстрата достаточно, скорость ферментативной реакции возрастает пропорционально увеличению количества фермента. Графически это выглядит следующим образом (рис. 4.):

V
V- скорость реакции
С- концентрация фермента



С
Рисунок 13 SEQ Рисунок \* ARABIC 14415 – Зависимость скорости реакции от концентрации фермента
Эта зависимость справедлива только в определённых условиях, например, в начальный период ферментативной реакции, т.к. в этот период практически не происходит обратной реакции, а концентрация продукта оказывается недостаточной для обратимости реакции. Именно в этом случае скорость реакции (точнее, начальная скорость реакции) будет пропорциональна концентрации фермента.
Концентрация субстрата
Скорость ферментативной реакции в сильной степени зависит от концентрации субстрата в среде. При низкой концентрации субстрата скорость реакции возрастает пропорционально его концентрации. Однако по мере увеличения концентрации эта пропорциональность нарушается, скорость реакции растёт всё медленнее. Происходит насыщение фермента субстратом, при этом молекулы фермента находятся в форме ES (полное насыщение), скорость реакции становится максимальной (Vm). Очевидно, что при полунасыщении (т.е. когда половина молекул фермента находится в форме ES) скорость реакции равна ЅVm. В этом заключается ещё одна особенность ферментативных реакций, не свойственная реакциям, протекающим в отсутствии ферментов. Если ещё дальше повышать концентрацию субстрата, то скорость реакции достигнет постоянного уровня, становится постоянной, не зависящей от концентрации субстрата. В этих условиях фактором, лимитирующим скорость ферментативной реакции, становится концентрация фермента в среде.
Изучение влияния концентрации субстрата на скорость ферментативных реакций позволило Л. Михаэлису и Ментен создать основы теории ферментативной кинетики.Они вывели классическое уравнение, описывающее гиперболическую зависимость в координатах V-[S]; при увеличении концентрации субстрата скорость ассиметрически стремится к Vm:
13 EMBED Equation.3 1415
Одним из основных выводов этой теории является установление константы Михаэлиса, графическое изображение которой представлено на рис.5. Если скорость реакции при высоких концентрациях субстрата достигает некоторой максимальной величины Vm, то концентрация субстрата [S], при которой V=Vm/2, называется константой Михаэлиса Km, т.е. Km=[S]. Таким образом, константа Михаэлиса равна концентрации субстрата (моль/л), при которой скорость ферментативной реакции составляет половину от максимальной.
Более низкие значения Km означают, что ферментативный катализ происходит более интенсивно.

V


Vm/2 Vm

S
V – скорость реакции
Km – концентрация субстрата,
Рисунок 13 SEQ Рисунок \* ARABIC 14515– Графическое изображение константы Михаэлиса
Таблица 13 SEQ Таблица \* ARABIC 14315 – Значение констант Михаэлиса – Ментен (Кm) для катализа ферментом гексокиназой фосфорилирования сахаров.
Субстрат
Кm, моль/л
Субстрат
Кm, моль/л
Субстрат
Кm, моль/л

Глюкоза 13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
8(10-6
Аллоза 13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
8(10-3
Манноза 13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
8,5(10-6

Как следует из данных таблицы 5, количество глюкозы, необходимое для 50%-го насыщения фермента, в тысячу раз меньше, чем необходимое для 50%-го аллозой. Следовательно, фермент предпочтительнее взаимодействует с глюкозой – он более специфичен к ней (реакция протекает тем быстрее, чем ниже Кm). Кm для маннозы практически равен Кm для глюкозы. Сравнивая структуру субстратов, можно видеть, что отличие аллозы от глюкозы и маннозы, так существенно сказавшееся на величине Кm, и, следовательно, скорости реакции фосфорилирования, обусловлено пространственной ориентацией ОН-группы у третьего (сверху) атома углерода и активного центра фермента, по которому идет образование фермент-субстратного комплекса.
Активаторы и ингибиторы ферментов
Активаторами называют вещества, которые повышают активность ферментов. Примером таких соединений являются аминокислота цистин и восстановленный глютатион, содержащие свободную –SH-группу. Их активирующее действие заключается в том, что они восстанавливают дисульфидные связи с образованием –SH-групп, необходимых для проявления каталитической активности тиоловых ферментов. Кроме того, некоторые ферменты активируются металлами, которые либо участвуют в построении активного центра, либо стабилизируют пространственную конформацию ферментного белка и тем самым обеспечивают проявление каталитических функций. Активность фермента
·-амилазы слюны человека повышается в присутствии анионов Cl
·.
Ингибиторы замедляют скорость биохимических реакций, а в ряде случаев полностью приостанавливают её. Процесс ингибирования может быть обратимым и необратимым. При необратимом ингибировании ингибитор ковалентно связывается с ферментом, необратимо изменяя его нативную конформацию. После удаления ингибитора активность фермента не восстанавливается.
Одним из широко известных типов необратимого ингибирования является действие алкилирующих агентов, образующих прочные ковалентные связи с –SH- группами фермента. Необратимыми ингибиторами также являются цианиды, подавляющие активность ферментов цитохромов, содержащих железо; этилендиаминтетраацетат (ЭДТА), подавляющий действие
·-амилазы, за счёт связывания с ионами Ca+2 (кофактора
·-амилазы).
При обратимом ингибировании активность фермента восстанавливается после удаления ингибитора. Обратимые ингибиторы бывают конкурентного, неконкурентного, бесконкурентного и смешанного действия.
Первая группа – это близкие аналоги субстратов, содержащие весь набор или, по крайней мере, большую часть групп, узнаваемых активным центром фермента, и поэтому образующие комплекс фермент-ингибитор, сходный с комплексом фермент-субстрат. Однако в силу специфики своей структуры они не подвергаются ферментативному превращению. Занимая активный центр, эти ингибиторы препятствуют связыванию субстрата и тем самым протеканию ферментативной реакции. Они фактически конкурируют с субстратом за взаимодействие с активным центром и поэтому их называют конкурентными ингибиторами. Например, структурные аналоги янтарной кислоты – щавелевая, малоновая, щавелево-уксусная – являются конкурентными ингибиторами фермента сукцинатдегидрогеназы, катализирующей окисление янтарной кислоты в фумаровую:

13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
Янтарная Щавелевая Малоновая Щавелево-
кислота кислота кислота уксусная кислота
Конкурентное ингибирование может быть снято при увеличении концентрации субстрата.
Неконкурентное ингибирование отличается от конкурентного тем, что оно не может быть снято увеличением концентрации субстрата. Неконкурентный ингибитор подавляет каталитическое превращение субстрата в продукты реакции. Полагают, что при неконкурентном ингибировании ингибитор связывается с функционально важной группой фермента, не препятствуя связыванию субстрата, при этом деформируется активный центр, что приводит к нарушению комплементарности к субстрату и снижению активности фермента.
Бесконкурентное ингибирование наблюдается в том случае, когда ингибитор связывается с фермент-субстратным комплексом ES, переводя его в неактивную форму.
При смешанном ингибировании ингибитор действует как на участок связывания, так и на каталитический центр фермента.
Аллостерические ферменты
Наряду с обычными ферментами существуют ферменты, способные не только выполнять каталитическую функцию, но и способные повышать или понижать свою каталитическую активность в ответ на определённые сигналы. Благодаря действию подобных ферментов, скорость каждой последовательности метаболических реакций изменяется почти мгновенно, приспосабливаясь к изменению потребности клетки либо в энергии, либо в каких-то строительных блоках (молекулах), необходимых для роста и обновления клеток.
По строению такие ферменты отличаются от обычных ферментов. Аллостерические ферменты, как правило, построены из двух или большего числа субъединиц. Наряду с активным и субстратным центрами, они имеют аллостерический центр. Этот центр может обратимо связывать определённые метаболиты, ингибирующие или активирующие фермент. Такие метаболиты называются эффекторами. При присоединении эффектора к аллостерическому центру изменяется конформация белка в целом, а следовательно, и конформация активного центра. В результате активность фермента изменяется.
Эффекторы имеют важное значение, т. к. с их помощью осуществляется один из главных механизмов регуляции каталитической активности. Продукты в живом организме обычно образуются в результате цепочки биохимических превращений. Если этот продукт оказывается в недостатке, необходимо усиление работы системы ферментов, приводящих к его образованию. В случае накопления достаточного количества этого продукта целесообразно выключение всей системы этих реакций. Поэтому в такие цепи включены аллостерические ферменты (это, как правило, фермент, катализирующий первую реакцию цепи), которые ингибируются конечным продуктом. Этот тип ингибирования получил название ингибирования по типу обратной связи – ретроингибирования. Рассмотрим в качестве примера реакцию синтеза уридинтрифосфата (УТФ). Метаболический путь синтеза УТФ включает восемь реакций. Первая реакция катализируется ферментом карбамоилфосфатсинтетазой II. Продукт реакции карбомаилфосфат – образуется из CO2, глутамина и АТФ, служащего источником энергии.
глутамат + 2АДФ + H3PO4


Карбамоилфосфат-
синтетаза II
УТФ
CO2 + глутамин + АТФ (7 реакций)

карбамоилфосфат
Рисунок 13 SEQ Рисунок \* ARABIC 14615 – Метаболический путь синтеза УТФ.
Карбамоилфосфатсинтетаза II – это аллостерический фермент; конечный продукт метаболического пути синтеза (УТФ) является его аллостерическим ингибитором. Чем больше концентрация УТФ, тем меньше скорость первой реакции, а значит, и всех остальных реакций, поскольку для них образуется мало субстратов. Таким способом скорость синтеза УТФ уравнивается со скоростью его расходования, т.е. с потребностью клетки в этом веществе. Здесь мы имеем дело с регуляцией по механизму отрицательной обратной связи. Эффекторы аллостерических ферментов могут быть как ингибиторами, так и активаторами. Часто оказывается, что сам субстрат оказывает активирующий эффект. У одного и того же фермента может быть несколько аллостерических центров.
Изоферменты
Регуляция активности ферментов может осуществляться также путем фосфорилирования – дефосфорилирования аминокислотной цепи. В этом случае фосфатная группа –ОРО32- присоединяется к группе –СН2ОН боковой цепи серина, треонина или тирозина. В зависимости от природы фермента, фосфорилирование может его активировать или, наоборот, инактивировать. Реакция присоединения фосфатной группы и ее отщепление катализируют специальные ферменты протеинфосфатазы.
Существуют и другие механизмы регуляции активности ферментов.
Изоферменты – это ферменты, катализирующие одну и ту же реакцию, но с различной эффективностью. По ряду свойств изоферменты могут различаться, например, по молекулярной активности, по способам регуляции, по температурному оптимуму, оптимуму pH, электрофоретической подвижности.
Все эти отличия связаны с особенностями их строения. Изоферменты – это олигомерные белки, построенные из неидентичных протомеров в результате их различной компоновки. Например, фермент лактатдегидрогеназа представляет собой тетрамер, в котором могут быть протомеры двух типов – H и Z, различающиеся по аминокислотному составу и прежде всего по содержанию кислых аминокислот и по электрофоретической подвижности. Возможны пять комбинаций этих протомеров в тетрамерной молекуле:
H4, H3Z1, H2Z2, HZ3, Z4 их легко разделить методом электрофореза.
Наличие изоферментов даёт возможность осуществлять обменные процессы в организме при изменении условий среды. Например, если резко изменяются температурные условия, которые становятся неблагоприятными для проявления каталитической активности некоторых изоферментов, то их активность подавляется. Однако данный ферментативный процесс не прекращается полностью, так как начинают проявлять каталитическую активность другие изоферменты, для которых данная температура является благоприятной.
Если в силу каких-либо причин изменяется pH реакционной среды, то также ослабляется активность одних изоферментов, но вместо них начинают проявлять каталитическую активность изоферменты, имеющие иной оптимум pH. Таким образом, наличие изоферментов, наряду с другими механизмами регуляции, способствует согласованности процессов обмена веществ в клетке и быстрой приспособляемости живых организмов к изменяющимся условиям жизнедеятельности.
Формы ферментов, образующиеся в результате модификации их молекул уже после синтеза, не называются изоферментами. Например, не являются изоферментами фосфорилированная и дефосфорилированная липаза жировой ткани.
Классификация и номенклатура ферментов
В настоящее время из всех типов организмов выделено более 2000 ферментов. Для 250 ферментов с помощью рентгеноструктурного анализа определена пространственная структура.
Катализируемая химическая реакция представляет собой тот специфический признак, по которому один фермент отличается от другого. Поэтому естественно и логично, что классификация ферментов основывается на этом принципе. Современная классификация ферментов разработана специальной комиссией Международного Биохимического Союза.
В основе классификации лежат три положения:
– все ферменты делятся на 6 классов по типу катализируемой реакции;
– каждый фермент получает систематическое название, включающее название субстрата, тип катализируемой реакции, и окончание «аза». Кроме того, комиссией сохранены и узаконены тривиальные названия;
– каждому ферменты присваивается четырехзначный шифр (код).
1 класс – оксидоредуктазы, ферменты, катализирующие окислительно-восстановительные реакции (присоединение кислорода, отнятие и перенос водорода, перенос электронов). Для оксидоредуктаз необходим общий кофактор (НАД, ФАД, Гем и т.д.).
Пример:
CH3 CH3

·
·
CHOH + НАД+ лактатдегидрогеназа C
· O + НАДН + Н+

·
·
COOH COOH
молочная кислота пировиноградная кислота
2 класс – трансферазы, ферменты переноса. Катализируют перенос целых атомных группировок с одного соединения на другое (например, остатков моносахаридов, фосфорной кислоты, аминокислот, аминных и метильных групп и т. д.). Для трансфераз необходим общий кофактор (пиридоксальфосфат, HS-КоА, нуклеозидфосфат и т.д.).
Пример:
13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
глюкоза глюкозо-6-фосфат
3 класс – гидролазы, ферменты, катализирующие реакции гидролиза, т.е.расщепления сложных органических соединений на более простые с участием воды. к этому классу относятся эстеразы, расщепляющие сложноэфирные связи (например, липаза); пептидазы или пептидгидролазы (пепсин, трипсин и др.); гликозидазы, гидролизующие гликозидные связи и т.д.
Пример:
13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
4 класс – лиазы, ферменты, катализирующие реакции негидролитического отщепления каких-либо группировок от субстрата с образованием двойной связи или присоединение группировок по месту разрыва двойной связи (например, присоединение или отщепление H2O, CO2, NH3 и т.д.).
Пример:
CH3 CH3

· аланин-
· + CO2
CHNH2 декарбоксилаза CH2NH2

· этиламин
COOH
аланин
5 класс – изомеразы, ферменты, катализирующие реакции изомеризации, т.е. внутримолекулярного переноса химических группировок субстрата с образованием изомерных форм различных органических соединений (перемещают группы в пределах молекулы без изменения общей формулы субстрата).

13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
3-фосфоглицериновый 3-фосфодиоксиацетон
альдегид
6 класс – лигазы (синтетазы), ферменты, катализирующие реакции синтеза, сопряжённые с разрывом высокоэнергетической связи в АТФ или в других высокоэнергетических соединениях (при этом возможно образование
·C
· C
·; C
· S
·; C
· O; C
· N-связей).
Пример:
13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
Ферменты имеют названия, которые подразделяются на рабочие, систематические и тривиальные.
Рабочее название фермента складывается из названия субстрата, названия типа катализируемого превращения и окончания – «аза».
Например: ЛАКТАТ + ДЕГИДРОГЕНизация + АЗА = ЛАКТАТДЕГИДРОГЕНАЗА. Систематическое название фермента формируется следующим образом: указываются названия субстратов (через двоеточие), название типа химического превращения + аза). Также лактатдегидрогеназа будет иметь систематическое название:
«L-лактат : NAD+ – оксидоредуктаза».
(субстрат I) : (субстрат II) – тип химического превращения
Например, пиридоксальфермент, катализирующий реакцию переаминирования между L-аланином и
·-кетоглутаровой кислотой, называется L-ланин: 2-оксоглутарат аминотрансфераза:
13 EMBED ACD.ChemSketch.20 141513 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
В этом названии отмечены три особенности:
– первым субстратом является L-аланин;
– вторым субстратом (акцептором) служит 2-оксоглутаровая кислота;
– от субстрата к акцептору передаётся аминогруппа.
Систематические названия без дополнительных объяснений позволяют представить реакцию, которую катализирует данный фермент. Однако часто они довольно длинны, поэтому наряду с ними используется тривиальное название, которое строится из названия субстрата с изменением суффикса «аза» (фумараза, гистидаза, аргиназа и т.п.). За некоторыми ферментами оставлены тривиальные названия, предложенные авторами, впервые их открывшими: пепсин, трипсин, ренин и т.д.
Каждый фермент имеет свой шифр, перед которым стоят две буквы – КФ. Шифр четырёхзначный, цифры шифра разделены точками и характеризуют следующие признаки фермента.
Первая цифра указывает класс фермента.
Вторая – подкласс. У оксидоредуктаз она указывает природу той группы в молекуле донора, которая подвергается окислению;
у трансфераз – природу переносимой группы;
у гидролаз – тип гидролизуемой связи;
у лиаз – тип связи, подвергающейся разрыву;
у изомераз – тип катализируемой реакции изомеризации;
у лигаз – тип вновь образуемой связи.
Третья – подподкласс. У оксидоредуктаз – это тип участвующего в реакции акцептора: кофермент НАД+ или НАДФ+; цитохром и т.п. У трансфераз третья цифра указывает на тип транспортируемой группы; у гидролаз – уточняет тип гидролизуемой связи; у лиаз – тип отщепляемой группы; у изомераз – уточняет характер превращения субстрата; у лигаз – природу образующегося соединения.
Четвёртая цифра обозначает порядковый номер фермента в данном подклассе.
Приведём пример:

Лактатдегидрогеназа КФ 1. 1. 1. 27
Класс оксидоредуктазы
Подкласс группа, на которую
действует
·

·COH

·
H
Подподкласс – (акцептором атомов
водорода служит никотинамид-
адениндинуклеотид)
Порядковый номер в подподклассе
Внимание технологов, перерабатывающих биологическое сырьё, привлекают, прежде всего, ферменты 1-го класса оксидоредуктазы, а также 3-го класса – гидролазы, поскольку при переработке пищевого сырья происходит разрушение клеточной структуры биологического материала, повышается доступ кислорода к измельчённым тканям и создаются условия для действия ферментов типа оксигеназ, а также высвобождаются гидролитические ферменты, которые активно расщепляют основные вещества клетки: белки, липиды, углеводы, в связи с чем процессы распада клеточного содержимого (процессы автолиза, самопереваривание) становятся преобладающими. Характеристика ферментов оксидоредуктаз и гидролаз дана в методических указаниях к лабораторному практикуму по дисциплине «Биохимия» /8, 9/.
Использование ферментных препаратов
Ферментные препараты применяются в различных отраслях промышленности, в том числе и пищевой. Так, в хлебопечении используются амилолитические ферменты, амилазы, которые способствуют получению дополнительного количества сбраживаемых сахаров и интенсификации процессов брожения. Образовавшиеся сахара также участвуют в образовании аромата и цвета хлебобулочных изделий – в реакции мелаидинообразования.
Препараты амилаз нашли широкое применение в технологиях получения различных паток и глюкозы из крахмала. Глюкозо-изомераза используется для изомеризации глюкозы во фруктозу (получают фруктозный сироп).
Комплексные ферментные препараты, содержащие активные протеазы и
·-амилазу, применяют при производстве мучных кондитерских изделий с целью ускорения процесса брожения и корректировки физических свойств клейковины муки, изменения реологических свойств теста, ускорения его «созревания».
Цитолитические ферментные препараты используются при производстве плодово-ягодных соков, вин и безалкогольных напитков, для повышения выхода сока и его осветления.
В пивоварении с целью частичной замены солода используют ферментные препараты микробного происхождения.
Ферментные препараты протеаз (папаин, фицин, бромилин) нашли широкое применение для тендаризации (умягчения) мяса.
Ферментные препараты находят широкое применение и в молочной промышленности – изготовление сыров, йогуртов, кумыса и т.д.
Иммобилизованные ферменты
Обычные ферменты используются в различных биотехнологических процессах только в одном производственном цикле – одноразово.
Достижения молекулярной биологии, биохимии, органического синтеза и т.д. позволило создать ферментные препараты многоразового использования – иммобилизованные ферменты.
Иммобилизованные ферменты (или нерастворимые ферменты) – это искусственно полученный комплекс фермента с нерастворимым в воде носителем. Иммобилизация (от латинского immobilis – «неподвижный») осуществляется: путём физической адсорбции фермента на нерастворимом материале; включения фермента в ячейки геля, из которого фермент не может освободиться, в то же время ячейки позволяют проникать низкомолекулярному субстрату к ферменту; а также ковалентным связыванием фермента с носителем и т.д.
В качестве адсорбентов используют стекло, гидроксилаппатит, целлюлозу. Для включения фермента в ячейки геля используют разнообразный гелеобразующий материал, чаще всего полиакриламидный гель. В качестве материала для ковалентного связывания ферментов применяют полипептиды, производные стирола, полиакриламид, нейлон и т.д. При ковалентном связывании ферменты находятся на химическом «поводке» у нерастворимого носителя.
При получении иммобилизированных ферментов принимают все меры предосторожности для сохранения активности фермента (не затронутьь группировки активного центра).
Иммобилизированные ферменты обычно менее активны чем исходные, поскольку связывание с носителем вносит некоторые конформационные изменения в молекулу фермента, а следовательно, в его активный центр.
Иммобилизированные ферменты обладают многими преимуществами по сравнению с обычными препаратами ферментов. К ним относятся: более низкая стоимость, связанная с возможностью их многоразового использования; повышенная стабильность при хранении и использовании; отсутствие примесей фермента в продуктах реакции; возможность организации непрерывно-поточного процесса катализа и более строгого контроля за ним.
Несмотря на большие потенциальные возможности использования иммобилизованных ферментов в производстве, в настоящее время реализованы лишь немногие, например:
- разделение изомеров аминокислот, получение сиропов с высоким содержанием фруктозы с использованием глюкозоизомеразы, получение безлактозного молока с использованием
·-галактозидазы.
С помощью иммобилизированных ферментов осуществляется промышленный синтез некоторых аминокислот, витаминов и гормонов; разработаны высокочувствительные методы анализа некоторых лекарств. Протеолитические ферменты (трипсин, химотрипсин), иммобилизированные на марлевых салфетках, тампонах, применяют в хирургической практике для очищения гнойных ран, омертвевших тканей.
Витамины
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 кофакторов, в составе которых участвуют в различных ферментативных реакциях.
Все животные и растения нуждаются почти во всех известных витаминах, и поэтому растения, а также некоторые животные обладают способностью синтезировать те или иные витамины. Однако человек и ряд животных, по-видимому, в процессе эволюции утратили эту способность.
Потребность в витаминах ничтожна. Человек в среднем должен ежедневно потреблять 600 г, в пересчёте на сухое вещество питательных основных веществ и только 0,1-0,2 г, витаминов.
Длительное употребление пищи, лишённой витаминов, вызывает заболевания (гипо- и авитаминозы).
а) авитаминоз – комплекс симптомов, которые развиваются в результате длительного, полного отсутствия одного витамина;
б) полиавитаминоз – отсутствия нескольких витаминов;
в) гиповитаминоз – состояние, которое характеризуется недостаточным поступлением витаминов;
г) гипервитаминоз – комплекс физиологических и биохимических нарушений, возникающих вследствие длительного и избыточного введения в организм любого из витаминов.
История изучения
Ещё в 17 веке имелись отдельные сведения учёных о том, что у человека при длительном, скудном и однообразном питании могут возникать опасные болезни (цинга, рахит, полиневрит, куриная слепота и др.), часто заканчивающиеся смертельным исходом. Во второй половине 19 века у учёных не было сомнений, что сходные с человеком симптомы болезней наблюдаются у ряда домашних животных. Для выяснения причин возникновения этих опасных болезней был проведён ряд исследований, в основе которых лежало применение различных искусственно составленных пищевых смесей. Одна из первых попыток кормления животных искусственными пищевыми смесями была предпринята российским учёным Н. И. Луниным. В 1881 году он показал, что длительное кормление мышей смесью экстрагированных из молока белков, жиров и углеводов с добавлением минеральных солей и воды приводило к гибели животных, в то время как контрольная группа, получавшая просто молоко, нормально развивалась. На основании этих опытов Лунин пришёл к заключению, что для поддержания нормального физиологического состояния организма необходимы какие-то неизвестные вещества, содержащиеся в молоке и отсутствующие в искусственной пищевой смеси. Однако это заключение получило общее признание много позднее, когда были открыты вещества, на наличие которых указал Лунин.
В 1912 году польский учёный К. Функ выделил из рисовых отрубей вещество, излечивающее заболевание бери-бери, и назвал его витамином (от лат. vita – жизнь иамин), так как решил, что характерным признаком подобных веществ является наличие у них аминогруппы (–NH2). Позднее оказалось, что аминогруппа отнюдь не является характерной для этих веществ. Некоторые из них могут совсем не содержать азота, однако термин «витамины» получил широкое распространение и упрочился в науке.
Исследования Функа послужили началом всестороннего широкого изучения витаминов. Ввиду важного физиологического значения витаминов к их изучению активно привлекались учёные разных специализаций – физиологи, химики, биохимики, врачи-клиницисты и др. В результате витаминология (учение о витаминах) выросла в большую, бурно развивающуюся отрасль знаний.
Так как первоначально химическая природа витаминов была неизвестна, и их различали только по характеру физиологического действия, было предложено обозначить витамины буквами латинского алфавита (A, B, C, D, E, K). В ходе изучения витаминов оказалось, что некоторые витамины, в частности, витамин B, в действительности являются группой ви
·таминов, которые были обозначены следующим образом: B1, B2, B3, B4, B5, B6 и т. д. Из известных на сегодняшний день приблизительно 500 каротиноидов около 60 рассматриваются как предварительные стадии синтеза витамина А, а около 110 считаются даже более эффективными, чем сам витамин. Известны по четыре разновидности витаминов С и Д, а витамина Е – десятки разновидностей.
По мере выяснения химической структуры витаминов и их биохимической роли стало принятым использовать наряду с буквенным обозначением витаминов и их химические названия.
Классификация витаминов
В настоящее время все витамины делят на 2 группы: водорастворимые и жирорастворимые. К витаминам, растворимым в воде, относят: витамины группы B – B1 (тиамин, аневрин), B2 (рибофлавин), PP (никотиновая кислота, никотинамид, ниацин), B6 (пиридоксин, пиридоксаль, пиридоксамин), B12 (цианкобаламин); фолиевая кислота (фолацин, птероиглютаминовая кислота); В3 – пантотеновая кислота; биотин (витамин H); C(аскорбиновая кислота). К витаминам, растворимым в жирах, относятся: витамин A (ретинол); D (кальциферолы); E (токоферолы); K (филлохиноны). Так как незаменимые жирные кислоты по своему физиологическому действию сходны с витаминами, их относят иногда к жирорастворимым витаминам (витамин F). К витаминоподобным веществам также относят холин и инозит, поскольку они также являются незаменимыми компонентами пищи. Однако так как они не участвуют в обменных реакциях, а участвуют в построении структур клетки, их ещё называют витаминоидами. Последнее время к витаминоидам относят противоязвенный фактор (витамин U), пангамовую кислоту (витамин B15), а также липоевую, оротовую, парааминобензойную кислоты и карнитин, коэнзим Q (убихинон).
Жирорастворимые витамины могут накапливаться в организме, откладываясь про запас в жировой ткани, и затем по мере необходимости могут использоваться.
Жирорастворимые витамины
Витамины группы А
Витамин А (ретинол) известен в виде трех витаминов: А1, А2 и цис-формы витамина А1. С химической точки зрения витамин А1 представляет собой 20-атомный циклический непредельный одноатомный спирт, состоящий из шестичленного кольца (
·-ионона), двух остатков изопрена и первичной спиртовой группы.
Витамин А2 отличается от А1 наличием дополнительной двойной связи в кольце
·-ионона.
Витамины группы A существуют в виде стереоизомеров, несколько отличающихся по биологической активности. Биологическая активность витамина А2 в два раза меньше, чем витамина А1.

13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
Витамины группы A хорошо растворимы в жирах и жировых растворителях: хлороформе, бензоле, ацетоне, эфире, спиртах и др. В организме человека и животных витамины группы А легко окисляются под действием специфических ферментов с образованием соответствующих цис-транс-альдегидов – ретиналей, т.е. альдегидов витамина А. Витамин А может откладываться в печени в форме более устойчивых сложных эфиров с уксусной или пальмитиновой кислотой. Запас этот при необходимости используется организмом.
Признаки недостаточности витамина A у человека и животных: торможение роста, похудание и общее истощение организма, сухость кожи, ксерофтальмия («сухие глаза»), сухость слизистых оболочек, стерильность самцов, «куриная слепота». Последняя используется для ранней диагностики недостаточности витамина А. «Куриная слепота» выражается в том, что организм теряет способность различать предметы в сумерках, хотя больные днем видят нормально.
Помимо гипо- и авитаминоза A известны случаи гипервитаминоза А. Жители Севера знают, что нельзя есть печень белого медведя, тюленя, моржа, в которых высокое содержание витамина А. При гипервитаминозе А наблюдается воспаление глаз, выпадение волос, общее истощение организма. При этом теряется аппетит, наблюдаются головные боли, бессонница, тошнота и рвота.
В растениях витамин А не встречается, но многие растения содержат провитамин А – каротиноиды, которые в организме человека и животных ферментативным путем могут превращаться в витамин А. Каротиноиды впервые выделены из моркови (от лат. «карота» – морковь). Наиболее изучены три типа каротиноидов:
·-,
·- и
·-каротины, отличающиеся как по химическому строению, ак и по биологической активности. Наибольшей биологической активностью обладает
·-каротин, так как он содержит два
·-иононовых кольца и при его гидролитическом распаде под действием фермента каротиназы (каротин-диоксигеназы) образуются две молекулы витамина А.
13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415 13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
Схема превращения провитамина А) в ретинол (витамин А)
При гидролитическом расщеплении
·- и
·-каротина образуется по одной молекуле витамина А, так как эти провитамины содержат по одному
·-иононовому кольцу. Степень усвояемости каротиноидов и свободного витамина А зависит от содержания жиров в пище.
·-каротин придает моркови, тыкве, батату, апельсинам, персикам и другим овощам и фруктам характерный для них цвет.
Каротиноиды наряду с хлорофиллом содержатся также во всех зеленых частях растениях.
Из плодов довольно высокое содержание каротина лишь в облепихе и рябине, затем в черной смородине, в цитрусовых, а также в персиках и гораздо меньше его в вишне, землянике, малине. В других плодах и овощах содержание каротина не превышает 0,2 мг на 100 г или он содержится в следовых количествах.
В корнеплодах моркови на долю
·-каротина приходится около 80 %, остальное – на долю
·-каротина. В верхней, связанной с листьями, части корнеплода содержание каротина всегда выше, чем в нижней части, а в периферийных тканях больше, чем во внутренних. Сорта моркови сильно отличаются по содержанию каротина: чем меньше в корнеплоде доля сердцевины, тем выше общее содержание каротина. Количество каротина коррелирует с окраской корнеплода: в сортах с ярко-оранжевой окраской каротина больше, чем в сортах с более бледной окраской. Хорошим источником каротина являются некоторые сорта тыквы, шиповник, перец.
Витамин А, как и каротин, устойчив к температуре в процессе варки, но чувствителен к свету и кислороду воздуха, поэтому продукты, содержащие этот витамин, теряют его при неправильном хранении. Прогоркание жиров также сопровождается разрушением витамина А и каротиноидов, присутствие витаминов С и Е предохраняет витамин А от разрушения. Витамин A и каротин включаются в обменные процессы только в том случае, если пища, содержащая их, одновременно содержит жир. Поэтому продукты, богатые витамином A, рекомендуется готовить с растительным маслом.
Биологическая роль
Благодаря наличию в молекуле двойных связей, витамин A может участвовать в окислительно-восстановительных реакциях, образуя при этом пероксиды, которые, в свою очередь, повышают скорость окисления других соединений. Витамин A влияет на барьерную функцию кожи, слизистых оболочек, на проницаемость клеточных мембран и биосинтез их компонентов. Действие витамина A связывают с его вероятной причастностью к синтезу белка. Витамин A, соединяясь с белком опсином, образует зрительный пигмент родопсина, который участвует в процессе световосприятия.
Витамин A широко распространен в природе. Он содержится только в продуктах животного происхождения: в печени крупного рогатого скота, свиней, птиц, в желтке яиц, сливочном масле, мясе и рыбе. Особенно много свободного витамина A в жирах печени морского окуня (35%), трески, палтуса, акулы и тунца.
Суточная потребность витамина А для взрослого человека составляет от 1 до 2,5 мг, а
·-каротина – от 2 до 5 мг.
Витамин А необходим для нормального роста и дифференцировки тканей. Он выполняет роль протектора при рентгеновском облучении, регулирует процессы разложения, обладает антиинфекционным действием, усиливает иммунитет.
Гипервитаминоз – избыток витамина – вызывает воспаление глаз, тошноту, рвоту, выпадение волос.
20.2 Витамины группы D (кальциферол)
Эта группа витаминов представлена в виде нескольких соединений, отличающихся по строению и биологической активности. Для человека и животных активными препаратами являются витамины D2 – эргокальциферол и D3 – холкальциферол. В растениях содержатся провитамины витаминов группы D – фитостерины – метиленциклоартенол, кампестерин, ситостерин, стигмастерин, которые под действием ультрафиолетовых лучей с длиной волны 280...310 нм в организме животных и человека превращаются в витамины группы D. При УФ-облучении эргостерола (выделенного из дрожжей) синтезируется витамин Д2. Предшественником витамина Д3 является холестерин, содержащийся в поверхностных слоях кожи.
С химической точки зрения все эти стерины представляют собой одноатомные ненасыщенные циклические спирты, в основе структуры которых лежит кольцевая система циклопентанпергидрофенонтрена.
Витамины группы D образуются под действием света, фотохимическое расщепление происходит в результате разрыва связи между 9-м и 10-м углеродными атомами кольца В (показано стрелкой) под действием УФ-лучей.
13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
Недостаток витамина D в рационе детей приводит к возникновению рахита, в основе которого лежат изменения фосфорно-кальциевого обмена и нарушение отложения в костной ткани фосфата кальция. Отмечается размягчение костей; кости становятся мягкими и под тяжестью тела принимают уродливые формы.
Недостаточность витамина D у детей вызывается в значительной степени дефицитом ультрафиолетовых лучей, способствующих образованию витамина D в коже из его предшественников. У взрослых дефицит кальциферола вызывает развитие остеомоляции.
Биологическая роль
Хотя витамин сам по себе не обладает биологической активностью, он служит предшественником 1,25-диоксихолекальциферола, который образуется из витамина D в коже, печени, почках, откуда он переносится в другие органы и ткани, главным образом в тонкий кишечник и кости, т.е. 1,25-диоксихолекальциферол выполняет роль гормона – вещества, синтезируемого в одном органе и регулирующего биологическую активность другой ткани (наиболее активно стимулирует сорбцию в кишечнике Са2+, а также фосфата и утилизацию Са2+ при росте костей). Таким образом, витамин D служит предшественником гормона.

13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
Преобразование витамина Д3 в 1,25-дигидроксихолкальциферол
Источники
Наибольшее количество витамина D содержится в продуктах животного происхождения: сливочном масле, желтке яиц, печени, жирах, в том числе в рыбьем жире. Из растительных продуктов наиболее богаты провитамином D растительные масла (подсолнечное, оливковое и др.); много витамина D в дрожжах. Для профилактики рахита в детском возрасте кроме полноценною питания, включающего масло, молоко, жиры, мясо и др., рекомендуется применять солнечные ванны, облучение кварцевыми лампами. Витамин D чувствителен к свету и кислороду воздуха.
Суточная потребность в витамине D для детей колеблется от 12 до 25 мкг (1 мкг равен 0,001 мг) в зависимости от возраста, физиологического состояния организма, соотношения солей фосфора и кальция в рационе. Если человек получает достаточную дозу ультрафиолетового облучения (солнечных лучей), у него нет необходимости в дополнительных количествах витамина D. У беременных женщин и кормящих матерей потребность в этом витамине возрастает в связи с повышенным обменом веществ. Гипервитаминоз сопровождается увеличением отложения солей Са в мягких тканях и внутренних органах (почках, печени).
20.3 Витамины группы Е
Витамин Е (токоферол) также представляет группу близких по химическому строению соединений. Первоначально из масла пшеничных зародышей и из хлопкового масла было выделено вещество, которое оказалось необходимым для нормального размножения животных, предохраняя их от бесплодия. Отсюда витамин Е получил свое название. Токоферол в переводе с греческого означает: «токос» – потомство и «феро» – нести.
В настоящее время известно 8 природных соединений, обладающих биологической активностью витамина Е. Наиболее известным из них является
·-токоферол.
Молекула токоферолов состоит из ароматического кольца и длинной изопреноидной боковой цепи. С химической точки зрения токоферолы – это производные 2-метил-2(4/, 8/, 2/-триметилтридецил)-хроман-6-ола, или токола.
Молекулы различных токоферолов (
·,
·,
· и др.) отличаются друг от друга числом и расположением метильных групп в бензольном кольце.
13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
Витамин Е: (, (, (-токоферолы
При недостатке витамина Е наблюдаются шелушение кожи, мышечная дистрофия, жировая инфильтрация печени, дегенерация спинного мозга, появление так называемых старческих пятен на руках.
Биологическая роль
Витамин Е – один из самых сильных антиоксидантов. Он предохраняет от окисления в первую очередь полиненасыщенные жирные кислоты и препятствует тем самым образованию вредных для живых организмов свободных радикалов и органических пероксидов. Витамин Е защищает также чувствительный к действию кислорода витамин A от окислительного разрушения, усиливая тем самым снабжение организма витамином А. При недостатке витамина Е наблюдается снижение интенсивности дыхания, так как витамин Е участвует в цепи переноса электронов от восстановленных анаэробных дегидрогеназ. Витамин Е регулирует синтез убихинона (кофермента Q).
Наиболее достоверна роль витамина E в защите жирных кислот в составе липидов клеточных биомембран от окислительного разрушения, нарушающего нормальное функционирование мембранных структур клетки, т.е. выполняет роль «ловушки» свободных радикалов. Витамин Е предохраняет жиры от прогоркания.
Источник
Человек получает достаточное количество витамина E с растительными маслами. Недостаточность его отмечена и некоторых тропических странах, где основным источником пищи являются углеводы, тогда как жиры употребляются в незначительных количествах.
Витамин Е широко распространен в природе. Важнейшим источником витамина Е для человека являются растительные масла (подсолнечное, оливковое, хлопковое, соевое, кукурузное и др.), а также листовые овощи – салат и капуста. Наибольшие количества витамина Е содержатся в пшеничном зерне в зародыше в алейроновом слое: 15,84 и 5,77 мг на 100 г соответственно. В муке содержание витамина Е незначительно: 1,1 мг на 100г. К сожалению, высокое содержание витамина Е в зерновых культурах мало используется в питании человека, так как при технологической переработке зерна в крупу или муку витамин Е переходит в отруби. Суточная потребность в витамине E для взрослых составляет 20...30 мг, при большой нагрузке (беременности, тяжелом физическом труде), а также с возрастом она увеличивается.
20.4 Витамины группы К
Витамин K (нафтохинон) представлен двумя соединениями. К группе витаминов K относятся два типа хинонов (витамины К1 и К2) с боковыми цепями, представленными изопреновыми звеньями, в основе циклической структуры которых лежит кольцо 1,4-нафтохинона. Витамин К1 – это филлохинон-4, а витамин К2 – менахинон-6. Витамин К1 впервые выделен из люцерны, витамин К2 – из рыбной муки, где он синтезировался микроорганизмами. В основе циклической структуры обоих витаминов лежит кольцо 1,4-нафтахинона.
Витамин К1 (филлохинон-4) обнаружен в растениях. Он имеет боковую цепь из четырех изопреновых единиц.
13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
Витамин К2 (менахинон-6) обнаружен у животных, он содержит в боковой цепи от шести до девяти изопреновых единиц.
Витамины группы K выдерживают температуру до 120 0С, но разрушаются щелочами, кислотами, а также под действием света и кислорода воздуха.
При авитаминозе K возникают самопроизвольные кровотечения (носовые кровотечения, внутренние кровоизлияния). Кроме этого, любые повреждения кровеносных сосудов при авитаминозе K могут привести к обильным кровотечениям. У человека авитаминоз K встречается реже, чем другие авитаминозы. Это объясняется тем, что смешанная пища содержит довольно много витамина K; кроме того, витамин K синтезируется клеточной микрофлорой кишечника в количестве, достаточном для предотвращения К-авитаминоза. Несколько по-иному обстоит дело у грудного ребенка. В первые дни жизни у него еще нет бактерий в кишечнике, поэтому витамин K должен поступать к нему с материнским молоком.
Биологическая роль
Витамин K принимает участие в механизме свертывания крови. Он необходим для нормального образования в плазме крови белка протромбина, являющегося неактивным предшественником тромбина – фермента, превращающего белок плазмы крови фибриноген в фибрин – нерастворимый волокнистый белок, способствующий формированию сгустка крови. Чтобы протромбин мог активироваться и превратиться в тромбин, он должен связывать ионы Са2+. При недостатке витамина K в организме животных синтезируются дефектные молекулы протромбина, которые не могут связывать ионы Са2+.

Источник
Наиболее богаты витамином K зеленые листья каштана, крапивы, люцерны, овощи – капуста, шпинат, тыква, зеленые томаты, растительное масло, ягоды рябины.
Из животных продуктов он содержится только в печени свиньи. Суточная потребность в витамине K для человека не установлена, так как он синтезируется микрофлорой кишечника.
21 Водорастворимые витамины
21.1 Общая характеристика витаминов группы B
У витаминов группы B много общего. Они чаще всего содержатся в одних и тех же продуктах питания (например, в печени, хлебе из муки грубого помола с отрубями, пивных дрожжах).
Кроме того, витамины группы B растворимы в воде. Поэтому они быстро вымываются из организма и нуждаются в постоянном накоплении.
Витамины группы B в природе никогда не встречаются в изолированном виде, а только в комплексе. Никогда не бывает так, чтобы, к примеру, одна- единственная молекула витамина B6 затесалась в самый дальний уголок салатного листа, а её братьев и сестёр поблизости не оказалось.
Таким образом, витамины группы B за миллионы лет привыкли совместно бороться за решение важных задач обмена веществ. Поэтому не имеет смысла покупать в аптеке, например, витамин B3 и пытаться что-то лечить с его помощью. Если нет всех остальных витаминов группы B, то витамин B3 сам по себе не испытывает ни малейшего желания проявить себя. Но когда все соберутся вместе, то в организме начинается подлинная оздоровительная революция. Прежде всего, это благотворно сказывается на мышцах, пищеварительном тракте, коже, волосах, глазах, ротовой полости и печени, а также на состоянии нервной системы.
К сожалению, мы почти все страдаем дефицитом витаминов группы B. Это связано с тем, что любимое место их обитания – ростки и оболочка семян злаковых культур, патока, которые удаляются в процессе очистки продуктов питания и выбрасываются на корм скоту. Так, из полезного неочищенного риса получается пустой полированный рис, а из ценной пшеницы – белая мука, в которой отсутствуют многие необходимые организму вещества.
Следствием этого становятся такие проявления нехватки витаминов, как раннее поседение и выпадение волос, депрессия, повышение содержания холестерина в крови. Витамины группы B активно включаются в обмен веществ в составе кофакторов ферментов. При их отсутствии кофакторы ферментов не образуются, в результате чего приостанавливается или задерживается образование важнейших для организма ферментов и нарушается течение нормального процесса обмена веществ.
21.1.1 Витамин B1 (тиамин; антиневритный)
В его структуре содержатся два кольца – пиримидиновое и тиазоловое, соединённые метиленовой связью:
13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415

В тканях животных витамин B1 присутствует в виде кофермента – пирофосфорного эфира – тиаминпирофосфата (ТПФ):
13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
Витамин B1 устойчив в кислой среде, даже при нагревании. В нейтральной и щелочной разрушается. Этот процесс разрушения витамина имеет место и в некоторых пищевых технологиях. Например: при использовании щелочных разрыхлителей (соды, карбоната аммония), при выпечке некоторых мучных изделий.
Витамин B1 всасывается в кишечнике, не накапливается в организме, его избыток выводится с мочой. Отсутствие или недостаточное поступление витамина B1 вызывает заболевание полиневрит или бери-бери, признаки которого – нарушение деятельности сердечно-сосудистой, нервной системы, отмечается потеря кожной чувствительности, а так же нарушение пищеварительного тракта.
При биохимических исследованиях у больных отмечается накопление в моче и крови
·-кетокислот (
·-кетоглутаровой кислоты, пировиноградной) и пентозосахаров.
Биологическая роль
Витамин B1 в форме ТПФ является составной частью ферментов декарбоксилаз, участвующих в реакции декарбоксилирования
·-кетокислот – пировиноградной (ПВК) и
·-кетоглутаровой, которые образуются в углеводном обмене и при распаде некоторых аминокислот.
13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
При недостатке в пище витамина B1 эти ферменты не образуются, расщепления
·-кетокислот не происходит, накапливающаяся в тканях пировиноградная кислота является ядом для нервной системы.
ТПФ в составе фермента транскетолазы осуществляет перенос гликоальдегидного радикала от кетосахаров на альдосахара в пентозофосфатном цикле.
Имеются сведения, что этот витамин участвует в окислительно-восстановительных процессах, а также в биосинтезе аминокислот валина и лейцина.
Источником витамина B1 в основном является растительная пища – оболочечные части и зародыши злаков, бобовые (соя, горох, фасоль), хлеб из муки грубого помола, крупы. В овощах – моркови, картофеле, капусте его немного. Из продуктов животного происхождения богаты витамином B1 печень, почки, мозги, желтки яиц, молоко. Ценным источником витамина B1 являются пивные дрожжи. Рекомендуемая доза витамина B1 колеблется от 1,3–1,9 мг/сутки в зависимости от возраста, пола и характера работы.
21.1.2 Витамин B2 (рибофлавин)
Впервые его выделили из молока. Раствор витамина имеет оранжево-желтую окраску. В основе строения витамина лежит гетероциклическое соединение изоаллоксазин (сочетание бензольного, пиразинового и пиримидинового колец), к которому в положении 9 присоединен 5-атомный спирт рибитол.
13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
Рациональное название его 6,7-диметил-9-D-рибитилизоаллоксазин.
Подобно витаминам B1 и PP устойчив в кислой среде, но разрушается в нейтральных и щелочных. Активно разрушается на свету под действием УФ-излучения, легко подвергается обратимому восстановлению, присоединяя водород по месту двойных связей и превращаясь в бесцветную лейкоформу.
Признаки недостаточности витамина B2 – воспалительные процессы слизистых оболочек; языка, появляются трещины в уголках губ, кератозы (шелушение кожи), ухудшение зрения, мышечная слабость, быстрая утомляемость, бессонница, неврологические расстройства.
Биологическая роль
Свойство рибофлавина легко окисляться, и восстанавливаться лежит в основе его биологического действия в клеточном метаболизме. Все эти симптомы недостаточности B2 связаны с тем, что не образуются активные формы витамина B2 флавинмононуклиотид (ФМН) и флавинадениндинуклиотид (ФАД).
Эти активные формы витамина B2 являются простетическими группами окислительно-восстановительных – ферментов аэробных дегидрогеназ (флавопротеинов).
13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
Эти ферменты катализируют транспорт электронов и протонов в окислительно-восстановительных реакциях.
13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
За каталитический перенос водорода этими ферментами отвечает изоаллоксазиновая группировка, которая легко может подвергать обратимому гидрированию и дегидрированию.
Протоны и электроны присоединяются по месту двойных связей во 2-ом и 3-ем кольцах.
Ферменты флавопротеины активно участвуют в обмене углеводов, белков, липидов, нуклеиновых кислот. При недостатке B2 происходит нарушение в обмене всех этих веществ, т.к. не образуют активные формы – ФАД или ФМН.
Пример реакции с участием ФАД:
13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
Источники
Те же, что и для витамина B1: хлеб грубого помола, отруби, семена злаков, печень, почки, молоко, пивные дрожжи.
Потребность: 2 – 4 мг в сутки.
21.1.3 Витамин B3 (пантотеновая кислота)
Выделена в 1933 г. из дрожжей и печени. Содержится во всех живых объектах (микроорганизмы, растения, животные), в связи с чем было предложено название «пантотеновая кислота» (от греческого pantoten – повсюду).
Строение:
13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
Основными компонентами пантотеновой кислоты являются
·-аланин и
·,
·-диокси-
·,
·-диметилмасляная кислота.
Пантотеновая кислота – вязкая светло-желтая жидкость, легко гидролизуется кислотами и щелочами по месту пептидной связи, легко окисляется.
Этот витамин содержится во всех биологических объектах животного, растительного и микробного происхождения. Обнаружено несколько изомеров пантотеновой кислоты, но биологической активностью обладают только правовращающий оптический изомер.
Основные признаки недостаточности или отсутствия пантотеновой кислоты в организме – дерматиты, поражение слизистых оболочек, изменение желез внутренней секреции, сердца, нервной системы, почек, прекращение роста, снижение аппетита, истощение организма. Это связано с тем, что в отсутствии этого витамина не образуется органическое соединение коэнзим А.
Биологическая роль
Коэнзим А в качестве кофактора входит в состав ферментов биологического ацилирования, участвует в биосинтезе и распаде жирных кислот, жиров, холестерина, стероидных гормонов, гемоглобина.
Во всех реакциях принимает участие HS-группа коэнзима А, потому принято его сокращенное обозначение в виде HS-KoA. В основе его структуры лежит остаток 3’-фосфоаденозин-5’-дифосфата, соединенный с остатком пантотеновой кислоты, карбонильная группа которой в свою очередь связана с остатком
·-меркаптоэтиламина (тиоэтиламина).
13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415 Кофермент А активирует слабореакционные карбоновые кислоты.
Реакция активации жирных кислот катализируется ферментом ацил-КоА синтетазой.
13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
В результате реакции образуется ацил-КоА, являющийся активной формой жирной кислоты (содержащий высокоэнергетическую тиоэфирную связь).
HS-KоA участвует в распаде углеводов, в составе мультиферментного комплекса в реакциях окислительного декарбоксилирования
·-кетокислот – пировиноградной,
·-кетоглутаровой.
Образовавшийся ацетил КоА является узловым соединением, на котором происходит перекрещивание путей обмена жиров, углеводов и липидов.

13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
Основные источники: дрожжи, печень, яичный желток, зеленые части растений и микрофлора кишечника.
Суточная потребность 10 – 12 мг.
21.1.4 Витамин B6
Витамин B6 (пиридоксин, антидерматитный) открыт в 1904 г. В отличие от известных к тому времени водорастворимых витаминов B1, B2 и РР он устранял особую форму дерматита конечностей у крыс, названого акроденией.
Выделен из дрожжей и печени. Установлено, что B6 витаминной активностью обладают три производных 3-оксипиридина: пиридоксин (пиридоксол), пиридоксаль и пиридоксамин, которые отличаются друг от друга природой замещающей группы в положении 4-пиридинового ядра.
13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
Все эти соединения могут переходить друг в друга. Их водные растворы устойчивы к действию кислот и щелочей, но разрушаются в нейтральных растворах под действием света.
Основные признаки недостаточности В3 – пеллагроподобные дерматиты, не поддающиеся лечению никотиновой кислотой; нарушения в процессе кроветворения. При биохимических исследованиях крови и мочи отмечались нарушения в азотном обмене. Последние исследования показали, что недостаток B6 ведет к нарушению липидного обмена и развитию атеросклероза.
Биологическая роль
Оказалось, что, хотя все три производные 3-оксипиридина наделены витаминными свойствами, однако кофакторные функции выполняют только фосфорные эфиры пиридоксаля и пиридоксамина.
Известно более 20 пиридоксалевых ферментов, катализирующих ключевые реакции азотистого обмена во всех живых организмах.
Эти кофакторы входят в состав ферментов аминотрансфераз в качестве простетической группы и катализируют реакцию переаминирования – обратимый перенос аминогруппы (NH3 – группы) от аминокислот на
·-кетокислоту.

13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
Например, реакция переаминирования между аланином и (-кетоглуторатом выглядит следующим образом:
13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
Реакции переаминирования служат для образования новых аминокислот. ПФ в составе декарбоксилаз аминокислот катализирует реакции отщепления СО2 от карбоксильной группы с образованием биогенных аминов.
Например:
13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
Декарбоксилирование аминокислот лизина и арнитина приводит к образованию токсичных диаминов (трупных ядов – кадаверина и путресцина).
В организме человека витамин В6 участвует в биосинтезе витамина РР из аминокислоты триптофан.
Источники: хлеб, злаки, бобовые, мясо, печень, почки, икра, желток. Витамин В6 частично синтезируется микрофлорой кишечника.
Суточная норма 2 – 3 мг.
21.1.5 Витамин B12
Витамин В12 (кобаламин; антианемический витамин) выделен из печени в кристаллическом виде в 1948 г. Регулирует процесс кроветворения и оказывает лечебный эффект при пернициозной (злокачественной) анемии у людей.
В 1955 г. Д. Ходжкин расшифровала его структуру, определила пространственную конфигурацию, главным образом при помощи физических методов исследования (рентгеноструктурный анализ), за это получила Нобелевскую премию. На основании этих данных, а также результатов изучения химического состава для витамина В12 было предложено следующее строение:

13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
Это единственный витамин, который содержит металл кобальт.
В молекуле витамина В12 центральный атом Со соединен атомами азота 4-х пиррольных колец, образуя порфириноподобное корриновое ядро. В корриновом кольце В12 имеется менее обширная система сопряженных связей, чем в порфиринах. И как результат, большое число хиральных центров, расположенных по переферии колец, несколько выходящих из плоскости объединенного цикла. В составе имеются остатки фосфорной кислоты, рибозы, аденина, аминогрупп, и эта структура называется «кобаламин».
При недостатке витамина В12 развивается злокачественная анемия (нарушение процесса кроветворения), отмечается нарушение деятельности нервной системы, снижается кислотность желудочного сока.
Биологическая роль
Различают две кофакторные формы витамина В12:
метилкобаламин, содержится в цитоплазме;
дезоксиаденозилкобаламин, содержится в митохондриях.
Ферменты, содержащие метилкобаламин катализируют реакции трансметилирования, в которых метилкобаламин выполняет роль промежуточного переносчика метильной группы; реакции синтеза метианина, ацетата, нуклиотидов и нуклеиновых кислот, т.е. катализируют реакции белкового, углеводного, липидного и нуклеинового обмена.
Вторая группа реакций при участии В12 – коферментов заключается во внутримолекулярном переносе водорода в реакциях изомеризации. Механизм этих реакций соответствует схеме:
13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
Например, реакция (взаимопреврашения глутаминовой и
·-метиласпарагиновой кислот). Обратимое превращение метилмалонил-КоА в сукцинил-КоА.
13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
Источники
Основной источник витамина В12 для человека – мясо, говяжья печень, почки, рыба молоко, яйца. Главным местом накопления витамина B12 в организме человека является печень, в которой содержится до нескольких миллиграммов витамина; в печень он поступает с животной пищей или синтезируется микрофлорой кишечника при условии доставки с пищей кобальта. Суточная потребность в витамине В12 около 3 мкг (0,003).
21.2 Витамин РP (ниацин)
Витамин РР (никотиновая кислота, никотинамид) получил также название аптипеллагрического витамина (от итал. pгеventive pellagra – предотвращающий пеллагру), поскольку его отсутствие является причиной заболевания, называемого пеллагрой. Никотиновая кислота известка давно, однако только в 1937 г. она была выделена К. Эльвегеймом из экстракта печени, и было показано, что введение никотиновой кислоты либо препаратов печени предохраняет от развития или и излечивает от пеллагры. В 1930 г. было установлено биологическое действие этого соединения. Оказывается, что в виде никотинамида входит в состав кофермента НАД и НАДФ.
Никотиновая кислота представляет собой соединение пиридинового ряда, содержащее карбоксильную группу, никотинамид отличается наличием амидной группы.
13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
Витамин РР малорастворим в воде (примерно 1 %), но хорошо растворим в водных растворах щелочей. Никотиновая кислота кристаллизуется в виде белых игл.
Наиболее характерными признаками авитаминоза РР, т. е. пеллагры, являются поражение кожи (дерматиты), пищеварительного тракта (диарея) и нарушение нервной деятельности (деменция).
Симптомы пеллагры особенно резко выражены у больных с недостаточным белковым питанием. Это объясняется недостатком аминокислоты триптофан, который является предшественником никотинамида, частично синтезируемого в тканях человека и животных при участии витамина В6, а также недостатком других витаминов.
Биологическая роль
Витамин РР входит в состав НАД и НАДФ, являющихся коферментами большого числа обратимо действующих в окислительно-васстановительных реакциях анаэробных дегидрогеназ.
НАД и НАДФ – зависимые ферменты – принимают участие в обмене углеводов, липидов, аминокислот, нуклеиновых кислот.
13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
В процессе биологического окисления НАД и НАДФ выполняют роль промежуточных переносчиков электронов и протонов между окисляемым субстратом и флавиновыми ферментами.
Субстрат – H2 + НАД(Ф)+ Субстрат + НАД(Ф)H + H+
НАДH + H+ + ФАД НАД+ + ФАДH2
Остаток никотинамида в молекуле НАД принимает участие в реакции:

13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
При этом в молекулу НАД+ (НАДФ+) включается 2 электрона и один протон, а второй протон остаётся в среде, в результате чего утрачивается положительный заряд пиридинового цикла.
НАД – зависимые дегидрогеназы катализируют дегидрирование гидроксильных групп.
Например, реакция окисления молочной кислоты – лактатдегидрогеназой – выглядит следующим образом:
13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415Дегидрирование альдегидных групп:
13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
Дегидрирование аминокислот:
13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
Источники
Наиболее широко распространён в тканях растений и животных; богаты витамином PP арахис, грибы, мясные продукты особенно печень; молоко и яйца почти не содержат витамин PP, антипеллагрическое действие этих продуктов обусловлено относительно высоким содержанием аминокислоты триптофан. При получении муки удаляется большая часть оболочечных частиц, поэтому мука высшего сорта содержит мало витамина PP. Зёрна злаковых и кукурузы содержат неиндефицированные вещества, которые при обработке щёлочью превращаются в ниацин.
Потребность в витамине PP 15-25 мг в сутки.
21.3 Витамин C
В 1885г. профессор В. В. Пашутин выявил, что болезнь цинга – это проявление авитаминоза. В 1920 г. был получен антицинготный витамин C – аскорбиновая кислота.
Витамин C – лактон – по структуре близок к L-глюкозе.
Аскорбиновая кислота образует несколько оптических изомеров. Биологической активностью обладает только L-изомер.
В результате дегидрирования аскорбиновой кислоты образуется дегидроаскорбиновая кислота, которая обладает C-витаминной активностью. В нейтральных и щелочных средах она переходит в дикетогулоновую кислоту, которая C витаминной активностью не обладает, поэтому при кулинарной обработке происходит частичное разрушение витамина C.

13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
Витамин C точно так же разрушается и при действии фермента аскорбатоксидазы, которая содержится в растительном сырье. Окисление катализируется светом, ионами железа, меди, серебра.
Для предотвращения окисления аскорбиновой кислоты при кулинарной обработке проводят бланширование. При этом фермент аскорбатоксидаза инактивируется и аскорбиновая кислота не окисляется в дегидроаскорбиновую. В кислой среде витамин С сохраняется (компоты, маринады), т.к. равновесие сдвинуто в сторону образования аскорбиновой кислоты.
Аскорбиновая кислота является незаменимым пищевым фактором только для человека, обезьяны, морских свинок, а также некоторых птиц и рыб. Все другие не нуждаются в витамине C, так как он синтезируется в их печени из глюкозы, а у вышеназванных организмов отсутствует один фермент, катализирующий последнюю стадию образования аскорбиновой кислоты.
Признаки C-витаминной недостаточности: поражаются кровеносные сосуды. Они становятся ломкими, хрупкими, проницаемыми, что является причиной мелких подкожных точечных кровоизлияний, отмечается также кровоточивость дёсен, расшатывание и выпадение зубов, отёк ног, боль при ходьбе.


Биологическая роль
Биологическая роль витамина C связана с его способностью обратимо окисляться и восстанавливаться. Витамин C играет роль кофактора в реакции ферментативного гидроксилирования аминокислот: пролина и лизина в коллагене, соединительной ткани позвоночных, превращая их соответственно в гидроксипролин и гидроксилизин. Эти аминокислоты в других белках не встречаются. Витамин С предохраняет тиольные группы от окисления, участвует в превращении гормонов кортикостероидов, регулирующих различные физиологические процессы, в окислительном распаде аминокислоты тирозина и белка гемоглобина.
Взаимопревращения аскорбиновой и дегидроаскорбиновой кислот в организме теснейшим образом связаны с ферментативными взаимопревращениями окисленного и восстановленного глютатиона.
Источники: зелёные растения, овощи, фрукты. Наиболее богаты шиповник, смородина, цитрусовые, капуста и т. д.
Рекомендуемая доза витамина С от 70 до 120 мг.
21.4 Биотин (витамин H)
В 1916 г. в опытах на животных было показано токсическое действие большого количества сырого яичного белка, а употребление дрожжей или печени снижало этот эффект. Впоследствии было установлено, что белок яйца – оведин – связывает вещество биотин в нерастворимый в воде комплекс, который не переваривается в желудке. Таким образом, он хотя и содержится в пищевых продуктах, но не подвергается усвоению.
В 1935 г. из яичного желтка выделен чистый биотин.
В1942 г. установлена его химическая формула.
Молекула биотина состоит из следующих компонентов:
А имидозольного кольца;
В тиофенового цикла;
Боковая цепь представлена валериановой кислотой.
13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
Синтезируется он из олеиновой кислоты, аланина, источник серы не установлен.
Биотин устойчив к действию кислорода, H2SO4 разрушается под действием щелочей, HCI, H2O2.
При недостатке витамина у человека возникает ряд патологических заболеваний: воспаление кожных покровов, выпадение волос, усиленное выделение жира сальными железами кожи – себорея. Витамин Н называют антисеборейным.
Биологическая роль
Витамин H, соединяясь с белком, образует ферменты, катализирующие реакции карбоксилирования, сопряженные с распадом АТФ. Эти ферменты участвуют в обмене липидов, углеводов, белков, пуриновых нуклеотидов, стеролов.
Например, реакция карбоксилирования пирувата используется в обмене углеводов для пополнения запасов оксалоацетата в цикле Кребса.
13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
Реакция карбоксилирования ацетил-KoA используется при биосинтезе жирных кислот:
13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
Источники
Почти все продукты животного и растительного происхождения содержат биотин в связанной форме (печень, почки, куриные яйца, соя, томаты, цветная капуста, картофель), а также он синтезируется микрофлорой желудочно-кишечного тракта.
Суточная потребность взрослого человека примерно 0,25 мг/сутки.
21.5 Витамин P (Цитрин)
В 1936г. витамин P выделен из кожуры лимона; оказалось, что он обладает свойством укреплять кровеносные капилляры. Дальнейшие исследования показали, что витамин P – это семейство веществ, близких по биологической активности и химической структуре. В основе их строения лежит дифенилпропановый углеродный скелет ФЛАВОНА. Эти вещества назвали биофлавоноиды; к ним относятся: катехины, халконы, флаваны, флавононы, флавоны и др.
13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
Различаются они различной степенью гидроксилирования бензольных колец, а также различными гликозидными группировками, присоединяющимися к 3-у углеродному атому пиранового цикла. В качестве примера приведём структурную формулу рутина, содержащего в своём составе остаток дисахарида – рутинозы (C12H21O9):
13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415

При P-витаминной недостаточности повышается ломкость кровеносных сосудов и проницаемость капилляров, что сопровождается точечными кровоизлияниями, болями в конечностях, мышечной слабости и быстрой утомляемости.
Биологическая роль
Биофлавоноиды ингибируют фермент гиалуронидазу, который катализирует разрушение гиалуроновой кислоты (основного вещества, соединительной ткани), тем самым укрепляют сосуды, связывают тяжёлые металлы (медь, свинец) в стабильные комплексы и выводят их из организма, тем самым блокируют их в каталитическую активность и окислительное действие, предохраняют витамин C от разрушения, обладают антиоксидантными свойствами.
Витамины P и C усиливают действие друг друга. Фармацевтическая промышленность выпускает медпрепарат аскорутин, содержащий комплекс витаминов P и C.
Основные источники витамина Р – это фрукты и овощи, черноплодная рябина, смородина, черника, брусника, вишня, виноград, лимон, а также гречиха и перец.
Рекомендуемая доза: от 10 до 20 мг/сутки.
21.6 Фолиевая кислота. Витамин Bc птероилглутаминовая кислота
Фолиевая кислота содержится в больших количествах в листьях растений.
Выделено несколько видов фолиевых кислот. Все они состоят из трёх структурных единиц: остатка птеридина, остатка парааминобензойной кислоты и остатка глутаминовой кислоты.
Различаются между собой фолиевые кислоты содержанием глутаминовой кислоты – её количество может быть от 3 до 7 остатков.
Фолиевые кислоты обладают различной физиологической активностью.
Разрушаются под действием света, при нагревании.

13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
При недостатке фолиевой кислоты нарушается процесс кроветворения, развивается макроцитарная анемия (в крови отмечается недостаток белых кровяных телец – лейкопения).
Биологическая роль
Витамин Bc в своей активной форме в виде тетрагидрофолиевой кислоты входит в состав ферментов, катализирующих перенос атомных группировок, содержащих один углеродный атом (альдегидную, карбоксильную, метильную, оксиметильную группы и т. д.). Эти группы являются исходным материалом для биосинтеза пуриновых и некоторых пиримидиновых оснований, а также аминокислот метионина, серина, глицина. Так как указанные соединения играют ведущую роль в обмене белков и нуклеиновых кислот, то понятны те нарушения, которые отмечаются при недостатке витамина Bс
Источники: листовые овощи (капуста, шпинат, салат), мясные продукты, особенно печень, пекарские и пивные дрожжи. Фолиевая кислота синтезируется кишечной микрофлорой. Недостаток возникает при однообразном питании.
Суточная потребность взрослого человека в витамине Bс 0,1 – 0,5 мг.
21.7 Витамин U
Витамин U (S-метилметионин, противоязвенный фактор) был впервые обнаружен в 1950 г. в сырых овощах, парном молоке и печени. Поскольку сок сырых овощей (например, капусты) предотвращал или задерживал у цыплят развитие язвы желудка, индуцированной введением алкалоида цинкофена, было высказано предположение, что язвенная болезнь вызывается недостатком особого пищевого фактора, содержащегося в овощах и относящегося, очевидно, к витаминам. Активное начало было предложено называть витамином U (от лат. ulcus – язва). В настоящее время витамин U выделен из капустного сока в кристаллическом виде; осуществлен также его химический синтез. Препарат оказался в 1000 раз более активным при лечении язвенной болезни, чем исходный капустный сок; уже через 2-3 дня после его приема значительно ослабевают боли, а через 15-20 дней почти не обнаруживаются рентгенологически органические изменения слизистой оболочки желудка.
Витамин U оказался по своей химической природе S-метил-метионином следующего строения:
13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
Кристаллический препарат витамина U представляет собой белый порошок, хорошо растворимый в воде. При температуре 100°С легко разрушается, особенно в нейтральной и щелочной средах; устойчив в кислой среде.
Относительно биологической роли витамина U известно, что у крыс он полностью заменяет потребности в метионине (как незаменимой аминокислоте), по-видимому, участвует в синтезе метионина, холина и креатина, а у бактерий используется в качестве донатора метильных групп.
Источниками витамина U для человека являются свежая капуста, зелень петрушки и репы, морковь, лук, перец, зеленый чай, бананы, фрукты, сырое молоко и др.
22 Витаминоподобные вещества
22.1 Парааминобензойная кислота
Парааминобензойная кислота выделена из экстрактов дрожжей. Витаминные свойства парааминобензойной кислоты связаны, по-видимому, с ее участием в построении молекулы фолиевой кислоты. Парааминобензойная кислота представляет собой кристаллическое вещество, белое с желтоватым оттенком, плохо растворимое в воде, хорошо – в спирте и эфире. Химически стойкая, она не разрушается при автоклавировании, выдерживает кипячение в кислой и щелочной средах.
Накопленные данные свидетельствуют, что в парааминобензойной кислоте нуждаются, кроме микроорганизмов (хотя некоторые из них, например туберкулезные микобактерии, способны сами синтезировать ее), также животные. Получены доказательства необходимости парааминобензойной кислоты для нормального процесса пигментации волос, шерсти, перьев и кожи. Показано также активирующее влияние этого витамина на активность тирозиназы – ключевого фермента при биосинтезе меланинов кожи, определяющих ее нормальную окраску.
13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
В медицине широко используются структурные аналоги парааминобензойной кислоты, в частности сульфаниламиды, обладающие антибактериальным свойством. Сульфаниламидные препараты вследствие структурного сходства могут конкурентно замещать парааминобензойную кислоту в ферментных системах микробов с последующей остановкой их роста и размножения. Коферментные функции этой кислоты не установлены, но, являясь составной частью коферментов фолиевой кислоты, парааминобензойная кислота тем самым участвует во многих ключевых процессах обмена.
Источниками парааминобензойной кислоты для человека являются печень, почки, мясо, дрожжи. Меньше ее содержится в молоке, куриных яйцах, картофеле, хлебе, шпинате, моркови.
22.2 Витамин В15
Витамин В15 (пангамовая кислота) выделена в 1951 году Кребсом из абрикосовых косточек, позже она была обнаружена во многих растениях, откуда и произошло его название (от греч. pan – всюду, garni – семя). Ни авитаминоз, ни гипервитаминоз В15 у человека не описаны, хотя препараты его применяются в медицине при некоторых заболеваниях, связанных с нарушениями процессов обмена (в частности, реакций трансметилирования). Препараты пангамовой кислоты дают хороший лечебный эффект при жировом перерождении печени и при некоторых формах кислородного голодания.

13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
С химической точки зрения пангамовая кислота представлена эфиром глюконовой кислоты и диметилглицина.
Биологическая роль витамина В15 изучена недостаточно. Имеются указания о существенной роли его в биосинтезе холина, метионина и креатина как источника метильных групп.
Источниками витамина В15 для человека являются печень, семена растений, дрожжи и др. Суточная потребность в нем для человека не установлена.
22.3 Инозит
В опытах на мышах было показано, что при отсутствии в пище этого водорастворимого фактора, помимо остановки роста, отмечаются своеобразная потеря шерстного покрова, жировая инфильтрация печени с отложением холестерина. Добавление в пищу животных экстрактов из печени устраняло эти явления. Вещество, оказывающее лечебное действие, было названо фактором против алопеции и позже идентифицировано с фосфорным эфиром инозита; витаминными свойствами обладает также фитин – соль инозитфосфорной кислоты.
Инозит представляет собой циклический шестиатомный спирт циклогексана следующего строения:
13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
Инозит обнаружен в кефалинах мозга, хотя значение его не выяснено. Биологическая роль инозита, вероятнее всего, связана с обменом фосфолипидов. Этим объясняется его липотропный эффект, т. е. тормозящее действие на развитие дистрофии печени у животных, находящихся на безбелковой диете, и у человека при злокачественных новообразованиях.
Таким образом, необходимость инозита как незаменимого пищевого фактора для крыс и мышей, как и специфическое липотропное действие, хотя и продемонстрированы довольно убедительно, однако его витаминные свойства для других животных и человека нельзя считать окончательно установленными.
Инозит довольно широко распространен в природе. Много его в печени, мясе, молоке, хлебе из муки грубого помола, овощах и фруктах.
22.4 Холин
Впервые холин был выделен Стрекером из желчи в 1892 г. Холин является структурным компонентом сложного органического фосфорсодержащего соединения – фосфатидилхолина, открытого в яичном желтке и ткани мозга.
По структуре холин представляет собой аминоэтиловый спирт, содержащий у атома азота три метальные группы:

13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
Холин является сильным основанием. В обычных условиях он представлен бесцветным соединением, точнее, сиропообразной жидкостью. Хорошо растворим в воде и спирте. В организме животных синтезируется не свободный холин, а холин в составе лецитина. Донаторами метильных групп являются метионин (в составе S-аденозилметионина) или серин и глицин (при синтезе метильных групп de novo).
Вследствие этого при белковой недостаточности (которая, в свою очередь, может быть связана с дефицитом белка в пище или эндогенного происхождения) развиваются симптомы холиновой недостаточности: жировая инфильтрация печени, геморрагическая дистрофия почек, нарушение процесса свертывания крови (нарушение синтеза V-фактора свертывания – акцелерина) и др.
Имеющиеся сведения о механизме действия холина свидетельствуют, что он является прежде всего составной частью биологически активного ацетилхолина – медиатора нервного импульса; кроме того, холин принимает участие в реакциях трансметилирования при биосинтезе метионина, пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов, фосфолипидов и т. д.
Основными источниками холина для человека являются печень, почки, мясо, рыбные продукты, капуста. О потребностях человека в холине точных данных нет. В значительной степени они определяются обеспеченностью организма пищевым белком, витамином B12 и фолиевой кислотой.
22.5 Антивитамины
Антивитамины представляют соединения, конкурирующие с витаминами в соответствующих биохимических процессах или выключающие витамины из процессов обмена веществ путем их разрушения или связывания. Примером антивитаминов первого типа, конкурирующих, могут служить структурные аналоги витамина РР:
13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415
Соединяясь с адениловой кислотой, они способны образовывать псевдокоферменты, имитирующие НАД+ и блокирующие деятельность НАД+-зависимых оксидоредуктаз.
Примером антивитаминов второго типа, выключающих, является авидин – яичный белок, образующий с витамином Н нерастворимый биологически неактивный комплекс, препятствующий использованию этого витамина в обмене веществ. Сюда же можно отнести и ферменты, разрушающие витамины, например, тиаминаза, аскорбатоксидаза, расщепляющие витамины В1 и С соответственно.
Для многих витаминов существуют природные или полученные синтетическим путем антивитамины. Поскольку возбудители инфекционных заболеваний – бактерии и вирусы, а также клетки опухолей обладают повышенной чувствительностью к отсутствию ряда витаминов, антивитамины используют как терапевтические средства.

Рекомендуемая литература
Берёзов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия. – М.: Медицина,
1998. – 704 с.
Филиппович Ю.Б. Основы биохимии. – М.: Ангар,1999. – 512с.
3.Жеребцов Н.А, Попова Т.Н., Артюхов В.Г. Биохимия. – Воронеж: Издательство ВГУ, 2002.– 696с.
Биохимия растительного сырья. /Под ред. В.Г. Щербакова. – М.: Колос, 1999.– 376 с.
Лениджер А.Биохимия. – М.: Мир, 1999. Т 1-3.
Основы биохимии /Под ред. А.А. Анисимова. – М.: Высшая школа, 1986.-551с.
Кретович В.Л. Биохимия растений. – М.: Высш. школа, 1986.– 503 с.
Методические указания для студентов специальностей Т.18.01., Т.18.02., Т.18.03. «Ферменты оксидоредуктазы». Часть II «Витамины и ферменты». – Могилев, 2001. – 32 с.
Методические указания для студентов специальностей Т.18.01.,Т.18.02., Т.18.03. «Ферменты гидролазы» Часть II «Витамины и ферменты». – Могилев, 2000. – 52 с.
Конспект лекций по курсу
БИОЛОГИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
для студентов специальностей 49 01 01, 49 01 02, 91 01 01
тема – ФЕРМЕНТЫ-ВИТАМИНЫ
Составитель доцент Макасеева О.Н.
Оформление
графического материала доцент Баранов О.М.
Редактор Бажанова Т.Л.
Технический редактор Щербакова А.А.
___________________________________________________________________
Подписано в печать 14.10.04 Формат 60*84 1/16
Печать офсетная. Усл. печ. л. Уч.-изд.л. 3,25
Тираж 165 экз. Заказ131 Бесплатно
ЛП № 226 от 12.02.2003г. ЛИ №604 от 03.06.2003 г.
___________________________________________________________________
Отпечатано на ризографе МГУП
212027, г. Могилев, пр.Шмидта,3








13PAGE 142415


13PAGE 145715



13 EMBED ACD.ChemSketch.20 1415







































Root EntryEquation Native ° Ѓ
·
·
·
·
·К
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·Ђ
·
·
·
·
·@
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·°
·@
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·Ђ
·
·
·
·°
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·@
·Ђ
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·°
·@
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·°
·@
·Ђ
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·°
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·°
·@
·Ђ
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·Ђ
·
·
·
·°
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·С
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·В
·’
·
·
·
·
·
·°
·@
·–
·
·
·
·
·
·
·
·‡
·
·
·
·
·Ђ
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·@
·
·
·
·@
·Ђ
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·й
·@
·Ђ
·
·
·
·
·
·°
·@
·Ђ
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·°
·@
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·B
·Ђ
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·Ђ
·
·
·
·°
·№
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·°
·@
·Ђ
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·°
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·@
·Ђ
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·Ф
·
·
·
·Ѓ
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·°
·
·
·
·
·Ђ
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·]
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·7
·Ђ
·
·
·
·
·
·Ђ
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·Е
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·‡
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·–
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·!
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·“
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·„
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·f
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·@
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·"
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·B
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·Ђ
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·°
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·H
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·А
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·   
·
·
·
·
·
·
·
·
· 
·
·
·
·
·
·
·
·
·C E
·C
·E
·C E
·C
·E
·
·
·

Приложенные файлы

  • doc 8442784
    Размер файла: 745 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий