В состав каких коферментов входит витамин в2

Витамин В2
(рибофлавин) впервые был выделен из молока и ряда других пищевых продуктов. В
зависимости от источника получения витамин В2 называли по-разному,
хотя по существу это было одно и то же соединение: лактофлавин (из молока),
гепатофлавин (из печени), овофлавин (из белка яиц), вердофлавин (из растений).
Химический синтез витамина В2 был осуществлен в 1935 г. Р. Куном.
Растворы витамина В2 имеют оранжево-желтую окраску и характеризуются
желто-зеленой флюоресценцией.

В основе
молекулы рибофлавина лежит гетероциклическое соединение изоаллоксазин
(сочетание бензольного, пиразинового и пиримидинового колец), к которому в
положении 9 присоединен пятиатомный спирт рибитол. Химическое название
«рибофлавин» отражает наличие рибитола и желтой окраски препарата ,
рациональное название его 6,7-диметил-9-D-рибитилизоаллоксазин.

Рибофлавин
хорошо растворим в воде, устойчив в кислых растворах, но легко разрушается в
нейтральных и щелочных растворах. Он весьма чувствителен к видимому и
УФ-излучению и сравнительно легко подвергается обратимому восстановлению,
присоединяя водород по месту двойных связей и превращаясь в бесцветную
лейкоформу. Это свойство рибофлавина легко окисляться и восстанавливаться лежит
в основе его биологического действия в клеточном метаболизме.

Клинические
проявления недостаточности рибофлавина лучше всего изучены на экспериментальных
животных. Помимо остановки роста, выпадения волос (алопеция), характерных для
большинства авитаминозов, специфичными для авитаминоза В2 являются
воспалительные процессы слизистой оболочки языка (глоссит), губ, особенно у
углов рта, эпителия кожи и др. Наиболее характерны кератиты, воспалительные
процессы и усиленная васкуляризация роговой оболочки, катаракта (помутнение
хрусталика). При авитаминозе В2 у людей развиваются общая мышечная
слабость и слабость сердечной мышцы.

Согласно данным К. Яги, существует прямая связь между степенью недостаточности
рибофлавина у животных и накоплением в крови продуктов перекисного окисления
липидов (ПОЛ), развитием атеросклероза и катаракты. Эти нарушения, по мнению
автора, указывают на важную роль флавопротеинов в молекулярных механизмах
синтеза и распада продуктов ПОЛ.

Биологическая роль. Рибофлавин входит в состав флавиновых коферментов, в
частности ФМН и ФАД , являющихся в свою очередь просте-тическими группами
ферментов ряда других сложных белков – флаво-протеинов. Некоторые флавопротеины
в дополнение к ФМН или ФАД содержат еще прочно связанные неорганические ионы, в
частности железо или молибден, наделенные способностью катализировать транспорт
электронов. Различают 2 типа химических реакций, катализируемых этими
ферментами. К первому относятся реакции, в которых фермент осуществляет прямое
окисление с участием кислорода, т.е. дегидрирование (отщепление электронов и
протонов) исходного субстрата или промежуточного метаболита. К ферментам этой
группы относятся оксидазы L- и D-аминокислот, глициноксидаза, альдегидоксидаза,
ксантиноксидаза и др. Вторая группа реакций, катализируемых флавопротеинами,
характеризуется переносом электронов и протонов не от исходного субстрата, а от
восстановленных пиридиновых коферментов. Ферменты этой группы играют главную
роль в биологическом окислении. В каталитическом цикле изоаллоксазиновый
остаток ФАД или ФМН подвергается обратимому восстановлению с присоединением
электронов и атомов водорода к N1 и N10.
ФМН и ФАД прочно связываются с белковым компонентом, иногда даже
ковалентно, как, например, в молекуле сукцинатдегидрогеназы.

ФМН
синтезируется в организме животных из свободного рибофлавина и АТФ при участии
специфического фермента рибофлавинкиназы:

Образование
ФАД в тканях также протекает при участии специфического АТФ-зависимого фермента
ФМН-аденилилтрансферазы. Исходным веществом для синтеза является ФМН:

Распространение в природе и суточная потребность. Рибофлавин достаточно широко
распространен в природе. Он содержится почти во всех животных тканях и
растениях; сравнительно высокие концентрации его обнаружены в дрожжах. Из
пищевых продуктов рибофлавином богаты хлеб (из муки грубого помола), семена
злаков, яйца, молоко, мясо, свежие овощи и др.; в молоке он содержится в
свободном состоянии, а в печени и почках животных прочно связан с белками в
составе ФАД и ФМН. Из организма человека и животных рибофлавин выделяется с
мочой в свободном виде. Суточная потребность взрослого человека в рибофлавине
составляет 1,7 мг, в пожилом возрасте и при тяжелой физической работе эта
потребность возрастает.

Коферменты в каталитических реакциях осуществляют транспорт различных групп атомов, электронов или протонов. Коферменты связываются с ферментами:

— ковалентными связями;

— ионными связями;

— гидрофобными взаимодействиями и т.д.

Один кофермент может быть коферментом для нескольких ферментов. Многие коферменты являются полифункциональными (например, НАД, ПФ). В зависимости от апофермента зависит специфичность холофермента.

Все коферменты делят на две большие группы: витаминные и невитаминные.

Коферменты витаминной природы– производные витаминов или химические модификации витаминов.

1 группа: тиаминовые – производные витамина В1. Сюда относят:

— тиаминмонофосфат (ТМФ);

— тиаминдифосфат (ТДФ) или тиаминпирофосфат (ТПФ) или кокарбоксилаза;

— тиаминтрифосфат (ТТФ).

ТПФ имеет наибольшее биологическое значение. Входит в состав декарбоксилазы кетокислот: ПВК, a-кетоглутаровая кислота. Этот фермент катализирует отщепление СО2.

Кокарбоксилаза участвует в транскетолазной реакции из пентозофосфатного цикла.

2 группа: флавиновые коферменты, производные витамина В2. Сюда относят:

— флавинмононуклеотид (ФМН);

— флавинадениндинуклеотид (ФАД).

Ребитол и изоалоксазин образуют витамин В2. Витамин В2 и остаток фосфорной к-ты образуют ФМН. ФМН в соединении с АМФ образуют ФАД.

[рис. изоалоксазиновое кольцо соединено с ребитолом, ребитол с фосфорной к-той, а фосфорная к-та – с АМФ]

ФАД и ФМН являются коферментами дегидрогеназ. Эти ферменты катализируют отщепление от субстрата водорода, т.е. участвуют в реакциях окисления–восстановления. Например СДГ – сукцинатдегидрогеназа – катализирует превращение янтарной к-ты в фумаровую. Это ФАД-зависимый фермент. [рис. COOH-CH2-CH2-COOH® (над стрелкой – СДГ, под – ФАД и ФАДН2) COOH-CH=CH-COOH]. Флавиновые ферменты (флавинзависимые ДГ) содержат ФАД, который в них является первоисточником протонов и электронов. В процессе хим. реакций ФАД превращается в ФАДН2. Рабочей частью ФАД является 2 кольцо изоалоксазина; в процессе хим. реакции идет присоединение двух атомов водорода к азотам и перегруппировка двойных связей в кольцах.

3 группа: пантотеновые коферменты, производные витамина В3 – пантотеновой кислоты. Входят в состав кофермента А, НS-КоА. Этот кофермент А является коферментом ацилтрансфераз, вместе с которой переносит различные группировки с одной молекулы на другую.

4 группа: никотинамидные, производные витамина РР — никотинамида:

Представители:

— никотинамидадениндинуклеотид (НАД);

— никотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАДФ).

Коферменты НАД и НАДФ являются коферментами дегидрогеназ (НАДФ-зависимых ферментов), например малатДГ, изоцитратДГ, лактатДГ. Участвуют в процессах дегидрирования и в окислительно-восстановительных реакциях. При этом НАД присоединяет два протона и два электрона, и образуется НАДН2.

Рис. рабочей группы НАД и НАДФ: рисунок витамина РР, к которому присоединяется один атом Н и в результате происходит перегруппировка двойных связей. Рисуется новая конфигурация витамина РР + Н+]

5 группа: пиридоксиновые, производные витамина В6. [рис. пиридоксаля. Пиридоксаль+ фосфорная к-та= пиридоксальфосфат]

— пиридоксин;

— пиридоксаль;

— пиридоксамин.

Эти формы взаимопревращаются в процессе реакций. При взаимодействии пиридоксаля с фосфорной кислотой получается пиридоксальфосфат (ПФ).

ПФ является коферментом аминотрансфераз, осуществляет перенос аминогруппы от АК на кетокислоту – реакция переаминирования. Также производные витамина В6 входят как коферменты в состав декарбоксилаз АК.

Коферменты невитаминной природы – вещества, которые образуются в процессе метаболизма.

1) Нуклеотиды – УТФ, УДФ, ТТФ и т.д. УДФ-глюкоза вступает в синтез гликогена. УДФ-гиалуроновая к-та используется для обезвреживания различных веществ в трансверных реакциях (глюкоуронил трансфераза).

2) Производные порфирина (гем): каталаза, пероксидаза, цитохромы и т.д.

3) Пептиды. Глутатион – это трипептид (ГЛУ-ЦИС-ГЛИ), он участвует в о-в реакциях, является коферментом оксидоредуктаз (глутатионпероксидаза, глутатионредуктаза). 2GSH«(над стрелкой 2Н) G-S-S-G. GSH является восстановленной формой глутатиона, а G-S-S-G – окисленной.

4) Ионы металлов, например Zn2+ входит в состав фермента АлДГ (алкогольдегидрогеназы), Cu2+ — амилазы, Mg2+ — АТФ-азы (например, миозиновой АТФ-азы).

Могут участвовать в:

-присоединении субстратного комплекса фермента;

-в катализе;

-стабилизация оптимальной конформации активного центра фермента;

-стабилизация четвертичной структуры.