Министерство здравоохранения Республики Беларусь

Учреждение образования

«Гомельский государственный медицинский университет»

Кафедра_________________________________________________

Обсуждено на заседании кафедры (МК или ЦУНМС)____________________

Протокол № _______

По биологической химии

для студентов_____2-го_____ курса ___лечебного___________________факультета

Тема:___Витамины 2

Время__90 мин___________________

Учебные и воспитательные цели:

Сформировать представление о структуре, метаболизме и молекулярных механизмах действия водорастворимых витаминов. Профилактика гиповитаминозов в состоянии стресса.

1.Водорастворимые

ЛИТЕРАТУРА

1..Основы биохимии:А.Уайт, Ф.Хендлер,Э.Смит, Р.Хилл, И.Леман.-М. книга,

1981,т.3,.с.1703-1757.

2..Питание в профилактике и лечении рака.- Т.С. Морозкина., К.К.Далидович.

Минск., 1998г

3 . .Биохимия человека:, Р.Марри, Д.Греннер, П.Мейес, В.Родуэлл.- М.книга,2004.

4.Наглядная биохимия: Кольман., Рем К.-Г-М.книга 2004г

5. Спиричев

МАТЕРИАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

1.Мультимедийная презентация

РАСЧЕТ УЧЕБНОГО ВРЕМЕНИ

Всего: 90 минут

Витамин в1 (Tиамин. Антиневритный витамин)

Химическое строение и свойства . Витамин В 1 был первым витамином, выделенным в кристаллическом виде К. Функом в 1912 г. Позже был осуществлён его химический синтез. Своё название – тиамин – этот витамин получил из-за наличия в составе его молекулы атома серы и амино-группы.

Тиамин состоит из 2-х гетероциклических колец – аминопиримидинового и тиазолового. Последнее содержит каталитически активную функциональную группу – карб-анион (относительно кислый углерод между серой и азотом).

Тиамин хорошо сохраняется в кислой среде и выдерживает нагревание до высокой температуры. В щелочной среде, например при выпечке теста с добавлением соды или карбоната аммония, он быстро разрушается.

Метаболизм . В желудочно-кишечном тракте различные формы витамина гидролизуются с образованием свободного тиамина. Большая часть тиамина всасывается в тонком кишечнике с помощью специфического механизма активного транспорта, остальное его количество расщепляется тиаминазой кишечных бактерий. С током крови всосавшийся тиамин попадает вначале в печень, где фосфорилируется тиаминпирофосфокиназой, а затем переносится в другие органы и ткани.

ТПФ-киназа

АТФ + тиамин тиаминпирофосфат + АМФ

Существует мнение, что основной транспортной формой тиамина является ТМФ.

Витамин В 1 присутствует в различных органах и тканях как в форме свободного тиамина, так и его фосфорных эфиров: тиаминмонофосфата (ТМФ), тиаминдифосфата (ТДФ, синонимы: тиаминпирофосфат, ТПФ, кокарбоксилаз а) и тиаминтрифосфата (ТТФ).

ТТФ – синтезируется в митохондриях с помощью фермента ТПФ-АТФ-фосфотрансферазы:

трансфереза

ТПФ + АТФ ТДФ + АМФ

Основной коферментной формой (60-80% от общего внутриклеточного содержания) является ТПФ.

ТТФ играет важную роль в метаболизме нервной ткани. При нарушении его образования развивается некротизирующая энцефалопатия.

После распада коферментов свободный тиамин выделяется с мочой и определяется в виде тиохрома.

Биохимические функции . Витамин В 1 в форме ТПФ является составной частью ферментов, катализирующих реакции прямого и окислительного декарбоксилирования кетокислот.

Участие ТПФ в реакциях декарбоксилирования кетокислот объясняется необходимостью усиления отрицательного заряда углеродного атома карбонила кетокислоты в переходном, нестабильном, состоянии:

О – С – C = O CO 2 + - C = O

Кетокислота переходное состояние

Переходное состояние стабилизируется ТПФ путём делокализации отрицательного заряда карб-аниона тиазолового кольца, играющего роль своеобразного электронного стока. Вследствие такого протонирования образуется активный ацетальдегид (гидроксиэтил-ТПФ).

Аминокислотные остатки белков обладают слабой способностью осуществлять то, что с лёгкостью делает ТПФ, поэтому апобелки нуждаются в коферменте. ТПФ жестко связан с апоферментом мультиферментных комплексов дегидрогеназ α-оксикетокислот (см. ниже).

пировиноградной кислоты (ПВК).

1. Участие ТПФ в реакции прямого декарбоксилирования пировиноградной кислоты (ПВК). При декарбоксилировании ПВК с помощью пируватдекарбоксилазы образуется ацетальдегид, который под воздействием алкогольдегидрогеназы превращается в этанол.ТПФ является незаменимым кофактором пируватдекарбоксилазы. Этим ферментом богаты дрожжи.

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

Окислительное декарбоксилирование ПВК является одной из ключевых реакций в обмене углеводов. В результате этой реакции ПВК, образовавшаяся при окислении глюкозы, включается в главный метаболический путь клетки – цикл Кребса, где окисляется до углекислоты и воды с выделением энергии. Таким образом, благодаря реакции окислительного декарбоксилирования ПВК создаются условия для полного окисления углеводов и утилизации всей заключенной в них энергии. Кроме того, образующаяся при действии ПДГ-комплекса активная форма уксусной кислоты служит источником для синтеза многих биологических продуктов: жирных кислот, холестерина, стероидных гормонов, ацетоновых тел и других.

Окислительное декарбоксилирование α-кетоглутатарата катализирует α –кетоглута-ратдегидрогеназа . Этот фермент является составной частью цикла Кребса. Строение и механизм действия α-кетоглутаратдегидрогеназного комплекса схожи с пируватдегидрогеназой, т.е. ТПФ также катализирует начальный этап превращения кетокислоты. Таким образом, от степени обеспеченности клетки ТПФ зависит бесперебойная работа этого цикла.

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

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

4 . Витамин В 1 принимает участие в синтезе ацетилхолина , катализируя в пируватдегидрогеназной реакции образование ацетил-КоА – субстрата ацетилирования холина.

5. Помимо участия в ферментативных реакциях, тиамин может выполнять и некоферментные функции , конкретный механизм которых ещё нуждается в уточнении. Полагают, что тиамин участвует в кроветворении, на что указывает наличие врождённых тиаминзависимых анемий, поддающихся лечению высокими дозами этого витамина, а также в стероидогенезе. Последнее обстоятельство позволяет объяснить некоторые эффекты препаратов витамина В 1 как опосредованных стресс-реакцией.

Гиповитаминоз. Уже ранние проявления гиповитаминоза сопровождаются снижением аппетита и тошнотой. Отмечаются неврологические расстройства, к которым относятся нарушение периферической чувствительности, ощущение ползания «мурашек», невралгии. Характерна забывчивость, особенно на недавние события. Слабость сердечной мышцы проявляется тахикардией даже при незначительных нагрузках.

Недостаток в пище тиамина приводит к значительному накоплению пировиноградной и α-кетоглутаровой кислот, снижению активности тиаминзависимых ферментов в крови и тканях организма.

В эксперименте показано, что тиаминовая недостаточность сопровождается нарушением структуры и функции митохондрий. Добавление к последним ТПФ нормализует тканевое дыхание. У белых крыс, лишенных таимина, развивалась анорексия, уменьшалась масса тела. Шерсть теряла свой блеск, становилась взъерошенной. Животные мало двигались и обычно лежали, свернувшись в углу клетки. Анорексия является результатом резкого угнетения секреции желудочного сока и ослаблением его переваривающей способности.

Алиментарная недостаточность тиамина у человека приводит к патологическим изменениям в нервной, сердечно-сосудистой и пищеварительной системах, сопровождаясь общим истощением организма.

Болезнь «бери-бери» возникает при значительном дефиците тиамина и характеризуется крайне тяжёлым течением. В прошлом веке в странах Востока унесла миллионы жизней. «Бери-бери» в переводе с индийского означает «овца». Походка больного, действительно, похожа на поступь овцы (симптом симметричного опускания стоп). Поскольку у заболевших отмечалась тяжесть в ногах и скованность походки, «бери-бери» называлась также «кандальной болезнью». Этим заболеванием часто страдали заключённые, рацион питания которых состоял в основном из очищенного риса. Проявление недостаточности тиамина можно наблюдать до сих пор у бедных лиц в тех странах, где основу питания населения составляет полированный рис – в шлифованном зерне, в отличие от неочищенного, нет этого витамина. Последняя эпидемия «бери-бери» была на Филиппинах в 1953 г (погибло 100 000 человек).

Болезнь имеет 2 формы: сухую (нервно-паралитическую) и отёчную (сердечную). Причем в обоих случаях поражаются и сердечно-сосудистая и нервная системы, но в разной степени. В настоящее время классической «бери-бери», по-видимому, уже нет, однако явления умеренного гиповитаминоза отмечаются часто. К основным симптомам недостаточности тиамина относятся: физическая слабость, снижение аппетита (витамин В 1 необходим для стимуляции желудочной секреции), стойкие запоры; расстройство функции нервной системы (онемение пальцев, чувство «ползания мурашек», утрата периферических рефлексов, боль по ходу нервов); нарушения психической деятельности (раздражительность, забывчивость, страх, иногда галлюцинации, снижение интеллекта). Позже развивается глубокое поражение нервной системы, характеризующееся потерей чувствительности конечностей, развитием параличей, атрофией мышц в результате нарушения их иннервации. При отёчной форме, наряду с явлениями полиневрита, отмечаются тахикардия и одышка даже при незначительных нагрузках. Из-за слабости сердечной мышцы развиваются отёки. Особенно часто проявления тиаминовой недостаточности наблюдаются у хронических алкоголиков вследствие их склонности больше пить, чем есть. Синдром Вернике, развивающийся у этих лиц, характеризуется нарушением координации движений, зрительной функции, спутанностью сознания.

Особая чувствительность нервной ткани к недостатку тиамина объясняется тем, что коферментная форма этого витамина абсолютно необходима нервным клеткам для усвоения глюкозы, которая является для них почти единственным источником энергии (большинство других клеток организма может использовать иные энергетические вещества, например жирные кислоты). Кстати, питание преимущественно углеводной пищей (белый хлеб, сладости) приводит к повышенной потребности в тиамине и, следовательно, развитию вторичной тиаминовой недостаточности.

Врождённые нарушения обмена тиамина .

Синдром Wernicke -К orsakoff . В основе этого синдрома, сопровождающегося потерей памяти и частичным параличом, лежит изменение свойств фермента транскетолазы, у которой уменьшается сродство к ТПФ. Гены других ТПФ-зависимых ферментов не затрагиваются. Заболевание проявляется, если уровень потребляемого ТПФ снижается ниже значений, необходимых для насыщения транскетолазы. Синдром часто встречается у хронических алкоголиков при недостаточном потреблении ими витаминов.

Перемежающаяся атаксия . Заболевание обусловлено врождённым дефектом пируватдегидрогеназы.

Тиаминзависимая форма болезни «моча с запахом кленового сиропа ». При этой патологии отмечается дефект окислительного декарбоксилирования разветвлённых кетокислот. В крови и моче резко увеличивается содержание разветвлённых кетокислот (отсюда – специфический запах мочи) и их субстратов – аминокислот валина, изолейцина и лейцина. Клиническая симптоматика схожа с терминальной стадией В 1 -недостаточности.

Подострая некротизирующая энцефалопатия . При этом заболевании нарушается образование ТТФ в мозге. Энцефалопатия проявляется в потере аппетита, рвоте, затруднении сосания. Младенцы теряют способность держать головку, у них отмечаются многочисленные неврологические расстройства. Болезнь заканчивается без лечения летально в течение первых лет жизни.

Тиаминзависимая мегалобластическая анемия . Механизм участия тиамина в кроветворении до конца не выяснен.

Гипервитаминоз не описан. Избыток принятого витамина быстро выводится с мочой, но у некоторых лиц имеется повышенная чувствительность к парэнтеральному введению препаратов тиамина.

Оценка обеспеченности организма тиамином . С этой целью обычно определяют содержание витамина и/или его коферментов в эритроцитах крови. Поскольку при недостатке витамина В 1 нарушается окислительное декарбоксилирование кетокислот, увеличение содержания в крови и моче пировиноградной и α-кетоглутаровой кислот будет свидетельствовать о недостатке тиамина в организме. Однако следует иметь в виду, что накопление пирувата отмечается не только при гиповитаминозе В 1 , но и при гипоксии и других патологических состояниях.

Наилучшим способом судить о степени обеспеченности организма витамином В 1 является определение активности тиаминзависимых ферментов. Однако активность пируват- и α–кетоглутаратдегидогеназ снижается только при глубоком гиповитаминозе, поскольку их апофермент прочно связывает ТПФ. Транскетолаза связывает ТПФ слабее и активность её в эритроцитах начинает снижаться уже на ранних стадиях гиповитаминоза В 1 . Если к образцу крови добавить ТПФ, то величина возрастания активности транскетолазы (так называемый ТПФ-эффект) позволит судить о степени недостаточности тиамина.

Суточная потребность. Пищевые источники .

Довольно много витамина В 1 содержится в пшеничном хлебе из муки грубого помола, в оболочке семян хлебных злаков, в сое, фасоли, горохе. Много его в дрожжах. Меньше – в картофеле, моркови, капусте. Из продуктов животного происхождения наиболее богаты тиамином печень, нежирная свинина, почки, мозг, яичный желток. В настоящее время дефицит витамина В 1 становится одной из проблем питания, так как из-за высокого потребления сахара и кондитерских изделий, а также белого хлеба и шлифованного риса существенно увеличивается расход этого витамина в организме. Использовать дрожжи в качестве источника витамина не рекомендуется из-за высокого содержания в них пуринов, что может приводить к возникновению обменного артрита (подагры).

Суточная потребность в тиамине – 1,1-1,5 мг.

Транскетолаза – фермент пентозофосфатного пути окисления углеводов. Физиологическая роль этого пути заключается в том, что он является основным поставщиком NADFH·H + и рибозо-5-фосфата. Транскетолаза переносит двухуглеродные фрагменты от ксилулозо-5-фосфата к рибозо-5-фосфату, что приводит к образованию триозофосфата (3-фосфоглицеринового альдегида) и С 7 - сахара (седогептулозо-7-фосфата). ТПФ необходим для стабилизации карбаниона, образующегося при расщеплении связи С 2 -С 3 ксилулозо-5-фосфата.

Участие в синтезе ацетилхолина

ТПФ катализирует в пируватдегидрогеназной реакции образование ацетил-КоА – субстрата ацетилирования холина. Помимо участия в ферментативных реакциях, тиамин может выполнять и не коферментные функции . Полагают, что тиамин участвует в кроветворении, на что указывает наличие врожденных тиаминзависимых анемий, поддающихся лечению высокими дозами этого витамина, а также в стероидогенезе.

2.2 . Витамин B 2 (рибофлавин)

(витамин роста )

Молекула рибофлавина (витамина В 2) по химической природе представляет собой производное изоаллоксазина (7,8-диметил-10-(1′-D-рибитил)-изоаллоксазин), связанного с пятиатомным спиртом рибитолом. ВитаминВ 2 отличается от других витаминов желтым цветом (от лат. flavus – желтый). В отличие от желтой окисленной формы рибофлавина, восстановленная форма витамина бесцветна.

Термином флавины обозначаются многие производные изоаллоксазина, обладающие В 2 -витаминной активностью.

Биосинтез флавинов осуществляется растительными и многими бактериальными клетками, а также плесневыми грибками и дрожжами. Благодаря микробному биосинтезу рибофлавина в желудочно-кишечном тракте жвачные животные не нуждаются в этом витамине. У других животных и человека синтезирующихся в кишечнике флавинов недостаточно для предупреждения гиповитаминоза. В пище витамин В 2 находится преимущественно в виде своих коферментных форм – FMN (флавинмоно-нуклеотида) и FAD (флавинадениндинуклеотида).

Биохимическая функция

Основная функция витамина В 2 состоит в том, что он является основой флавиновых коферментов – FMN и FAD, роль которых заключается в следующем:

FMN и FAD служат коферментами оксидаз, переносящих электроны и Н + от окисляемого субстрата на молекулярный кислород. К ним относятся ферменты, участвующие в распаде аминокислот (оксидазы D- и L-аминокислот), нуклеотидов (ксантиноксидаза), биогенных аминов (моно- и диаминоксидазы) и другие;

FMN и FAD являются промежуточными переносчиками электронов и протонов в дыхательной цепи: FМN входит в состав I-го комплекса цепи тканевого дыхания, FAD – в состав II-го комплекса;

Наряду с ТПФ и другими коферментами FAD осуществляет окислительное декарбоксилирование соответствующих кетокислот в составе пируват- и a-кетоглутаратдегидрогеназных комплексов, а также является единственным коферментом сукцинатдегидрогеназы (фермента цикла Кребса). Таким образом, рибофлавин принимает активное участие в функционировании главного метаболического пути клетки;

FAD является коферментом ацил-КоА-дегидрогеназы, участвующей в реакции окисления жирных кислот в митохондриях.

2.3. Витамин B 3 (пантотеновая кислота).

Витамин В 3 широко распространен в природе, отсюда и его название – пантотеновая кислота (от panthos – повсюду). Пантотеновая кислота состоит из остатков D-2,4-дигидрокси-3,3-диметилмасляной кислоты и b-аланина, соединённых между собой амидной связью:

Коферментными формами витамина В 3 , образующимися в цитоплазме клеток, являются 4′-фосфопантетеинат и СoA-SH.

СoA-SH

В кишечнике человека пантотеновая кислота в небольших количествах продуцируется кишечной палочкой. Пантотеновая кислота представляет собой универсальный витамин, в котором или его производных нуждаются человек, животные, растения и микроорганизмы.

Биохимическая функция

Значение пантотеновой кислоты определяется исключительно важной ролью ее коферментных форм в ключевых реакциях метаболизма. Производные витамина, такие как S-сульфопантетеин, способны поддерживать рост бифидобактерий – важного компонента биоценоза кишечника.

4′-фосфопантетеин является активной частью ацилпереносящего белка (АПБ) синтазы жирных кислот – представителя класса так называемых фосфопантетеинпротеинов.

Ацетил-СоА является субстратом для синтеза жирных кислот, холестерина и стероидных гормонов, ацетоновых тел, ацетилхолина, ацетилгюкозаминов. С него начинаются реакции главного метаболического пути клетки – цикла Кребса.

Ацетил-СоА принимает участие в реакциях обезвреживания (ацетилирование биогенных аминов и чужеродных соединений).

Ацетил-СоА участвует в активировании жирных кислот с образованием ацил-СоА. Ацил-СоА используется для синтеза липидов; для транспорта жирных кислот в митохондрии.

2.4. Витамин B 5 (РР никотиновая кислота, никотинамид )

(антипеллагрический )

Никотиновая кислота является пиридин-3-карбоновой кислотой, никотинамид – ее амидом. Оба соединения в организме легко превращаются друг в друга и поэтому обладают одинаковой витаминной активностью.

В тканях оба соединения преимущественно используются для синтеза коферментных форм – NAD и NADP.

Биохимическая функция

Почти весь имеющийся в клетках и жидких средах организма витамин РР представлен в виде никотинамида, включенного в состав коферментов – NAD и NADP.

NAD + – кофермент дегидрогеназ, участвующих в реакциях окисления глюкозы, жирных кислот, глицерина, аминокислот, является коферментом дегидрогеназ цикла Кребса (исключая сукцинатдегидрогеназу). В этих реакциях кофермент выполняет функцию промежуточного акцептора электронов и протонов.

NAD + – переносчик протонов и электронов в дыхательной цепи митохондрий (от окисляемого субстрата к первому комплексу цепи тканевого дыхания).

NAD + – субстрат ДНК-лигазной реакции при синтезе и репарации ДНК, а также субстрат для синтеза поли-АДФ-рибозы в поли-(АДФ)-рибозилировании белков хроматина.

NADPH·H + – донор водорода в реакциях синтеза жирных кислот, холестерина, стероидных гормонов и некоторых других соединений.

NADPH·H + – компонент монооксигеназной цепи микросомального окисления, выполняющей функцию детоксикации антибиотиков и других чужеродных веществ.

NAD + и NADPH·H + являются аллостерическими регуляторами ферментов энергетического обмена, в частности, ферментов цикла Кребса, а также реакций глюконеогенеза.

Никотинамид и N-метилникотинамид (метаболит никотинамида) являются участниками процесса метилирования т-РНК и белков.

2.5. Витамин B 6 (пиридоксин, пиридоксаль,
пиридоксамин)

(антидерматитный )

Витамин В 6 включает группу из трех соединений – природных производных пиридина, обладающих одинаковой витаминной активностью: пиридоксина, пиридоксаля, пиридоксамина, и отличающихся друг от друга наличием соответственно спиртовой, альдегидной или аминогруппы.

Коферментные функции выполняет фосфорилированное производное пиридоксина: пиридоксальфосфат.

Биохимическая функция

Витамин В 6 часто называют «королем обмена аминокислот»; вместе с тем его коферментные формы участвуют в реакциях, катализируемых почти всеми классами ферментов.

Коферментные формы витамина В 6 входят в состав следующих ферментов:

- аминотрансфераз аминокислот, катализирующих обратимый перенос NH 2 -группы от аминокислоты на a-кетокислоту, при этом образуются новая a-кетокислота и новая аминокислота;

- декарбоксилаз аминокислот, отщепляющих карбоксильную группу аминокислот, что приводит к образованию биогенных аминов (гистамина, серотонина, ГАМК и других), а также моноаминоксидаз, гистаминазы (диаминооксидаза) и аминотрансферазы ГАМК, обезвреживающих (окисляющих) биогенные амины;

- изомераз аминокислот, с помощью которых организм разрушает D-аминокислоты (в состав тканевых белков млекопитающих входят L-аминокислоты);

- синтазы d-аминолевуленовой кислоты, участвующей в биосинтезе гема гемоглобина и других гемсодержащих белков; ферментов, обеспечивающих синтез витамина РР из триптофана, цистеина из серина и гомоцистеина;

Фермента, участвующего в реакциях биосинтеза сфинголипидов (из серина и пальмитоил-СоА).

Таким образом, витамин В 6 характеризуется исключительно широким спектром биологического действия. Он принимает участие в регуляции белкового, углеводного и липидного обмена, биосинтезе гема и биогенных аминов, гормонов щитовидной железы и других биологически активных соединений. Помимо каталитического действия, пиридоксальфосфат участвует в процессе активного транспорта некоторых аминокислот через клеточные мембраны, ему присуща функция регулятора конформационного состояния гликогенфосфорилазы – главного регулируемого фермента, осуществляющего распад гликогена.

2.6. Витамин В 9 (фолиевая кислота, витамин В С)

(антианемический )

Фолиевая кислота (лат. folium – лист) состоит из трёх структурных единиц: остатка птеридина, пара-аминобензойной и глутаминовой кислот.

Витамином В С это соединение назвали из-за его способности излечивать анемию у цыплят (от англ. chicken – цыпленок).

В организме человека птеридиновое кольцо не синтезируется, поэтому удовлетворение потребности в фолиевой кислоте полностью зависит от ее поступления с пищей.

Витамин В 9 , всасываясь в тонком кишечнике, восстанавливается в энтероцитах до активной формы – тетрагидрофолиевой кислоты (ТГФК) и N 5 -метил-ТГФК.

Биохимическая функция

Коферментная форма фолиевой кислоты – ТГФК – необходима для мобилизации и использования в реакциях метаболизма одноуглеродных функциональных групп: метильной (–СН 3 ), метиленовой (–СН 2 –), метенильной (–СН=), формильной (–СНО) и формиминогруппы (–CH=NH). Присоединение этих групп по 5-му или 10-му атому азота ТГФК осуществляется ферментативно.

Важнейшими реакциями с участием одноуглеродных фрагментов, связанных с ТГФК, являются:

N 5 ,N 10 -метилен-ТГФК и N 10 -формил ТГФК служат донорами соответствующих одноуглеродных радикалов при синтезе пуриновых нуклеотидов;

N 5 -метил-ТГФК вместе с витамином В 12 участвуют в переносе метильной группы в реакциях синтеза дТМФ и метионина;

- ТГФК вовлекается в метаболизм аминокислот: серина, глицина и метионина.

2.7. Витамин В 12 (Кобаламин)

(антианемический )

Структура витамина В 12 отличается от строения всех других витаминов своей сложностью и наличием в его молекуле иона металла – кобальта. Кобальт связан координационной связью с четырьмя атомами азота, входящими в состав порфириноподобной структуры (называемой корриновым ядром), и с атомом азота 5,6-диметилбензимидазола.

Кобальт-содержащсе ядро молекулы представляет собой плоскостную структуру с перпендикулярно расположенным к ней нуклеотидом. Последний, помимо 5,6-диметилбензимидазола, содержит рибозу и фосфорную кислоту (циановая группа, связанная с кобальтом, присутствует только в очищенных препаратах витамина, в клетке она замешается водой или гидроксильной группой). Из-за присутствия в молекуле витамина кобальта и амидного азота это соединение получило название кобаламина.

Первые упоминания о заболевании (какке, бери-бери), известном сейчас как проявление недостаточности тиамина, встречаются в древних медицинских трактатах, дошедших до нас из Китая, Индии, Японии. К концу 19-го столетия клинически уже различали несколько форм этой патологии, но только Takaki (1887) связал заболевание с какой-то, как он тогда полагал, недостаточностью азотсодержащих веществ в пищевом рационе. Более определенные представления были у голландского врача С. Eijkman (1893-1896), обнаружившего в рисовых отрубях и в некоторых бобовых растениях неизвестные тогда факторы, предупреждавшие развитие или излечивавшие бери-бери. Очисткой этих веществ занимались затем Funk (1924), впервые предложивший сам термин «витамин», и ряд других исследователей. Извлеченное из естественных источников активное вещество только в 1932 г. было охарактеризовано общей эмпирической формулой, а затем в 1936 г. успешно синтезировано Williams с соавторами. Еще в 1932 г. высказывалось предположение о роли витамина в одном из конкретных процессов обмена веществ - декарбоксилировании пировиноградной кислоты, но лишь в 1937 г. стала известна коферментная форма витамина - тиаминдифосфат (ТДФ). Коферментные функции ТДФ в системе декарбоксилирования альфа-кетокислот долгое время представлялись почти единственными биохимическими механизмами реализации биологической активности витамина, однако уже в 1953 г. круг ферментов, зависящих от присутствия ТДФ, был расширен за счет транскетолазы, а сравнительно недавно и специфической декарбоксилазы гамма-окси-альфа-кетоглютаровой кислоты. Нет оснований думать, что перечисленным исчерпывается перспектива дальнейшего изучения витамина, так как эксперименты на животных, данные, получаемые в клинике при лечебном применении витамина, анализ фактов, иллюстрирующих известную нейро- и кардиотропность тиамина, с несомненностью указывает на наличие еще каких-то специфических связей витамина с другими биохимическими и физиологическими механизмами.

Химические и физические свойства витамина В1

Тиамин или 4-метил-5-бета-оксиэтил-N- (2-метил-4-амино-5-метилпиримидил) -тиазолий, получается синтетически обычно в виде хлористо- или бромистоводородной соли.

Тиаминхлорид (М-337,27) кристаллизуется в воде в виде бесцветных моноклинических игл, плавится при 233-234° (с разложением). В нейтральной среде его спектр поглощения имеет два максимума - 235 и 267 нм, а при рН 6,5 один - 245-247 нм. Витамин хорошо растворяется в воде и уксусной кислоте, несколько хуже в этиловом и метиловом спиртах и нерастворим в хлороформе, эфире, бензоле, ацетоне. Из водных растворов тиамин может быть осажден фосфорно-вольфрамовой или пикриновой кислотой. В щелочной среде тиамин подвергается многочисленным превращениям, которые, в зависимости от природы добавленного окислителя, могут завершаться образованием тиаминдисульфида или тиохрома.

В кислой среде витамин разлагается только при длительном нагревании, образуя 5-гидрокси-метилпиримидин, муравьиную кислоту, 5-аминометилпиримидин, тиазоловый компонент витамина и З-ацетил-3-меркапто-1-пропанол. Среди продуктов распада витамина в щелочной среде идентифицированы тиотиамин, сероводород, пиримидодиазепин и др. Получены также сульфат и мононитрат витамина. Известны соли тиамина с нафталенсульфоновой, арилсульфоновой, цетилсерной и эфиры с уксусной, пропионовой, масляной, бензойной и другими кислотами.

Особое значение имеют эфиры тиамина с фосфорной кислотой, в частности ТДФ, являющийся коферментной формой витамина. Получены также гомологи тиамина путем различных замещений у второго (этил-, бутил-, оксиметил-, оксиэтил-, фенил-, оксифенил-, бензил-, тиоалкил-), четвертого (окситиамин) и шестого (метил-, этил) атомов углерода пиримидина метилированием аминогруппы, замещением тиазолового цикла на пиридиновой (пири-тиамин), имидозоловый или оксазоловый, модификациями заместителей у пятого углерода тиазола (метил-, оксиметил-, этил, хлорэтил-, оксипропил- и др.) . Отдельную большую группу соединений витамина составляют S-алкильные и дисульфидные производные. Среди последних наибольшее распространение как витаминный препарат получил тиаминпропилдисульфид (ТПДС).

Методы определения витамина В1

В чистых водных растворах количественное определение тиамина легче всего проводить по поглощению при 273 нм, что соответствует изобестической точке спектра витамина, хотя некоторые авторы предпочитают работать в области 245 нм, в которой изменения экстинкции наиболее заметны. При рН 7,3 в фосфатном буфере тиамин еще в концентрации 1 мкг/мл дает отчетливую водородную полярографическую каталитическую волну, а в щелочной среде образует анодную волну, обусловленную взаимодействием тиолтиамина со ртутью и образованием меркаптида. Обе полярографические характеристики можно применить для количественного определения витамина. Если необходимо исследовать различные производные витамина, то приходится прибегать к предварительному их разделению путем электрофореза или хроматографии.

Наиболее удачным общим принципом колориметрического определения витамина являются реакции его взаимодействия с различными диазосоединениями, среди которых наилучшие результаты дает диазотированный р-аминоацетофенон. Образующееся ярко окрашенное соединение легко экстрагируется из водной фазы в органический растворитель, в котором оно легко подвергается количественному фотометрированию. В фосфатном буфере рН 6,8 тиамин при нагревании взаимодействует также с нингидрином, давая желтую окраску, пропорциональную концентрации витамина в интервале 20-200 мкг.

Наибольшее распространение получили различные варианты флюо-риметрического определения витамина, основанные на окислении тиамина в тиохром в щелочной среде. Предварительная очистка исследуемого материала от мешающих последующему флюориметрированию примесей достигается кратковременным кипячением проб с разбавленными минеральными кислотами, удалением примесей экстракцией бутиловым или амиловым спиртами или выделением витамина на соответствующих адсорбентах. Как показали исследования японских авторов, в качестве окислителя вместо феррицианида калия предпочтительнее применять бромциан, дающий больший выход тиохрома и снижающий образование других мешающих определению соединений. Для удовлетворительного определения тиамина требуется 100-200 мг ткани или 5-10 мл крови. Учитывая, что основной формой витамина, присутствующей в тканях, является ТДФ или протеидизированные дисульфидные производные тиамина, всегда необходима предварительная обработка исследуемых образцов (слабый кислотный гидролиз, фосфатаза, восстанавливающие агенты) для выделения свободного тиамина, так как другие формы витамина не образуют тиохрома, экстрагируемого затем для флюориметрии в органический растворитель.

Количественное определение коферментной формы витамина производится путем рекомбинации содержащегося в исследуемом растворе ТДФ с дружжевой апокарбоксилазой. В обоих случаях в присутствии ионов магния и пирувата происходит специфическое декарбоксилирование кетокислоты, а количество выделяющейся углекислоты (в аппарате Варбурга) пропорционально внесенному в пробу количеству ТДФ (0,02- 1 мкг). Еще выше чувствительность (0,005-0,06 мкг ТДФ) метода, основанного на ферментативном определении ацетальдегида, образующегося в первой реакции. Внесение в инкубационную среду наряду с апокарбоксилазой и специфическим субстратом еще и алкогольдегидрогеназы позволяет очень быстро (5-7 минут) вести учет реакции по изменению экстинкции раствора при 340 нм в области, соответствующей НАДН2.

Другие фосфаты тиамина определяются количественно после элек-трофоретического или хроматографического разделения их, последующей элюции, дефосфорилирования фосфатазами и флюориметрии полученного путем окисления в щелочной среде тиохрома. Микробиологические методы определения тиамина основываются на подборе соответствующих культур микроорганизмов, чувствительных к недостатку витамина. Наиболее точные и воспроизводимые результаты дает применение для этих целей Lactobacillus fermenti-36.

Распространение витамина В1 в природе

Продукт	Содержание тиамина в мкг %	Продукт	Содержание тиамина в мкг %
Пшеница	0,45	Томаты	0,06
Рожь	0,41	Говядина	0,10
Горох	0,72	Баранина	0,17
Фасоль	0,54	Свинина	0,25
Крупа овсяная	0,50	Телятина	0,23
Крупа гречневая	0,51	Ветчина	0,96
Крупа манная	0,10	Куры	0,15
Рис шлифованный	0	Яйца куриные	0,16
Макароны	следы	Рыба свежая	0,08
Мука пшеничная	0,2-0,45	Молоко коровье	0,05
Мука ржаная	0,33	Фрукты разные	0,02-0,08
Хлеб пшеничный	0,10-0,20	Дрожжи пивные сухие	5,0
Хлеб ржаной	0,17	Орехи грецкие	0,48
Картофель	0,09	Орехи земляные	0,84
Капуста белокачанная	0,08

Тиамин распространен повсеместно и обнаруживается у разных представителей живой природы. Как правило, количество его в растениях и микроорганизмах достигает величин значительно более высоких, чем у животных. Кроме того, в первом случае витамин представлен преимущественно свободной, а во втором - фосфорилированной формой. Содержание тиамина в основных продуктах питания колеблется в довольно широких пределах в зависимости от места и способа получения исходного сырья, характера технологической обработки полупродуктов и т. п. Величины, приводимые по этому поводу в литературе, характеризуют, как правило, уровень витамина до кулинарной обработки, которая сама по себе значительно разрушает тиамин. В среднем можно считать, что обычное приготовление пищи разрушает около 30% витамина. Некоторые виды обработки (высокая температура, повышенное давление и наличие больших количеств глюкозы), разрушают до 70-90% витамина, а консервация продуктов путем обработки их сульфитом может полностью инактивировать витамин. В злаковых и семенах других растений тиамин, подобно большинству водорастворимых витаминов, содержится в оболочке и зародыше. Переработка растительного сырья (удаление отрубей) всегда сопровождается резким снижением уровня витамина в полученном продукте. Шлифованный рис, например, совсем не содержит витамина.

Обмен тиамина в организме

Витамин поступает с пищей в свободном, эстерифицированном и частично связанном виде. Под влиянием пищеварительных ферментов происходит почти количественное его превращение в свободный тиамин, который всасывается из тонкого кишечника. Значительная часть поступившего в кровь тиамина быстро фосфорилируется в печени, часть его в виде свободного тиамина поступает в общий кровоток и распределяется по другим тканям, а часть снова выделяется в желудочно-кишечный тракт вместе с желчью и экскретами пищеварительных желез, обеспечивая постоянную рециркуляцию витамина и постепенное, равномерное усвоение его тканями. Почки активно экскретируют витамин в мочу. У взрослого человека за сутки выделяется от 100 до 600 мкг тиамина. Введение повышенных количеств витамина с пищей или парентерально увеличивает выделение витамина с мочой, но по мере повышения доз пропорциональность постепенно исчезает. В моче наряду с тиамином начинают в возрастающих количествах появляться продукты его распада, которых при введении витамина свыше 10 мг на человека может быть до 40-50% исходной дозы. Опыты с меченым тиамином показали, что наряду с неизмененным витамином в моче обнаруживается некоторое количество тиохрома, ТДС, пиримидиновый, тиалозовый компоненты и различные углерод- и серусодержащие осколки, в том числе меченые сульфаты.

Таким образом, разрушение тиамина в тканях животных и человека происходит достаточно интенсивно, но попытки обнаружить в животных тканях ферменты, специфически разрушающие тиамин, пока не дали убедительных результатов.

Суммарное содержание тиамина во всем организме человека, нормально обеспеченного витамином, составляет примерно 30 мг, причем в цельной крови его находится 3-16 мкг%, а в других тканях значительно больше: в сердце - 360, печени - 220, в мозге - 160, легких - 150, почках - 280, мышцах - 120, надпочечнике - 160, желудке - 56, тонком кишечнике - 55, толстом кишечнике - 100, яичнике - 61, яичках - 80, коже - 52 мкг%. В плазме крови обнаруживается преимущественно свободный тиамин (0,1 - 0,6 мкг%), а в эритроцитах (2,1 мкг на 1011 клеток) и лейкоцитах (340 мкг на Ю11 клеток) - фосфорилированный. Почти половина витамина находится в мышцах, 40%-во внутренних органах, причем 15-20% в печени. Основное количество тиамина тканей представлено ТДФ, хотя кожа и скелетные мышцы содержат довольно много дисульфидов витамина.

Свободный тиамин в норме легко определяется в кишечнике и почках, что может быть связано и с недостатками чисто методического порядка, так как эти ткани обладают исключительно высокой фосфатазной активностью и к моменту взятия материала на исследование уже может происходить частичное дефосфорилирование эфиров витамина. С другой стороны, эти же механизмы могут играть определенную роль в удалении витамина из крови в мочу или кал. Количество витамина в кале у человека составляет примерно 0,4-1 мкг и практически не зависит от биосинтеза витамина кишечной микрофлорой.

Некоторое представление о динамике обмена тканевых запасов витамина дают опыты, проведенные с S35-тиамином. Обновление тиамина происходит в разных тканях с различной скоростью и практически полная замена нерадиоактивного витамина на радиоактивный (вводимый ежедневно) осуществляется к 8-му дню опыта лишь в печени, почках, селезенке и скелетных мышцах. В сердце, поджелудочной железе и ткани мозга к указанному сроку процесс этот не завершается. Эти данные показывают, что количество витамина, находящегося в тканях, во много раз выше того уровня, который необходим для обеспечения специфических ферментных систем ТДФ. По-видимому, значительные количества витамина присутствуют в тканях, особенно в сердце и печени, в виде его производных, осуществляющих какие-то другие некоферментные функции.

Механизмы депонирования тиамина в организме

Фиксация витамина в тканях связана в основном с образованием ТДФ, который составляет не менее 80-90% всего тиамина, обнаруживаемого в организме. Некоторая неопределенность представлений по этому вопросу связана с обнаружением наряду с ТДФ, особенно в короткие промежутки после введений витамина, других ТФ и смешанных тиаминдисульфидов. При определенных условиях от 10 до 30% витамина может быть представлено ТМФ и ТТФ. Кроме того, ТТФ легко превращается в ТДФ в ходе обработки биологического материала перед исследованием. Подобно другим фосфорилированным коферментам, ТДФ фиксируется на белках по свой пирофосфатной группировке. Однако, и другие участки молекулы витамина играют при этом, не менее активную роль.

Образование тиаминфосфатов (тф)

Реакция фосфорилирования тиамина происходит за счет АТФ по общему уравнению: тиамин +АТФ-> ТДФ+АМФ.

Закономерности этой реакции были подтверждены на частично очищенном препарате тиаминкиназы из растворимой фракции гомогената печени. Оптимум рН для образования ТДФ этим ферментным препаратом лежал в пределах 6,8-6,9. Фосфорилирование тиамина подавлялось АМФ и АДФ. В присутствии АМФ образовывались лишь следы, а в присутствии АДФ - весьма незначительные количества ТДФ. Если в среду вместо тиамина вносился ТМФ, то образование ТДФ тормозилось. Очищенный примерно в 600 раз препарат тиамикиназы был применен для изучения механизма фосфорилирования витамина с использованием меченой гамма-Р32-АТФ. Оказалось, что тиамин получает от АТФ целиком пирофосфатную группировку.

В серии работ по изучению тиаминкиназы, выделенной из дрожжей и животных тканей, установлено, что ионы марганца, магния и кобальта активировали, а кальция, никеля, рубидия и железа - в широком диапазоне концентраций не угнетали фермент. В этих же работах показана возможность фосфорилирования тиамина за счет других нуклеотидтрифосфатов (ГТФ, ИТФ, УТФ и др.) и то, что основным продуктом реакции является ТДФ и небольшое количество ТМФ. Применением Р32-АТФ, как и в исследованиях предыдущих авторов, подтвержден механизм переноса на тиамин сразу пирофосфатной группировки.

Однако результаты, полученные in vitro, не нашли полного подтверждения при изучении фосфорилирования тиамина в организме и в опытах с митохондриями. С одной стороны, после внутривенного введения тиамина уже через 30-60 минут в крови животных обнаруживались меченные по фосфору ТДФ и ТТФ, но не ТМФ, т.е. подтверждался механизм пирофофорилирования. С другой стороны, после внутривенного введения ТМФ кокарбоксилазная и транскетолазная активность крови нарастала быстрее, чем после введения свободного тиамина. Некоторые микроорганизмы легче образуют ТДФ из ТМФ, чем из свободного витамина, а тиаминкиназа, найденная ранее в печени, не обнаружена в митохондриях почек, в которых фосфорилирование тиамина идет другим путем. Механизм фосфорилирования витамина с участием только АТФ не всегда укладывается в простую схему переноса пирофосфатной группировки в целом хотя бы потому, что наряду с ТДФ в различном биологическом материале обнаруживаются в значительных количествах и другие ТФ, в том числе даже Т-полифосфаты.

Ряд исследований касается вопроса о локализации систем, ответственных за фосфорилирование тиамина. Печень уже через час после введения тиамина захватывает 33-40% витамина, накапливая различные его фосфорные эфиры. Фосфорилирование меченого витамина в разных органах происходит в порядке убывающей активности: печень, почки, сердце, семенники, головной мозг. При этом радиоактивность фосфорных эфиров тиамина убывает в ряду: ТТФ, ТДФ, ТМФ. Фосфорилирование тиамина идет активно в митохондриях, микросомах и гиалоплазме.

Из изложенных выше фактов нетрудно сделать вывод, что общая интенсивность процессов эстерификации витамина в организме или в отдельных тканях должна в значительной степени коррелировать с активностью процессов, поставляющих АТФ. Первые экспериментальные наблюдения в этом плане, проведенные на гомогенатах печени или клеточных элементах крови, получили в дальнейшем полное подтверждение. Все ингибиторы дыхания и гликолиза или соединения, конкурирующие с Т за АТФ, как правило, снижают уровень ТДФ в крови и в тканях.

Роль отдельных группировок в молекуле тиамина для его связывания в тканях

К настоящему времени синтезировано больщое количество новых производных тиамина (смешанные дисульфиды, О-бензоильные производные и др.), широко внедряемых в лечебную и профилактическую практику. Преимущества новых витаминных препаратов, как правило, выявлялись чисто эмпирически в связи с тем, что до настоящего времени мы не располагаем достаточными сведениями о молекулярных механизмах ассимиляции тиамина, о характере его взаимодействия со специфическими (ферменты) и неспецифическими (осуществляющими транспорт витамина) белками. Необходимость точных представлений в этом вопросе диктуется и широкими перспективами использования антивитаминов тиамина (ампрол, хлоротиамин, деокситиамин) для лечебных целей (см. ниже).

Работы по синтезу новых производных тиамина с заранее заданными физико-химическими свойствами, обусловливающими возможности целенаправленного воздействия на обменные процессы в организме, немыслимы без конкретных представлений о роли отдельных групп атомов витамина и его производных в этой области. Значение пирофосфатного радикала для специфической протеидизации ТДФ в составе соответствующих ферментов уже отмечалось выше. Появилось большое количество данных, доказывающих участие тиамина в других реакциях, не имеющих ничего общего с коферментными функциями витамина. Можно допустить, что разнообразию активных группировок в молекуле тиамина соответствуют особые формы претеидизации, при которых блокируются одни и открываются одновременно другие, важные для соответствующей функции, участки молекулы витамина. Действительно, первый тип протеидизации (через пирофосфатный радикал) отвечает коферментной функции и оставляет свободными, доступными для субстрата 2-й углерод тиазола и аминогруппу пиримидинового компонента. С другой стороны, очевидно, что участие витамина в окислительно-восстановительных реакциях или в процессах перефосфорилирования должно сочетаться с исключением возможности одновременного функционирования его как кофермента, так как в первом случае необходима деполяризация и раскрытие тиазолового цикла, а во втором - свободное положение фосфорилированного оксиэтильного радикала. Поскольку 80-90% тиамина, присутствующего в тканях, освобождается лишь при кислотном и ферментативном гидролизе, можно считать, что все связанные формы витамина находятся в протеидизированном, т. е. связанном с белками, состоянии.

Представление о значении отдельных участков молекулы тиамина в этом процессе легко получить, определяя степень связывания тканями меченного по сере (S35) витамина и некоторых его производных, лишенных тех или иных активных центров, например аминогруппы - окситиамин (окси-Т), аминогруппы и оксиэтильного радикала - хлорокситиамин (ХОТ), четвертичного азота в тиазоловом цикле - тетрагидротиамин (ТТ). Не касаясь деталей затронутого вопроса, можно с достаточной уверенностью утверждать, что модификации структуры хотя бы одного участка в молекуле витамина резко нарушают (см.таблицу) условия его_связывания тканями: через 24 часа все введенные меченые производные тиамина связываются хуже, чем витамин.

Сам по себе этот факт говорит о том, что при взаимодействии тиамина с белками играет роль не одна-две, а, по-видимому, несколько группировок.

Коферментные функции тиаминдифосфата

Известно значительное количество различных реакций, катализируемых ТДФ. Однако все их можно свести к нескольким типичным вариантам: простое и окислительное декарбоксилирование альфа-кетокислот, ацилоиновая конденсация, фосфорокластическое расщепление кетосахаров. Ферментные системы, принимающие участие в этих реакциях, по-видимому, едины в основных принципах своего действия; различна лишь последующая судьба «активного альдегидного осколка», возникающего на первых этапах процесса. Исследования превращений альфа-кетокислот позволили четко представить как роль собственно декарбоксилирующего фрагмента полиферментного комплекса дегидрогеназы, содержащего ТДФ, так и последовательность всех других, связанных с ним реакций.

В системе транскетолазы (ТК) «активный альдегидный» осколок, очевидно, будет представлен гликолевым радикалом, переносимым от соответствующих источников (ксилулозо-5-фосфат, фруктозо-6-фосфат, оксипируват и др.) на различные акцепторы (рибозо-5-фосфат, эритрозо-4-фоофат, глюкозо-6-фосфат). В фосфокетолазной реакции «активный гликолевый» радикал превращается непосредственно в ацетилфосфат.

Значительные успехи в выяснении механизма каталитического действия ТДФ были достигнуты в результате исследований, проведенных в двух основных направлениях: создание модельных неферментативных систем и введение в ферментные системы различных аналогов или антагонистов тиамина. Используя первый путь, удалось показать, что витамин В1 и в нефосфорилированном виде способен при определенных условиях в отсутствие белка катализировать реакции декарбоксилирования, образования ацетона, дисмутации диацетила. Различными вариантами опытов, в которых коферментная активность ТДФ сравнивалась с активностью антиметаболитов витамина или изучалась с добавлением соли Рейнеке, бромацетата, пара-хлор-меркурий-бензоата и других соединений, показано, что каталитически наиболее важными группами в молекуле тиамина являются: сера, четвертичный азот тиазолового кольца, аминогруппа в положении 4 пиримидинового кольца, второй углеродный атом тиазола (2-С-Тз), метиленовый мостик. Некоторые активные центры (сера, азот, метиленовый мостик) необходимы только для поддержания определенной структуры и создания соответствующей электронной плотности у второго углеродного атома тиазола (2-С-Тз), который является главным каталитическим центром. Спорными и неопределенными пока являются представления о значении аминогруппы пиримидинового компонента.

Значение второго углерода тиазола

Впервые каталитические свойства тиазолиевых солей были показаны на примере бензоиновой конденсации. Затем было установлено, что от 2-С-Тз в обычных, близких к физиологическим условиям легко отщепляется протон, а из тиамина образуется двойной ион, для которого легко было постулировать механизмы взаимодействия с альфа-кетокислотами и образование промежуточного соединения оксиэтилтиамина (ОЭТ), соответствующего представлениям об «активном ацетальдегиде».

Синтетические препараты ОЭТ, испытанные как ростовые факторы для микробов, обладали 80% активности по сравнению с витамином. Образование ОЭТ как естественного продукта обмена было показано для некоторых микроорганизмов. Представления о решающей роли 2-С-Тз в осуществлении коферментных функций оказались в достаточной мере плодотворными, так как за относительно короткий промежуток времени были выделены и некоторые производные ТДФ, соответствующие другим известным промежуточным продуктам ферментативных реакций: дигидроксиэтил-ТДФ («активный гликолевый альдегид» в транскетолазной и фосфокетолазной реакции), альфа-гидрокси- гамма-карбокси-пропил-ТДФ («активный янтарный полуальдегид») и оксиметил-ТДФ, играющий роль в обмене глиоксилата и образовании активных формильных радикалов.

Значение пиримидинового компонента

Даже незначительные замещения в аминопиримидиновом компоненте тиамина резко снижают витаминную активность новых соединений. Особое внимание в этом плане уже давно уделяется аминогруппе, замена которой на оксигруппу вызывает образование известного антиметаболита витамина - окси-Т, способного после фосфорилирования до дифосфата подавлять активность как ПД, так и ТК. Потеря коферментной активности наблюдается и в случае незначительных изменений структуры аминогруппы (метилирование) или простого ее удаления из ТДФ.

Критическое рассмотрение обширного экспериментального материала, касающегося изучения каталитической активности тиамина или его производных в модельных и ферментных системах, заставляет по-новому обратить внимание на некоторые особенности строения катализатора и обменивающихся при его участии субстратов.

Такой особенностью, общей для кофермента и субстратов, является строгая зависимость рассматриваемых реакций одновременно от двух активных центров - на субстрате и, по-видимому, на катализаторе. Действительно, все разнообразие субстратов, принимающих участие в реакциях, катализируемых ТДФ, может быть легко сведено к принципиально единому типу, особенностью которого является смежное расположение у соседних углеродных атомов карбонильной и гидроксильной групп. Только между такими углеродными атомами происходит разрыв (тиаминолиз) связи при участии ТДФ.При этом всегда один и тот же осколок становится в дальнейшем «активным», способным к различным конденсациям, а второй - «пассивным», конечным метаболитом реакции. Определенное расположениекарбонильной и гидроксильной групп абсолютно необходимо для осуществления каталитического механизма.

Некоферментная активность тиамина и некоторых его производных

Наряду с выяснением механизма основных реакций, в которых каталитическую роль играет ТДФ, имеются многочисленные данные о высокой биологической активности других некоферментных производных тиамина. Отчетливо наметились два направления исследований: возможное участие различных фосфорных эфиров витамина в активном переносе богатых энергией фосфатных групп (ангидридная связь в ТДФ макроэргическая) и вероятность вмешательства тиамина в окислительно-восстановительные реакции. В связи с тем, что неизвестны специфические тиаминсодержащие ферментные системы, причастные к регуляции упомянутых выше процессов, наблюдаемые в этой сфере обмена эффекты витамина можно рассматривать как проявление его неспецифических функций.

Тиаминофосфаты (тф)

После разработки доступных методов получения ТДФ его стали широко испытывать при различных заболеваниях в клинических условиях. Внутривенное введение 100-500 мг ТДФ при диабетическом ацидозе увеличивало количество пирувата, образующегося из глюкозы. Эффект аналогичного характера наблюдался при диабете после введения АТФ или фосфокреатина. В мышцах при утомлении и отдыхе распад и ресинтез ТДФ происходят примерно по тем же закономерностям, которые известны для АТФ и фосфокреатина. Характерными были изменения во время отдыха, когда количество ТДФ превышало исходный уровень до утомительной работы. Причины усиленного распада ТДФ во время сократительной деятельности мышц вряд ли возможно объяснить с позиции известных коферментных функций ТДФ. Установлено, что введение животным больших доз ТДФ уже через несколько часов значительно (иногда в 2 раза) повышает в тканях содержание лабильных фосфорных соединений.

Свободный тиамин и его производные

Введение животным антиме-таболитов витамина - окси-Т и ПТ - вызывает различную картину нарушений в обмене и в физиологических функциях, что позволило предположить вероятность существования у тиамина нескольких различных или даже независимых друг от друга функций. Различие между этими антиметаболитами с химической точки зрения сводится к исключению тиолдисульфидных превращений у ПТ и трициклических по типу тиохрома (Тх) у окси-Т. Возможность каталитического действия тиамина на уровне окислительно-восстановительных реакций в обмене давно допускают и критикуют разные авторы. Действительно, различная обеспеченность витамином сильно влияет на активность ряда окислительных ферментов или содержание в крови восстановленных форм глютатиона. Витамин обладает антиоксидантными свойствами в отношении аскорбиновой кислоты, пиридоксина и легко взаимодействует с оксигруппами полифенолов. Дигидро-Т частично окисляется в тиамин дрожжами и бесклеточными экстрактами, кристаллическими препаратами пероксидазы, тирозиназы и неферментативно при взаимодействии с кристаллическим убихиноном, пластохиноном, менадионом.

Тиол-дисульфидные превращения

ТДС обнаружен в тканях животных, моче, крови, оттекающей от перфузируемой витамином печени, дрожжах и др. Легкость взаимодействия ТДС с цистеином и глютатионом явилась поводом к предположению о вероятности непосредственного участия витамина в форме тиола в окислительно-восстановительных реакциях в организме. Также показано, что в щелочной среде и в биологических системах витамин легко реагирует с различными тиоловыми соединениями, образуя парные дисульфиды. При взаимодействии с гидрохиноном, рутином и катехинами тиамин превращается в ТДС. Эта реакция может иметь особую роль в обратимых превращениях хинонов в дифенолы, например в меланогенезе на одном из этапов превращения тирозина в меланин.

Участие тиамина в обмене веществ

Декарбоксилирование альфа-кетокислот у микроорганизмов протекает без сопряженного окисления, и типичный для указанного действия фермент карбоксилаза осуществляет распад пирувата до углекислоты и ацетальдегида.

СН3-СО-СООН --> СН3-СНО + С02

Тот же фермент принимает участие в обмене других сходным образом построенных кетокислот и может катализировать конденсацию образующихся альдегидов до соответствующих ацилоинов. Неокислительные превращения альфа-кетокислот при определенных условиях имеют место и в тканях животных. Но для животных тканей основным типичным путем превращения альфа-кетокислот является их окислительное декарбоксилирование. Процесс этот касается нескольких соединений (пируват, кетоглутарат, глиоксилат, гамма-окси-альфа-кетоглутарат) и связан с различными специфическими ферментами.

1. Дегидрогеназа пировиноградной кислоты (ПД) осуществляет де-карбоксилирование и окисление пирувата (ПК) через промежуточные этапы, которые можно суммировать общим уравнением:

СН3-СО-СООН + КоА + НАД СН3-СО-КоА + С02 + НАД.Н2.

Таким образом, реакция контролирует процесс аэробного окисления углеводов и занимает ключевую позицию на путях превращения углеводов в липиды и катаболизма глюкозы через цикл лимонной кислоты. Фермент весьма чувствителен к недостатку тиамина в целом организме, в связи с чем авитаминоз и гиповитаминоз В1, как правило, сопровождаются торможением процесса распада ПК и соответствующим накоплением кетокислоты в крови и в моче. Последнее обстоятельство широко используется как биохимический показатель недостаточности тиамина. Большое значение ПД-реакция имеет и в поддержании определенного равновесия в обмене аминокислот, так как ПК является участником многих реакций трансаминирования, в результате которых она превращается в аминокислоту аланин.

2. Дегидрогеназа альфа-кетоглютаровой кислоты (КГД) в основной последовательности своего действия и участвующих в реакции кофакторов не отличается от ПД. Однако сам фермент построен из более крупных субъединиц белка, а ТДФ в нем более прочно связан с декарбоксилирующим фрагментом, чем с аналогичным белком в ПД. Указанное обстоятельство уже само по себе в значительной мере объясняет большую устойчивость фермента к недостаточности тиамина в организме и подчеркивает важность для процессов жизнедеятельности реакции катализируемой КГД. Действительно, фермент, являясь компонентом циклофоразной системы, участвует в окислительном превращении альфа-кетоглютаровой кислоты (КГК) в сукцинил-КоА.

НООС-СН2 СН2 СО- СООН + КоА + НАД -- > НООС-СН2 СН2 СО- КоА + СО2 + НАД-Н2.

Уровень КГК, контролируемый КГД, важен, кроме того, для осуществления постоянной связи лимоннокислого цикла с белковым обменом, в частности с реакциями трансаминирования и аминирования, в результате которых образуется глутаминовая кислота.

3. Дегидрогеназа гамма-окси-альфа-кетоглютаровой кислоты обнаружена в 1963 г. Соединение это образуется в тканях в заметных количествах из оксипролина или из ПК и глиоксилата. После окислительного декарбоксилирования гамма-окси-альфа-КГК превращается в яблочную кислоту - один из промежуточных субстратов цикла лимонной кислоты. При недостаточности тиамина фермент быстро теряет активность, а наблюдающийся в этих условиях замедленный обмен ПК способствует избыточному образованию гамма-окси-альфа-КГК. Последнее соединение, как выяснилось, является мощным конкурентным ингибитором аконитазы, изоцитратдегидрогеназы и дегидрогеназы альфа-КГК, т. е. сразу трех ферментов лимоннокислого цикла. Указанное обстоятельство достаточно хорошо объясняет казавшийся ранее противоречивым факт, когда количество КГД при авитаминозе B1 остается почти нормальным при явном торможении цикла лимонной кислоты.

4. Окислительное декарбоксилирование глиоксиловой кислоты с образованием активного формильного остатка, который, по-видимому, может широко использоваться в соответствующих обменных реакциях, например при синтезе азотистых оснований нуклеиновых кислот.

5. Фосфорокластическое расщепление кетосахаров, в частности ксилулозо-5-фосфата у некоторых микроорганизмов, осуществляет содержащий ТДФ фермент фосфокетолаза.

Ксилулозо-5-фосфат + Н3Р04 -- > фосфоглицериновый альдегид + ацетилфосфат.

Отсутствие в составе указанного фермента известных специфических акцепторов водорода дает основание предположить, что образующийся в ходе реакции ДОЭТДФ подвергается внутримолекулярному окислению с образованием ацетильного остатка сразу на ТДФ, после чего готовый ацетил снимается с кофермента при участии фосфорной кислоты. В связи с тем что аналогичным образом реакция протекает с фруктозо-6-фосфатом, предполагается, что у микроорганизмов существует особый «фосфокетолазный» шунт в обмене углеводов, который при участии трансальдолазы, транскетолазы, изомеразы и эпимеразы пентозофосфатов, альдолазы и фруктозодифосфатазы обеспечивает укороченный путь ассимиляции фруктозы с возможным образованием 3 молекул АТФ и ацетата.

Фруктозо-6-фосфат + 2Н3РО4 -- > 3-ацетилфосфат.

Сходные с фосфокетолазой ферменты, катализирующие образование ацетилфосфата из пирувата, обнаружены также у отдельных видов микроорганизмов.

6. Транскетолаза катализирует реакции переноса гликольальдегидного радикала от кетосахаров на альдосахара. Типичным и, пожалуй, имеющим наиболее важное значение примером подобного рода является взаимодействие ксилулозо-5-фосфата с рибозо-5-фосфатом или с эритрозо-4-фосфатом в пентозном цикле. При участии транскетолазы протекают реакции неокислительного образования пентозофосфатов из гексозофосфатов или реакции ассимиляции пентозофосфатов, когда речь идет о функционировании глюкозо-монофосфатного окислительного шунта. Очевидно, что таким образом с транскетолазой оказываются тесно связанными процессы обеспечения организма пентозофосфатами (синтез нуклеотидов, нуклеиновых кислот) и НАДФН2, являющегося важнейшим поставщиком водорода при большинстве восстановительных биосинтезов (жирные кислоты, холестерин, гормоны и др.). Та же транскетолазная реакция служит одним из промежуточных этапов в процессах фотосинтеза, зависящих от постоянной регенерации рибулозо-1,5-дифосфата. Интересно отметить, что ДОЭТДФ, возникающий в ходе транскетолазной реакции, оказался соединением, которое подвергается окислению до гликолил-КоА в системе дегидрогеназ альфа-кетокислот. Таким путем может возникать остаток гликолевой кислоты, используемой затем при синтезе N-гликолил-нейраминовой кислоты и других гликолевых соединений.

Антитиаминные факторы

• антиметаболиты витамина
• вещества, по-разному инактивирующие витамин путем непосредственного с ним взаимодействия.

Первая группа охватывает ряд искусственно полученных аналогов тиамина с различными химическими модификациями строения его молекулы. Интерес к подобным соединениям объясняется тем, что некоторые из них оказались мощными антипротозойными препаратами, а другие вызывают сдвиги в организме животных, представляющие интерес для коррекции отдельных обменных нарушений у человека.

Ко второй группе относятся ферменты, специфически разрушающие витамин (тиаминазы), и весьма разнообразные природные соединения (термостабильные антивитаминные факторы), инактивирующие тиамин. Антивитамины второго типа в ряде случаев выступают как патогенетические агенты в развитии гипо- и авитаминозных состояний у человека или животных и, возможно, играют определенную роль в качестве естественных регуляторов действия тиамина. Рассмотрение вопроса в таком плане представляется обоснованным в связи с тем, что избыток витамина в организме приводит к отчетливым метаболическим отклонениям от нормы, а некоторые заболевания у человека сопровождаются накоплением тиамина не только в крови, но и во внутренних органах.

Антиметаболиты тиамина

Выше подробно рассмотрены значение пиримидинового и тиазолового компонентов в ферментативных реакциях и роль оксиэтильного радикала для фиксации ТДФ в тканях или для участия в реакциях перефосфорилирования. Все три перечисленные группировки оказались теми участками молекулы витамина, видоизменения которых резко меняют биологические свойства всего соединения. Из производных с измененной структурой тиазола подробнее всего изучен аналог, у которого тиазол замещен пиридином - ПТ. Антивитаминные свойства этого соединения в отношении нервной ткани можно усилить примерно в 10 раз, если одновременно заменить 2"-метильную группу в пиримидине на этильную. Самым мощным антивитамином В1 среди модифицированных по пиримидину производных тиамина является окси-Т и примерно в 8 раз слабее 2"-бутил-Т. К получению антиметаболитов с измененным 5-оксиэтильным радикалом исследователи пришли окольным путем. Вначале был получен 1-(4-амино-2-п-пропил-5-пиримидинил)-2-пиколин хлорид или ампрол, оказавшийся весьма эффективным антикокцидиозным препаратом. Затем выяснилось, что его лечебное действие обусловлено нарушением ассимиляции (скорее всего фосфорилирования) тиамина у простейших. Полученные вслед за этим производные витамина, лишенные гидроксила в 5-этильном радикале, стали новой группой антиметаболитов, выпускаемых в промышленных масштабах для лечебных целей.

Естественные антивитаминные факторы

Тиаминаза. Симптомы, напоминающие паралитическую форму бери-бери и появляющиеся у лисиц при преимущественном кормлении их сырым карпом, впервые описаны в 1936 г. Вскоре было установлено, что причиной заболевания животных являлась недостаточность тиамина, вызываемая присутствием во внутренних органах карпа и других тканях некоторых морских рыб, моллюсков, растений и микроорганизмов фермента, специфически разрушающего тиамин, - тиаминазы. Позже стали различать две формы фермента: тиаминазу I, расщепляющую витамин с одновременным замещением тиазола на какое-нибудь азотистое основание, и тиаминазу II, разрушающую витамин гидролитически на пиримидиновый и тиазоловый компоненты. Вторая форма тиаминазы пока обнаружена только у микроорганизмов (Вас. aneurinolyticus), но последние нередко являются причиной тиаминазной болезни у человека, протекающей по типу хронического гиповитаминоза В1.

Термостабильные факторы, инактивирующие тиамин, обнаружены у рыб и очень многих растений, особенно папоротниковых. Часто эти факторы сопутствуют тиаминазам. Известно, что термостабильный фактор из внутренностей карпа разрушает витамин, подобно тиаминазе, и сам является веществом геминовой природы, а фактор, содержащийся в папоротнике, является 3,4-дигидроксициннамовой кислотой, которая образует с тиамином неактивные комплексы.

Как антиметаболиты тиамина, так и естественные антивитаминные факторы нашли широкое применение для экспериментального воспроизведения авитаминоза B1 у животных, а некоторые из них (ампрол, хлоротиамин) - как лечебные препараты в ветеринарной практике.

Потребность в тиамине и способы определения обеспеченности организма витамином В1

Трудности определения потребности человека или животных в тиамине связаны в основном с невозможностью поставить для этих целей соответствующие балансовые опыты, так как значительная доля поступающего в организм витамина подвергается многочисленным превращениям, которые до сих пор мало изучены. В связи с этим единственным критерием, являющимся контролем витаминной полноценности рациона, являются косвенные показатели, определяемые при анализе мочи и крови у людей или еще и тканей у животных. Значительная часть рекомендаций о потребности в тиамине дается и на основании оценки общего состояния обследуемых: отсутствие клинических признаков гиповитаминоза, устранение дополнительным введением витамина некоторых видов функциональной недостаточности и т. п. Для населения России с учетом поправок на индивидуальные колебания рекомендуется норма в 0,6 мг тиамина на 1000 кал суточного пищевого рациона. Эту дозу следует рассматривать как наиболее полно учитывающую потребность человека в витамине в условиях средних климатических зон и средних физических нагрузок. В определенных пределах профессиональные особенности рационов питания (увеличение калорийности) при таком подходе обеспечиваются набором различных продуктов в потребленной за сутки пище. Однако необходимо помнить, что преобладание жиров в рационе (в 4 раза против обычного) снижает потребность в тиамине примерно на 15-20%, а избыточное потребление углеводов, напротив, повышает расход витамина.

Известно, что потребность в тиамине относительно калорийности пищи возрастает при физическом и нервно-психическом напряжении, в период беременности и лактации, при воздействии на организм некоторых химических (медикаменты, промышленные яды) или физических (охлаждение, перегревание, вибрация и др.) факторов, а также при многих инфекционных и соматических заболеваниях. Так, потребность в тиамине в условиях Крайнего Севера выше на 30-50%. При старении организма, когда заметно ухудшаются условия всасывания и внутритканевой ассимиляции витамина, расчет потребности должен быть увеличен на 25-50% по отношению к калорийности пищи. Резко (в l,5-2,5 раза) возрастает расход витамина у рабочих горячих цехов, летного персонала современной сверхскоростной авиации. При физиологическом напряжении, вызванном эндогенными факторами (беременность, лактация), потребность в тиамине повышается на 20-40%. При многих интоксикациях и заболеваниях рекомендуется ежедневное введение тиамина в дозах, во много раз превышающих физиологическую потребность (10-50 мг). Вряд ли в последних случаях речь идет о специфическом витаминном действии вводимого соединения, так как особую роль при этом могут играть некоторые свойства тиамина как химического соединения.

Суточная потребность в тиамине различных групп населения в городах с развитым коммунальным обслуживанием
(В городах и селах с менее развитым коммунальным обслуживанием потребность возрастает примерно на 8-15%)
по интенсивности труда

		Потребность в тиамине в мкг
Группы	Возраст в годах	Мужчины		Женщины
		в обычных условиях		в обычных условиях	при дополнительной физической нагрузке
Первая	18 - 40	1,7	1,9	1,4	1,6
	40 - 60	1,6	1,7	1,3	1,4
Вторая	18 - 40	1,8	2,0	1,5	1,7
	40 - 60	1,7	1,8	1,4	1,5
Третья	18 - 40	1,9	2,1	1,5	1,8
	40 - 60	1,7	1,9	1,6	1,6
Четвертая	18 - 40	2,2	2,4	2,0	2,0
	40 - 60	2,0	2,2	1,7	1,8
Юноши	14 - 17	1,9
Девушки	14 - 17			1,7
Пожилые	60 - 70	1,4	1,5	1,2	1,3
Старые	70	1,3		1,1
Дети (без разделения по полу)
Дети	0,5 - 1,0	0,5
Дети	1 - 1,5	0,8
Дети	1,5 - 2	0,9
Дети	3 - 4	1,1
Дети	5 - 6	1,2
Дети	7 - 10	1,4
Дети	11 - 13	1,7

Для наиболее часто используемых в эксперименте лабораторных животных можно ориентироваться на следующие величины потребности в тиамине: для голубя - 0,125 мг на 100 г корма, для собаки - 0,027-0,075 мг, для мыши - 5-10 мкг, для крысы - 20-60 мкг, для кошки - 50 мкг на 100 г в сутки.

Таким образом, решающим критерием обеспеченности организма тиамином является достоверность определения наличия или отсутствия витаминной недостаточности у обследуемых. Важными показателями наряду с определением самого витамина в данном случае являются метаболиты (альфа-кетокислоты), обмен которых зависит от ТДФ-содержащих ферментов или сами ферменты (дегидрогеназы, транскетолаза). Учитывая специфику клинических и экспериментальных исследований, рассмотрим кратко ценность перечисленных показателей в приложении к некоторым конкретным условиям и характеру материала, подвергаемого анализу.

Исследование мочи

Как уже отмечалось, у людей содержание витамина в суточной моче меньше 100 мкг принимается большинством авторов как свидетельство недостаточности тиамина. Однако при нормальном поступлении витамина с пищей его выведение с мочой зависит еще от характера медикаментозного лечения (если речь идет о больном) и состояния выделительной функции почек. Отдельные лечебные препараты могут резко снижать, а другие усиливать выведение витамина. Повышенная экскреция тиамина не всегда может восприниматься как свидетельство насыщенности витамином, так как причиной может быть нарушение механизмов реабсорбции в канальцевом аппарате почек или недостаточное депонирование витамина вследствие нарушения процессов его фосфорилирования. С другой стороны, низкое содержание тиамина в моче больных людей может быть обусловлено не его недостатком, а результатом частичного ограничения приема пищи, содержащей соответственно меньшее количество витамина. В связи с этим с целью получения дополнительных сведений о состоянии внутритканевого обмена тиамина довольно широко распространен метод исследования мочи после парентеральных нагрузок. Удобно проводить трехкратную нагрузку, исходя из дозы в 0,5 мг витамина на 1 кг веса больного, округляя вес до десятков килограммов.

Все методы определения тиамина обязательно должны проверяться на воспроизводимость получаемых с их помощью величин в случае присутствия в моче больных медикаментозных средств. Известно, например, что салицилаты, хинин и другие препараты могут вызывать дополнительную флюоресценцию, мешая правильной интерпретации данных флюориметрии, а ПАСК, взаимодействуя непосредственно с феррициа-нидом, резко снижает выход тиохрома. В экспериментальных условиях удобным показателем обеспеченности тиамином является определение уровня пирувата (ПК) в моче. Необходимо помнить, что лишь выраженные формы гиповитаминоза В1 сопровождаются отчетливым накоплением этой кетокислоты, которая определяется чаще всего как бисульфитсвязывающие вещества (БСВ). При патологических состояниях, особенно когда речь идет о больных людях, уровень БСВ, как и количество самой ПК в моче, варьирует в весьма широких пределах в зависимости от интенсивности протекания углеводного обмена, а последний контролируется большим количеством различных факторов, прямо не связанных с тиамином. Показатели уровня БСВ или ПК в моче в подобных ситуациях должны использоваться лишь как дополнительные данные.

Исследование крови

Основной присутствующей в крови формой витамина является ТДФ. Определения, произведенные у здоровых людей различными методами, дают в среднем одни и те же величины, но с колебаниями в довольно широких пределах (4-12 мкг%). Как достоверный признак недостаточности витамина, если ориентироваться только на этот показатель, можно считать лишь величины ниже 2-4 мкг%. Менее приемлемо определение только общего тиамина. В норме это не вносит существенной ошибки, так как свободного витамина очень мало- 0,3-0,9 мкг%. Количество его в сыворотке крови может резко возрастать при ухудшении выделительной функции почек при гипертонической болезни или в связи с нарушением процесса фосфорилирования витамина. Если упомянутые ограничения отсутствуют, то можно считать, что уровень тиамина в крови достаточно адекватно отражает обеспеченность им организма.

При исследовании крови, как и мочи, широко используется определение концентрации ПК. Важно применять для этих целей более специфический метод (ферментативный, хроматографический), так как реакции с бисульфитом или салициловым альдегидом дают завышенные результаты. Если ПК определяют для характеристики обмена витамина у больных, необходимо считаться с большим количеством факторов, не связанных с этим витамином, но активно влияющих на обмен, а следовательно, и уровень ПК в организме. Так, увеличение уровня ПК крови наблюдается при введении адреналина, АКТГ, при физической нагрузке, электрическом и инсулиновом шоке, недостаточности витаминов А и D, многих инфекционных и других заболеваниях, когда часто трудно заподозрить недостаточность тиамина. В эксперименте показано, что в ряде случаев уровень ПК крови больше коррелирует с гиперфункцией системы гипофиз - кора надпочечников, чем с обеспеченностью организма витамином.

Поскольку имеются трудности выявления истинного состояния тиаминового обмена по содержанию в крови самого витамина или уровню кетокислот, можно использовать для этих целей определение активности ТДФ-содержащих ферментов, в частности транскетолазы (ТК) эритроцитов. Для этого фермента даже незначительные сдвиги в концентрации кофермента заметно сказываются на активности всей системы. Наблюдения в клинике и при профилактических осмотрах населения, эксперименты на животных подтверждают весьма высокую чувствительность ТК даже к легкой недостаточности витамина. Фермент реагирует даже тогда, когда изменения со стороны уровня ПК или самого витамина в крови не показательны. Для блльщей точности сейчас используется метод дополнительной активации ТК добавляемой in vitro к гемолизату эритроцитов ТДФ. Стимуляция ТК до 15% исходной активности принимается соответствующей норме, от 15 до 25%-гиповитаминозу, более 20-25% - авитаминозу.

Нарушение витаминного равновесия и обмена тиамина

Повсеместно распространенное в XIX и в начале XX столетия в странах Дальнего Востока заболевание (бери-бери), являющееся классической формой авитаминоза В1, встречается сейчас значительно реже. Различают три формы бери-бери, соответствующие наиболее ярко выраженным проявлениям болезни:

• сухую, или паралитическую (преобладают неврологические поражения - парезы, параличи и др.);
• отечную (нарушения наблюдаются в основном со стороны циркуляторного аппарата крови);
• острую, или сердечную (быстро заканчивается смертью на фоне тяжелой правожелудочковой недостаточности).

Практически перечисленные формы в чистом виде встречаются редко, а наблюдаются частичные их взаимопереходы. В современных условиях чаще всего встречаются различные по глубине гиповитаминозы B1. Симптоматика последних носит, как правило, довольно общий характер (одышка, сердцебиение, боли в области сердца, слабость, быстрая утомляемость, потеря аппетита, понижение общей сопротивляемости к другим заболеваниям и т. п.) и не может быть полностью признана типичной для недостаточности только тиамина, так как встречается и при многих других гиповитаминозах. По существу следует еще раз констатировать, что перечисленные симптомы отнести на счет гиповитаминоза В1 окончательно можно только на основании специальных биохимических исследований (см. выше). Отдельного рассмотрения требуют вторичные гиповитаминозы В1, возникающие как результат нарушения баланса или обмена витамина. К первой группе следует отнести случаи повышенного, расходования витамина при обычном его поступлении с пищей (тиреотоксикоз и некоторые другие заболевания, избыток углеводов в диете), нарушение процессов всасывания из желудочно-кишечного тракта или приводящее к тем же конечным результатам усиленное выведение витамина в мочу после длительного применения диуретических средств. Вторая группа нарушений связывается большинством авторов с ослаблением процессов внутритканевого фосфорилирования тиамина или eго протеидизации, как при лечебном применении гидразидов изоникотиновой кислоты или при белковом голодании.

Разнообразие перечисленных выше причин (по существу эндогенного порядка) обусловливает развитие недостаточности тиамина, которая в значительной степени устраняется в первой группе нарушений дополнительным введением витамина в повышенных дозах. Гиповитаминозы второго типа часто не поддаются прямой витаминотерапии и требуют предварительного устранения исходных основных нарушений в обмене собственно тиамина или введения в организм коферментных производных.

Объединение столь различных по этиологии форм нарушения обеспеченности организма тиамином в одну группу так называемых эндогенных гиповитаминозов представляется не совсем удачным. Для нарушений обменного порядка более подходящим является термин «дисвитаминоз», т. е. просто констатация факта нарушения обмена витамина при нормальном, достаточном его поступлении в организм. Нечто подобное наблюдается при конкуренции витаминов друг с другом, когда избыточное поступление одного из витаминов тормозит обмен и протеидизацию другого.

Профилактическое и лечебное применение тиамина и его производных

Показания и противопоказания к тиаминотерапии

При обосновании главных принципов лечебного применения витамина или его производных приходится исходить из нескольких предпосылок. В случае, когда речь идет о недостаточности по типу авитаминоза или гиповитаминоза, лечение ведется по обычным правилам заместительной терапии. Сложнее обстоит дело с дисвитаминозами, возникающими на фоне какого-либо патологического процесса или в результате воздействия на обмен тиамина различных экзогенных факторов (лечебные препараты, химические яды, физические агенты и др.), когда успех в значительной мере зависит от этиотропной терапии или применения соответствующих препаратов витамина (кокарбоксилаза, дисульфидные производные). Анализируя имеющиеся данные, можно считать, что предпосылки к лечебному применению тиамина имеются при различных по этиологии поражениях желудочно-кишечного тракта, печени, нервно-психических заболеваниях, сердечно-сосудистой недостаточности, гипотонии, ревматизме. Практический опыт оправдывает применение витамина при рахите, хроническом тонзиллите, многих кожных и инфекционных заболеваниях, сахарном диабете, гипертиреозе, туберкулезе. Достаточно обосновано профилактическое введение тиамина спортсменам, летчикам накануне ожидаемых перегрузок, рабочим, имеющим дело с производственными ядами (окись углерода, аммиак, окислы азота и др.), в акушерской практике накануне родов и в других случаях.

Вторым направлением в обосновании тиаминотерапии может быть учет известных биохимических функций этого витамина. В таком случае вопрос надо решать, исходя из конкретных данных о нарушении в организме больного тех обменных процессов, которые мы можем корригировать введениями витамина. По существу речь должна идти о коферментной и некоферментной активности тиамина, т. е. о тех его функциях, которые детально рассмотрены выше. Изначально основными показаниями к применению тиамина при различных заболеваниях были симптомы, типичные для бери-бери: невриты, невралгии, параличи, боли различной этиологии, расстройства нервной и сердечной деятельности. В настоящее время при обосновании необходимости в витаминотерапии в основном исходят из обменных нарушений (ацидоз, диабетическая кома, пируватемия, токсемия беременных).

Тиамин применяется при периферических невритах, общих расстройствах в связи с недостаточностью питания, анорексии, энцефалопатии Вернике, витаминной недостаточности, хроническом алкоголизме, алкогольных невритах, сердечно-сосудистой недостаточности, нарушении деятельности желудочно-кишечного тракта.

При всех перечисленных заболеваниях (кроме энцефалопатии Вернике) тиамин примерно в равной степени используется энтерально и парентерально в дозах, колеблющихся от 5 до 100 мг в сутки. В настоящее время широко внедрены в клиническую практику некоторые лечебные препараты витамина: тиамин-фосфаты (ТФ) и дисульфидные производные. После разработки простого метода синтетического получения ТФ как лечебный препарат быстро завоевала популярность так называемая кокарбоксилаза (ТДФ). Поводом к внедрению ТДФ в лечебную практику явился хорошо известный факт коферментной активности именно этого производного витамина. Кроме того, токсичность ТФ в 2,5-4 раза меньше, чем таковая у свободного тиамина. Есть и еще одно существенное преимущество у ТФ - более полная усвояемость. Так у людей после эквимолярных внутримышечных введений тиамина, ТМФ и ТДФ количество витамина, оказавшееся в моче за 24 часа, составило соответственно 33, 12 и 7% от введенной дозы.

Применение ТФ наиболее результативно в тех случаях, когда необходимо проводить витаминотерапию у больных с ослабленными процессами фосфорилирования. Так, при туберкулезе легких инъекции тиамина оказываются малоэффективными: за сутки с мочой может выводиться до 70% витамина. Если больные получали эквивалентные дозы ТДФ, то выведение витамина из организма было меньшим - 11%. При парентеральном введении, особенно внутривенном, ТДФ дает эффекты обменного порядка, которые не наблюдается после инъекций свободного витамина. Очень часто ТДФ вызывает сдвиги, аналогичные наблюдаемым при применении АТФ или фосфокреатина.

Наиболее многочисленны данные, касающиеся применения ТДФ при сахарном диабете и сердечно-сосудистой недостаточности. Назначение ТДФ (по 50-100 мг внутривенно) резко снизило смертность от диабетической комы и оказалось весьма эффективным средством при лечении ацидотических состояний. ТДФ не только усиливает действие инсулина, но и снимает инсулинорезистентность у некоторых больных. Наряду с нормализацией традиционных показателей, характеризующих тяжесть сахарного диабета (гликемия, глюкозурия, кетоз), ТДФ оказывает отчетливое нормализующее действие в отношении уровня холестерина и фосфолипидов корви. При сердечно-сосудистой недостаточности даже однократные инъекции ТДФ быстро нормализуют повышенный в крови больных уровень пирувата и молочной кислоты.

ТДФ заметно активирует потребление миокардом питательных веществ из крови, быстро улучшая показатели электрокардиограммы. Подобное действие ТДФ широко используется при лечении различных функциональных аномалий со стороны сердца (экстрасистолия, некоторые формы аритмий). Описаны выраженные положительные изменения показателей электрокардиограммы при артеросклерозе, гипертонической болезни, некоторых эндокринных и почечных заболеваниях, при инфарктах миокарда, пороках сердечных клапанов в тех случаях, когда ведущим фактором патологии являлось нарушение трофики сердца. Также показано, что ТДФ эффективнее тиамина при заболеваниях периферической и центральной нервной системы, при рассеянном склерозе, бронхиальной астме и многих других заболеваниях.

Широкое распространение получили также различные дисульфидные производные витамина, эффективность которых объясняется лучшей усвояемостью дисульфидных форм в кишечном тракте. Одним из преимуществ этих производных считается их значительно меньшая токсичность по сравнению с тиамином.

Биохимия, ее задачи. Значение биохимии для медицины. Современные биохимические методы исследования.

БХ-наука о структуре веществ, входящих в состав живого организма, их превращениях и физико-химических процессах, лежащих в основе жизнедеятельности.

Задачи БХ

1.Изучение процессов БИОКАТАЛИЗА.

2.Изучение механизмов наследственности на молекулярном уровне.

3.Изучение строения и обмена нуклеиновых кислот.

4.Изучение строения и обмена белков, жиров

5.Изучение превращения углеводов.

7.Изучение биологической роли сигнальных молекул (ГОРМОН).

8.Изучение роли витаминов в обмене веществ.

9.Изучение роли минеральных веществ.

Значение БХ для медицины.

Основные задачи медицины: патогенез, диагностика, лечение, профилактика заболеваний.

1.Значение БХ для понимания механизма заболевания.

ПР. Сердечно-сосудистые заболевания (атеросклероз). В настоящее время предполагают, что важным является чувствительность рецепторов клеток к ЛПНП

2.Значение БХ для диагностики заболеваний.

Широкое использование биохимических исследований биологических жидкостей.

A. Количество субстратов.

Б. Исследование активности ферментов.

B. Исследование уровня гормонов. Методы РИА, ИФА. Выявление ПРЕДЗАБОЛЕВАНИЙ.

3. Значение БХ для лечения. Выявление нарушенных звеньев метаболизма, создание соответствующих лекарственных препаратов, широкое использование природных препаратов.

4.Значение БХ для профилактики заболеваний. ПР. Недостаток вит. С -цинга-для профилактики вит. С. Недостаток вит. D- рахит-вит. D

Аминокислоты, их классификация. Строение и биологическая роль аминокислот. Хроматография аминокислот.

Белки состоят из АК. Все АК можно разделить на 4 группы:

1 .Заменимые - синтезируются в организме: АЛА, АСП, АСН, ГЛУ, ГЛН, ГЛИ, ПРО, СЕР.

2.Незаменимые - не синтезируются в организме и поступают с пищей: ВАЛ, ЛЕЙ, ИЛЕ. ЛИЗ. ТРЕ, МЕТ, ФЕН, ТРИ.

3.Частично заменимые - синтезируются в организме, но очень медленно и не покрывают всех потребностей организма: ГИС, АРГ.

4.Условно заменимые - синтезируются из незаменимых аминокислот: ЦИС (МЕТ), ТИР (ФЕН).

Полноценность белкового питания определяется:

1. Наличием всех незаменимых аминокислот. Отсутствие даже одной незаменимой аминокислоты нарушает биосинтез белка.

1. Аминокислотным составом белка. Все АК могут содержаться в продуктах как животного, так и растительного происхождения.

В изоэлектрическом состоянии белок менее устойчив. Это свойство белков используется при их ФРАКЦИВАНИИ:

1.ИОНООБМЕННАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ.

Для неё используется ИОНООБМЕННИКИ, которые изготавливаются из чистой целлюлозы: ДЭАЭ - целлюлоза (содержит катионные группы); КМ - целлюлоза (содержит анионные группы). На ДЭАЭ разделяют отрицательно заряженные белки, на КМ - положительно заряженные. Чем больше в белке СООН групп, тем прочнее он связывается с ДЭАЭ целлюлозой.

2.Разделение белков на основании величины заряда - электрофорез белков. С помощью электрофореза в сыворотке крови выделяют как минимум 5 фракций: АЛЬБУМИНЫ, альфа, альфа-2, гамма, бета - глобулины.

Принципы классификации белков. Характеристика простых белков. Характеристика гистонов и протаминов.

Коферменты и их функции в ферментативных реакциях. Витаминные коферменты. Примеры реакций с участием витаминных коферментов.

КОФЕРМЕНТЫ - низкомолекулярные органические вещества не белковой природы. Они чаще всего содержат в своём составе различные витамины, следовательно, их делят на две группы: 1.Витаминные. 2.Невитаминные.

1.ТИАМИНОВЫЕ в составе витамин В1 (ТИАМИН) - ТМФ – ТИАМИНМОНОФОСФАТ, ТДФ- ТИАМИНДИФОСФАТ, ТТФ - ТИАМИНТРИФОСФАТ. ТПФ связана с ферментами ДЕКАРБОКСИЛАЗАМИ альфа КЕТОКИСЛОТ (ПВК, альфа КГК)

2.ФЛАВИНОВЫЕ содержат витамин В2 - ФМН – ФЛАВИНМОНОНУКЛЕОТИД, ФАД - ФЛАВИИАДЕНИНДИНУКЛЕОТИД.

ФМН и ФАД связанны с ферментами ДЕГИДРОГЕНАЗАМИ. Участвуют в реакциях ДЕГИДРИРОВАНИЯ.

3. ПАНТОТЕИНОВЫЕ (витамин ВЗ) - KOF A (HS-KOA - HS КОЭНЗИМ А) - КОФЕРМЕНТ АЦИЛИРОВАНИЯ.

4. НИКОТИНАМИДНЫЕ содержат витамин РР (НИАЦИН)- НАД (НИКОТИНАМИДАДЕНИНДИНУКЛЕОТИД), НАДФ (НИКОТИНАМИДАДЕНИНДИНУКЛЕОТИДФОСФАТ). Связаны с ДЕГИДРОГЕНАЗАМИ:

5.ПИРИДОКСИНОВЫЕ содержат витамин В6. ПАФ – ПИРИДОКСАМИНОФОСФАТ, ПФ - ПИРИДОКСАЛЬФОСФАТ.:

1.Реакции ПЕРЕАМИНИРОВАНИЯ (ТРАНСАМИНИРОВАНИЕ). Связан с ферментами АМИНОТРАНСФЕРАЗАМИ.

2.РЕАКЦИИ ДЕКАРБОКСИЛИРОВАНИЯ АК.

Номенклатура и классификация ферментов. Характеристика класса оксидоредуктаз. Примеры реакций с участием оксидоредуктаз

1. ОКСИДОРЕДУКТАЗЫ.

2. ТРАНСФЕРАЗЫ.

3. ГИДРОЛАЗЫ.

5. ИЗОМЕРАЗЫ.

6. ЛИГАЗЫ.

Каждый класс делится на подклассы. Подклассы делятся на ПОДПОДКЛАССЫ.

1 .ОКСИДОРЕДУКТАЗЫ.

Ферменты этого класса участвуют в ОВР. Это наиболее многочисленный класс ферментов (более 400 ОКСИДОРЕДУКТАЗ). 1.АЭРОБНЫЕ ДЕГИДРОГЕНАЗЫ . Они участвуют в реакциях ДЕГИДРИРОВАНИЯ.

Некоторые АЭРОБНЫЕ ДЕГИДРОГЕНАЗЫ называют ОКСИДАЗАМИ. Например, ОКСИДАЗЫ АК.

2.АНАЭРОБНЫЕ Д Г. Эти ферменты также участвуют в реакциях ДЕГИДРИРОВАНИЯ, т.е. отнятия Н2 от окисляемого субстрата и транспортировка его на любой др. субстрат, кроме О2.

3.ПЕРОКСИДАЗЫ. Ферменты, которые отнимают Н2 от окисляемого субстрата и транспортируют его на ПЕРОКСИД.

4.ЦИТОХРОМЫ. Они содержат в своем составе ГЕМ. ЦИТОХРОМЫ участвуют в транспорте только электронов.

Характеристика класса лиаз, изомераз и лигаз (синтетаз), примеры реакций.

2.Ферменты, разрывающие связи между атомами углеводов не ГИДРОЛИТИЧЕСКИМ путём без участия воды (АЛЬДОЛАЗА).

3.Ферменты, участвующие в реакциях ГИДРАТАЦИИ и ДЕГИДРАТАЦИИ.

ИЗОМЕРАЗЫ . Ферменты этого класса участвуют в ИЗОМЕРИЧЕСКИХ превращениях. При этом один структурный изомер может превращаться в другой, за счёт внутри молекулярной перегруппировки атомов.

ЛИГАЗЫ . Ферменты этого класса участвуют в реакциях соединения двух и более простых веществ с образованием нового вещества. Эти реакции требуют затрат энергии извне в виде АТФ.

Характеристика классов ферментов трансфераз и гидролаз. Примеры реакций с участием данных ферментов.

ТРАНСФЕРАЗЫ . Ферменты этого класса участвуют в транспорте атомных групп от донора к акцептору. В зависимости от переносимых групп, ТРАНСФЕРАЗЫ делятся на несколько подклассов:

1.АМИНОТРАНСФЕРАЗЫ. Они участвуют в реакциях ПЕРЕАМИНИРОВАНИЯ.

АСАТ - АСПАРАГИНОВАЯ АМИНОТРАНСФЕРАЗА.

2.МЕТИЛТРАНСФЕРАЗЫ (СНЗ группы).

3.ФОСФОТРАНСФЕРАЗЫ (ФОСФАТНЫЕ группировки).

4.АЦИЛТРАНСФЕРАЗЫ (кислотные остатки).

ГИДРОЛАЗЫ. Ферменты этого класса участвуют в реакциях разрыва связей в молекулах субстратов при участии воды.

1.ЭСТЕР АЗЫ действуют на СЛОЖНО-ЭФИРНЫЕ связи. К ним относятся ЛИПАЗЫ, ФОСФОЛИПАЗЫ, ХОЛЕСТЕРАЗЫ.

2.ГЛИКОЗИДАЗЫ - действует на ГЛИКОЗИДНУЮ связь, находящуюся в сложных углеводах. К ним относятся АМИЛАЗА, САХАРАЗА, МАЛЬТАЗА, ГЛИКОЗИДАЗЫ, ЛАКТАЗА.

3.ПЕПТИДАЗЫ участвуют в разрыве ПЕПТИДНЫХ связей в белках. К ним относятся ПЕПСИН, ХИМОТРИПСИН, АМИНОПЕПТИДАЗА, КАРБОКСИПЕПТИДАЗА и т.д.

12. Современные представления о механизме действия ферментов. Стадии ферментативной реакции, молекулярные эффекты, примеры.

МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ ФЕРМЕНТОВ . С термодинамической точки зрения, действие любого фермента направлено на понижение энергии активации. Чем ниже энергия активации, тем выше скорость реакции. Теория действия ферментов была предложена БЕЙЛИСОМ и ВАНБУРГОМ. Согласно ей, фермент представляет собой "губку", которая адсорбирует на своей поверхности молекулы реагирующих веществ. Она как бы стабилизирует их, способствует взаимодействию. 70 лет назад была предложена др. теория МИХАЭЛИСОМ и МЕНТЕНОМ. Они выдвинули понятие о F-S комплексе. Фермент взаимодействует с субстратом, образуя нестойкий промежуточный F-S комплекс, который затем распадается с образованием продуктов реакции (Р) и освобождением фермента. В этом процессе выделяют несколько стадий:

1.Диффузия S к F и их СТЕРИЧЕСКОЕ взаимодействие с образованием F-S комплекса. Эта стадия не продолжительна. На этой стадии практически не происходит понижения энергии активации.

2.Преобразование F-S комплекса в один или несколько активированных комплексов. Эта стадия является наиболее продолжительна. При этом происходит разрыв связей в молекуле субстрата, образование новых связей. Е активации ¯

3.Освобождение продуктов реакции от фермента и поступление их в окружающую среду.

МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ЭФФЕКТЫ ФЕРМЕНТАТИВНОГО ДЕЙСТВИЯ .

1. Эффект концентрации. Поэтому основная роль ферментов заключается в притяжении молекул реагирующих веществ на свою поверхность и концентрация этих молекул в области активного центра фермента.

2. Эффект, сближения и ориентации. Контактные участки активного центра фермента связывают специфически молекулы субстрата, сближают их и обеспечивают ориентацию так, чтобы это было выгодно для действия каталитических групп фермента.

3. Эффект натяжения ("дыбы"). До присоединения субстрата к активному центру фермента его молекула в расслабленном состоянии. После связывания молекула субстрата растягивается и принимает напряжённую деформированную конфигурацию. Понижается Е активации.

4. Кислотно-основной катализ. Группы кислотного типа отщепляют Н+ и имеют отрицательный заряд. Группы основного типа присоединяют Н+ и имеют положительный заряд. Это приводит к понижению энергии активации.

5.Эффект индуцированного соответствия. Он объясняет специфичность действия ферментов. По этому поводу имеется 2 точки зрения: А). Гипотеза ФИШЕРА. Согласно ей имеется строгое СТЕРИЧЕСКОЕ соответствие субстрата и активного центра фермента. В). Теория индуцированного соответствия КОШЛЕНДА. Согласно ей молекула фермента - это гибкая структура. После связывания фермента с субстратом, изменяется КОНФОРМАЦИЯактивного центра фермента и всей молекулы субстрата. Они находятся в состоянии индуцированного соответствия. Это происходит в момент взаимодействия.

13. Ингибирование ферментов. Конкурентное и неконкурентное ингибирование, примеры реакций. Лекарственные вещества как ингибиторы ферментов.

ИНГИБИТОРЫ. Ферменты - это катализаторы с регулируемой активностью. Ею можно управлять с помощью различных веществ. Действие фермента можно ИНГИБИРОВАТЬ определёнными химическими веществами- ИНГИБИТОРАМИ. По характеру действия ингибиторы делятся на 2 большие группы:

1.Обратимые - это соединения, которые НЕКОВАЛЕНТНО взаимодействуют с ферментом, при этом образуется комплекс, способный к диссоциации.

2.Необратимые - это соединения, которые могут специфически связывать определенные функциональные группы активного центра фермента. Они образуют с ним прочные КОВАЛЕНТНЫЕ связи, поэтому такой комплекс трудно разрушить.

ВИДЫ ИНГИБИРОВАНИЯ. По механизму действия выделяют следующие виды ИНГИБИРОВАНИЯ:

1. Конкурентное ингибирование - торможение ферментативной реакции, вызванное действием ингибиторов, структура которого очень близка к структуре S, поэтому и S, и ингибитор конкурируют за АЦ Ф. и связывается с ним то соединение. концентрация которого в окружающей среде больше. E+S - ES-EP

Многие лекарственные препараты действуют по типу конкурентного ингибитора. Примером является применение СУЛЬФАНИЛА (СА). При различных инфекционных заболеваниях, которые вызываются бактериями, применяются СА препараты. Введение СА приводит к ИНГИБИРОВАНИЮ фермента бактерий, которые синтезируют ФОЛИЕВУЮ кислоту. Нарушение синтеза этой кислоты проводит к нарушению роста микроорганизмов и их гибели.

2.НЕКОНКУРЕНТНОЕ ИНГИБИРОВАНИЕ -ингибитор и субстрат не имеют структурного сходства; ингибитор не влияет на образование F-S-комплекса; образуется тройной ESI -комплекс.

Такие ингибиторы влияют на каталитическое превращение субстрата. Они могут связываются как непосредственно с каталитическими группами AЦ Ф, так и вне АЦ Ф. Но в любом случае они влияют на конформацию активного центра. В качестве неконкурентного ингибитора выступают ЦИАНИДЫ. Они прочно связываются с ионами железа ЦИТОХРОМОКСИДАЗЫ. Этот фермент является одним из компонентов дыхательной цепи. Блокирование дыхательной цепи приводит к мгновенной гибели организме. Действие можно снять только с помощью РЕАКТИВАТОРОВ.

3.СУБСТРАТНОЕ ИНГИБИРОВАНИЕ - это торможение ферментативной реакции, вызванное избытком субстрата. При этом образуется F-S комплекс, но он не подвергается каталитическим превращениям, т.к. делает молекулу фермента неактивной. Действие субстратного ингибитора снимается путём уменьшения концентрации субстрата.

4.АЛЛОСТЕРИЧЕСКОЕ ИНГИБИРОВАНИЕ . АЛЛОСТЕРИЧЕСКИЕ ферменты могут иметь 2 и более единиц протомеров. При этом одна имеет каталитический центр и называется каталитической, а другая - АЛЛОСТЕРИЧЕСКИЙ центр и называется регуляторной. В отсутствии АЛЛОСТЕРИЧЕСКОГО ИНГИБИТОРА субстрат присоединяется к каталитическому центру, и идёт обычная каталитическая реакция. При появлении АЛЛОСТЕРИЧЕСКОГО ИНГИБИТОРА, он присоединяется к регуляторной единице и изменяет КОНФОРМАЦИЮ центра фермента, в результате этого активность фермента снижается.

14. Понятие об изоферментах. Характеристика изоферментов лактатдегидрогеназы (ЛДГ) и креатинкиназы (КК). Диагностическая роль изоферментов КК. Использование ферментов в медицине. Энзимодиагностика и энзимотерапия. Энзимопатология, примеры.

Изоферменты - это группа Ф-ов, которые катализируют одну и ту же реакцию, но отличаются по некоторым физико-химическим свойствам. Они возникли вследствие генетических различий при формировании первичной структуры ферментного белка. Изоферменты обладают строгой органной специфичностью.

Определение активности ИЗОФЕРМЕНТОВ имеет диагностическое значение.

ЛДГ (лактатдегидрогеназа) имеет 5 изоферментов, каждый из которых является тетрамером. Эти Ф-ты ЛДГ различаются сочетанием – H и М-типа. В печени и мышцах преобладают и максимально активны ЛДГ-4 и ЛДГ-3. В миокарде, почечной ткани максимально активны ЛДГ-1 и ЛДГ-2. При патологии печени в сыворотке крови резко возрастает активность ЛДГ-4, ЛДГ-5.

КФК (КРЕАТИНФОСФОКИНАЗА) - 0,16 - 0,3ммоль/л. Состоит из 2-х единиц: В (мозг), М (мышцы). КФК-1 (ВВ, 0%, ЦНС) повышается при глубоком тяжёлом поражении (опухоль, травма, ушиб мозга). КФК-2 (MB, 3%, миокард) повышается при инфаркте миокарда, травме сердца. КФК-3 (ММ, 97%, мышечная ткань) повышается при поражении миокарда, синдром длительного давления.

Энзимопаталогия - изучает заболевания, связанные с нарушением деятельности Ф. в организме, либо полным их отсутствием. Н-р, фенилкетонурия: фенилаланин превращается в различные продукты, но только не в тирозин - фенилПВК, фениллактат. Это приводит к нарушению физических возможностей организма. Другой пример - отсутствие гистидазы. Этот Ф. участвует в превращении гистидина, отсутствие его приводит к накоплению гис в крови и моче, что оказывает негативное влияние на все обменные процессы, тормозится умственное и физическое развитие.

Энзимодиагностика - определение активности Ф. в диагностических целях. В основе этого лежит органоспецифичность Ф. Н-р. щелочная фосфатаза - специфический Ф, характеризует состояние костной ткани. Активность его повышается при рахитах, механической желтухе. При различных деструктивных процессах происходит нарушение целостности мембран поряженных органов, наблюдается выброс Ф. в кровь. Н-р. инфаркт миокарда.

Энзимотерапия - использование различных Ф в клинической практике в лечебных целях. Н-р при пониженной кислотности - пепсин.

Цитохромы электронтранспортной цепи. Их функционирование. Образование воды как конечного продукта обмена.

ЦИТОХРОМЫ - это ГЕТЕРОПРОТЕИНЫ. Их белковой частью является ГЕМ, структура которого представляет собой 4 ПИРРОЛЬНЫХ кольца и атом железа, который легко меняет валентность. Также могут включать медь.

20. Пути синтеза АТФ. Субстратное фосфорилирование (примеры). Молекулярные механизмы окислительного фосфорилирования (теория Митчелла). Разобщение окисления и фосфорилирования.

Процесс образования АТФ в дыхательной цепи – окислительное фосфорилирование. За счет энергии транспорта электронов в ДЦ из АДФ и неорганического фосфата образуется АТФ. Субстратное фосфорилирование – процесс синтеза АТФ из АДФ и фосфата за счет энергии окисленного субстрата в цитоплазме клетки. Примером субстратного фосфорилирования могут служить реакции:

Основные положения теории Митчела:

1.Мембрана МИТОХОНДРИЙ не проницаема для протонов.

2.Образуется протонный потенциал в процессе транспорта электронов и протонов.

3.Обратный транспорт протонов в МАТРИКС сопряжен с образованием АТФ.

Процесс транспорта электронов происходит во внутренней мембране. Протоны переносятся в межмембранное пространство, а электроны продвигаются по дыхательной цепи. Внутренняя мембрана со стороны матрикса заряжается отрицательно, а со стороны межмембранного пространства - положительно. Во время дыхания создается ЭЛЕКТРО-ХИМИЧЕСКИЙ градиент; концентрационный и разности потенциалов. Электрический и концентрационный градиент составляет ПРОТОНДВИЖУЩУЮ силу, которая дает силу для синтеза АТФ. На определенных участках внутренней мембраны есть протонные каналы. Протоны могут проходить обратно в матрицу, при этом образующаяся энергия идёт на синтез АТФ.

Разобщение дыхания и фосфорилирования

Некоторые химические вещества (протонофоры) могут переносить протоны или другие ионы (ионофоры) из межмембранного пространства через мембрану в матрикс, минуя протонные каналы АТФ-синтазы. В результате этого исчезает электрохимический потенциал и прекращается синтез АТФ. Это разобщение дыхания и фосфорилирования. В результате разобщения количество АТФ снижается, а АДФ увеличивается. Разобщители - липофильные вещества, легко проходящие через липидный слой мембраны. Это 2,4-динитрофенол, присоединяющий протон в межмембранном пространстве и перенося его в матрикс.

Переаминирование и декарбоксилирование аминокислот. Химизм процессов, характеристика ферментов и коферментов. Образование амидов.

1). Основной путь превращения аминокислот в тканях - это реакции ПЕРЕАМИНИРОВАНИЯ -реакции между АМИНО- и КЕТОКИСЛОТАМИ. Эти реакции катализирует фермент - АМИНОТРАНСФЕРАЗА. ТРАНСАМИНИРОВАНИЮ могут подвергаться все аминокислоты кроме ЛИЗ и ТРЕ. Наибольшее значение имеют AT, донорами аминогрупп которых являются АЛА, АСП, ГЛУ.

Роль реакций ТРАНСАМИНИРОВАНИЯ:

1. используются для синтеза заменимых аминокислот.

2. Является начальным этапом катаболизма аминокислот

3. В результате ТРАНСАМИНИРОВАНИЯ образуются альфа -КЕТОКИСЛОТЫ, которые включаются в гЛЮКОНЕОГЕНЕЗ.

4. Протекают в разных тканях, но более всего в печени. Определение активности AT имеет диагностическое значение в клинике. При избытке АЛАНИНА или недостатке АСПАРАГИНОВОЙ К-ТЫ:

1. АЛА + альфа-КГК ↔ ГЛУ + ПВК

2. ГЛУ + ЩУК ↔АСП + альфа-КГК

Декарбоксилирование аминокислот,роль витамина В6.Образование биогенных аминов

2).Реакции ДЕКАРБОКСИЛИРОВАНИЯ - разрушение СООН-группы с выделением СО2. При этом аминокислоты в тканях образуют биогенные амины, которые являются биологически активными веществами (БАВ):

1. НЕЙРОМЕДИАТОРОВ (СЕРЕТОНИН, ДОФАМИН, ГАМК),

2. Гормоны (АДРЕНАЛИН, НОРАДРЕНАЛИН),

3. Регуляторы местного действия (ГИСТАМИН).

ГАМК является НЕИРОМЕДИАТОРОМ тормозного действия. ДОФАМИН является НЕИРОМЕДИАТОРОМ возбуждающего действия. Он является основой для синтеза АДРЕНАЛИНА и НОР АДРЕНАЛИНА.

ГИСТАМИН повышает секрецию желудочного сока, поэтому применяется в клинической практике при зондировании. Обладает сосудорасширяющим действием, понижает АД.

27. Дезаминирование аминокислот. Виды дезаминирования. Окислительное дезаминирование. Непрямое дезаминирование аминокислот на примере тирозина.

ДЕЗАМИНИРОВАНИе - разрушение NН2-группы с выделением аммиака. В организме возможны следующие виды:

1. Восстановительное

2.ГИДРОЛИТЙЧЕСКОЕ:

3. Внутримолекулярное:

Эти три вида ДЕЗАМИНИРОВАНИЯ имеют место при гниении.

4. Окислительное. ОКИСЛИТЕЛЬНОМУ ДЕЗАМИНИРОВАНИЮ подвергается только ГЛУ.

ОКИСЛИТЕЛЬНОМУ ДЕЗАМИНИРОВАНИЮ подвергаются и другие аминокислоты, но этот путь является непрямым. Он идёт через ГЛУ и называется процессом НЕПРЯМОГО ОКИСЛИТЕЛЬНОГО ДЕЗАМИНИРОВАНИЯ.

КАРБОМОИЛФОСФАТ

Образование мочевины идёт только в печени. Две первые реакции цикла (образование ЦИТРУЛЛИНА и АРГИНИНОСУКЦИНАТА) идут в МИТОХОНДРИЯХ, остальные в цитоплазме. В организме в сутки образуется 25гр мочевины. Этот показатель характеризует мочевино- образующую функцию печени. Мочевина из печени поступает в почки, где и выводится из организма как конечный продукт азотистого обмена.

Особенности обмена пуриновых нуклеотидов. Их строение и распад. Образование мочевой кислоты. Подагра.

Для биосинтеза ПУРИНОВЫХ оснований доносами атомов и атомных групп являются:

Окисление мочевой кислоты - окисление ПУРИНОВЫХ НУКЛЕОЗИДОВ.

Мочевая кислота является конечным продуктом распада ПУРИНОВЫХ НУКЛ.

Уровень мочевой кислоты свидетельствует об интенсивности распада ПУРИНОВЫХ оснований тканей организма и пищи.

НАРУШЕНИЕ ОБМЕНА НУКЛЕОТИДОВ. ГИПЕРУРИКЕМИЯ - повышение уровня мочевой кислоты в крови указывает на повышенный распад нуклеиновых кислот или пуриновых нуклеотидов.(подагру). Заболевание генетически детерминировано и носит семейный характер. При подагре кристаллы мочевой кислоты откладываются в суставных хрящах, синовиальной оболочке, клетчатке. Развивается тяжелый острый механический подагрический артрит и нефропатии.

Генетический код

Современные представления о структурно-функциональной организации ДНК: генная (структурные, регуляторные элементы ДНК) и негенная (тандемные повторы, псевдогены, мобильные элементы ДНК) области. Основные направления молекулярной биологии (OMICS): геномика, транскриптомика, РН-омика.

95% ДНК человека представляет негенная часть. 5% - собственно гены.

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ГЕНОМА:

1. СТРУКТУРНЫЕ ГЕНЫ

2. РЕГУЛЯТОРНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Структурные гены кодируют синтез МРНК, ТРНК, РРНК. Регуляторные элементы не кодируют РНК и, соответственно, белков; влияют на работу

структурных генов.

Не генная часть представлена:

1. ТАНДЕМНЫЕ ПОВТОРЫ монотонные повторы НУКЛЕОТИДОВ, не имеющие смысла. Это так называемые «пустынные участки» ДНК. В настоящее время смысл этих участков: выполнение структурной функции и площадки для образования генов в эволюции (эволюционный резерв).

2. ПСЕВДОГЕНЫ - неактивные, но стабильные генетические элементы, возникающие в результате мутации в ранее работавших генах (гены, выключенные мутацией). Это побочный продукт и генетический резерв эволюции. Составляют 20 - 30% не генной части ДНК.

3. Мобильные генетические элементы:

ТРАНСПОЗОНЫ - участки ДНК, способные вырезаться и встраиваться в другие области

ДНК. Это так называемые «странники генов».

РЕТРОТРАНСПОЗОНЫ - участки ДНК, копирующиеся в пределах генома, как внутри

хромосомы, так и между ними. Могут изменять смысл структурных генов человека, приводят к мутациям. Геном человека изменяется в течении жизни на 10 - 30%.

Поврежденные неактивные, мобильные генетические элементы. Не могут ни вырезаться, ни встраиваться из-за отсутствия в клетке ОБРАТНОЙ ТРАНСФЕРАЗЫ. Если фрагмент поступает в клетку с вирусом, то тогда эти гены начинают транскрибироваться.

Основные направления молекулярной биологии:

ГЕНОМИКА - отрасль молекулярной биологии, изучающая структуру и механизмы работы гена.

Транскриптомика – изуение и идентификация всех мРНК, кодирующих белки, изучение их количества и закономерностей экспрессии структурных генов.

РН-омика – раздел молекулярной биологии, занимающийся изучением и идентификацией всех некодирующих РНК

31. Механизмы репликации ДНК (матричный принцип, полуконсервативный способ). Условия, необходимые для репликации. Этапы репликации

Механизмы РЕПЛИКАЦИЯ - процесс самоудвоения ДНК. В основе механизма репликации лежит принцип комплиментарности. К механизму репликации относится матричный биосинтез. Репликация ДНК идёт полуконсервативным способом: на каждой материнской полинуклеотидной цепи синтезируется дочерняя цепь.

Условия необходимые для репликации:

1. Матрица - нити ДНК. Расщепление нити называется РЕПЛИКАТИВНАЯ ВИЛКА

2. Субстрат. Пластическим материалом являются ДЕЗОКСИНУКЛЕОТИДТРИФОСФАТЫ:
дАТФ, дГТФ, дЦТФ, дТТФ.

3. Ионы магния.

Репликативный комплекс ферментов:

A) ДНК -раскручивающие белки:

3. ТОПОИЗОМЕРАЗЫ 1 и 2 (раскручивают свер спирали). Разрывают (3",5")-фосфодиэфирные связи.

C) ДНК-ПОЛИМЕРАЗА (катализирует образование фосфодиэфирных связей). ДНК- ПОЛИМЕРАЗА только удлиняет уже существующую нить, но не может соединить два свободных НУКЛЕОТИДА.

Е)ДНК-ЛИГАЗА.

5. ПРАЙМЕРЫ - «затравка» для репликации. Это короткий фрагмент из рИБОНУКЛЕОТИДТРИФОСФАТОВ (2 - 10)..

Основные этапы репликации.

I. ИНИЦИАЦИЯ репликации.

Происходит под влиянием внешних стимулов (факторов роста). Белки соединяются с рецепторами на плазматической мембране и вызывают репликацию в синтетическую фазу клеточного цикла. Смысл инициации заключается в присоединении в точку репликации DNА-А, стимулирующего расхождение двойной спирали. В этом принимает участие и ХЕЛИКАЗА. Действуют ферменты (ТОПОИЗОМЕРАЗЫ), вызывающие раскручивание сверх спирали. SSВ-белки препятствуют соединению дочерних цепей. Образуется РЕПЛИКАТИВНАЯ ВИЛКА.

2. Образование дочерних нитей.

Этому предшествует образование ПРАЙМЕРОВ с помощью ПРАЙМАЗЫ. Действует ДНК-ПОЛИМЕРАЗА и образуется дочерняя нить ДНК. Этот процесс происходит по принципу комплиментарности, и синтез идёт от 5* к 3* концу синтезируемой нити.

На одной из материнских нитей будет строиться непрерывная цепь, а на противоположной нити – фрагменты ОКАЗАКИ.

3. Удаление ПРАЙМЕРОВ с помощью ЭКЗОНУКЛЕАЗЫ,

4. Соединение коротких фрагментов с помощью ДНК-ЛИГАЗЫ.

Репликативный комплекс (хеликаза, топоизомераза). Праймеры и их роль в репликации.

A) ДНК -раскручивающие белки:

1. DNA-A (вызывает расхождение нитей)

2. ХЕЛИКАЗЫ (расщепляют цепь ДНК)

1. ТОПОИЗОМЕРАЗЫ 1 и 2 (раскручивают свер спирали). Разрывают (3",5")-фосфодиэфирные связи.

B) Белки, препятствующие соединению нитей ДНК (SSB -белки)

C) ДНК-ПОЛИМЕРАЗА (катализирует образование фосфодиэфирных связей). ДНК-
ПОЛИМЕРАЗА только удлиняет уже существующую нить, но не может соединить два свободных НУКЛЕОТИДА.

D) ПРАЙМАЗА (катализирует образование «затравки» к синтезу).

Е)ДНК-ЛИГАЗА.

5. ПРАЙМЕРЫ - «затравка» для репликации. Это короткий фрагмент, состоящий из РИБОНУКЛЕОТИДТРИФОСФАТОВ (2 - 10). Образование ПРАИМЕРОВ катализируется ПРАЙМАЗОЙ. Действуют ферменты (ТОПОИЗОМЕРАЗЫ), вызывающие раскручивание сверх спирали. SSB-белки препятствуют соединению дочерних цепей. Образуется РЕПЛИКАТИВНАЯ ВИЛКА. Образование дочерних нитей. Этому предшествует образование ПРАИМЕРОВ с помощью фермента ПРАЙМАЗЫ. Действует ДНК-ПОЛИМЕРАЗА и образуется дочерняя нить ДНК. Этот процесс происходит в соответствии с принципом комплиментарности, и синтез идёт от 5" к 3" концу синтезируемой нити.

На одной из материнских нитей будет строиться непрерывная цепь, а на противоположной нити - цепь из коротких фрагментов (фрагментов ОКАЗАКИ) Удаление ПРАИМЕРОВ с помощью ЭКЗОНУКЛЕАЗЫ.

32. Биосинтез РНК (транскрипция). Условия транскрипции.

Транскрипция - передача информации с ДНК на РНК (биосинтез РНК). Транскрипции подвергаются только определённые части молекулы ДНК. Эта часть называется ТРАНСКРИПТОНОМ. ДНК эукариот прерывистая: участки, несущие информацию (ЭКЗОНЫ), чередуются с участками, не несущими информацию (ИНТРОНЫ). В ДНК с 5"-конца выделяют ПРОМОТОРНУЮ область - место присоединения РНК-ПОЛИМЕРАЗЫ. С 3"-конца - ТЕРМИНАТОРНАЯ зона. Эти области не транскрибируются. УСЛОВИЯ ТРАНСКРИПЦИИ.

1. Матрица - 1 нить ДНК. Образуется транскрипционный глазок.

2. Структурные компоненты - РИБОНУКЛЕОЗИД-3-ФОСФАТЫ (АТФ, ГТФ, ЦТФ, УТФ).

3. ДНК-зависимая РНК-ПОЛИМЕРАЗА.

Этапы транскрипции

ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ ТРАНСКРИПЦИИ.

1. ИНИЦИАЦИЯ. Заключается в присоединении РНК-ПОЛИМЕРАЗЫ к ПРОМОТОРУ, что приводит к расхождению нитей ДНК. Импульсом к присоединению РНК-ПОЛИМЕРАЗЫ является присоединение ТВР-белка к TATA-боксу.

2. ЭЛОНГАЦИЯ (удлинение). Соединение РИБОНУКЛЕОЗИДМОНОНУКЛЕОТИДОВ и образование фосфодиэфирных связей между НУКЛЕОТИДАМИ с помощью РНК-ПОЛИМЕРАЗЫ, которая передвигается вдоль нити ДНК. Присоединение НУКЛЕТИДОВ идет в соответствии с принципом комплиментарности, только будут РИБОНУКЛЕОТИДЫ и - УМФ.

3. ТЕРМИНАЦИЯ (окончание).Заключается в том, что со стороны 3"-конца образованной РНК присоединяется множество (до 200 - 300) АДЕНИЛОВЫХ НУКЛЕОТИДОВ - поли А. Образуется точная копия гена. АДЕНИЛОВЫЕ НУКЛЕОТИДЫ защищают 3"-конец от действия ЭКЗОНУКЛЕАЗ. С 5"-конца образуется защита, так называемый «САР» (чаще всего УДФ). Эта образовавшаяся копия гена называется ТРАНСКРИПТ.

4. ПРОЦЕССИНГ (созревание).

2. Кепирование 5-конца

3. Формирование полиадениловой последовательности

4. СПЛАЙСИНГ - удаление интронов и соединение ЭКЗОНОВ между собой. Играет важную роль в эволюции организмов,

5. Альтернативный СПЛАЙСИНГ- из одной пре-иРНК образуется несколько ИРНК и соответственно несколько белков, что проявляется в разнообразии признаков у организмов.

Основные проявления патологии углеводного обмена и возможные причины нарушения обмена углеводов на различных этапах обмена веществ. (Написать реакции). Гликемия как показатель состояния углеводного обмена. Количественная оценка гликемии в норме и при патологии. Развитие сахарного диабета.

Нарушение углеводного обмена может быть на различных этапах. ГИПО-, ГИПЕРГЛюКОЗЭМИЯ, ГЛЮКОЗУРИЯ является показателями углеводного иомена. ГЛЮКОЗУРИЯ возможна в том случае, если превышается величина почечного порога больше 10 ммоль/л. Наиболее часто нарушения углеводного обмена возможны на следующих этапах:

1. на этапе поступления углеводов с пищей. Большая нагрузка углеводов ведёт к развитию ГИПЕРГЛЮКОЗЕМИИ, ГЛЮКОЗУРИИ, усиленному биосинтезу жира, развитию ожирения.

2. При поражении слизистых оболочек ЖКТ. При поражении слизистой желудка нарушается выработка соляной кислоты. При поражении слизистой оболочки тонкого кишечника нарушается всасывание и гидролиз ДИСАХАРИДОВ пищи.

При поражении ПЖЖ нарушается переваривание гликогена, крахмала пищи под влиянием ферментов. Наиболее грозным заболеванием является сахарный диабет. В ПЖЖ в В -клетках синтезируется белок инсулин, который обеспечивает транспорт глюкозы из крови в ткани. В случае недостаточной выработки инсулина развивается ГИПЕРГЛЮКОЗЕМИЯ, ГЛЮКОЗУРИЯ, КЕТОНУРИЯ. В клетках развивается энергетический голод, который компенсируется за счёт процессов ГЛЮКОНЕОГЕНЕЗА и усиления процессов окисления белков и жиров, что сопровождается избыточной продукцией АЦЕТИЛ-КОА, NH3. NH3 токсичный продукт, создаёт предпосылки для конденсации АЦЕТИЛ-КОА и образования кетоновых тел:

При поражении печени нарушается процесс биосинтеза и распада гликогена. Наследственные заболевания наблюдаются при генетических дефектах ферментов, участвующих в метаболизме углеводов. Наиболее часто встречаются ГЛИКОГЕНОЗЫ (ГИРКЕ, ПОМПЕ) и АГЛИКОГЕНОЗЫ (ЛЬЮИСА, АНДЕРСЕНА), которые связаны с недостаточной активностью или полным отсутствием ферментов, участвующих в распаде или синтезе гликогена. У детей встречается АЛАКТОЗИЯ - непереносимость лактозы в виду генетического дефекта ЛАКТАЗЫ ЭНТЕРОЦИТОВ.

Глюкоза в цельной капиллярной крови натощак - 3,3 - 5,5ммоль/л

ГИПЕРГЛИКЕМИЯ: избыток контринсулярных гормонов, дефицит инсулина (ИЗСД), нарушение функции рецепторов (ИНСД), стресс (адреналин повышает уровень глюкозы), употребление избытка углеводов.

ГИПОГЛИКЕМИЯ: передозировка инсулина, недостаток контринсулярных гормонов в организме, голодание.

Кетоновые тела (не более 0,1 г/л) - ацетон, ацетоуксусная кислота, бета -гидроксимасляная кислота. Опасно в отношении КЕТОАЦИДОЗА. ГИПОГЛИКЕМИЯ ведёт к судорогам, смерти. 0,1% гликогена обновляется в ткани мозга за 4 часа.

При нарушении обмена углеводов нарушается функция головного мозга.

Основные проявления патологии липидного обмена и возможные причины их возникновения на различных этапах обмена веществ. Образование кетоновых тел в тканях. Кетоацидоз. Биологическое значение кетоновых тел.

1 .На этапе поступления жиров с пищей:

A. Обильная жирная пища на фоне ГИПОДИНАМИИ приводит к развитию АЛИМЕНТАРНОГО ОЖИРЕНИЯ.

B. Недостаточное поступление жиров или их отсутствие приводит к ГИПО- и АВИТАМИНОЗАМ A, D, Е, К. Могут развиваться ДЕРМАТИТЫ, СКЛЕРОЗ сосудов. Также нарушается процесс синтеза ПРОСТАГЛАНДИНОВ.

C. Недостаточное поступление с пищей ЛИПОТРОПНЫХ(холин, серин, инозит, витамины В12, В6) веществ приводит к развитию жировой инфильтрации тканей.

2.На этапе пищеварения.

A. При поражении печени и кишечника нарушается образование и транспорт ЛП крови.

B. При поражении печени и желчевыводяицих путей нарушается образование и экскреция желчных кислот, участвующих в переваривании жиров пищи. Развивается ЖКБ. В крови отмечается ГИПЕРХОЛЕСТЕРИНЕМИЯ.

C. Если поражается слизистая оболочка кишечника и нарушается выработка и поступление ферментов ПЖЖ, содержание жира в кале увеличивается. Если содержание жира будет превышать 50%, развивается СТЕАТОРЕЯ. Кал становится бесцветным.

D. Наиболее часто в последнее время среди населения встречается поражение бета -клеток ПЖЖ, что ведет к развитию сахарного диабета, который сопровождается интенсивным окислением в клетках белков и жиров. В крови у таких больных отмечается ГИПЕРКЕТОНЕМИЯ, ГИПЕРХОЛЕСТЕРИНЕМИЯ. Кетоновые тела и холестерин синтезируются из АЦЕТИЛ-КОА.

3.На этапе обмена холестерина наиболее частым заболеванием является АТЕРОСКЛЕРОЗ. Болезнь развивается тогда, когда между клетками тканей и ЛП крови растёт содержание АТЕРОГЕННЫХ ФРАКЦИЙ и понижается содержание ЛПВП, назначение которых удалять холестерин из клеток тканей в печень для последующего его окисления. Все ЛП за исключением ХИЛОМИКРОНОВ быстро метаболизируются. ЛПНП задерживаются в сосудистой стенке. Они содержат много ТРИГЛИЦЕРИДОВ и ХОЛЕСТЕРИНА. Они, фагоцитируясь, разрушаются ферментами ЛИЗОСОМ, за исключением холестерина. Он накапливается в клетке в большом количестве. Холестерин откладывается в межклеточном пространстве и инкапсулируется соединительной тканью. В сосудах образуются АТЕРОСКЛЕРОТИЧЕСКИЕ БЛЯШКИ.

Ко второй половине XIX столетия было установлено, что пищевая ценность продуктов питания определяется содержанием в них белков, жиров, углеводов, минеральных солей и воды.

Однако практический опыт врачей и клинические наблюдения, а также история морских и сухопутных путешествий указывали на возникновение ряда специфических заболеваний (цинга, бери-бери), связанных с дефектами питания, хотя последнее полностью отвечало указанным выше требованиям.

Важный вклад в развитие учения о витаминах был сделан отечественным врачом Н.И. Луниным в опытах на мышах. Одна группа мышей (контрольная) получала натуральное молоко, а вторая - смесь компонентов молока: белок, жир, молочный сахар, минеральные соли и вода. Спустя некоторое время мыши опытной группы погибали, а мыши контрольной группы развивались нормально. Отсюда следовал вывод о наличии в молоке дополнительных веществ, необходимых для нормальной жизнедеятельности.

Подтверждением правильности вывода Лунина явилось установление причины бери-бери. Оказалось, что люди, употребляющие в пищу неочищенный рис, оставались здоровыми, в отличие от больных бери-бери, которые питались полированным рисом. В 1911 г. польский учёный К. Функ выделил из рисовых отрубей вещество, которое оказывало хороший лечебный эффект при этом заболевании. Поскольку это органическое вещество содержало в своём составе аминогруппу, Функ назвал это вещество витамином, или амином жизни (от лат. vita - жизнь). В настоящее время известно около двух десятков витаминов, которые обеспечивают нормальный рост организма и нормальное протекание физиологических и биохимических процессов. Многие из них входят в состав коферментов (В 1 , В 2 , РР и другие); некоторые витамины выполняют специализированные функции (витамины А, D, Е, K).

Витамины - низкомолекулярные органические соединения различной химической природы

и различного строения, синтезируемые главным образом растениями, частично - микроорганизмами. Для человека витамины - незаменимые пищевые факторы.

Недостаток поступления витаминов с пищей, нарушение их всасывания или нарушение их использования организмом приводит к развитию патологических состояний, называемых гиповитаминозами.

Основные причины гиповитаминозов

Недостаток витаминов в пище;

Нарушение всасывания в ЖКТ;

Врождённые дефекты ферментов, участвующих в превращениях витаминов;

Действие структурных аналогов витаминов (антивитамины).

Потребность человека в витаминах зависит от пола, возраста, физиологического состояния и интенсивности труда. Существенное влияние на потребность человека в витаминах оказывают характер пищи (преобладание углеводов или белков в диете, количество и качество жиров), а также климатические условия.

КЛАССИФИКАЦИЯ ВИТАМИНОВ

По химическому строению и физико-химическим свойствам (в частности, по растворимости) витамины делят на 2 группы.

А. ВОДОРАСТВОРИМЫЕ

Витамин В 1 (тиамин); Витамин В 2 (рибофлавин); Витамин РР (никотиновая кислота, нико-тинамид, витамин В 3);

Пантотеновая кислота (витамин В 5); Витамин В 6 (пиридоксин); Биотин (витамин Н); Фолиевая кислота (витамин В с, В 9); Витамин В 12 (кобаламин); Витамин С (аскорбиновая кислота); Витамин Р (биофлавоноиды).

б. жирорастворимые

Витамин А (ретинол);

Витамин D (холекальциферол);

Витамин Е (токоферол);

Витамин К (филлохинон).

Водорастворимые витамины при их избыточном поступлении в организм, будучи хорошо растворимыми в воде, быстро выводятся из организма.

Жирорастворимые витамины хорошо растворимы в жирах и легко накапливаются в организме при их избыточном поступлении с пищей. Их накопление в организме может вызвать расстройство обмена веществ, называемое гипер-витаминозом, и даже гибель организма.

а. водорастворимые витамины

1. Витамин В 1 (тиамин). Структура витамина включает пиримидиновое и тиазоловое кольца, соединённые метиновым мостиком.

Источники. Витамин В 1 - первый витамин, выделенный в кристаллическом виде К. Функом в 1912 г. Он широко распространён в продуктах растительного происхождения (оболочка семян хлебных злаков и риса, горох, фасоль, соя и др.). В организмах животных витамин В 1 содержится преимущественно в виде дифосфорного эфира тиамина (ТДФ); он образуется в печени, почках, мозге, сердечной мышце путём фосфорилирования тиамина при участии тиаминкиназы и АТФ.

Суточная потребность взрослого человека в среднем составляет 2-3 мг витамина В 1 . Но потребность в нём в очень большой степени зависит от состава и общей калорийности пищи, интенсивности обмена веществ и интенсивности работы. Преобладание уг-

леводов в пище повышает потребность организма в витамине; жиры, наоборот, резко уменьшают эту потребность. Биологическая роль витамина В 1 определяется тем, что в виде ТДФ он входит в состав как минимум трёх ферментов и ферментных комплексов: в составе пируват- и α-кетоглутаратдегидрогеназных комплексов он участвует в окислительном декарбок-силировании пирувата и α-кетоглутарата; в составе транскетолазы ТДФ участвует в пентозофосфатном пути превращения углеводов.

Основной, наиболее характерный и специфический признак недостаточности витамина В 1 - полиневрит, в основе которого лежат дегенеративные изменения нервов. Вначале развивается болезненность вдоль нервных стволов, затем - потеря кожной чувствительности и наступает паралич (бери-бери). Второй важнейший признак заболевания - нарушение сердечной деятельности, что выражается в нарушении сердечного ритма, увеличении размеров сердца и в появлении болей в области сердца. К характерным признакам заболевания, связанного с недостаточностью витамина В 1 , относят также нарушения секреторной и моторной функций ЖКТ; наблюдают снижение кислотности желудочного сока, потерю аппетита, атонию кишечника. 2. Витамин В 2 (рибофлавин). В основе структуры витамина В 2 лежит структура изоаллоксазина, соединённого со спиртом рибитолом.

Рибофлавин представляет собой кристаллы жёлтого цвета (от лат. flavos - жёлтый), слабо растворимые в воде.

Главные источники витамина В 2 - печень, почки, яйца, молоко, дрожжи. Витамин содержится также в шпинате, пшенице, ржи. Частично человек получает витамин В 2 как продукт жизнедеятельности кишечной микрофлоры.

Суточная потребность в витамине В 2 взрослого человека составляет 1,8-2,6 мг.

Биологические функции. В слизистой оболочке кишечника после всасывания витамина происходит образование коферментов FMN и FАD по схеме:

Коферменты FАD и FMN входят в состав флавиновых ферментов, принимающих участие в окислительно-восстановительных реакциях (см. разделы 2, 6, 9, 10).

Клинические проявления недостаточности рибофлавина выражаются в остановке роста у молодых организмов. Часто развиваются воспалительные процессы на слизистой оболочке ротовой полости, появляются длительно незаживающие трещины в углах рта, дерматит носогубной складки. Типично воспаление глаз: конъюнктивиты, васкуля-ризация роговицы, катаракта. Кроме того, при авитаминозе В 2 развиваются общая мышечная слабость и слабость сердечной мышцы.

3. Витамин РР (никотиновая кислота, никотина-мид, витамин В 3)

Источники. Витамин РР широко распространён в растительных продуктах, высоко его содержание в рисовых и пшеничных отрубях, дрожжах, много витамина в печени и почках крупного рогатого скота и свиней. Витамин РР может образовываться из триптофана (из 60 молекул триптофана может образоваться

1 молекула никотинамида), что снижает потребность в витамине РР при увеличении количества триптофана в пище. Суточная потребность в этом витамине составляет для взрослых 15-25 мг, для детей - 15 мг.

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

NADP образуется из NAD путём фосфорили-рования под действием цитоплазматической NAD-киназы.

NAD + + АТФ → NADP + + АДФ

Недостаточность витамина РР приводит к заболеванию «пеллагра», для которого характерны 3 основных признака: дерматит, диарея, деменция («три Д»). Пеллагра проявляется в виде симметричного дерматита на участках кожи, доступных действию солнечных лучей, расстройств ЖКТ (диарея) и воспалительных поражений слизистых оболочек рта и языка. В далеко зашедших случаях пеллагры наблюдают расстройства ЦНС (деменция): потеря памяти, галлюцинации и бред. 4. Пантотеновая кислота (витамин В) Пантотеновая кислота состоит из остатков D-2,4-дигидрокси-3,3-диметилмасляной кислоты и β-аланина, соединённых между собой амидной связью:

Пантотеновая кислота - белый мелкокристаллический порошок, хорошо растворимый в воде. Она синтезируется растениями и микроорганизмами, содержится во многих продуктах животного и растительного происхождения (яйцо, печень, мясо, рыба, молоко, дрожжи, картофель, морковь, пшеница, яблоки). В кишечнике человека пантотеновая кислота в небольших количествах продуцируется кишечной палочкой. Пантотеновая кислота - универсальный витамин, в ней или её производных нуждаются человек, животные, растения и микроорганизмы.

Суточная потребность человека в пантотеновой

кислоте составляет 10-12 мг. Биологические функции. Пантотеновая кислота используется в клетках для синтеза кофер-ментов: 4-фосфопантотеина и КоА (рис. 3-1). 4-фосфопантотеин - кофермент пальми-тоилсинтазы. КоА участвует в переносе ацильных радикалов в реакциях общего

пути катаболизма (см. раздел 6), активации жирных кислот, синтеза холестерина и кетоновых тел (см. раздел 8), синтеза ацетилглюкозаминов (см. раздел 15), обезвреживания чужеродных веществ в печени (см. раздел 12). Клинические проявления недостаточности витамина. У человека и животных развиваются дерматиты, дистрофические изменения желёз внутренней секреции (например, надпочечников), нарушение деятельности нервной системы (невриты, параличи), дистрофические изменения в сердце, почках, депигментация и выпадение волос и шерсти у животных, потеря аппетита, истощение. Низкий уровень пантотената в крови у людей часто сочетается с другими гиповитаминозами (В 1 , В 2) и проявляется как комбинированная форма гиповитаминоза.

Рис. 3-1. Строение КоА и 4"-фосфопантотеина. 1 - тиоэтаноламин; 2 - аденозил-3"-фосфо-5"-дифосфат; 3 - пантотеновая кислота; 4 - 4"-фосфопантотеин (фосфорилированная пантотеновая кислота, соединённая с тиоэтаноламином).

5. Витамин В 6 (пиридоксин, пиридоксаль, пиридок-самин)

В основе структуры витамина В 6 лежит пиридиновое кольцо. Известны 3 формы витамина В 6 , отличающиеся строением замещающей группы у атома углерода в п-положении к атому азота. Все они характеризуются одинаковой биологической активностью.

Все 3 формы витамина - бесцветные кристаллы, хорошо растворимые в воде.

Источники витамина В 6 для человека - такие продукты питания, как яйца, печень, молоко, зеленый перец, морковь, пшеница, дрожжи. Некоторое количество витамина синтезируется кишечной флорой.

Суточная потребность составляет 2-3 мг.

Биологические функции. Все формы витамина В 6 используются в организме для синтеза кофер-ментов: пиридоксальфосфата и пиридокса-минфосфата. Коферменты образуются путём фосфорилирования по гидроксиметильной группе в пятом положении пиридинового кольца при участии фермента пиридоксаль-киназы и АТФ как источника фосфата.

Пиридоксалевые ферменты играют ключевую роль в обмене аминокислот: катализируют реакции трансаминирования и декарбокси-лирования аминокислот, участвуют в специфических реакциях метаболизма отдельных аминокислот: серина, треонина, триптофана, серосодержащих аминокислот, а также в синтезе гема (см. разделы 9, 12).

Клинические проявления недостаточности витамина. Авитаминоз В 6 у детей проявляется

повышенной возбудимостью ЦНС, периодическими судорогами, что связано, возможно, с недостаточным образованием тормозного медиатора ГАМК (см. раздел 9), специфическими дерматитами. У взрослых признаки гиповитаминоза В 6 наблюдают при длительном лечении туберкулёза изониа-зидом (антагонист витамина В 6). При этом возникают поражения нервной системы (полиневриты), дерматиты. 6. Биотин (витамин Н)

В основе строения биотина лежит тиофено-вое кольцо, к которому присоединена молекула мочевины, а боковая цепь представлена валерьяновой кислотой.

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

Суточная потребность биотина у человека не превышает 10 мкг.

Биологическая роль. Биотин выполняет кофер-ментную функцию в составе карбоксилаз: он участвует в образовании активной формы

В организме биотин используется в образовании малонил-КоА из ацетил-КоА (см. раздел 8), в синтезе пуринового кольца (см. раздел 10), а также в реакции карбоксилирования пирувата с образованием оксалоацетата (см. раздел 6).

Клинические проявления недостаточности биотина у человека изучены мало, поскольку бактерии кишечника обладают способностью синтезировать этот витамин в необходимых

количествах. Поэтому картина авитаминоза проявляется при дисбактериозах кишечника, например, после приёма больших количеств антибиотиков или сульфамидных препаратов, вызывающих гибель микрофлоры кишечника, либо после введения в рацион большого количества сырого яичного белка. В яичном белке содержится гликопротеин авидин, который соединяется с биотином и препятствует всасыванию последнего из кишечника. Авидин (молекулярная масса 70 000 кД) состоит из четырёх идентичных субъединиц, содержащих по 128 аминокислот; каждая субъединица связывает по одной молекуле биотина. При недостаточности биотина у человека развиваются явления специфического дерматита, характеризующегося покраснением и шелушением кожи, а также обильной секрецией сальных желёз (себорея). При авитаминозе витамина Н наблюдают также выпадение волос и шерсти у животных, поражение ногтей, часто отмечают боли в мышцах, усталость, сонливость и депрессию. 7. Фолиевая кислота (витамин В с витамин В 9) Фолиевая кислота состоит из трёх структурных единиц: остатка птеридина (I), параамино-бензойной (II) и глутаминовой (III) кислот.

Витамин, полученный из разных источников, может содержать 3-6 остатков глутаминовой кислоты. Фолиевая кислота была выделена в 1941 г. из зелёных листьев растений, в связи с чем и получила своё название (от лат. folium - лист).

Источники. Значительное количество этого витамина содержится в дрожжах, а также в печени, почках, мясе и других продуктах животного происхождения.

Суточная потребность в фолиевой кислоте колеблется от 50 до 200 мкг; однако вследствие плохой всасываемости этого витамина рекомендуемая суточная доза - 400 мкг.

Биологическая роль фолиевой кислоты определяется тем, что она служит субстратом

для синтеза коферментов, участвующих в реакциях переноса одноуглеродных радикалов различной степени окисленности: метильных, оксиметильных, формильных и других. Эти коферменты участвуют в синтезе различных веществ: пуриновых нуклеотидов, превращении dУМФ в dГМФ, в обмене глицина и серина (см. разделы 9, 10). Наиболее характерные признаки авитаминоза фолиевой кислоты - нарушение кроветворения и связанные с этим различные формы малокровия (макроцитарная анемия), лейкопения и задержка роста. При гиповитаминозе фолиевой кислоты наблюдают нарушения регенерации эпителия, особенно в ЖКТ, обусловленные недостатком пуринов и пи-римидинов для синтеза ДНК в постоянно делящихся клетках слизистой оболочки. Авитаминоз фолиевой кислоты редко проявляется у человека и животных, так как этот витамин в достаточной степени синтезируется кишечной микрофлорой. Однако использование сульфаниламидных препаратов для лечения ряда заболеваний может вызвать развитие авитаминозов. Эти препараты - структурные аналоги параамино-бензойной кислоты, ингибирующие синтез фолиевой кислоты у микроорганизмов (см. раздел 2). Некоторые производные птери-дина (аминоптерин и метотрексат) тормозят рост почти всех организмов, нуждающихся в фолиевой кислоте. Эти препараты находят применение в лечебной практике для подавления опухолевого роста у онкологических больных. 8. Витамин В 12 (кобаламин) Витамин В 12 был выделен из печени в кристаллическом виде в 1948 г. В 1955 г. Дороти Ходжкен с помощью рентгено-структурного анализа расшифровала структуру этого витамина. За эту работу в 1964 г. ей была присуждена Нобелевская премия. Витамин В 12 - единственный витамин, содержащий в своём составе металл кобальт (рис. 3-2).

Источники. Ни животные, ни растения не способны синтезировать витамин В 12 . Это единственный витамин, синтезируемый почти исключительно микроорганизмами: бактериями, актиномицетами и сине-зелёными водорослями. Из животных тканей наиболее богаты витамином В печень и

почки. Недостаточность витамина в тканях животных связана с нарушением всасывания кобаламина из-за нарушения синтеза внутреннего фактора Касла, в соединении с которым он и всасывается. Фактор Кас-ла синтезируется обкладочными клетками желудка. Это - гликопротеин с молекулярной массой 93 000 Д. Он соединяется с витамином В 12 при участии ионов кальция. Гипоавитаминоз В 12 обычно сочетается с понижением кислотности желудочного сока, что может быть результатом повреждения слизистой оболочки желудка. Гипоавитами-ноз В 12 может развиться также после тотального удаления желудка при хирургических операциях.

Суточная потребность в витамине В 12 крайне мала и составляет всего 1-2 мкг.

Витамин В 12 служит источником образования двух коферментов: метилкобаламина в цитоплазме и дезоксиаденозилкобаламина в митохондриях (рис. 3-2).

Метил-В 12 - кофермент, участвующий в образовании метионина из гомоцистеина. Кроме того, метил-В 12 принимает участие в превращениях производных фолиевой кислоты, необходимых для синтеза нуклео-тидов - предшественников ДНК и РНК.

Дезоксиаденозилкобаламин в качестве ко-фермента участвует в метаболизме жирных кислот с нечётным числом углеродных атомов и аминокислот с разветвлённой углеводородной цепью (см. разделы 8, 9).

Основной признак авитаминоза В 12 - макроци-тарная (мегалобластная) анемия. Для этого заболевания характерны увеличение размеров эритроцитов, снижение количества эритроцитов в кровотоке, снижение концентрации гемоглобина в крови. Нарушение кроветворения связано в первую очередь с нарушением обмена нуклеиновых кислот, в частности синтеза ДНК в быстроделящихся клетках кроветворной системы. Помимо нарушения кроветворной функции, для авитаминоза В 12 специфично также расстройство деятельности нервной системы, объясняемое токсичностью метилмалоновой кислоты, накапливающейся в организме при распаде жирных кислот с нечётным числом углеродных атомов, а также некоторых аминокислот с разветвлённой цепью.

9. Витамин С (аскорбиновая кислота)

Аскорбиновая кислота - лактон кислоты, близкой по структуре к глюкозе. Существует в двух формах: восстановленной (АК) и окисленной (дегидроаскорбиновой кислотой, ДАК).

Обе эти формы аскорбиновой кислоты быстро и обратимо переходят друг в друга и в качестве коферментов участвуют в окислительно-восстановительных реакциях. Аскорбиновая кислота может окисляться кислородом воздуха, перок-сидом и другими окислителями. ДАК легко восстанавливается цистеином, глутатионом, сероводородом. В слабощелочной среде происходят разрушение лактонового кольца и потеря биологической активности. При кулинарной обработке пищи в присутствии окислителей часть витамина С разрушается.

Источники витамина С - свежие фрукты,

овощи, зелень (табл. 3-1). Суточная потребность человека в витамине С

составляет 50-75 мг. Биологические функции. Главное свойство аскорбиновой кислоты - способность легко окисляться и восстанавливаться. Вместе с ДАК она образует в клетках окислительно-восстановительную пару с редокс-потенци-алом +0,139 В. Благодаря этой способности аскорбиновая кислота участвует во многих реакциях гидроксилирования: остатков Про и Лиз при синтезе коллагена (основного белка соединительной ткани), при гидрок-силировании дофамина, синтезе стероидных гормонов в коре надпочечников (см. разделы

В кишечнике аскорбиновая кислота восстанавливает Fе 3+ в Fe 2+ , способствуя его всасыванию, ускоряет освобождение железа из ферритина (см. раздел 13), способствует превращению фолата в коферментные формы. Аскорбиновую кислоту относят к природным антиоксидантам (см. раздел 8).

Рис. 3-2. Структура витамина В 12 (1) и его коферментные формы - метилкобаламин (2) и 5-дезоксиаде-нозилкобаламин (3).

Таблица 3-1. Содержание аскорбиновой кислоты в некоторых пищевых продуктах и растениях

Большое значение этой роли витамина С придавал известный американский учёный Л. Полинг, дважды лауреат Нобелевской премии. Он рекомендовал использовать для профилактики и лечения ряда заболеваний (например, простудных) большие дозы аскорбиновой кислоты (2-3 г). Клинические проявления недостаточности витамина С. Недостаточность аскорбиновой кислоты приводит к заболеванию, называемому цингой (скорбут). Цинга, возникающая у человека при недостаточном содержании в пищевом рационе свежих фруктов и овощей, описана более 300 лет назад, со времени проведения длительных морских плаваний и северных экспедиций. Это заболевание связано с недостатком в пище витамина С. Болеют цингой только человек, приматы и

морские свинки. Главные проявления авитаминоза обусловлены в основном нарушением образования коллагена в соединительной ткани. Вследствие этого наблюдают разрыхление дёсен, расшатывание зубов, нарушение целостности капилляров (сопровождающееся подкожными кровоизлияниями). Возникают отёки, боль в суставах, анемия. Анемия при цинге может быть связана с нарушением способности использовать запасы железа, а также с нарушениями метаболизма фолиевой кислоты. 10. Витамин Р (биофлавоноиды) В настоящее время известно, что понятие «витамин Р» объединяет семейство биофлавоноидов (катехины, флавононы, флавоны). Это очень разнообразная группа растительных полифеноль-ных соединений, влияющих на проницаемость сосудов сходным образом с витамином С.

Наиболее богаты витамином Р лимоны, гречиха, черноплодная рябина, чёрная смородина, листья чая, плоды шиповника.

Суточная потребность для человека точно не

установлена. Биологическая роль флавоноидов заключается в стабилизации межклеточного матрик-са соединительной ткани и уменьшении проницаемости капилляров. Многие представители группы витамина Р обладают гипотензивным действием. Клиническое проявление гипоавитаминоза витамина Р характеризуется повышенной кровоточивостью дёсен и точечными подкожными кровоизлияниями, общей слабостью, быстрой утомляемостью и болями в конечностях. В таблице 3-2 перечислены суточные потребности, коферментные формы, основные биологические функции водорастворимых витаминов, а также характерные признаки авитаминозов.

Б. ЖИРОРАСТВОРИМЫЕ ВИТАМИНЫ

1. Витамин А (ретинол) - циклический, ненасыщенный, одноатомный спирт.

Источники. Витамин А содержится только в животных продуктах: печени крупного рогатого скота и свиней, яичном желтке, молочных

Строение провитамина А (1), витамина А (2) и его производных (3, 4)

Таблица 3-2. Водорастворимые витамины

продуктах; особенно богат этим витамином рыбий жир. В растительных продуктах (морковь, томаты, перец, салат и др.) содержатся каротиноиды, являющиеся провитаминами А. В слизистой оболочке кишечника и клетках печени содержится специфический фермент каротиндиоксигеназа, превращающий кароти-ноиды в активную форму витамина А. Суточная потребность витамина А взрослого человека составляет от 1 до 2,5 мг витамина или от 2 до 5 мг β-каротинов. Обычно активность витамина А в пищевых продуктах выражается в международных единицах; одна международная единица (МЕ) витамина А эквивалентна 0,6 мкг β-каротина и 0,3 мкг витамина А.

Биологические функции витамина А. В организме ретинол превращается в ретиналь и ретиное-вую кислоту, участвующие в регуляции ряда функций (рост и дифференцировка клеток); они также составляют фотохимическую основу акта зрения.

Наиболее детально изучено участие витамина А в зрительном акте (рис. 3-3). Светочувствительный аппарат глаза - сетчатка. Падающий на сетчатку свет адсорбируется и трансформируется пигментами сетчатки в другую форму энергии. У человека сетчатка содержит 2 типа рецепторных клеток: палочки и колбочки. Первые реагируют на слабое (сумеречное) освещение, а колбочки - на хорошее освещение (дневное зрение).

Рис. 3-3. Схема зрительного цикла. 1 - цис-ретиналь в темноте соединяется с белком опсином, образуя родопсин; 2 - под действием кванта света происходит фотоизомеризация 11-цис-ретиналя в транс-ретиналь; 3 - транс-ретиналь-опсин распадается на транс-ретиналь и опсин; 4 - поскольку пигменты встроены в мембраны светочувствительных клеток сетчатки, это приводит к местной деполяризации мембраны и возникновению нервного импульса, распространяющегося по нервному волокну; 5 - заключительный этап этого процесса - регенерация исходного пигмента. Это происходит при участии ретинальизомеразы через стадии: транс-ретиналь - трансретинол - цис-ретинол - цис-ретиналь; последний вновь соединяется с опсином, образуя родопсин.

Ретиноевая кислота, подобно стероидным гормонам, взаимодействует с рецепторами в ядре клеток-мишеней. Образовавшийся комплекс связывается с определёнными участками ДНК и стимулирует транскрипцию генов (см. раздел 4). Белки, образующиеся в результате стимуляции генов под влиянием ретиноевой кислоты, влияют на рост, дифференцировку, репродукцию и эмбриональное развитие (рис. 3-4).

Основные клинические проявления гиповитаминоза А. Наиболее ранний и характерный признак недостаточности витамина А у людей и экспериментальных животных - нарушение сумеречного зрения (гемералопия, или «куриная» слепота). Специфично для авитаминоза А поражение глазного яблока - ксерофталь-мия, т.е. развитие сухости роговой оболочки глаза как следствие закупорки слёзного канала в связи с ороговением эпителия. Это, в свою очередь, приводит к развитию конъюнктивита, отёку, изъязвлению и размягчению роговой оболочки, т.е. к кератома-ляции. Ксерофтальмия и кератомаляция при отсутствии соответствующего лечения могут привести к полной потере зрения.

У детей и молодых животных при авитаминозе А наблюдают остановку роста костей, кератоз эпителиальных клеток всех органов и, как следствие этого, избыточное ороговение кожи, поражение эпителия ЖКТ, мочеполовой системы и дыхательного аппарата. Прекращение роста костей черепа приводит к повреждению тканей ЦНС, а также к повышению давления спинномозговой жидкости. 2. Витамины группы D (кальциферолы) Кальциферолы - группа химически родственных соединений, относящихся к производным стеринов. Наиболее биологически активные витамины - D 2 и D 3 . Витамин D 2 (эргокальцифе-рол), производное эргостерина - растительного стероида, встречающегося в некоторых грибах, дрожжах и растительных маслах. При облучении пищевых продуктов УФО из эргостерина получается витамин D 2 , используемый в лечебных целях. Витамин D 3 , имеющийся у человека и животных, - холекальциферол, образующийся в коже человека из 7-дегидрохолестерина под действием УФ-лучей (рис. 3-5).

Витамины D 2 и D 3 - белые кристаллы, жирные на ощупь, нерастворимые в воде, но хорошо растворимые в жирах и органических растворителях.

Источники. Наибольшее количество витамина D 3 содержится в продуктах животного происхождения: сливочном масле, желтке яиц, рыбьем жире.

Рис. 3-4. Действие ретиноидов в организме. Вещества (названия в рамках) - компоненты пищи.

Рис. 3-5. Схема синтеза витаминов D 2 и D 3 . Провитамины D 2 и D 3 - стерины, у которых в кольце В две двойные связи. При воздействии света в процессе фотохимической реакции происходит расщепление кольца В. А - 7-дегидрохолестерин, провитамин D 3 (синтезируется из холестерина); Б - эргостерин - провитамин D 2 .

Суточная потребность для детей 12-25 мкг (500-1000 МЕ), для взрослого человека потребность значительно меньше.

Биологическая роль. В организме человека витамин D 3 гидроксилируется в положениях 25 и 1 и превращается в биологически активное соединение 1,25-дигидроксихолекальцифе-рол (кальцитриол). Кальцитриол выполняет гормональную функцию, участвуя в регуляции обмена Са 2+ и фосфатов, стимулируя всасывание Са 2+ в кишечнике и кальцифи-

кацию костной ткани, реабсорбцию Са 2+ и фосфатов в почках. При низкой концентрации Са 2+ или высокой концентрации D 3 он стимулирует мобилизацию Са 2+ из костей (см. раздел 11). Недостаточность. При недостатке витамина D у детей развивается заболевание «рахит», характеризуемое нарушением кальцифика-ции растущих костей. При этом наблюдают деформацию скелета c характерными изменениями костей (Х- или о-образная форма

ног, «чётки» на рёбрах, деформация костей черепа, задержка прорезывания зубов). Избыток. Поступление в организм избыточного количества витамина D 3 может вызвать гипервитаминоз D. Это состояние характеризуется избыточным отложением солей кальция в тканях лёгких, почек, сердца, стенках сосудов, а также остеопорозом с частыми переломами костей. 3. Витамины группы Е (токоферолы) Витамин Е был выделен из масла зародышей пшеничных зёрен в 1936 г. и получил название токоферол. В настоящее время известно семейство токоферолов и токотриенолов, найденных в природных источниках. Все они - метильные производные исходного соединения токола, по строению очень близки и обозначаются буквами греческого алфавита. Наибольшую биологическую активность проявляет α-токоферол.

Токоферолы представляют собой маслянистую жидкость, хорошо растворимую в органических растворителях.

α-Токоферол (5,7,8-триметилтокол)

Источники витамина Е для человека - растительные масла, салат, капуста, семена злаков, сливочное масло, яичный желток.

Суточная потребность взрослого человека в витамине примерно 5 мг.

Биологическая роль. По механизму действия токоферол является биологическим анти-оксидантом. Он ингибирует свободноради-кальные реакции в клетках и таким образом препятствует развитию цепных реакций перекисного окисления ненасыщенных жирных кислот в липидах биологических мембран и других молекул, например ДНК (см. раздел 8). Токоферол повышает биологическую активность витамина А, защищая от окисления ненасыщенную боковую цепь.

Клинические проявления недостаточности витамина

Е у человека до конца не изучены. Известно положительное влияние витамина Е при ле-

чении нарушения процесса оплодотворения, при повторяющихся непроизвольных абортах, некоторых форм мышечной слабости и дистрофии. Показано применение витамина Е для недоношенных детей и детей, находящихся на искусственном вскармливании, так как в коровьем молоке в 10 раз меньше витамина Е, чем в женском. Дефицит витамина Е проявляется развитием гемолитической анемии, возможно из-за разрушения мембран эритроцитов в результате ПОЛ. 4. Витамины K (нафтохиноны) Витамин К существует в нескольких формах в растениях как филлохинон (К 1), в клетках кишечной флоры как менахинон (К 2).

пуста, шпинат, корнеплоды и фрукты) и животные (печень) продукты. Кроме того, он синтезируется микрофлорой кишечника. Обычно авитаминоз К развивается вследствие нарушения всасывания витамина К в кишечнике, а не в результате его отсутствия в пище.

Суточная потребность в витамине взрослого человека составляет 1-2 мг.

Биологическая функция витамина К связана с его участием в процессе свёртывания крови (рис. 3-6). Он участвует в активации факторов свёртывания крови: протромбина (фактор II), проконвертина (фактор VII), фактора Кристмаса (фактор IX) и фактора Стюарта (фактор X). Эти белковые факторы синтезируются как неактивные предшественники. Один из этапов активации - их карбоксилирование по остаткам глутами-новой кислоты с образованием γ-карбок-сиглутаминовой кислоты, необходимой для связывания ионов кальция (см. раздел 13).

Рис. 3-6. Роль витамина К в свёртывании крови.

Витамин К участвует в реакциях карбокси-лирования в качестве кофермента. Для лечения и предупреждения гиповитаминоза К используют синтетические производные нафтохинона: менадион, викасол, синкавит.

Основное проявление авитаминоза К - сильное кровотечение, часто приводящее к шоку и гибели организма. В таблице 3-3 перечислены суточные потребности и биологические функции жирорастворимых витаминов, а также характерные признаки авитаминозов.

Таблица 3-3. Жирорастворимые витамины