Хімія і хімічна технологія
Хоча родоначальні гетероциклічні сполуки не зустрічаються в природі, їх похідні широко поширені і мають важливе значення. Нікотинамід (Амід нікотинової кислоти) і піридоксаль (вітамін Вб) є похідними піридину і відносяться до вітамінів групи В. Нікотинамід - важлива складова частина коферментів NAD і NADP (розд. 19.3), в той час як пиридоксальфосфат - кофактор, необхідний для декарбоксилювання і трансамінування амінокислот. Піримідинові підстави мають велике зна- [c.308]
Як видно з розд. 7.1, суть більшості хімічних реакцій. протікають в біологічних системах. полягає в окисленні або відновленні одного або більше реагентів. Однак особливо важливий тип реакцій, до якого, очевидно, відносяться багато ферментативні реакції. які пов'язані з окисленням - відновленням, - це реакції, що включають перенесення протона і супроводжуються загальним основним або кислотним каталізом. Природно, багато хто з цих ферментативних перетворень здійснюються за допомогою небілкових кофакторов або коферментів. До таких коферментам відносяться деякі сірковмісні коферменти, серед яких тіамінпірофосфат (часто званий вітаміном В1) має найбільше значення. Зараз вже очевидно, що механізм дії тіамінпірофосфат включає участь карбаніони як проміжний з'єднання. Правда, деякі особливості цього процесу ще недостатньо вивчені. [C.458]
Кофермент, або коензим ацетилювання (КоА) - кофермент багатьох ферментів, які каталізують реакції приєднання ацетильних груп до інших молекул. У його склад входить вітамін В3. Коферменти (кофактор) - небілкова частина ферменту. яка може диссоциировать з ферментативного комплексу иг- [c.490]
Протягом всієї історії людства однією з основних причин загибелі людей був недолік вітамінів. У вісімнадцятому столітті було знайдено, що невеликі кількості плодів цитрусових. містять вітамін С, можуть при тривалих морських подорожах запобігти появі цинги - хвороби, яка має небезпеку смертельним результатом. У 1912 р допоміжних компонентів їжі. необхідним для нормального функціонування людського організму. було дано назву вітамінів. З тих пір були виділені і ідентифіковані багато вітамінів. Хоча самі ці з'єднання і не є ферментами, вони необхідні для функціонування багатьох ферментів. Тому вітаміни отримали також назву коферменти, або кофактор. Деякі з досягнень в цій області описані нижче. [C.109]
Кофакторами, коферментів і вітаміни [c.153]
Необхідність у багатьох вітамінах обумовлена їх участю у формуванні циклічно працюючих складних органічних молекул, в першу чергу кофакторов і коферментів. Нижче наведено короткі відомості про вітаміни, необхідних для забезпечення роботи основних груп ферментів, розглянутих раніше. [C.154]
Сірка входить до складу амінокислот (цистеїн, метіонін), вітамінів і кофакторів (біотин, ліпоєва кислота. Кофермент А і ін.), А фосфор - необхідний компонент нуклеїнових кислот. фосфоліпідів, коферментів. У природі сірка знаходиться в формі неорганічних солей, головним чином сульфатів, у вигляді молекулярної (елементної) сірки або входить до складу органічних сполук. Больщінства прокаріот для биосинтетических цілей споживають сірку в формі сульфату. який при цьому відновлюється до рівня сульфіду. Однак деякі фупп прокаріотів не здатні до відновлення сульфату і потребують відновлених з'єднаннях сірки. Основною формою фосфору в природі є фосфати, які і задовольняють потреби прокаріотів в цьому елементі. [C.86]
Молекула фолієвої кислоти (I) і її похідних, які здійснюють функції кофакторов в процесах метаболізму. таких, як 5,6,7,8-тетрагідро-птероіл- -глутаміновая кислота. 5-N-фopміл-5,6,7,8-тeтpaгідpoптepoіл-L-глутамінова кислота (фолінова кислота) і ін. (Див. Розділ Птеріновие коферменти), в основній своїй частині високоспецифічні. Так, для прояву вітамінних властивостей обов'язкове птеріновая структура, [c.485]
Як видно з наведених прикладів, кофактор ферментів і коферменти є часто досить складними органічними молекулами. Тому багато хто з них у ряду тварин синтезуються з досить складних попередників, які повинні бути присутніми в якості обов'язкових компонентів їжі. Такі речовини -предшественнікі називають вітамінами (див. 4.7). [C.60]
У деяких випадках фермент проявляє активність тільки в комплексі з низькомолекулярних допоміжним, так званим кофактором. Кофактор називається також коферментом. Кофермент і фермент об'єднуються в холоферменту і тільки в такому вигляді є активними фермент. якому потрібно кофермент, називається апоферментом. У багатьох випадках в ролі коферментів виступають вітаміни групи В. [c.84]
Вітаміни мають винятково високу біологічну активність і потрібні організму в дуже невеликих кількостях про декілька мікрограмів до декількох десятків міліграмів у день. На відміну від інших харчових речовин вітаміни не є пластичним матеріалом або джерелом енергії і беруть участь в обміні речовин в основному як біокаталізатора. Майже всі водорозчинні вітаміни. а також жірорастворіми і вітамін К, є коферментами або кофакторами біохімічних реакцій. Вітаміни А, Д, Е здатні регулювати роботу генетичного апарату клітини. Крім того, кожному вітаміну властива також специфічна функція в організмі. Все це робить вітаміни незамінними в життєдіяльності клітини. [C.4]
Багато кофактор ферментів є похідними вітамршов. Так, окислювально-відновні процеси в біологічних системах здійснюються за участю похідних вітаміну РР (нікотіпамід-них коферментів), вітаміну Вг (флавіннуклеотідов), вітамінів С, Е і К. Різні перетворення амінокислот каталізує фосфат вітаміну Вб - піридоксальфосфат. Кофактор ацилирования (кофермент А) містить залишок пантотенової кислоти - одного з вітамінів групи В. У процесах карбоксилювання і декарбоксилювання беруть участь біотин (вітамін Н) і тіамінпірофосфат - похідне вітаміну В. Перетворення і перенесення одноуглеродних залишків каталізують ферменти. кофакторами яких служать похідні фолевой кислоти і вітаміну В з. Вітамін А відіграє роль в зоровому процесі. [C.249]
Піридоксальфосфат ідеально пристосований для каталізу реакції аминосоединений. Тому його виявлення в ролі необхідного кофактора глікогенфосфорилази (гл. 7 розд. В, 5) викликало здивування. Кофермент пов'язаний з фосфорілазой в основному так само, як і в разі трансамінази (розд. Д, 6), але функція його не ясна [43]. Вражаючим є той факт, що, за наявними даними, 50% усієї кількості вітаміну Ве в організмі знаходиться у вигляді PLP в складі м'язової фосфорілази [44]. З досліджень, проведених на щурах з недостатністю вітаміну Ве, слід, що PLP в фосфорилазу може служити резервним джерелом. значна асть якого при недостатності вітаміну Ве може витрачатися на інші цілі. [C.222]
Піразини [2,3-г /] піримідинів відомі як птеридина [197], оскільки вперше природні сполуки з подібною Біциклічні системою були виявлені в пігментах, таких, як ксантоптерін (жовтий), що міститься в крилах метеликів (Ьер1йор1ега). Згодом птерідіновая циклічна система була виявлена в коферментах, що використовують тетрагідрофолієву кислоту (похідне вітаміну фолієвої кислоти), кофакторами оксомолібдоферментах [198] і родинних ферментах. містять вольфрам. Птерідіновая система також присутній в протипухлинному препараті метотрексату. [C.294]
Нікотінаміднуклеотідние коферменти. До даної групи кофакторов оксидоредуктаз належать нуклеотиди, що містять Амід нікотинової кислоти (вітамін РР). Основними представниками є нікотин-амідаденіндінуклеотід (НАД) і нікотинамідаденіндінуклеотидфосфат (НАДФ). [C.250]
Ферментативне перетворення похідних вітаміну В г в дезоксіаде-нозільние. В 12-коферменти є багатостадійним процесом. Як кофакторов в ньому беруть участь ФАД, відновлений НАД, АТФ і глутатіон. На першій стадії вітамін Bi2 (o +) відновлюється до вітаміну Bi2 (o +), що вимагає участі ФАД і відновленого НАД (відновлена ліпоєва кислота здатна замінити ці коферменти). Відновлена форма вітаміну В12 в результаті реакції за участю АТФ перетворюється в 12-кофермент. При цьому з АТФ звільняється неорганічний тремтіли-фосфат. [C.237]
До другої групи окисних ферментів відносяться ферменти, що вимагають в якості кофактора одне з двох похідних вітаміну рибофлавіну (гл. 50) флавинмононуклеотид (FMN) або флавінаденіндінуклеотід (FAD). На противагу легко відщеплюється від ферментного білка піридиннуклеотидів обидва флавинових нуклеотиду завжди міцно пов'язані з білком, в деяких випадках ковалентно це з'єднання називається флавопро-теідом. Флавопротеиди переносять електрони, як правило, в складі атомів водню. від органічного субстрату до рібофлаві-новому компоненту коферменту. З точки зору значущості каталізуються реакцій особливо цікаві два флавопротеїдів сукцінатокісляющій (сукцинатдегідрогеназа) і каталізує відновлення свого флавіновими коферменту відновленим піридиннуклеотидів NADH-дегидрогеназа). Перетворення, які зазнає відновлений флавопротеид. розглянуті далі в цій главі. [C.397]
Нуклеотидное похідне вітаміну було відкрито в печінці і екстрактах мозку, після того як була встановлена необхідність кофактора для ферментативного ацетилювання сульфаниламида [83] і холіну [84]. Незабаром було показано, що цей кофактор містить пантотенову кислоту і дуже широко поширений. причому дріжджі є особливо гарним його джерелом. В даний час відомо, що кофермент А, як цей фактор був названий, бере участь у багатьох біохімічних реакціях і в тому числі в обміні цитрату, пірувату, сукцината, жирних кислот. ізопрену і стероїдів. [C.198]
Головний шлях біологічного окислення (дихальна ланцюг) включає ряд наступних одна за одною окислювально-відновних реакцій, пов'язаних з фосфорилюванням аденозиндифосфата (окисне фосфорилювання). Основними компонентами дихального ланцюга є високомолекулярні білки. містять в якості коферментів і простетичної груп речовини нуклеотидной і порфириновой природи - нікотинамідні ферменти, флавопротеиди і цитохроми. Найбільш важливою особливістю кофакторов цих ферментів є їх снособность відновлюватися, приймаючи на себе протони субстратів, і існувати у відновленій формі (такі, наприклад, нікотінаміднуклеотідние коферменти і флавіннуклеотіди), або передавати електрони від одного кофактора до іншого за рахунок різниці потенціалів (цитохромними ділянку дихального ланцюга ). Крім того, як показали дослідження останніх років, в дихальної цінуй можуть брати участь додаткові проміжні переносники електронів. наприклад хінони (убіхінон, вітаміни Е і К) або похідні аскорбінової кислоти (вітамін С). [C.250]
У разі відсутності в організмі достатньої кількості коферментів і кофакторів активність ферментів знижується. Відомо, що синтез коферментів здійснюється в організмі людини і тварин на основі надходять в нього вітамінів. І в тому випадку, якщо в їжі відсутня цей суттєвий компонент, кофермент не утворюється і апофермент залишається каталитически неактивним, що в свою чергу призводить до паталогическим змін (авитаминозам і гіповітаміно-зам). При додаванні в їжу відповідних вітамінів відбувається перетворення їх в коферменти і відновлення нарущенія ферментативних процесів. Мабуть, лікувальну дію вітамінів засноване на регулюванні активності відповідних ферментів в тваринному організмі. [C.434]
Більшість вітамінів входить до складу коферментів. і саме з цієї причини вони необхідні організму. Вітамін А служить кофактором білка неферментний природи - родопсину, або зорового пурпура цей білок сітківки ока бере участь в сприйнятті світу. Вітамін В (точніше, його похідне - кальцітрі-ол) регулює обмін кальцію за механізмом дії він схожий з гормонами - регуляторами обміну і функцій організму. Вітамін Е (токоферол) виконує роль антиоксиданту. Детальніше функції кожного з вітамінів розглядаються в інших розділах. [C.184]
Будова ферментів. За будовою ферменти бувають простими і складними білками. Для складних білків -ферменти використовують такі позначення апофермент - полипептидная частина молекули ферменту холоферменту - міцний природний комплекс апо-ферменту і небілкової частини кофактор - небілкова частина складного білка-ферменту простетичної група - міцно пов'язаний з апоферментбм кофактор (метали, гем і ін.) Кофермент - легко відокремлюваний від апофермента, наприклад діалізом, кофактор (вітаміни, нуклеотиди та ін.) Алофермент завжди синтезується в організмі, кофактор (вітаміни, метали та ін.) повинні надходити з їжею. [C.63]
Кофактори ферментів. Активність багатьох ферментів залежить від присутності молекул небілкової природи - кофакторів. В їх ролі можуть виступати прості іони. наприклад Mg. або органічні сполуки. Якщо кофактор являє собою складне з'єднання. його називають коферментом. Попередники кофермен-тов (вітаміни) споживаються з їжею. Як правило, вітаміни беруть участь у багатьох ферментативних реакціях. і їх недолік в нище викликає в організмі стан. зване авітамінозом. [C.41]
Потреба організму у вітамінах і коферментах кількісно невелика, але безперервна в часі. Перехід до полімерних похідних в даному випадку виправданий, тому що дозволяє довше підтримувати необхідний рівень подачі цих ФАВ, ніж при використанні цих речовин в традиційні> формах. Деякі коферменти не втрачають своєї актівностр в пов'язаному з полімером стані і могли б бути корисними як стабільні циркулюючі кофактор. [C.102]
На відміну від основних поживних речовин вітаміни потрібні в значно менших кількостях. Вони є в багатьох випадках складовими частинами биокатализаторов - ферментів. Так, можна навести як приклад нікотинамідні коферменти. утворюються з нікотинової кислоти. флавіновие нуклеотиди. є кофакторами цілого сімейства ферментів - оксидоредуктаз, які синтезуються з рибофлавіну (вітамін В2). Крім каталітичних вітамінів притаманні і друхт е не менш важливі біологічні функції. Так, відома антиоксидантний роль таких з'єднань, як аскорбінова кислота. вітамінів А, Е в захисті клітин від молекулярних пошкоджень. [C.92]