Биохимические функции витамина B2

Основное значение витамина В₂ состоит в том, что он входит в состав флавиновых коферментов — FMN и FAD. Роль этих коферментов заключается в следующем:
• FMN и FAD — коферменты оксидаз, переносящих электроны и Н⁺ с окисляемого субстрата на кислород. Таковыми являются ферменты, участвующие в распаде аминокислот (оксидазы D- и L-аминокислот), нуклеотидов (ксантиноксидаза), биогенных аминов (моно- и диаминоксидазы) и другие.
• FMN и FAD — промежуточные переносчики электронов и протонов в дыхательной цепи: FМ N входит в состав I-го комплекса цепи тканевого дыхания, FAD — в состав II-го комплекса.
• FAD — кофермеит пируват- и α-кетоглутаратдегидрогеназных комплексов (наряду с ТПФ и другими коферментами FAD осуществляет окислительное декарбоксилирование соответствующих кетокислот), а также единственный кофермеит сукцинатдегидрогеназы (фермента цикла Кребса).

• FAD — участник реакций окисления жирных кислот в митохондриях (он является коферментом ацил-КоА-дегидрогеназы).

Гиповитаминоз витамина В₂. В чистом виде не встречается.

Гипервитаминозне описан. При введении больших доз витамина В₂ избыточного накопления флавинов в тканях не происходит, так как рибофлавин быстро выделяется с мочой.
Оценка обеспеченности организма рибофлавином. Содержание витамина В₂ в крови остается в пределах нормы даже при выраженном гиповитаминозе. О степени тяжести гиповитаминоза следует судить по уровню в тканях его коферментных форм.

4.4 Витамин В₃ (пантотеновая кислота)

Химическое строение и свойства витамина B₃.

Витамин В₃, широко распространен в природе, отсюда и его название — пантотеновая кислота (от panthos — повсюду). Витамин открыт Р. Вильямсом в 1933 г., спустя десятилетие он уже был синтезирован химическим путем.
Пантотеновая кислота (пантоил-р-аланин) — светло-желтая маслянистая жидкость, хорошо растворимая в воде и этаноле. Спиртовое производное пантотеновой кислоты — пантенол — эффективно всасывается не только при энтеральном введении, но и при накожном его нанесении, в связи с чем пантенол получил широкое применение в дерматологии.

Пантотеновая кислота (пантоил-бета-аланин) — светло-желтая маслянистая жидкость, хорошо растворимая в воде и этаноле. Спиртовое производное пантотсновой кислоты — пантенол — эффективно всасывается не только при энтеральном введении, но и при накожном его нанесении, в связи с чем пантенол получил широкое применение в дерматологии.

Суточная потребность витамина B₃. Пищевые источники витамина B₃.

Пантотеновая кислота широко распространена в продуктах растительного и животного происхождения. Особенно высоко содержание витамина в пчелином маточном молочке и пивных дрожжах. Достаточно много его в печени животных, яичном желтке, гречихе, овсе, бобовых. Суточная потребность 10-15 мг.

Метаболизм витамина B₃.

Всасываясь на всем протяжении тонкого кишечника и в толстой кишке, в зависимости от концентрации путем простой диффузии или активного транспорта, пантотеновая кислота с током крови поступает в ткани. Коферментными формами витамина В₃, образующимися в цитоплазме клеток, являются 4′-фосфопантетеин, дефосфо-КоА и KoA-SH. Их синтез осуществляется следующим образом:

Основным продуктом распада коферментных форм витамина является пантотеновая кислота, которая выводится из организма преимущественно с мочой, часть продуктов метаболизма выделяется с калом.

Биохимические функции витамина B₃.

Значение пантотеновой кислоты определяется исключительно важной ролью ее коферментных форм в ключевых реакциях метаболизма, а также способностью производных витамина, таких как S-сульфопантетеин, поддерживать рост бифидо-бактерий — важного компонента биоценоза кишечника.

Фосфопантетеин является активной субъединицей АПБ (ацилпереносящего белка) синтазы жирных кислот — представителя класса так называемых фосфопантетеинпротеинов. Дефосфо-КоА — кофермент цитратлиазы и N-ацетилтрансфсразы.

KoA-SH — главный кофермент клетки, с участием которого протекают многочисленные реакции метаболизма:
• Активирование ацетата (образование ацетил-КоА — CH,-CO~S-КоА). Ацетил-КоА является субстратом для синтеза жирных кислот, холестерина и стероидных гормонов, ацетоновых тел, аце-тилхолина, ацетилгюкозаминов. С него начинаются реакции главного метаболического пути клетки — цикла Кребса. Ацетил-КоА принимает участие в реакциях обезвреживания (ацетилирование биогенных аминов и чужеродных соединений).
• Активирование жирных кислот (образование ацил-КоА). Ацил-КоА используется для синтеза липидов; окисляясь, он служит также источником энергии.
• Транспорт жирных кислот в митохондрии.
• Окислительное декарбоксилироеаиие кетокислот — пировиноград-ной (при этом образуется ацетил-КоА) и альфа-кетоглутаровой (при этом образуется сукиинил-КоА, используемый в реакциях синтеза тема гемоглобина и простетической группы цитохромов).

Гиповитаминоз витамина В₃.

Недостаточность пантотеновой кислоты практически не встречается, так как она синтезируется микрофлорой кишечника.
Гипервитаминоз не описан.

Оценка обеспеченности организма пантотеновой кислотой. Для этой цели применяются микробиологический и хроматографический методы определения содержания пантотеновой кислоты и ее производных в крови и моче. Используется также косвенная оценка степени обеспеченности витамином В₃ по количеству ацетилированной тест-дозы ароматического амина (сульфаниламида).

4.5 Витамин В₆ (пиридоксин). Антидерматитный витамин.

Химическое строение и свойства. Витамин В₆ включает группу трех природных производных пиридина, обладающих одинаковой витаминной активностью: пиридоксина, пиридоксаля, пиридоксамина, отличающихся друг от друга наличием соответственно спиртовой, альдегидной или аминогруппы.

Витамин В6 открыт в 1934 г. А. Сент-Дьёр-дьи и вскоре был синтезирован химически.

Пиридоксин хорошо растворяется в воде и этаноле, устойчив в кислой и щелочной среде, но легко разрушается под действием света при рН=7,0.

Суточная потребность витамина В₆. Пищевые источники витамина B₆.

Витамином В₆ богаты бобовые, зерновые культуры, мясные продукты, рыба, картофель. Он синтезируется кишечной микрофлорой, частично покрывая потребность организма в этом витамине. В сутки человек должен получать 2—2,2 мг пиридоксина. Потребность в витамине возрастает при увеличении количества белка в рационе, а также во время беременности и лактации. Прием алкоголя и курение уменьшают содержание пиридоксальфосфата в тканях.

Метаболизм витамина B₆. Всосавшись в тонком кишечнике, все формы витамина с током крови разносятся к тканям и, проникая в клетки, фосфорилируются с участием АТФ и пиридоксалькиназ. Коферментные функции выполняют два фосфорилированных производных пиридоксина: пиридоксальфосфат и пиридоксаминфосфат.

Распад коферментов осуществляется путем дефосфорилирования и окисления в тканях. Основным пролуктом катаболизма является 4-пи-ридоксиловая кислота, которая экскретируется с мочой.

Биохимические функции. Витамин В₆ часто называют «королем обмена аминокислот»; вместе с тем его коферментные формы участвуют в реакциях, катализируемых почти всеми классами ферментов. Механизм действия всех пиридоксальфосфатзависимых ферментов сходен: I) вначале образуются шиффовы основания между аминокислотой и коферментом, 2) будучи неустойчивыми, шиффовы основания (альдимины) далее модифицируются в процессах трансаминирования, декарбоксилирования, изомеризации и во многих других превращениях боковой цепи аминокислот.

Коферментные формы витамина В6 входят в состав следующих ферментов:
• аминотраисфераз аминокислот, катализирующих обратимый перенос NH₂-группы от аминокислоты на α-кетокислоту, при этом образуются новые α-кетокислоты и заменимые аминокислоты;
• 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);
• аминотраисфераз иодтирозипов и иодтиронинов, участвующих в синтезе гормонощитовидной железы и распаде этих гормонов в периферических тканях;
• синтазы дельта-аминолевуленовой кислоты* участвующей в биосинтезе гема гемоглобина и других гемсодержащих белков (из глицина и сукцинил~КоА);
• кинурениназы и кинуренинаминотрансферазы, обеспечивающих синтез витамина РР из триптофана;
• цистатионинсинтазы (а) и цистатионинлиазы (б) — ферментов, катализирующих синтез и распад цистатионина в следующих реакциях:

• синтетазы 3-кетодигидросфингозида, участвующей в реакциях биосинтеза сфинголипидов (из серина и пальмитил-КоА).

Таким образом, витамин В₆ 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 присуша функция регулятора конформационного состояния гликогенфосфорилазы — главного регулируемого фермента, осуществляющего распад гликогена.

Гиповитаминоз витамина B₆. Основными проявлениями является повышенная возбудимость и склонность к судорогам, что объясняется недостаточным образованием ГАМК (гамма-аминомасляной кислоты) — медиатора торможения нейронов. Поражения кожи частично обусловлены недостаточностью витамина РР, в синтезе которого принимает участие витамин В₆.

Гипервитаминоз В₆. Какого-либо выраженного побочного действия при длительном приеме высоких доз витамина (в 10—20 раз превышающих суточную потребность) отмечено не было.

Оценка обеспеченности организма пиридоксином. Наиболее популярным методом оценки обеспеченности организма витамином В₆ является флуориметрическое определение содержания в моче 4-пиридоксиловой кислоты — продукта деградации витамина. При гиповитаминозе В₆ суточная экскреция 4-пиридоксиловой кислоты снижается (в норме 3-5 мг). Однако более точную информацию дает измерение содержания самого витамина (особенно пиридоксальфосфата) в плазме крови и моче.

4.6 Фолиевая кислота (фолацин, витамин В₉, витамин Вс)

Химическое строение и свойства. Витамин обнаружили в 1930 г., когда было показано, что люди с определенным типом мегалобластической анемии могли быть излечены принятием в пищу дрожжей или экстракта печени. В 1941 г. фолиевая кислота была выделена из зеленых листьев ( folium — лист, отсюда и название витамина). Витамином Вс это соединение назвали из-за его способности излечивать анемию у цыплят (от англ. Chicken-цыпленок).
Витамин состоит из трех компонентов: гетероциклического остатка птеридина, парааминобензойной кислоты (ПАБК), которая может самостоятельно регулировать рост многих бактерий, и глутаминовой кислоты (несколько остатков). В организме человека птеридиновое кольцо не синтезируется, поэтому удовлетворение потребности в фолацине полностью зависит от его поступления с пищей.

Фолиевая кислота плохо растворима в воде и органических растворителях, но хорошо в щелочных растворах. Разрушается под действием света, при обработке и консервировании овощей.

Суточная потребность витамина B₉. Пищевые источники витамина B₉.

Витамина много в лиственных овощах, например, в шпинате. Он содержится в салате, капусте, томатах, землянике. Богаты им печень и мясо, яичный желток.
При скудном питании рекомендуемая доза составляет 50-200 мкг фолиевой кислоты ежедневно.

Метаболизм витамина B₉. Витамин В₉, всасываясь в тонком кишечнике, восстанавливается в энтероцитах до тетрагидрофолиевой кислоты (ТГФК) и N₅-метил-ТГФК. В крови основное количество витамина входит в состав эритроцитов. Депонируется он в печени, почках и слизистой оболочке кишечника.
В клетках организма фолиевая кислота восстанавливается в активную форму — ТГФК — с помощью NADPH-H+ -зависимых ферментов: фолатредуктазы (1) и дигидрофолатредуктазы (2):

Оба фермента нуждаются в антиоксидантной (препятствующей окислительному разрушению) защите. Эту функцию выполняет витамин С. Отсюда становится понятным, почему проявления фолиевой недостаточности могут быть ослаблены назначением аскорбиновой кислоты. Активность дигидрофолатредуктазы блокируется конкурентными аналогами фолата — аминоптерином и метотрексатом, широко применяющимися в онкологической практике с целью угнетения размножения раковых клеток.
Избыток фолацина выводится с мочой, калом и потом.

Биохимические функции витамина B₉.

Коферментная форма фолиевой кислоты — ТГФК - необходима для мобилизации и использования в реакциях метаболизма одноуглеродных функциональных групп: метильной(-СН3), метиленовой (- СН2-), метенильной (-СН=), формальной (-СНО) и формиминогруппы (CH=NH). Присоединение этих групп к 5-му или 10-му атому азота ТГФК осуществляется ферментативно. ТГФК может приобрести одноуглеродную единицу из различных источников. Например, 5-формимино-ТГФК может образоваться при распаде гистидина. Однако более типичной является активация одноуглеродных групп из серина (а), который далее трансформируется в митохондриях витамин В₆-зависимой системой ферментов (б):

Помимо основного своего значения — образования одноуглеродного метиленового фрагмента, эти две реакции служат как для синтеза глицина (реакция а), так и для его распада (реакция 6). Метиленовая группа в составе 5,10-метилен-ТГФК может превращаться в другие одноуглеродные фрагменты:

Важнейшими реакциями с участием одноуглеродных фрагментов, связанных с ТГФК, являются:
• 5,10-метенил-ТГФК и 10-формил ТГФК служат донорами соответствующих одноуглеродных радикалов при синтезе пуриновых нуклеотидов.
• 5-метил-ТГФК вместе с витамином В₁₂ участвуют в переносе метильной группы в реакциях синтеза дТМФ и метионина.
• ТГФК вовлекается в метаболизм аминокислот: серина, глицина и метионина.

Гиповитаминоз витамина B₉.

Поскольку одноуглеродиые группы играют исключительно важную роль в биосинтезе нуклеиновых кислот, моно- и динуклеотидов, а также в биосинтезе белков, становятся понятными те глубокие нарушения, которые наблюдаются при фолатном гиповитаминозе.
Оценка обеспеченности организма фолацином.

Об обеспеченности организма фолиевой кислотой можно судить по содержанию ее в крови (лучше — в плазме крови). Содержание фолацина в моче, как правило, не является достоверным критерием обеспеченности организма этим витамином. Быстрое удаление витамина из крови при внутривенном его введении может указывать на недостаточную потребность организма в этом витамине (активный «захват» тканями).

4.7 Витамин В₁₂ (кобаламин). Антианемический витамин.

Химическое строение и свойства. Злокачественная анемия (болезнь Алдисона — Бирмера) оставалась смертельным заболеванием до 1926 г., когда впервые для её лечения применили сырую печень. Поиски содержащегося в печени антианемического фактора привели к успеху, и в 1955 г. Дороти Ходжкин расшифровала структуру этого фактора и его пространственную конфигурацию с помощью метода рентгено-структурного анализа.
Структура витамина В₁₂ 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, и с атомом азота 5,6-диметилбензимидазола. Из-за присутствия в молекуле витамина кобальта и амидного азота это соединение получило название кобаламин.

Суточная потребность витамина B₁₂. Пищевые источники витамина B₁₂.

Синтез кобаламинов в природе осуществляется исключительно микроорганизмами. Животные и растительные клетки такой способностью не обладают. Основные пищевые источники витамина — печень, мясо (в нем кобаламина в 20 раз меньше, чем в печени), морские продукты (крабы, лососевые, сардины), молоко, яйца. У строгих вегетарианцев, исключающих из пищи не только мясные, но и молочные продукты, рано или поздно развивается В₁₂-дсфицитная анемия. Суточная потребность — 3 мкг.

Биохимические функции витамина B₁₂.

К настоящему времени известно ~ 15 различных В₁₂-регулируемых реакций, но только две из них протекают в клетках млекопитающих — синтез метионина из гомоцистеина (явно
не удовлетворяющий потребностям организма) и изомеризация D-метилмалонил-КоА в сукцинил-КоА.

Рассмотрим эти реакции: 1. В первой реакции участвует метил-В₁₂, являющийся коферментом метионинсинтазы. Фермент переносит метильную группу с 5-метил-ТГФК на гомоцистеин с образованием метионина:

При уменьшении содержания в диете витамина В₁₂ синтез метионина метионинсинтазой снижается, но поскольку при полноценном питании метионин поступает с пищей, метаболизм белков нарушается не сразу. Вместе с тем падение активности метионинсинтазы приводит к накоплению 5-метил-ТГФК, который образуется при восстановлении 5,10-метилен-ТГФК, т. е. исчерпывается пул других коферментов ТГФК. Таким образом, даже при условии вполне достаточного общего уровня фолатов создается их функциональный дефицит — уменьшается содержание формил- и метиленпроизводных ТГФК. Как раз эти производные, а точнее, приносимые ими одно-углеродные радикалы, необходимы для синтеза предшественников нуклеиновых кислот. Этот феномен получил название секвестрация пула ТГФК.

Описанная реакция служит примером тесной взаимосвязи между двумя витаминами — фолиевой кислотой и кобаламином.

В середине 90-х годов появились сообщения о существовании тесной связи между дефицитом фолата и увеличением степени риска инфаркта миокарда; при этом индивидуальный риск сердечного приступа связан с ненормально высоким уровнем сывороточного гомоцистеина. Объясняется это тем, что у фолатдефицитных индивидуумов повышенный уровень кофакторов ТГФК лимитирует метаболический поток через метионинсинтазную реакцию с последующей аккумуляцией гомоцистеина — субстрата этого фермента. Предполагается, что гомоцистеин является метаболитом, ответственным за повреждение сердца, хотя механизм его токсичного действия не известен.
2. Вторая реакция требует участия другой коферментной, кофермент входит в состав метималонил-КоА-мутазы. Особенностями катализа этого фермента является образование свободнорадикальных промежуточных продуктов реакции и изменение валентности кобальта. Субстратом для его действия является метилмалонил-КоА, образующийся при карбоксилировании пропионил-КоА.

Эта реакция является весьма важной в метаболизме пропионовой кислоты (точнее, пропиониол-SKoA), которая образуется при окислении жирных кислот с нечетным числом атомов углерода, боковой цепи холестерина, окислительном распаде аминокислот: изолейци-на, метионина и серина.

Гиповитаминоз витамина B₁₂.

Недостаточность кобаламинов возникает вследствие низкого содержания их в пище при вегетарианской диете и тем более — при голодании. Особое значение имеет нарушение всасывания витамина при гастритах с пониженной кислотностью (в случаях нарушения образования внутреннего фактора Касла), оперативном удалении желудка или подвздошной кишки. Нарушения кроветворения при кобаламиновом гиповитаминозе трудно увязать непосредственно с дефектом коферментных функций витамина В_12. Однако если учесть тесное «сотрудничество» этого витамина с фолиевой кислотой, патогенез злокачественной анемии становится более понятным. Как уже отмечалось, при недостаточности витамина В₁₂ нарушается использование 5-метил-ТГФК в реакции синтеза метионина, вследствие чего вся фолиевая кислота попадает постепенно в своеобразную ловушку (секвестируется), создающую функциональный дефицит ее кофермснтных производных. Это объясняет нарушение биосинтеза нуклеиновых кислот и, следовательно, угнетение костно-мозгового кроветворения.

4.8 Витамин РР (витамин В₅, никотиновая кислота, никотинамид, ниацин). Антипеллагрический витамин.

Химическое строение и свойства. Витамин РР выделен К. Эвельгей-мом в 1937 г. Его введение предохраняло от заболевания пеллагрой или излечивало ее. РР означает противопеллагрический (preventive pellagra). 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.

Витамин РР плохо растворяется в воде, но хорошо в водных растворах шелочей.