O - Учебный портал Российского университета дружбы народов

РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ДРУЖБЫ НАРОДОВ
МЕДИЦИНСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ
КАФЕДРА БИОХИМИИ ИМЕНИ АКАДЕМИКА БЕРЕЗОВА Т.Т.
ЛЕКЦИЯ №4
КОФЕРМЕНТЫ,
ВИТАМИНЫ И
ЛИПИДЫ.
ПРОФЕССОР ЧЕРНОВ НИКОЛАЙ НИКОЛАЕВИЧ
ЗАВЕДУЮЩИЙ КАФЕДРОЙ ИМЕНИ АКАДЕМИКА БЕРЕЗОВА Т.Т.
КОФЕРМЕНТЫ
Зачем они нужны?
И почему некоторые из них
стали витаминами
для животных и человека?
КОФЕРМЕНТЫ, ВИТАМИНЫ И ЛИПИДЫ. ЧЕРНОВ Н. Н. 2014.
2
КОФЕРМЕНТЫ
Кофермент часто обеспечивает цикличность процессов и нужен в
очень малых количествах.
S1H2
ВОССТ.
E1
НАД+
Кофермент
окисленный
S1 окисл.
ЦИКЛИЧНОСТЬ
НАДH(H+)
РЕГЕНЕРАЦИЯ
Кофермент
восстановленный
E2
S2H2
ВОССТ.
Е1 и Е2 – разные
ферменты, а
кофермент общий: он
регенерируется и
практически одной его
молекулы хватит,
чтобы превратить
много молекул S1 и S2.
S2 окисл.
КОФЕРМЕНТЫ, ВИТАМИНЫ И ЛИПИДЫ. ЧЕРНОВ Н. Н. 2014.
3
КОФЕРМЕНТЫ
Фермент без кофермента НЕ активен,
но именно апофермент определяет специфичность:
узнает субстрат.
Возможно, что у одного фермента будут 2 кофермента.
Кофермент всегда присоединяется обратимо в
активном центре (по трем точкам минимум).
КОФЕРМЕНТЫ, ВИТАМИНЫ И ЛИПИДЫ. ЧЕРНОВ Н. Н. 2014.
4
КОФЕРМЕНТЫ
А
Б
СХЕМА СУБЪЕДИНИЧНОГО СТРОЕНИЯ (А) И
СТРУКТУРА АКТИВНОГО ЦЕНТРА (Б) ГЛУТАТИОНРЕДУКТАЗЫ
КОФЕРМЕНТЫ, ВИТАМИНЫ И ЛИПИДЫ. ЧЕРНОВ Н. Н. 2014.
5
КОФЕРМЕНТЫ
Коферменты нужны всем организмам, но растения и
микроорганизмы способны их синтезировать сами, а животные и
человек не могут их синтезировать и должны получать витамины
с пищей (человеку требуется их больше всего). Некоторые
витамины синтезируются микрофлорой нашего кишечника.
Часто витамины служат «полуфабрикатами» - организм сам
ферментативно достраивает кофермент.
КОФЕРМЕНТЫ, ВИТАМИНЫ И ЛИПИДЫ. ЧЕРНОВ Н. Н. 2014.
6
АНТИВИТАМИНЫ
Существует понятие об «антивитаминах» - веществах,
препятствующих действию витамина:
1.
Синтетические аналоги (часто лекарства).
2.
Белок авидин сырого яйца - прочно связывает биотин
(вит. Н) и не дает ему всасываться в кишечнике.
3.
Фермент сырой рыбы – тиаминаза – разрушает
тиамин (вит. В1).
КОФЕРМЕНТЫ, ВИТАМИНЫ И ЛИПИДЫ. ЧЕРНОВ Н. Н. 2014.
7
ТИАМИН
В 1911 году К. Функ впервые выделил тиамин, содержащий
аминогруппу и ввел понятие «витамины» - «амины жизни».
Позднее выяснилось, что другие витамины не являются аминами
(amine) и в английской транскрипции удалили букву «е» в конце:
vitamine
КОФЕРМЕНТЫ, ВИТАМИНЫ И ЛИПИДЫ. ЧЕРНОВ Н. Н. 2014.
8
КОФЕРМЕНТЫ
Химическая структура тиамина была установлена
только в 1935 году:
CH2
N
H3C
N
NH2
+
N
CH3
HC
CH2
S
СУБСТРАТ
ТИАМИН (ВИТАМИН В1)
ДОЛЖЕН ПОСТУПАТЬ С ПИЩЕЙ
O-
O-
– CH2O – P – O – P – OO
O
ПИРОФОСФАТ
КОФЕРМЕНТ ТИАМИНПИРОФОСФАТ (ТПФ)
ОБРАЗУЕТСЯ В ОРГАНИЗМЕ И СОЕДИНЯЕТСЯ С АКТИВНЫМ ЦЕНТРОМ ФЕРМЕНТА
ПО ТРЕМ ТОЧКАМ
КОФЕРМЕНТЫ, ВИТАМИНЫ И ЛИПИДЫ. ЧЕРНОВ Н. Н. 2014.
9
СВЯЗЬ КОФЕРМЕНТОВ С ВИТАМИНАМИ (ПОСТЕПЕННО УХОДИМ ОТ
БУКВЕННЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ)
КОФЕРМЕНТ
НЕОБХОДИМЫЙ
ВИТАМИН
ПЕРЕНОСИМАЯ
ГРУППА
ПРИМЕР ФЕРМЕНТА
ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ КОФЕРМЕНТЫ
НАД+ никотинамидадениндинуклеотид
НАДФ+
НАДфосфат
ФАД –
Флавинадениндинуклеотид
Гидрид ион H(2e– и 1H+).
Происходит
закисление среды
(H+)
NADH(H+)
Лактатдегидрогеназа (ЛДГ)
АлкогольДГ
-//-
-//-
Глюкозо-6фосфатДГ
(НАДФ+ нельзя
заменять на НАД+)
Рибофлавин (B2)
2H+ и 2e–
(2 атома водорода)
ФАД . H2
СукцинатДГ
Никотиновая
кислота (РР) –
частично
кофермент
синтезируется из
триптофана
КОФЕРМЕНТЫ, ВИТАМИНЫ И ЛИПИДЫ. ЧЕРНОВ Н. Н. 2014.
10
СВЯЗЬ КОФЕРМЕНТОВ С ВОДОРАСТВОРИМЫМИ
ВИТАМИНАМИ
КОФЕРМЕНТ
НЕОБХОДИМЫЙ
ВИТАМИН
ПЕРЕНОСИМАЯ
ГРУППА
ПРИМЕР ФЕРМЕНТА
ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ КОФЕРМЕНТЫ (ПРОДОЛЖЕНИЕ)
ФМН –
Флавинмонону
-клеотид
Убихинон
(Ко Q)
mitoQ и SkQ
синт. препараты
Липоевая
кислота
-//-
-//-
Оксидаза
L-АМК
Витаминоподобное
вещество
(Витамин Q)
Жирораствор.!
2H+ и 2e–
QH2
Участвует в
переносе –
e и H+ в
дыхательной цепи
митохондрий
-//-
Пируватдегидрогеназный
ферментный
комплекс
-//-
КОФЕРМЕНТЫ, ВИТАМИНЫ И ЛИПИДЫ. ЧЕРНОВ Н. Н. 2014.
11
СВЯЗЬ КОФЕРМЕНТОВ С ВОДОРАСТВОРИМЫМИ
ВИТАМИНАМИ
КОФЕРМЕНТ
НЕОБХОДИМЫЙ
ВИТАМИН
ПЕРЕНОСИМАЯ
ГРУППА
ПРИМЕР ФЕРМЕНТА
КОФЕРМЕНТЫ ПЕРЕНОСА ГРУПП
Тиаминпирофосфат или
(тиаминдифосфат)
ТПФ (ТДФ?), TPP
(ThPP)
Тиамин
(B1)
ПФ
Пиридоксаль
фосфат
Пиридоксин(ол)
(B6), его
альдегид и NH2 –
форма
(3 формы)
Биоцитин
(биотин, связанный
с ε-NH2 – группой
лизина фермента)
R-C
OH
- NH2
Кофермент
обмена АМК
Биотин (Н)
(белок сырого яйца
– авидин – прочно
связывает витамин
в желудке и не дает
всасываться)
КОФЕРМЕНТЫ, ВИТАМИНЫ И ЛИПИДЫ. ЧЕРНОВ Н. Н. 2014.
СО2 - группа
Пируватдекарбоксилаза;
Транкскетолаза
Аминотрансферазы,
Декарбоксилаза
циклических АМК
Пируваткарбоксилаза,
Ацетил – КоА –
карбоксилаза (в
биосинтезе ВЖК)
12
СВЯЗЬ КОФЕРМЕНТОВ С ВОДОРАСТВОРИМЫМИ
ВИТАМИНАМИ
НЕОБХОДИМЫЙ
ВИТАМИН
КОФЕРМЕНТ
ПЕРЕНОСИМАЯ
ГРУППА
ПРИМЕР ФЕРМЕНТА
КОФЕРМЕНТЫ ПЕРЕНОСА ГРУПП (ПРОДОЛЖЕНИЕ)
КоА –
Кофермент
(коэнзим) А
(Ацетилирования)
ТГФК –
тетрагидрофолиевая кислота
Пантотеновая
кислота
(B3)
Ацильные группы
Ацилтрансферазы
Фолиевая
кислота (Bс)
Одноуглеродные
остатки
O
- CH3 ; - C
Н
- CH2 -
Тимидилатсинтетаза
КОФЕРМЕНТЫ, ВИТАМИНЫ И ЛИПИДЫ. ЧЕРНОВ Н. Н. 2014.
13
СВЯЗЬ КОФЕРМЕНТОВ С ВОДОРАСТВОРИМЫМИ
ВИТАМИНАМИ
НЕОБХОДИМЫЙ
ВИТАМИН
КОФЕРМЕНТ
ПЕРЕНОСИМАЯ
ГРУППА
ПРИМЕР ФЕРМЕНТА
КОФЕРМЕНТЫ ПЕРЕНОСА ГРУПП (ПРОДОЛЖЕНИЕ)
Кобаламидные
коферменты:
метилкобаламид и
5’–дезоксиаденозилкобаламид
Кобаламин
(B12)
(Содержит Co2+)
Нет в растениях,
получаем его
только с
животной пищей.
(Белковый
Фактор Касла)
КОФЕРМЕНТЫ, ВИТАМИНЫ И ЛИПИДЫ. ЧЕРНОВ Н. Н. 2014.
- CH3 ;
- C– С -
- C– С -
Х H
H X
Трансметилаза,
МетилмалонилКоА-мутаза
14
КОФЕРМЕНТЫ
Витамины синтезируют химическим путем
(кобаламин – микробиологически).
НО! – синтетические действуют менее эффективно, чем
природные. Нужны поливитамины (синергизм действия).
Недостаток витаминов в организме – гиповитаминозы.
Причины гиповитаминозов могут быть разными!
Бывают врожденные нарушения: тогда используется иногда
мегавитаминная терапия!
КОФЕРМЕНТЫ, ВИТАМИНЫ И ЛИПИДЫ. ЧЕРНОВ Н. Н. 2014.
15
ВОЗМОЖНЫЕ ПРИЧИНЫ ВИТАМИННОЙ НЕДОСТАТОЧНОСТИ
ВИТАМИН
Белки, ответственные
за всасывание
ВСАСЫВАНИЕ В КИШЕЧНИКЕ
Транспортные белки
ТРАНСПОРТ С КРОВОТОКОМ К
ОРГАНУ - МИШЕНИ
Ферменты, участвующие
в синтезе кофермента
Возможные
нарушения
биосинтеза
соответствующих
белков или
ферментов
СИНТЕЗ КОФЕРМЕНТА
Апофермент
СВЯЗЫВАНИЕ С АПОФЕРМЕНТОМ
АКТИВНЫЙ ХОЛОФЕРМЕНТ
- различные нарушения
ЭФФЕКТ
КОФЕРМЕНТЫ, ВИТАМИНЫ И ЛИПИДЫ. ЧЕРНОВ Н. Н. 2014.
16
ВИТАМИН С
O
-O
O
-O
HO
-
Её синтезируют все животные,
кроме морской свинки, приматов и
человека.
CH
Мощнейший антиоксидант!
CH2OH
АСКОРБИНОВАЯ КИСЛОТА
Участвует как косубстрат в реакциях гидроксилирования
(введение ОН - группы). При авитаминозе нарушается
гидроксилирование пролина в коллагене и разрушается
соединительная ткань. ЦИНГА! (точечные кровоизлияния,
разрушаются десны – выпадают зубы - смерть)
Знать для всех
витаминов!
Пищевые источники, суточную потребность.
КОФЕРМЕНТЫ, ВИТАМИНЫ И ЛИПИДЫ. ЧЕРНОВ Н. Н. 2014.
17
ЛИПИДЫ И ПРОБЛЕМЫ ГИДРОФОБНОСТИ.
КОФЕРМЕНТЫ, ВИТАМИНЫ И ЛИПИДЫ. ЧЕРНОВ Н. Н. 2014.
18
ЖИРОРАСТВОРИМЫЕ ВИТАМИНЫ ЛИПИДНОГО СТРОЕНИЯ
ПРЕДШЕСТВЕННИК
ВИТАМИН
АКТИВНАЯ ФОРМА
ФИЗИОЛОГИЧЕСКОЕ
ДЕЙСТВИЕ
А) Ретиналь
β - Каротин
А1 и А2
ретинол,
Известен
гипервитаминоз
Участвует в зрительном
восприятии,
Антиоксидант
Б) Ретиноевая кислота
(сигнальная молекула)
Участвует в
дифференцировке
клеток
Кальцитриол
(гормон)
Обмен Ca2+
Холестерин
 УФ
в коже образуется
холекальциферол
D3
Холекальциферол,
Известен
гипервитаминоз
КОФЕРМЕНТЫ, ВИТАМИНЫ И ЛИПИДЫ. ЧЕРНОВ Н. Н. 2014.
19
ЖИРОРАСТВОРИМЫЕ ВИТАМИНЫ ЛИПИДНОГО СТРОЕНИЯ
(продолжение)
ПРЕДШЕСТВЕННИК
ВИТАМИН
-
E1 – E8
Токоферолы
Известен
гипервитаминоз
-
K1 – филохинон
K2 - менахинон
КОФЕРМЕНТЫ, ВИТАМИНЫ И ЛИПИДЫ. ЧЕРНОВ Н. Н. 2014.
АКТИВНАЯ ФОРМА
ФИЗИОЛОГИЧЕСКОЕ
ДЕЙСТВИЕ
Токоферолы
(восстановители)
Антиоксиданты
Ловушка
свободных
радикалов
Филлогидрохинон
Карбоксилирует
остатки Глу в
факторах
свертывания крови,
способствуя её
свертыванию.
20
ЖИРОРАСТВОРИМЫЕ ВИТАМИНЫ ЛИПИДНОГО СТРОЕНИЯ
Все они нерастворимы в воде, в связи с чем возникают
2 проблемы, общие для всех липидов:
1
Всасывание в кишечнике.
2
Транспорт в водных средах.
КОФЕРМЕНТЫ, ВИТАМИНЫ И ЛИПИДЫ. ЧЕРНОВ Н. Н. 2014.
21
АМФИФИЛЬНЫЕ СВОЙСТВА НЕКОТОРЫХ ЛИПИДОВ
В воде образуются
мицеллы.
ВОДА
КОФЕРМЕНТЫ, ВИТАМИНЫ И ЛИПИДЫ. ЧЕРНОВ Н. Н. 2014.
В органических растворителях
(в мембранах) –
«обращенные мицеллы»
ОРГАНИЧЕСКИЙ
РАСТВОРИТЕЛЬ
22
ФУНКЦИИ ЛИПИДОВ
1
Структурная (мембраны – жидкие, текучие)
2
Энергетическая (резервный запас)
3
Транспортная (липопротеины сыворотки крови)
4
Биоэффекторная
(витамины, гормоны, сигнальные молекулы, вторичные
посредники переноса гормонального сигнала) !!!
5
Защитная (механическая, пластическая)
6
Теплоизоляция
7
Запас эндогенной воды (горб верблюдов)
8
Питательная (90 г/сутки, из них – 30 г – растительные
масла, содержащие незаменимые ВЖК.)
КОФЕРМЕНТЫ, ВИТАМИНЫ И ЛИПИДЫ. ЧЕРНОВ Н. Н. 2014.
23
КЛАССИФИКАЦИЯ ЛИПИДОВ:
ПРОСТЫЕ
ТЕРПЕНОИДЫ
СТЕРОИДЫ
СЛОЖНЫЕ
ВЖК (С>12)
ВЖС (спирты)
ВЖА (альдегиды)
Простагландины
(Производные
изопрена).
Вит. А, Е, К,
Ko Q
(Производные
циклопентанпергидрофенантрена).
2-Х И 3-Х компонентные
ГЛИЦЕРОЛИПИДЫ
СФИНГОЛИПИДЫ
Их конъюгаты: фосфолипиды,
гликолипиды и др.
КОФЕРМЕНТЫ, ВИТАМИНЫ И ЛИПИДЫ. ЧЕРНОВ Н. Н. 2014.
24
СЛОЖНЫЕ ЛИПИДЫ
Общий план строения
А
Б
В
А
Гидрофобный хвост – ВЖК, ВЖС, ВЖА
Б
Соединительное звено из спиртов: глицерина или сфингенина
(сфингозина).
В
Гидрофильная голова: фосфат, сульфат, углевод, АМК,
пептиды, нуклеотиды.
КОФЕРМЕНТЫ, ВИТАМИНЫ И ЛИПИДЫ. ЧЕРНОВ Н. Н. 2014.
25
ВЖК
В организме человека и животных преобладают
высшие жирные кислоты (ВЖК) неразветвленные
и с четным числом углеродных атомов
(см. обмен веществ).
Для ненасыщенных ВЖК важна
цис- или транс- конфигурация при двойной связи!
КОФЕРМЕНТЫ, ВИТАМИНЫ И ЛИПИДЫ. ЧЕРНОВ Н. Н. 2014.
26
НАСЫЩЕННЫЕ ВЖК
14:0
ЧИСЛО АТОМОВ
УГЛЕРОДА
14:0
ЧИСЛО
ДВОЙНЫХ СВЯЗЕЙ
Миристиновая к-та
СOOH
ω - КОНЕЦ
H3С
16:0
Пальмитиновая к-та
18:0
Стеариновая к-та
20:0
Арахиновая к-та (Эйкозановая)
22:0
Бегеновая к-та
24:0
Лигноцериновая к-та
КОФЕРМЕНТЫ, ВИТАМИНЫ И ЛИПИДЫ. ЧЕРНОВ Н. Н. 2014.
27
НЕНАСЫЩЕННЫЕ ВЖК
18:1ω9
18:1ω9
ПОЛОЖЕНИЕ ДВОЙНЫХ
СВЯЗЕЙ ОТ ω - КОНЦА
Олеиновая к-та
Витамин F – незаменимые для животных ВЖК –
содержатся в растениях и в рыбьем жире:
18:2ω6
Линолевая к-та
18:3ω3
Линоленовая к-та
20:4ω6
Арахидоновая к-та
КОФЕРМЕНТЫ, ВИТАМИНЫ И ЛИПИДЫ. ЧЕРНОВ Н. Н. 2014.
28
ГЛИЦЕРОЛИПИДЫ
– эфиры глицерина (не липид) и высших жирных кислот:
O
CH2OH
HO
-
O
CH
– C - R1
HO
CH2OH
OH
ГЛИЦЕРИН (ОЛ)
МОНОАЦИЛГЛИЦЕРОЛ (МАГ)
O
O
R2
O
– C – R1
–C–O
ЦИС-ФОРМА
O
O
R2
OH
O
– C – R1
–C–O
O
O
–С–
R3
ДАГ
ТАГ
вторичный посредник
(нейтральные жиры)
КОФЕРМЕНТЫ, ВИТАМИНЫ И ЛИПИДЫ. ЧЕРНОВ Н. Н. 2014.
29
ГЛИЦЕРОФОСФОЛИПИДЫ
X
O
O
R2
O
–C–O
O
-H
– C – R1
O
–P–O-X
O-
- КОМПОНЕНТЫ БИОМЕМБРАН
З
А
Р
Я
Ж
Е
Н
Н
Ы
Е
- CH2 – CH2 –
Фосфатидные к-ты
+
N(CH3)3
COO-
ФОСФАТИДИЛХОЛИНЫ
ФХ
(ЛЕЦИТИНЫ)
- CH2 – CH +
ФОСФАТИДИЛСЕРИНЫ
ФС
+
ФОСФАТИДИЛЭТАНОЛАМИНЫ
ФЭ
NH3
- CH2 – CH2 –
- CH2 – CH –
OH
NH3
CH2
–
OH
ФОСФАТИДИЛГЛИЦЕРИДЫ
ФГ
ФОСФАТИДИЛИНОЗИТОЛЫ
(ФИ)
КОФЕРМЕНТЫ, ВИТАМИНЫ И ЛИПИДЫ. ЧЕРНОВ Н. Н. 2014.
30
ГЛИЦЕРОФОСФОЛИПИДЫ
В МХ СЕРДЕЧНОЙ МЫШЦЫ ОБНАРУЖЕН КАРДИОЛИПИН:
O
O
R2
O
–C–O
O
– C – R1
R4
O
O
CH
-
КОФЕРМЕНТЫ, ВИТАМИНЫ И ЛИПИДЫ. ЧЕРНОВ Н. Н. 2014.
–
OH
CH2
–
O
O
O
O
– P – O – CH2 –
O
–C–O
– C – R3
– P-O
O
-
31
СФИНГОЛИПИДЫ
CH2OH
+
H3N
HO
- C- H
- C- H
C
ТРАНСФОРМА
H
-
CH2OH
O
R-C
- NH - C - H
АЦИЛ
HO
- C- H
-H
C
C
H
(CH2)12
C
ГЛИКОЛИПИДЫ
(ГАНГЛИОЗИДЫ)
ЦЕРЕБРОЗИДЫ
(CH2)12
CH3
СФИНГЕНИН
(СФИНГОЗИН)
-
-H
СФИНГОМИЕЛИНЫ
(СФИНГОФОСФОЛИПИДЫ)
CH3
ЦЕРАМИДЫ
Важные биоэффекторы: регуляторы клеточного роста,
дифференцировки и апоптоза
КОФЕРМЕНТЫ, ВИТАМИНЫ И ЛИПИДЫ. ЧЕРНОВ Н. Н. 2014.
32
КОФЕРМЕНТЫ – ПРОИЗВОДНЫЕ ВОДОРАСТВОРИМЫХ ВИТАМИНОВ
КОФЕРМЕНТЫ, ВИТАМИНЫ И ЛИПИДЫ. ЧЕРНОВ Н. Н. 2014.
33
РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ДРУЖБЫ НАРОДОВ
МЕДИЦИНСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ
КАФЕДРА БИОХИМИИ ИМЕНИ АКАДЕМИКА БЕРЕЗОВА Т.Т.
ЛЕКЦИЯ №4
БЛАГОДАРЮ ЗА
ВНИМАНИЕ!
ПРОФЕССОР ЧЕРНОВ НИКОЛАЙ НИКОЛАЕВИЧ
ЗАВЕДУЮЩИЙ КАФЕДРОЙ БИОХИМИИ ИМЕНИ АКАДЕМИКА БЕРЕЗОВА Т.Т.