BCH 4053 Біохімія I

Вітамін B1: тіамін та тіамінпірофосфат

Тіамін є попередником пірофосфату тіаміну (ТЕС):

ТЕС є коферментом
Це кофермент для певних ферментів, що беруть участь в обміні вуглеводів
Він каталізує синтез або розщеплення зв’язків до карбонільних вуглеців

Ніацин (нікотинова кислота) та нікотинамідні коферменти

Нікотинамід є важливою частиною двох важливих коферментів: нікотинаміду аденіндинуклеотиду (NAD +) та нікотинаміду аденін динуклеотиду фосфату (NADP +).

Відновленими формами цих коферментів є NADH та NADPH
Коферменти беруть участь у окисно-відновних реакціях шляхом безпосереднього перенесення іонів гідридів (H -) або до, або від кофактора та субстрату. Перенос гідриду несе разом з собою два електрони (перенос протона в кислотно-основному каталізі не несе електронів)
Перенесення гідридів включає вуглець C4 нікотинамідного кільця. Четвертинний амін нікотинамідного кільця діє як поглинач електрона, сприяючи прийняттю гідридного іона або полегшуючи вихід гідридного іона.
Ферменти, які беруть участь у таких окисно-відновних реакціях, називаються дегідрогеназами
Нуклеотидна частина молекули не входить у жодну хімію, але важлива для розпізнавання та зв'язування з ферментами, які використовуватимуть FMN або FAD як кофактор.

Вітамін В2: рибофлавін

Рибофлавін є складовою рибофлавінового 5'-фосфату (флавіновий мононуклеотид, або FMN) та флавіну аденіндінуклеотид (FAD). Нуклеотидна частина молекули не входить у жодну хімію, але важлива для розпізнавання та зв'язування з ферментами, які використовуватимуть FMN або FAD як кофактор.

Ізоаллоксазинове кільце є основною структурою різних молекул флавіну. Він жовтого кольору, і слово "флавін" походить від латинського слова жовтий, flavus .

Флавінові коферменти можуть існувати у трьох різних окисно-відновних станах, і кожен стан має різний колір (відновлена форма безбарвна)
Молекули флавіну можуть брати участь як в одно-, так і в двоелектронних реакціях переносу електронів

Вітамін В3: пантотенова кислота та кофермент А

Пантотенова кислота є компонентом коферменту А (CoA). Дві основні функції підтвердження справ є:

Активація ацильних груп (R-COX) для переходу до нуклеофільних акцепторів
Активація a-водню ацильної групи для видалення у вигляді протона

Обидві ці функції включають реактивну сульфгідрильну групу шляхом утворення тіоефірних зв'язків з ацильними групами

4-фосфопантетинова частина КоА також використовується таким же чином в ацильних білках-носіях (АКТ), що беруть участь у біосинтезі жирних кислот

Вітамін В6: піридоксин та піридоксальфосфат

Біологічно активною формою вітаміну В6 є піридоксаль-5-фосфат (PLP), однак харчові потреби можуть бути задоволені як піридоксином, піридоксалем, так і піридоксолом.

PLP бере участь у широкому спектрі реакцій за участю амінокислот, зокрема:

Трансамінація
а - і b -декарбоксилювання
b - і g - елімінація (не плутати з хворобливою елімінацією)
Рацемізація
Реакції альдолу

Вони включають зв’язки з амінокислотою C a, а також вуглецем бічного ланцюга. Широкий спектр реакцій обумовлений здатністю PLP утворювати стійкі аддукти основи Шиффа з -аміногрупами амінокислот:

У PLP-залежних ферментах PLP присутній у базовій зв'язці Шиффа з e-аміно-групою діючого лізину
Перегрупування до основи Шиффа з надходить амінокислотним субстратом є реакцією трансальдимінізації

Вітамін В12: ціанокобаламін

Вітамін В12 не виробляється жодною твариною чи рослиною, його виробляють лише деякі види бактерій. Потрапляючи в харчовий ланцюг, вітамін В12 отримують тварини, поїдаючи інших тварин, але рослин, на жаль, не вистачає. Тому рослиноїдні тварини (і вегетаріанці) можуть страждати від дефіциту. Структура містить іон кобальту, координований в межах корринової кільцевої структури:

Вітамін В12 (ціанокобаламін) перетворюється в організмі на два коферменти:

5'-дезоксиаденозилкобаламін (переважна форма)
Метилкобаламін

Коферменти вітаміну В12 беруть участь у трьох типах реакцій:

Внутрішньомолекулярні перебудови
Відновлення рибонуклеотидів до дезоксирибонуклеотидів у деяких бактеріях
Переноси метильної групи (для цього використовують метилкобаламін)

Вітамін С (L-аскорбат)

L-аскорбат - це відновлюючий цукор (має реактивну ен-діольну структуру), який бере участь у наступних біохімічних процесах:

Гідроксилювання залишків проліну та лізину в колагені. Без цих посттрансляційних модифікацій потрійна спіраль колагену нестабільна, і сполучна тканина втрачає свою цілісність. Це проблема захворювання, відомого як цинга .
Мобілізація заліза, стимуляція імунної системи, антиоксидант для знешкодження реактивних вільних радикалів.

Майже всі тварини можуть синтезувати вітамін С (який знаходиться на шляху синтезу вуглеводів). Люди та людиноподібні мавпи зазнали мутації останнього ферменту на шляху синтезу L-аскорбату (мутація сталася приблизно 10-40 мільйонів років тому). З цього часу всі великі мавпи (членами яких є люди) повинні отримувати L-аскорбат зі свого раціону (свіжі фрукти та овочі містять велику кількість). Таким чином, для великих мавп L-аскорбат є "вітаміном" (інший спосіб розглядати це те, що всі великі мавпи страждають від вродженої помилки в обміні речовин). У людей все ще є ген ферменту, що виробляє вітамін С. Однак він переніс пару делецій, які вносять мутацію зсуву рамки, на додаток до численних точкових мутацій.

Біотин діє як мобільний носій карбоксильної групи в різних реакціях ферментативного карбоксилювання.

Синтезуються кишковими бактеріями (нарешті, вони щось роблять для вас)
Біотин ковалентно зв’язується з ферментом як протетична група через е-аміногрупу залишку лізину в ферменті
Цю амінокислоту, сполучену з біотином та лізином, називають залишком "біоцитину"
Бічна ланцюг лізину діє як гнучкий "прив'язувальний елемент" для біотину, і ця гнучкість дозволяє переносити карбоксилатні групи всередину ферменту
Він є носієм для найбільш окисленої форми вуглецю - CO 2 (з використанням бікарбонату в якості карбоксилюючого агента). Вуглекислий газ у вигляді карбоксильної групи зв'язується з одним із кільцевих азотів у біотині

Ліпоєва кислота містить два атоми сірки, які можуть існувати як пара, пов’язана дисульфідом, або як два вільні сульфгідрили. Перетворення між двома формами включає окисно-відновну реакцію (два вільні сульфгідрили являють собою відновлену форму). Ліпоєва кислота, як правило, виявляється ковалентно приєднаною до бічного ланцюга лізину в ферментах, які використовують її як кофактор, як ліпоамідний комплекс .

Ліпоєва кислота є носієм ацильної групи (R-CO-X)
Він також функціонує для перенесення електронів під час окислення та декарбоксилювання а-кетокислот
Піруватдегідрогеназа та ацетоглутаратдегідрогеназа використовують ліпоєву кислоту як кофактор
Незрозуміло, чи дієтичний дефіцит ліпоєвої кислоти сприяє захворюванню, тому технічно він не вважається вітаміном

Похідні фолієвої кислоти (тобто "фолати") є акцепторами і донорами одновуглецевих одиниць для всіх рівнів окислення вуглецю (за винятком найбільш окисленої форми - CO 2. Див. Біотин вище).

Активною формою коферменту є тетрагідрофолат (ТГФ). Фолат відновлюється до ТГФ дією тетрагідрофолатредуктази.
Три різні ступені окиснення вуглецю можуть зв'язуватися з ТГФ. Це ступені окиснення -2 (метанольна група), 0 (формальдегідна група) та +2 (форматна група)
Ці групи приєднані до молекули ТГФ у положеннях атомів N5 або N10
Біосинтетичні шляхи метіоніну, гомоцистеїну, пуринів і тиміну покладаються на одну вуглецеву одиницю, що забезпечується ТГФ.

Вітамін А: ретинол

Вітамін А зустрічається у вигляді ефіру (ретиніловий ефір), альдегіду (ретиналь) або кислої форми (ретиноева кислота).

Це жиророзчинний вітамін, який синтезується з ізопренових будівельних блоків
Отримується безпосередньо з раціону тварин або синтезується з b -каротину, що забезпечується рослинами
Це дуже важливо для зору. Ретинол, що транспортується в очі, окислюється ретинолдегідрогеназою з утворенням трансретиналу. Трансретинал перетворюється на 11-цис-ретиналь за допомогою ізомерази сітківки. Альдегідна група сітківки утворює основу Шиффа з лізином білка опсину, утворюючи родопсин (світлочутливий пігмент зору).
Вітамін А необхідний для різних біологічних процесів, включаючи розвиток плода та розвиток сперми. Але надмірна кількість вітаміну А токсична .

Вітамін D: ергокальциферол (D2) та холекальциферол (D3)

Холекальциферол виробляється в шкірі тварин під дією U.V. світло на молекулу-попередник 7-дегідрохолестерину .

Світлова енергія індукує розрив зв'язку (між вуглецями 9 і 10) і утворення превітаміну D3. Спонтанна ізомеризація утворює D3

Ергокальциферол виробляється під дією U.V. світло на рослину стерол ергостерол.
Оскільки людина може виробляти D3 із 7-дегідрохолестерину, вітамін D3 насправді не є вітаміном
Холекальциферол насправді є гормоном. Похідні цієї сполуки регулюють метаболізм кальцію та фосфатів .
Недостатнє всмоктування кальцію та фосфату в кишечнику може призвести до демінералізації кісток та захворювання Рахіт.

Вітамін Е: Токоферол

-Токоферол є потужним антиоксидантом, однак молекулярні деталі його функції чітко не зрозумілі.

Жирні кислоти в мембранах сприйнятливі до окисних пошкоджень
Вітамін Е є жиророзчинним і може захищати мембранні жирні кислоти від окислення
Дефіцит вітаміну Е призводить до утворення еритроцитів, сприйнятливих до окислювального ураження
Пошкодження сітківки у недоношених дітей через додатковий кисень можна запобігти введенням вітаміну Е

Вітамін К: Наптохінон

Вітамін К необхідний для процесу згортання крові. Вітамін K необхідний для посттрансляційної модифікації для отримання g-карбоксиглутамінової кислоти з глутамінової кислоти. Такі модифіковані залишки можуть зв'язувати Ca 2+, що є важливою частиною процесу в каскаді згортання.

Протромбін ("фактор II") та фактори VII, IX та X є сериновими протеазами, які беруть участь у каскаді активації протеази, який бере участь у згортанні крові, і мають у своїй структурі g-карбоксиглутамінові кислоти