Биологическая роль

1. ТПФ участвует в реакциях декарбоксилирования α-кетокислот;

2. ТПФ участвует в расщеплении и синтезе α-оксикислот (например, кетосахаров), т.е. в реакциях синтеза и расщепления углерод-углеродных связей, находящихся в непосредственной близости к карбонильной группе.

Тиамин-зависимые ферменты – пируватдекарбоксилаза и транскетолаза.

Авитаминоз и гиповитаминоз .

Болезнь бери-бери, нарушения функций пищеварительного тракта, изменения психики, изменения деятельности сердечно-сосудистой деятельности, развитие отрицательного азотистого баланса и т.д.

Источники: растительные продукты, мясо, рыба, молоко, бобовые растения – фасоль, горох, соя и др.

Суточная потребность: 1,2-2,2 мг.

Витамин В2 (рибофлавин, витамин роста)

Кроме самого рибофлавина в природных источниках содержатся его коферментные производные: флавинмононуклеотид (ФМН) и флавинадениндинуклеотид (ФАД). Эти коферментные формы витамина В2 количественно преобладают в большинстве животных и растительных тканей, а также в клетках микроорганизмов.

В зависимости от источника получения витамин В2 называли по разному: лактофлавин (из молока), гепафлавин (из печени), вердофлавин (из растений), овофлавин (из яичного белка).

Химическая структура: в основе молекулы рибофлавина лежит гетероциклическое соединение – изоаллоксазин (сочетание бензольного, пиразинового и пиримидинового колец), к которому в положении 9 присоединен пятиатомный спирт рибитол. Химический синтез рибофлавина осуществлен в 1935 г. Р.Куном.

Рибофлавин

Растворы витамина В2 имеют оранжево-желтую окраску и характеризуются желто-зеленой флюоресценцией.

Желтый цвет присущ окисленной форме препарата. Рибофлавин в восстановленной форме – бесцветен.

В2 хорошо растворим в воде, устойчив в кислых растворах,легко разрушается в нейтральных и щелочных растворах. В2 чувствителен к видимому и УФ-излучению, легко подвергается обратимому восстановлению, присоединяя Н2 по месту двойной связи и превращаясь в бесцветную лейкоформу. Это свойство витамина В2 легко окисляться и восстанавливаться лежит в основе его биологического действия в клеточном метаболизме.

Авитаминоз и гиповитаминоз: остановка роста, выпадение волос, воспалительные процессы слизистой оболочки языка, губ и т.д. Кроме того, общая мышечная слабость и слабость сердечной мышцы; помутнение хрусталика (катаракта).

Биологическая роль:

1. Входит в состав флавиновых коферментов ФАД, ФМН, которые являются простетическими группами флавопротеинов;

2. Участвует в составе ферментов при прямом окислении исходного субстрата с участием О2, т.е. дегидрировании. К коферментам этой группы относятся оксидазы L- и D-аминокислот;

3. В составе флавопротеинов осуществляют перенос электронов от восстановленных пиридиновых коферментов.

Источники: дрожжи, хлеб (мука грубого помола), семена злаковых, яйца, молоко, мясо, свежие овощи, молоко (в свободном состоянии), печень и почки (в составе ФАД и ФМН).

Суточная потребность: 1,7мг.

Витамин В6 (пиридоксин, антидермический)

Открыт в 1934 г. П. Дьерди. Впервые выделен из дрожжей и печени.

Химическая структура . Витамин В6 является производным 3-оксипиридина. Термином «витамин В6» по рекомендации Международной комиссии по номенклатуре биологической химии, обозначают все три производных 3-оксипиридина, обладающих одинаковой витаминной активностью: пиридоксин (пиридоксол), пиридоксаль и пиридоксамин.

пиридоксин пиридоксаль пиридоксамин

В6 хорошо растворим в воде и этаноле. Водные растворы весьма устойчивы по отношению к кислотам и щелочам, но чувствительны к свету в нейтральной зоне рН.

Авитаминозы гиповитаминоз. У человека недостаточность витамина В6 проявляется в угнетении выработки эритроцитов, дерматите, воспалительных процессах кожи, замедлении роста животных, нарушении обмена триптофана.

Биологическая роль. Все три производные 3-оксипиридина наделены витаминными свойствами, коферментные функции выполняют только фосфорилированные производные пиридоксаля и пиридоксамина:

пиридоксаминфосфат пиридоксальфосфат

Пиридоксаминфосфат как кофермент функционирует в реакциях превращения карбонильных соединений, например в реакциях образования 3,6-дтдезоксигексоз,входящих в антигены, локализованные на поверхности бактериальных клеток.

Биохимические функции пиридоксальфосфата:

1. транспортная – участие в процессе активного переноса некоторых аминокислот через клеточные мембраны;

2. каталитическая – участие в качестве кофермента в широком круге ферментативных реакций (переаминирование, декарбоксилирование, рацемизация аминокислот и др.);

3. функция регулятора скорости оборота пиридоксалевых ферментов – удлинение времени полураспада в тканях некоторых пиридоксальных апоферментов при их насыщении пиридоксальфосфатом,повышающим устойчивость апоферментов к тепловой денатурации и действию специфических протеиназ.

При недостаточности витамина В6 наблюдаются нарушения метаболизма аминокислот.

Источники: в продуктах растительного и животного происхождения (хлеб, горох, фасоль, картофель, мясо, печень и т.д.). Он также синтезируется микрофлорой кишечника!

Суточная потребность: около 2 мг.

Витамин В12 (кобаламин,антианемический)

Кобаламины – групповое название соединений, обладающих В12-витаминной активностью.

Химическая структура. Центральной частью молекулы витамина В12 является циклическая корриновая система, напоминающая по структуре порфирины (отличаются от них тем, что два пиррольных кольца плотно сконденсированы друг с другом, а не соединены через метиленовый мостик). Под плоскостью корринового кольца, в центре которого находится Со, находится присоединенный к кобальту остаток 5-дезоксиаденозина.

Авитаминоз и гиповитаминоз. Недостаток витамина В12 приводит к развитию злокачественной анемии, нарушению деятельности ЦУНС и резкому снижению кислотности желудочного сока.

Для активного процесса всасывания витамина В13 в тонком кишечнике обязательным условием является наличие в желудочном соке внутреннего фактора Касла (особого белка – гастромукопротеина), который специфически связывает витамин В12 в особый сложный комплекс и в таком виде всасывается в кишечнике.

Биологическая роль. Выявлены ферментные системы в состав которых в виде простетической группы входят кобаломидные коферменты

Химические реакции, в которых витамин В12 принимает участие как кофермент, условно делят на две группы. К первой группе относятся реакции трансметилирования, в которых метилкобаламин выполняет роль промежуточного переносчика метильной группы (реакции синтеза метионина и ацетата).

Вторая группа реакций при участии В12-коферментов заключается в переносе водорода в реакциях изомеризации.

Источники: мясо, говяжья печень, почки, рыба, молоко, яйца. Главным местом накопления витамина В12 в организме человека является печень, в которой содержится до нескольких мг витамина.

Витамин В12 является единственным витамином, синтез которого осуществляется исключительно микроорганизмами.

Синтезируется кишечной микрофлорой !

Суточная потребность 0,003 мг.

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.

ЛЕКЦИЯ № 25

ФГБОУ ВО УГМУ Минздрава России
Кафедра биохимии
Дисциплина: Биохимия
ЛЕКЦИЯ № 25
Биохимия витаминов 1
Лектор: Гаврилов И.В.
Факультет: лечебно-профилактический,
Курс: 2
Екатеринбург, 2016г

План:

1.
2.
3.
4.
5.
Определение понятия витамины
Классификации витаминов
Общие механизмы метаболизма витаминов
Общая схема метаболизма витаминов
Водорастворимые витамины – отдельные
представители

Витамины
-
низкомолекулярные
органические
соединения
разнообразной
химической природы, полностью или частично
незаменимые для человека или животных,
участвующие в регуляции и катализе, и не
используемые в энергетических и пластических
целях.

Витаминоподобные вещества –
незаменимые или частично незаменимые
вещества, которые могут использоваться в
пластических целях и как источник энергии
(холин, оротовая кислота, витамин F, витамин
U (метилметионин), инозит, карнитин)

КЛАССИФИКАЦИЯ ВИТАМИНОВ

По физическим свойствам:
1. Водорастворимые витамины
Витамин РР (никотиновая кислота)
Витамин В1 (тиамин);
Витамин В2 (рибофлавин);
Витамин В5 (пантотеновая кислота);
Витамин В6 (пиридоксин);
Витамин В9, Вс (фолиевая кислота);
Витамин В12 (кобаламин);
Витамин Н (биотин);
Витамин С (аскорбиновая кислота);
Витамин Р (биофлавоноиды);

2. Жирорастворимые витамины
Витамин А (ретинол);
Витамин D (холекальциферол);
Витамин Е (токоферол);
Витамин К (филлохинон).
Витамин F (смесь полиненасыщенных
длинноцепочечных жирных кислот арахидоновая и др.)

КЛАССИФИКАЦИЯ ВИТАМИНОВ

По метаболическим свойствам:
Энзимовитамины (коферменты) (В1, В2, РР,
В6, В12, пантотеновая кислота, биотин,
фолиевая кислота);
Гормоновитамины (D2, D3, А);
Редокс-витамины или витаминыантиоксиданты (С, Е, А, липоевая кислота);

Буквенно
обозначение
Химическое название
Физиологическое
название
Витамин A
ретинол
антиксерофтальмический
Витамин B1
Витамин B2
тиамин
рибофлавин
антиневритный
витамин роста
Витамин B3
пантотеновая кислота
антидерматитный
Витамин B6
Витамин Bс, В9
Витамин B12
пиридоксин
фоллацин
кобаламин
антидерматитный
антианемический
антианемический
Витамин С
Аскорбиновая кислота
антицинготный
Витамин РР
ниацин
антипелларгический
Витамин H
биотин
Антисеборейный
витамин Р
рутин
фактор проницаемости
витамин D2
эргокальциферол
антирахитический
витамин D3
1,25-иоксихолекальциферол
антирахитический
витамин Е
токоферол
антистерильный
витамин К
нафтохиноны
антигеморрагический

Метаболизм витаминов в организме (общие положения)

В кишечнике водорастворимые витамины
всасываются активным транспортом,
жирорастворимые – в составе мицелл.
В крови водорастворимые витамины
транспортируются свободно или в
комплексе с белками, жирорастворимые
витамины – в составе липопротеинов и в
комплексе с белками.
Витамины из крови поступают в клетки
органов и тканей.

В печени и почках водорастворимые
витамины превращаются в коферменты.
В печени и коже некоторые витамины
превращаются в активные формы (D)
Активные формы витаминов реализуют свои
биохимические и физиологические эффекты.
Инактивируются как ксенобиотики и другие
продукты метаболизма.
Из организма витамины и их производные
выводятся в основном с мочой и калом.

План изучения (ответа) отдельных витаминов

1. содержание в пищевых продуктах (2-3 продукта
–без цифр)
2. химическая структура (основа, реакционно
способные группировки)
3. роль в метаболизме (2-3 уравнения хим.
реакций)
4. картина гипо- и гипервитаминоза (2-3 симптома,
вытекающих из механизма действия)
5. суточная потребность, профилактическая и
лечебная дозировка (несколько мг или доли
мг/сут, = профилактической дозировке, х 10 =
лечебная разовая (суточная) дозировка.

НИКОТИНОВАЯ КИСЛОТА –ВИТАМИН РР

COOH
CONH 2
N
N
Никотиновая кислота
Никотинамид
Витамин РР
Физико-химические свойства. Плохо растворим в воде, хорошо - в щелочах.
Суточная потребность
для взрослых 15-25мг,
для детей - 5-20 мг. Из растительных продуктов:
в свежих грибах - 6 мг %, в сушеных до 60 мг %.
в арахисе (10-16 мг %),
в злаках в грече (4 мг %),
пшене, ячневой (по 2 мг %),
овсяной и перловой крупах, а также в рисе (по 1,5 мг %)
В красной свекле - 1.6 мг %,
В картофеле (1-0,9 мг %), а в вареном 0.5 мг %.
в шпинате, томате, капусте, брюкве, баклажанах (0,50,7 мг %).

Из животных продуктов:
печень (15 мг %),
почки (12-15 мг %),
сердце (6-8 мг %),
мясо (5-8 мг %),
рыба (3 мг %).
витамин РР может синтезироваться
из триптофана (мало).

Метаболизм
ФРПФ ФФн
АТФ
ФФн
АТФ
АДФ
Никотинамид
никотинамидмононуклеотид
НАД+
НАДФ+
никотинамидмононуклеотид
НАД-пирофосфорилаза НАД-киназа
пирофосфорилаза

Роль в обмене веществ

Кофермент пиридинзависимых (НАД,
НАДФ) дегидрогеназ ЦТК, гликолиза,
ПФП и т.д.

Гиповитаминоз РР - пеллагра

«ТРИ Д»
1. Дерматит – воспаление кожи,
2. Диарея – жидкий стул,
3. Деменция – умственная
отсталость.

Пеллагра

ВИТАМИН B1 (ТИАМИН)

Cl-
NH 2
H2 +
C N
N
H3C
CH 3
H2
C CH 2OH
N
S
Витамин В1 (тиамин)
Физико-химические свойства. Водорастворим, разрушается при
термической обработке.
витамина В нетоксичен
Суточная потребность взрослого человека не менее 1,4-
2,4 мг.
Преобладание углеводов в пище повышает потребность
организма в витамине;
жиры, наоборот, резко уменьшают эту потребность.и
ч
н
а0
я,
(3
8
2
-
9
4
%
-
н
а
я
Содержание тиамина в мг% (мг/100г)
Х
л
е
б
и
з
ц
е
Дрожжи сухие пивные 5,0, пекарские 2,0
Пшеница (зародыши) 2,0
Ветчина 0,7
Соя 0,6
Крупа гречневая 0,5
Ячмень (зерно) 0,4
Пшеница (цельное зерно) 0,4
Печень свиная, крупного рогатого скота 0,4

Овес (зерно) 0,4
Крупа овсяная 0,3
Мука пшеничная (82-94%-ная) 0,3
Крупа ячневая 0,2
Мука ржаная цельного помола 0,2
Мясо (разное) 0,2
Хлеб ржаной 0,15
Кукуруза (цельное зерно) 0,15
Молоко коровье 0,05
Хлеб пшеничный из муки тонкого помола 0,03

Метаболизм
1. Всасывание: в кишечнике;
2. Транспорт: в свободном виде;
3. Активация: при участии тиаминкиназы и АТФ в
печени, почках, мозге и сердечной мышце витамин
В1 превращается в активную форму - кофермент
тиаминпирофосфат (ТДФ, ТПФ)
NH2
NH2
N
H3C
H2 +
C N
АТФ
CH 3
H2
C CH 2OH
N
S
Витамин В1 (тиамин)
АМФ
H3C
Тиаминкиназа
H2 +
C N
N
N
S
CH 3
O
O
H2 H2
C C O P O P OH
O
O
Тиаминдифосфат (ТДФ)

Биологическая роль
ТПФ входит в состав:
пируватдегидрогеназного комплекса
(ПВК→ Ацетил-КоА);
α-кетоглутаратдегидрогеного комплекса
(α-КГ→ Сукцинил-КоА);
транскетолаз ПФШ
(перенос альдегида с кетосахара на альдосахар)

Механизм
ТДФ забирает у субстрата группу и передает ее на липоевую кислоту
NH 2
H2
C N
N
COOH
C O
H3C
N
S
CH 3
O
O
H2 H2
C C O P O P
O
O
OH
S
Тиаминпирофосфат (ТДФ)
CH 3
NH 2
CO2
N
H3C
ПИРУВАТДЕГИДРОГЕНАЗА
H2
C N
N
S
CH 3
O
O
H2 H2
C C O P O P
O
O
Липоевая кислота
SH
HSKoA
C O
CH 3
Липоевая кислота
SKoA
OH
S
S
О
C OH
CH 3
Гидроксиэтил-ТДФ
СН3

Гиповитаминоз В1 (Бери – Бери)

Протекает с преобладанием одной из форм:
1. сухой (нарушения нервной системы). Полиневрит, в
основе - дегенеративные изменения нервов. Вначале
развивается болезненность вдоль нервных стволов, затем
- потеря кожной чувствительности и наступает паралич
(болезнь Бери-Бери). Наблюдается потеря памяти,
галлюцинации.
2. отечной (нарушения сердечно-сосудистой системы),
выражается в нарушении сердечного ритма, увеличении
размеров сердца и в появлении болей в области сердца.
3. кардиальной (острая сердечная недостаточность,
инфаркт миокарда).
К признакам также относят нарушения секреторной и моторной
функций ЖКТ; снижение кислотности желудочного сока, потерю
аппетита, атонию кишечника. Развивается отрицательный азотистый
баланс.

Бери-бери

ВИТАМИН B2 (РИБОФЛАВИН)
O
H3C
H3C
N
NH
O
N
изоаллоксазин
N
H H H
H2C C C C CH 2OH
OH OH OH
рибитол
Витамин В2 (рибофлавин)
Физико-химические свойства. Кристаллы желтого цвета, слаборастворимые
в воде.
Физиологическая суточная потребность у взрослого
человека 2-2,5 мг/сутки.
у новорожденных - 0,4-0,6 мг,
у детей и подростков -0,8-2,мг.

Содержание витамина В2 в пищевых
продуктах мг % (мг/100 г массы)
1.Печень (говяжья) 1,5
2. Яйцо куриное 0,6
3. Пшеница 0,3
4. Молоко 0,2
4. Капуста 0,2
6. Морковь 0,05
Разрушается на свету под действием ультрафиолетовых
лучей. При хранении молока на свету за три с половиной
часа разрушается до 70% витамина.
при нагревании разрушается в щелочной среде,
но в кислой среде, устойчив к действию высокой
температуры (290°С).

Метаболизм
Всасывание: в кишечнике;
Транспорт: в свободном виде;
Активация:
в
слизистой
оболочке
кишечника
происходит
образование
коферментов ФМН и ФАД:
АТФ
АДФ
АТФ
ФФн
Рибофлавин
ФАД
ФМН
Рибофлавинкиназа ФМН-аденилилтрансфераза

Роль в обмене веществ
Коферменты ФАД и ФМН входят в состав аэробных и
анаэробных дегидрогеназ, принимающих участие в
окислительно-восстановительных реакциях (реакции
окислительного фосфорилирования, СДГ, оксидазы АК,
ксантионоксидаза, альдегидоксидаза и т.д.).
O
H3C
H3C
N
Сукцинат Фумарат
H3C
NH
O
N
N
H H H
H2C C C C CH 2OPO 3H2
OH OH OH
ФМН
СДГ
H3C
H
N
O
NH
O
N
N
H
H H H
H2C C C C CH 2OPO 3H
OH OH OH
ФМНН2

ГИПОВИТАМИНОЗ В2

Остановка роста организма
Воспалителение слизистой оболочке ротовой
полости (глоссит - воспаление языка), появляются
длительно незаживающие трещины в углах рта,
дерматит носогубной складки.
Воспаления глаз в виде васкуляризации роговой
оболочки, кератитов, катаракты.
Кожные поражения (дерматиты, облысение,
шелушение кожи, эрозии и т.д.).
общая мышечная слабость и слабость сердечной
мышцы.

ПАНТОТЕНОВАЯ КИСЛОТА (ВИТАМИН B5)
CH 3 OH
HOH 2C
C
CH
CH 3
C
H
N
H2 H2
C C
COOH
O
Витамин В5
белый мелкокристаллический порошок, хорошо растворимый в воде.
Источники. 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.

Всасывание: в кишечнике;
Транспорт: в свободном виде;
Активация: из пантотеновой кислоты в клетках
синтезируются коферменты: 4-фосфопантотеин и
НSКоА.
CH 3 OH
H H2 H2
HOH 2C C CH C N C C COOH
CH 3
O
Пантотеновая кислота
АТФ
АДФ
пантотеинкиназа
CH 3 OH
H2
H H2 H2
H2O3PO C C CH C N C C COOH
CH 3
O
4-фосфопантотеин

Роль в обмене веществ
4-фосфопантотеин - кофермент
пальмитоилсинтазы.
НS-КоА
участвует
в: радикалов в реакциях
1. переносе
ацильных
общего пути катаболизма,
2. активации жирных кислот,
3. синтеза холестерина и кетоновых тел,
4. синтеза ацетилглюкозаминов,
5. обезвреживания чужеродных веществ в печени

ГИПОВИТАМИНОЗ В 3

Дерматиты, поражения слизистых,
дистрофические изменения.
Повреждения нервной системы
(невриты, параличи).
Изменения в сердце и почках.
Депигментация волос.
Прекращение роста.
Потеря аппетита и истощение.

ВИТАМИН В6 (ПИРИДОКСИН,
ПИРИДОКСАЛЬ, ПИРИДОКСАМИН)
Распространение: Печень, почки,
мясо, хлеб, горох, фасоль,
картофель.
Всасывание: в кишечнике
Транспорт: в свободном виде;
Активация:
под действием пиридоксалькиназы
превращаются в коферменты
пиридоксальфосфат и
пиридоксаминфосфат.1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
Овес 3,3
Пшеница 3,3
Пекарские дрожжи 2,0
Молоко коровье 1,5
Скумбрия 1,03
Печень 0,64
Орехи (фундук) 0,59
Морковь 0,53
Соевые бобы 0,38
Картофель 0,33
Бананы 0,29
Яйцо куриное 0,12

Суточная потребность

взрослого человека - 3 - 4 мг,
новорожденного
- 0,3 - 0,5 мг,
детей и подростков - 0,6 - 1,5 мг.

CHO
HO
H3C
CHO
CH 2OH
АТФ
АДФ
пиридоксалькиназа
N
Пиридоксаль
Витамин В6
HO
H3C
H2
C O PO 3H2
N
Пиридоксальфосфат
Кофермент

Роль в обмене веществ
(обмен аминокислот, перенос аминогрупп)
Пиридоксалевые ферменты играют ключевую
роль в обмене АК:
1. катализируют реакции трансаминирования и
декарбоксилирования аминокислот,
2. участвуют в специфических реакциях
метаболизма отдельных АК: серина,
треонина, триптофана, серосодержащих
аминокислот,
3. в синтезе гема.

В6-кофермент

1.
2.
3.
4.
5.
Изомеразы аминокислот. Утилизация в организме
D-аминокислот
Декарбоксилазы аминокислот. Образование
биогенных аминов
Моноаминооксидазы. Диаминооксидаза
(гистаминаза). Окисление (инактивация) биогенных
аминов
Аминотрансферазы аминокислот. Катаболизм и
синтез аминокислот
Аминотрансферазы йодтирозинов и йодтиронинов.
Биосинтез йодтиронинов (гормонов) в щитовидной
железе и их катаболизм. Аминотрансферазы γаминобутирата. Обезвреживание ГАМК
Фосфорилаза гликогена. Гликогенолиз

Гиповитаминоз В6

Дерматиты, поражения слизистых
Гомоцистинурия
Нарушения обмена триптофана
Судороги

БИОТИН (ВИТАМИН Н)
Содержание в пищевых продуктах
печень акулы свиная и говяжья
печень, почки и сердце быка, яичный
желток, бобы, рисовые отруби,
пшеничная мука цветная капуста.

Роль в обмене веществ
выполняет коферментную функцию в составе карбоксилаз:
образование активной формы СО2:
O
O
CO2 + АТФ
HN
АДФ + Фн
NH
HN
N
H2 H2 H2 H2
C C C C COOH
S
Активация СО2
COOH
H2 H2 H2 H2
C C C C COOH
S

Роль в обмене веществ

1.используется в образовании малонилКоА из ацетил-КоА;
2.в синтезе пуринового кольца;
3.в карбоксилировании ПВК
4.в синтезе жирных кислот, белков и
пуриновых нуклеотидов.

Гиповитаминоз вит. Н

дерматиты
секреции сальных желез
выпадение волос
поражения ногтей
боли в мышцах
усталость
сонливость
депрессия
анемия

Фолиевая кислота

OH
N
N
H2N
N
O
H2
C
H
N
C
H
C
H2
C
H2
C
COOH
COOH
N
2-амино-4-окси-6-метилптерин
H
N
ПАБК
Глутамат
Витамин: фолиевая кислота (фолат, витамин B9, витамин Bc, витамин M)
Бледно-жёлтые гигроскопические кристаллы,
разлагающиеся при 250 °С, малорастворимые
в воде (0,001%).

Норма: 200-400 мкг/сут (беременным 800 мкг/сут)
Синтезируют фолиевую кислоту большинство
микроорганизмов, низшие и высшие растения
Источники фолиевой кислоты
1. пища (много в зелёных овощах с
листьями, в некоторых
цитрусовых, в бобовых, в хлебе
из муки грубого помола,
дрожжах, печени).
2. микрофлора кишечника (плохо).
Свежие лиственные овощи, хранимые при комнатной температуре, могут
терять до 70% фолатов за 3 дня
В процессе приготовления пищи до 95% фолатов разрушается.

Активация, метаболизм и выведение фолиевой кислоты

ЖКТ
Связывание
Фолиевая кислота + фактор Касла
Фолиевая кислота + белки крови
Всасывание: 12 перстная кишка
OH
Печень
O
N
N
H2N
Кровь
5 - 20 мкг/литр
N
H2
C
H
N
C
H
N
H
C
H2
C
H2
C
COOH
COOH
N
2-амино-4-окси-6-метилптерин
2НАДФН2
ПАБК
Глутамат
Фолиевая кислота
Дегидрофолатредуктаза
2НАДФ+
OH
2/3 в печени
N
N
H2N
H
N
N
H
H H
2
C C
CH
O
H
N
H
C
H
N
H
C
H2
C
H2
C
COOH
COOH
Тетрагидрофолиевая кислота (ТГФК)
1% от общего запаса / сут
Моча
1/3 в ткани

Роль ТГФК

Участвует:
в метаболизме аминокислот
(серин
глицин, гомоцистеин
метионин),
в синтез нуклеиновых кислот (пуриновые
основания, тимидиловая кислота),
в образовании эритроцитов
в образовании ряда компонентов нервной
тканифолиевой кислоты
снижает уровень гомоцистеина в крови

1. к ТГФК присоединяются одноуглеродные фрагменты
2. в ТГФК одноуглеродые фрагменты взаимопревращаются
3. одноуглеродные фрагменты ТГФК используются для синтеза:
Н
Метионин
Гомоцистеин
Метионинсинтаза
3
ТМФ
дУМФ
H
Сер
H
R1 N
5
N R2
10
H2
C
Гли
R1 N
5
1
Пурины
НАДН2 НАД+
N R2
10
CH 3
R1 N
5
2
H
N R2
10
N5-метил-ТГФК
N5N10-метилен-ТГФК
ТГФК
+
НАДФ
5,10-метиленТГФК-редуктаза
Сериноксиметилтрансфераза
2
HN
CH
R1 N
5
NH3
H
N R2
10
N5-формимино-ТГФК
2
H
C
R1 N
5
Пурины
НАДФН2
Н2О
N R2
10
N5N10-метеленил-ТГФК
Н+
2
H OHC
R1 N
5
N R2
10
N10-формил-ТГФК

Роль ТГФК в синтезе ДНК
ДНК
Пурины

Гиповитаминоз фолиевой кислоты
Дефицит фолиевой кислоты приводит к:
Мегалобластической анемии
Дефектам нервной трубки у плода.

Развитию гипергомоцистеинемии
1. Гомоцистеин обладает выраженным токсическим
действием на клетку: приводит к повреждению и
активации эндотелиальных клеток (клеток
выстилки кровеносных сосудов), что способствует
развитию тромбозов, атеросклероза.
2. Гипергомоцистеинемия связана с такой
акушерской патологией:
ранние потери беременности,
раннее начало гестоза,
отслойка плаценты,
задержка внутриутробного развития.

К дефициту метионина
Недостаток метионина сопровождается
серьезными нарушениями обмена веществ,
в первую очередь обмена липидов, и
является причиной тяжелых поражений
печени, в частности ее жировой
инфильтрации.

ВИТАМИН В12 (КОБАЛАМИН)
Всасывание: Внутренний Фактор Касла - белок –
гастромукопротеин, синтезируется обкладочными
клетками желудка. В ЖКТ фактор Касла
соединяется с витамином B12 при участии Ca2+,
защищает его от разрушения и обеспечивает
всасывание в тонкой кишке.
Транспорт: В12 поступает в кровь в комплексе с
белками транскобаламинами I и II,
(I) выполняет функцию депо В12, так как
он
наиболее прочно связывается с витамином.
Активация. Из витамина В12 образуются 2
кофермента: метилкобаламин в цитоплазме и
дезоксиаденозилкобаламин в митохондриях.

Суточная потребность

взрослых 2 - 4 мкг,
у новорожденных - 0,3-0,5 мкг,
у детей и подростков - 1,5-3,0 мкг.
Содержание в пищевых продуктах в мкг%
1 Печень свиная 26
2 Почки свиные 15
3 Рыба 2,0
4 Баранина 2
5 Яйцо куриное 1,1
6 Свинина 2
7 Говядина 2
8 Скумбрия 6
9 Сыр 1,1
10 Молоко цельное 0,4

Роль в обмене веществ

кофермент метаболических реакциий
переноса алкильных групп (-СН2-, -СН3);
метилирование гомоцистеина
Метилкобаламин участвует: в образовании
метионина из гомоцистеина и в
превращениях одноуглеродных фрагментов в
составе ТГФК, необходимых для синтеза
нуклеотидов.
Дезоксиаденозилкобаламин участвует: в
метаболизме ЖК с нечётным числом
углеродных атомов и АК с разветвлённой
углеводородной цепью.

Участие витамина В12 в обмене
последовательность превращения витамина В12 в кофермент:
цианкобаламин оксикобаламин дезоксиаденозилкобаламин
1. Обмен Н на группы -СООН, -NH2, -ОН
2. Восстановление рибонуклеотидов в
дезоксирибонуклеотиды
3. Реакции трансметилирования

В12
Фолиевая к-та ------ ТГФК ------
синтез нуклеиновых кислот

Авитаминоз и гиповитаминоз
Эндогенный
Гастрогенный
Экзогенный
Энтерогенный
Проявления: злокачественная макроцитарная,
мегалобластическая анемия;
нарушения ЦНС(фуникулярный
миелоз);
pH желудочного сока
(гастроэнтероколит –
«полированый язык»)

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.

B 1 содержит атомы серы , поэтому он был назван тиамином . В химической структуре его содержатся два кольца – пиримидиновое и тиазоловое, соединенных метиленовой связью. Обе кольцевые системы синтезируются отдельно в виде фосфорилированных форм, затем объединяются через четвертичный атом азота .

Тиамин хорошо растворим в воде . Водные растворы тиамина в кислой среде выдерживают нагревание до высоких температур без снижения биологической активности . В нейтральной и особенно в щелочной среде витамин B 1 , наоборот, быстро разрушается при нагревании. Этим объясняется частичное или даже полное разрушение тиамина при кулинарной обработке пищи, например выпечке теста с добавлением гидрокарбоната натрия или карбоната аммония . При окислении тиамина образуется тио-хром, дающий синюю флюоресценцию при УФ-облучении. На этом свойстве тиамина основано его количественное определение.

Витамин B 1 легко всасывается в кишечнике, но не накапливается в тканях и не обладает токсическими свойствами. Избыток пищевого тиамина быстро выводится с мочой . В превращении витамина B 1 в его активную форму – тиаминпирофосфат (ТПФ), называемый также тиамин-дифосфатом (ТДФ), участвует специфический АТФ-зависимый фермент тиаминпирофосфокиназа, содержащаяся главным образом в печени и ткани мозга. Опытами с меченным 32 Р АТФ доказан перенос на тиамин целиком пирофосфатной группы в присутствии фермента . ТПФ имеет следующее строение:

Если витамин B 1 поступает с пищей в виде ТПФ, то пирофосфатная группа отщепляется от него под действием кишечных пирофосфатаз.

При отсутствии или недостаточности тиамина развивается тяжелое заболевание – бери-бери, широко распространенное в ряде стран Азии и Индокитая, где основным продуктом питания является рис. Следует отметить, что недостаточность витамина B 1 встречается и в европейских странах, где она известна как симптом Вернике, проявляющийся в виде энцефалопатии, или синдром Вейса с преимущественным поражением сердечно-сосудистой системы. Специфические симптомы связаны с преимущественными нарушениями деятельности и сердечно-сосудистой, и нервной систем, а также пищеварительного тракта. В настоящее время пересматривается точка зрения, что бери-бери у человека является следствием недостаточности только витамина В 1 . Более вероятно, что это заболевание представляет собой комбинированный авитаминоз или полиавитаминоз, при котором организм испытывает недостаток также в рибофлавине , пиридоксине , витаминах РР , С и др. На животных и добровольцах получен экспериментальный авитаминоз B l . В зависимости от преобладания тех или иных симптомов различают ряд клинических типов недостаточности, в частности полиневритную (сухую) форму бери-бери, при которой на первый план выступают нарушения в периферической нервной системе. При так называемой отечной форме бери-бери преимущественно поражается сердечно-сосудистая система, хотя отмечаются также явления полиневрита. Наконец, выделяют остро протекающую кардиальную форму болезни, называемую пернициозной, которая приводит к летальному исходу в результате развития острой сердечной недостаточности. В связи с внедрением в медицинскую практику кристаллического препарата тиамина летальность резко сократилась и наметились рациональные пути лечения и профилактики этого заболевания.

К наиболее ранним симптомам авитаминоза В 1 относятся нарушения моторной и секреторной функций пищеварительного тракта: потеря аппетита, замедление перистальтики (атония) кишечника, а также изменения психики, заключающиеся в потере памяти на недавние события, склонности к галлюцинациям; отмечаются изменения деятельности сердечно-сосудистой системы: одышка, сердцебиение, боли в области сердца. При дальнейшем развитии авитаминоза выявляются симптомы поражения периферической нервной системы (дегенеративные изменения нервных окончаний и проводящих пучков), выражающиеся в расстройстве чувствительности, ощущении покалывания, онемения и болей по ходу нервов. Эти поражения завершаются контрактурами, атрофией и параличами нижних, а затем и верхних конечностей. В этот же период развиваются явления сердечной недостаточности (учащение ритма, сверлящие боли в области сердца). Биохимические нарушения при авитаминозе В 1 проявляются развитием отрицательного азотистого баланса, выделением в повышенных количествах с мочой аминокислот и креатина, накоплением в крови и тканях α-кетокислот, а также пентозосахаров. Содержание тиамина и ТПФ в сердечной мышце и печени у больных бери-бери в 5-6 раз ниже нормы.

Биологическая роль. Экспериментально доказано, что витамин B 1 в форме ТПФ является составной часть минимум 5 ферментов , участвующих в промежуточном обмене веществ . ТПФ входит в состав двух сложных ферментных систем – пируват - и α - кетоглутарат дегидрогеназных комплексов , катализирующих окислительное декарбоксилирование пировиноградной и α-кетоглутаровой кислот . В составе транскетолазы ТПФ участвует в переносе гликоальдегидного радикала от кетосахаров на альдосахара (см. главу 10). ТПФ является