B2-vitamin (riboflavin, növekedési vitamin). Biológiai funkciók

Az adenozin-trifoszforsav (ATP) univerzális forrás és fő energiaakkumulátor az élő sejtekben. Az ATP minden növényi és állati sejtben megtalálható. Az ATP mennyisége átlagosan 0,04% (a sejt nedves tömegének), a legnagyobb mennyiségben (0,2-0,5%) a vázizmokban található. Egy sejtben egy ATP-molekula a képződésétől számított egy percen belül elhasználódik. Emberben a testtömegnek megfelelő mennyiségű ATP termelődik és elpusztul 24 óránként.

Az ATP egy mononukleotid, amely nitrogéntartalmú báziscsoportokból (adenin), ribózból és három foszforsavmaradékból áll. Mivel az ATP nem egy, hanem három foszforsavmaradékot tartalmaz, ide tartozik ribonukleozid-trifoszfátok.

A sejtekben végbemenő munka nagy része az ATP hidrolízis energiáját használja fel. Ebben az esetben, amikor a foszforsav terminális maradékát elimináljuk, az ATP ADP-vé (adenozin-difoszforsav) alakul, és amikor a második foszforsavmaradékot elimináljuk, AMP-vé (adenozin-monofoszforsav) alakul. A szabadenergia-hozam a foszforsav terminális és második maradékának eliminálásakor körülbelül 30,6 kJ/mol. A harmadik foszfátcsoport eliminációját mindössze 13,8 kJ/mol felszabadulás kíséri. A terminális és a második, második és első foszforsavmaradék közötti kötéseket ún makroergikus(nagy energia).

Az ATP-tartalékok folyamatosan feltöltődnek. A folyamat során minden élőlény sejtjében ATP szintézis megy végbe foszforiláció, azaz foszforsav hozzáadása az ADF-hez. A foszforiláció változó intenzitással megy végbe a légzés (mitokondriumok), a glikolízis (citoplazma) és a fotoszintézis (kloroplasztiszok) során.

Az ATP a fő kapcsolat az energia felszabadulásával és felhalmozódásával járó folyamatok és az energiafelhasználással járó folyamatok között. Ezenkívül az ATP más ribonukleozid-trifoszfátokkal (GTP, CTP, UTP) együtt az RNS szintézis szubsztrátja.

Az ATP-n kívül vannak más makroerg kötésekkel rendelkező molekulák is - UTP (uridin-trifoszforsav), GTP (guanozin-trifoszforsav), CTP (citidin-trifoszforsav), amelyek energiáját fehérje (GTP), poliszacharidok bioszintéziséhez használják fel. (UTP), foszfolipidek (CTP). De mindegyik az ATP energiája miatt jön létre.

A mononukleotidok mellett a koenzimek csoportjába tartozó dinukleotidok (NAD +, NADP +, FAD) (szerves molekulák, amelyek csak a reakció során tartják meg a kapcsolatot az enzimmel) játszanak fontos szerepet a metabolikus reakciókban. A NAD + (nikotinamidadenin-dinukleotid), a NADP + (nikotinamid-adenin-dinukleotid-foszfát) olyan dinukleotidok, amelyek két nitrogéntartalmú bázist - adenint és nikotinsavamidot - a PP-vitamin származékát, két ribóz-maradékot és két foszforsav-maradékot tartalmaznak. Ha az ATP univerzális energiaforrás, akkor A NAD + és a NADP + univerzális akceptorok,és restaurált formáik azok NADHÉs NADPH – univerzális donorok redukciós egyenértékek (két elektron és egy proton). A nikotinsavamid-maradékban lévő nitrogénatom négy vegyértékű és pozitív töltésű. NAD +). Ez a nitrogéntartalmú bázis könnyen köt két elektront és egy protont (azaz redukálódik) azokban a reakciókban, amelyekben dehidrogenáz enzimek közreműködésével két hidrogénatomot eltávolítanak a szubsztrátból (a második proton oldatba megy):

Szubsztrát-H 2 + NAD + szubsztrát + NADH + H +

A fordított reakciókban az enzimek oxidálódnak NADH vagy NADPH, redukálják a szubsztrátumokat hidrogénatomok hozzáadásával (a második proton az oldatból származik).

FAD – flavin-adenin-dinukleotid– a B 2-vitamin származéka (riboflavin) szintén a dehidrogenázok kofaktora, de HÓBORT két protont és két elektront ad hozzá, redukálva -ra FADN 2.

Források

A húskészítmények, a máj, a vesék, a tejtermékek és az élesztő elegendő mennyiséget tartalmaznak. A vitamint a bélbaktériumok is termelik.

Napi szükséglet

Szerkezet

Riboflavin tartalmaz flavin– izoalloxazin gyűrű szubsztituensekkel (nitrogénbázis) és alkohollal ribitol.

A B2-vitamin szerkezete

A vitamin koenzim formái ezen kívül vagy csak foszforsavat tartalmaznak - flavin mononukleotid(FMN) vagy foszforsav, amely emellett az AMP-hez kapcsolódik - flavin adenin dinukleotid.

A FAD és az FMN oxidált formáinak szerkezete

Anyagcsere

A bélben a riboflavin felszabadul az FMN-ből és a FAD-ból, és a vérbe diffundál. Az FMN és a FAD újraképződik a bélnyálkahártyában és más szövetekben.

Biokémiai funkciók

Koenzim-oxidoreduktáz – biztosítja a 2 atomok hidrogén a redox reakciókban.

A flavin koenzim biokémiai reakciókban való részvételének mechanizmusa

1. Az energia-anyagcsere dehidrogenázai– piruvát-dehidrogenáz (piruvátsav-oxidáció), α-ketoglutarát-dehidrogenáz és szukcinát-dehidrogenáz (trikarbonsavciklus), acil-SCoA-dehidrogenáz (zsírsav-oxidáció), mitokondriális α-glicerin-foszfát-dehidrogenáz (shuttle-rendszer).

Példa egy dehidrogenáz reakcióra, amelyben FAD is részt vesz

2. Oxidázok, oxidáló szubsztrátok molekuláris oxigén részvételével. Például aminosavak közvetlen oxidatív dezaminálása vagy biogén aminok (hisztamin, GABA) semlegesítése.

Példa egy oxidázreakcióra, amelyben FAD is részt vesz
(biogén aminok semlegesítése)

Hipovitaminózis B2

Ok

Táplálkozási hiány, élelmiszer-tárolás fényben, fényterápia, alkoholizmus és gyomor-bélrendszeri betegségek.

Klinikai kép

Először is, az erősen aerob szövetek érintettek - a bőr és a nyálkahártyák hámja. Úgy jelenik meg, mint szárazság szájüreg, ajkak és szaruhártya; cheilosis, azaz repedések a száj és az ajkak sarkában ("elakadások"), glossitis(bíbor nyelv), hámló bőr a nasolabialis háromszög, a herezacskó, a fülek és a nyak területén, kötőhártya-gyulladásÉs blepharitis.

A kötőhártya kiszáradása és gyulladása a véráramlás kompenzációs növekedéséhez vezet ezen a területen, és javítja az oxigénellátást, ami a szaruhártya vaszkularizációjában nyilvánul meg.

B2 antivitaminok

1. Akrikhin(atebrin) – gátolja a riboflavin működését a protozoonokban. Malária, bőrleishmaniasis, trichomoniasis, helminthiasis (giardiasis, taeniasis) kezelésére használják.

2. Megafen– gátolja a FAD képződését az idegszövetben, nyugtatóként alkalmazzák.

3. Toxoflavin– a flavin-dehidrogenázok kompetitív inhibitora.

Adagolási formák

Szabad riboflavin, FMN és FAD (koenzim formák).

A nagy energiájú elektronok és protonok transzportját az oxidált szubsztrátból az oxigénbe a mitokondriumok belső membránján lokalizált redox enzimekből álló rendszer végzi. Ez a rendszer a következőket tartalmazza:

piridin-dehidrogenázok, amelyekben a NAD (nikotinamidadenin-dinukleotid) vagy a NADP (nikotinamid-adenin-dinukleotid-foszfát) koenzimként működik;

Flavin dehidrogenázok (flavin enzimek), amelyek nem fehérje részének szerepét a FAD (flavin adenine dinukleotid) vagy az FMN (flavin mononukleotid) látja el;

Ubikinon (Q koenzim);

Citokrómok.

Piridin-dehidrogenázok. A NAD és NADP szerkezetét az ábra mutatja. 4.

Nikotinamid-adenin- Nikotinamid-adenin-di-

dinukleotid (NAD) nukleotid foszfát (NADP)

Rizs. 4. A NAD és a NADP felépítése

A NAD és a NADP dinukleotidok, amelyek nukleotidjai pirofoszfát kötéssel kapcsolódnak egymáshoz (két egymáshoz kapcsolódó foszforsav-maradékon keresztül). Az egyik nukleotid nikotinsavamidot (PP-vitamin) tartalmaz, a másik nukleotidot az adenilsav képviseli. A NADP molekula egy további foszforsav-maradékot tartalmaz a ribóz második szénatomjához, amely adenilsavhoz kapcsolódik.

A NAD és NADP számos dehidrogenáz koenzimei, amelyek különböző oxidációs szubsztrátokra specifikusak. A kapcsolat a fehérje rész között törékeny, csak a reakció pillanatában egyesülnek.

Néhány piridin-dehidrogenáz a mitokondriális mátrixban lokalizálódik. A NAD-függő dehidrogenázok elektronokat és protonokat adnak át a légzési láncba, a NADP-függő dehidrogenázok redukáló ekvivalensek forrásaként szolgálnak a bioszintetikus reakciókban

A NAD és NADP aktív része a PP-vitamin. Redukált szubsztráttal való kölcsönhatás során a PP-vitamin piridingyűrűje két elektront és egy protont köt meg, a második proton a közegben marad (5. ábra).

Rizs. 5. Szubsztrátum oxidációja piridin-dehidrogenázokkal

Flavin enzimek. A NAD-tól és NADP-től eltérően a flavin enzimek protetikus csoportjai (FAD és FMN) szorosan kötődnek a fehérje részhez. Mindkét protéziscsoport tartalmaz egy metabolikusan aktív riboflavin formát (B 2 vitamin), amelyhez redukciójuk során hidrogénatomok adnak (6. ábra).

Rizs. 6. A szubsztrátok oxidációja a flavin enzimek protetikus csoportjának aktív részével (B 2 vitamin)

Az FMN-függő dehidrogenáz elektronok és protonok közbenső hordozójaként működik a NAD és az ubikinon között, azaz. közvetlen résztvevője a légzési láncnak.

Ubikinon (Q koenzim). Az ubikinon egy benzokinon-származék, hosszú oldallánccal. Felépítését a 7. ábra mutatja.

Rizs. 7. A koenzim Q (ubikinon) szerkezete

A Q koenzim az elektronok és protonok köztes hordozója a légzőláncban, közvetlenül oxidálja a flavin enzimeket. A protonok és elektronok kapcsolódási helye a benzokinongyűrű oxigénatomjai (8. ábra):

Rizs. 8. A Q-koenzim (ubiquin) molekula protonátvitelének mechanizmusa

Citokrómok. A citokrómok a kromoproteinek osztályába tartoznak. Vastartalmú hemet tartalmaznak, amely szerkezetében hasonló a hemoglobin heméhez. A különböző citokrómok különböznek a hem szerkezetében lévő oldalláncok felépítésében, a fehérjekomponensek szerkezetében, valamint abban, ahogy a hem kapcsolódik a fehérjekomponenshez. A citokrómok funkciója az ubikinonból az oxigénbe történő elektronátvitelhez kapcsolódik. A légzési láncban egy bizonyos sorrendben lokalizálódnak:

Quot.b →cit.c 1 →cit.c →cit.aa 3

A citokróm b, c 1 és c köztes elektronhordozóként működik, és a citokróm a és a 3 komplexe, az úgynevezett citokróm-oxidáz, a terminális légzési enzim, amely közvetlenül kölcsönhatásba lép az oxigénnel. Ez a komplex hat alegységből áll, amelyek mindegyike egy hemcsoportot és egy rézatomot tartalmaz. A hat alegység közül kettő alkotja a citokróm a-t, a maradék négy pedig a citokróm a 3-at.

Az elektronok citokrómok általi átvitele közvetlenül összefügg a vasionok jelenlétével az összetételükben. A citokrómok oxidált formája Fe 3+ -ot tartalmaz. Az ubikinonból vagy más citokrómból elektronokat fogadva a Fe 3+ redukált állapotba (Fe 2+), az elektronok másik citokrómba vagy oxigénbe történő átvitelével pedig a Fe 2+ oxidált állapotba (F 3+) kerül vissza.

Az oxigén a citokróm-oxidáztól elektronokat fogadva aktív (ionizált) állapotba kerül, majd két protont vesz fel a környezetből. Ennek eredményeként vízmolekula képződik.

A légzési láncon keresztüli elektron- és protontranszfer rendszere sematikusan a következőképpen ábrázolható (9. ábra):

Rizs. 9. Az elektron- és protonhordozók elrendeződésének sorrendje a légzési láncban

A katalitikus reakciókban a koenzimek különböző atomcsoportokat, elektronokat vagy protonokat szállítanak. A koenzimek enzimekhez kötődnek:

kovalens kötések;

Ionos kötések;

Hidrofób kölcsönhatások stb.

Egy koenzim több enzim koenzime is lehet. Sok koenzim többfunkciós (például NAD, PF). A holoenzim specifitása az apoenzimtől függ.

Minden koenzim két nagy csoportra osztható: vitaminos és nem vitaminos.

Vitamin jellegű koenzimek– vitaminszármazékok vagy vitaminok kémiai módosításai.

1. csoport: tiamin – B1-vitamin származékok. Ezek a következők:

tiamin-monofoszfát (TMP);

tiamin-difoszfát (TDP) vagy tiamin-pirofoszfát (TPP) vagy kokarboxiláz;

Tiamin-trifoszfát (TTP).

A TPF-nek van a legnagyobb biológiai jelentősége. A ketosav dekarboxiláz része: PVK, a-ketoglutársav. Ez az enzim katalizálja a CO 2 eltávolítását.

A kokarboxiláz részt vesz a pentóz-foszfát ciklusból származó transzketoláz reakcióban.

2. csoport: flavin koenzimek, B2-vitamin származékok. Ezek a következők:

- flavin mononukleotid (FMN);

- flavin-adenin-dinukleotid (FAD).

A rebitol és az izoaloxazin B2-vitamint képez. A B2-vitamin és a foszformaradék alkotja az FMN-t. Az FMN az AMP-vel kombinálva FAD-ot alkot.

[rizs. az izoaloxazin gyűrű a rebitolhoz, a rebitol a foszforhoz és a foszfor az AMP-hez kapcsolódik]

A FAD és az FMN a dehidrogenázok koenzimei. Ezek az enzimek katalizálják a hidrogén eltávolítását a szubsztrátból, azaz. részt vesz az oxidációs-redukciós reakciókban. Például az SDH - szukcinát-dehidrogenáz - katalizálja a borostyánkősav fumársavvá történő átalakulását. Ez egy FAD-függő enzim. [rizs. COOH-CH 2 -CH 2 -COOH® (a nyíl felett - SDH, lent - FAD és FADN 2) COOH-CH=CH-COOH]. A flavin enzimek (flavin-függő DG-ek) FAD-ot tartalmaznak, amely a protonok és elektronok elsődleges forrása. A kémiai folyamatban reakciók a FAD FADN 2-vé alakul. A FAD munkarésze az izoaloxazin 2. gyűrűje; a kémiai folyamatban A reakció során két hidrogénatomot adnak a nitrogénatomokhoz, és átrendeződnek a kettős kötések a gyűrűkben.

3. csoport: pantotén koenzimek, B3-vitamin származékok- pantoténsav. A koenzim A, az NS-CoA részei. Ez az A koenzim az aciltranszferázok koenzimje, amellyel együtt különböző csoportokat visz át egyik molekulából a másikba.

4. csoport: nikotinamid, a PP-vitamin származékai - nikotinamid:

Képviselők:

nikotinamid-adenin-dinukleotid (NAD);

Nikotinamid-adenin-dinukleotid-foszfát (NADP).

A NAD és NADP koenzimek dehidrogenázok (NADP-függő enzimek) koenzimei, például a malát-DH, az izocitrát-DH, a laktát-DH. Részt vesz a dehidrogénezési folyamatokban és redox reakciókban. Ebben az esetben a NAD két protont és két elektront ad hozzá, és NADH2 keletkezik.

Rizs. munkacsoport NAD és NADP: PP-vitamin rajzolása, amelyhez egy H atom kapcsolódik és ennek eredményeként a kettős kötések átrendeződése következik be. A PP + H + ] vitamin új konfigurációja rajzolódik ki

5. csoport: a B6-vitamin piridoxin-származékai. [rizs. piridoxál. piridoxál + foszfor = piridoxál-foszfát]

- piridoxin;

- piridoxál;

- piridoxamin.

Ezek a formák a reakciók során egymással átalakulnak. Amikor a piridoxál foszforsavval reagál, piridoxál-foszfát (PP) keletkezik.

A PF az aminotranszferázok koenzimje, aminocsoportot visz át AA-ból ketosavba - reakció transzamináció. A B6-vitamin-származékok koenzimként is szerepelnek az AA-dekarboxilázokban.

Nem vitaminos koenzimek- anyagcsere során keletkező anyagok.

1) Nukleotidok– UTF, UDF, TTF stb. Az UDP-glükóz belép a glikogén szintézisbe. Az UDP-hialuronsavat különféle anyagok semlegesítésére használják transzverzális reakciókban (glükuronil-transzferáz).

2) Porfirin származékok(hem): kataláz, peroxidáz, citokrómok stb.

3) Peptidek. A glutation egy tripeptid (GLU-CIS-GLY), részt vesz a reakciókban és az oxidoreduktázok (glutation-peroxidáz, glutation-reduktáz) koenzimje. 2GSH"(a nyíl felett 2H) G-S-S-G. A GSH a glutation redukált formája, a G-S-S-G pedig az oxidált formája.

4) Fémionok Például a Zn 2+ az AlDH (alkohol-dehidrogenáz), Cu 2+ -amiláz, Mg 2+ -ATPáz (például miozin-ATPáz) enzim része.

Részt vehet:

Az enzimszubsztrát komplex kötődése;

A katalízisben;

Az enzim aktív centruma optimális konformációjának stabilizálása;

Kvaterner szerkezet stabilizálása.

Az enzimek a fehérjékhez hasonlóan 2 csoportra oszthatók: egyszerűÉs összetett. Az egyszerűek teljes egészében aminosavakból állnak, és hidrolízisük során kizárólag aminosavakat képeznek. Ezek főként gyomor-bélrendszeri enzimek: pepszin, tripszin, lizacim, foszfatáz. Az összetett enzimek a fehérje részen kívül nem fehérje komponenseket is tartalmaznak. Ha egy komplex enzim disszociációs állandója olyan kicsi, hogy oldatban minden polipeptid lánc nem fehérje komponenseihez kapcsolódik, és az izolálás és tisztítás során nem válik szét, akkor a nem fehérje komponens ún. protézis csoport és az enzimmolekula szerves részének tekintendő.

Alatt koenzim egy további csoport megértése, amely a disszociáció során könnyen elválasztható az alloenzimtől. Az alloenzim és a legegyszerűbb csoport között kovalens kötés van, amely meglehetősen összetett. Az alloenzim és a koenzim között nem kovalens kötés (hidrogén vagy elektrosztatikus kölcsönhatás) van. A koenzimek tipikus képviselői:

B1 - tiamin; pirofoszfát (B-t tartalmaz)

B2 - riboflavin; FAD, FNK

PP – NAD, NADP

H – biotin; biozitin

B6 - piridoxin; piridoxál-foszfát

Pantoténsav: koenzim A

Számos kétértékű fém (Cu, Fe, Mn, Mg) kofaktorként is működik, bár nem tartoznak sem a koenzimekhez, sem a protetikai csoportokhoz. A fémek az aktív központ részét képezik, vagy stabilizálják az aktív központ optimális szerkezetét.

FÉMEKENZIMEK

Fe, Fehemoglobin, kataláz, peroxidáz

Cu, Cu citokróm-oxidáz

ZnDNS – polimeráz, dehidrogenáz

Mghexokinase

Mnarginase

Szeglutation-reduktáz

Az ATP, a tejsav és a tRNS is elláthat kofaktor funkciót. A kétkomponensű enzimek egyik sajátossága, hogy sem a kofaktor (koenzim vagy prosztetikus csoport), sem az alloenzim külön-külön nem mutat katalitikus aktivitást, hanem csak egyetlen egésszé integrálódik, a három szervezet programja szerint. -dimenziós szerveződés, biztosítja a kémiai reakciók gyors lezajlását.

A NAD és a NADP felépítése.

A NAD és a NADP a piridinfüggő dehidrogenázok koenzimei.

NIKOTINAMID ADNINE DINE NUKLEOTID.

NIKOTINAMID-ADNIN DINE NUKLEOAMID-FOSZFÁT (NADP)

A NAD és NADP azon képessége, hogy pontos hidrogénhordozó szerepet töltsenek be, a szerkezetükben való jelenlétükkel függnek össze.

nikotinsav reamid.

A sejtekben NAD-függő dehidrogenázok vesznek részt

az elektrontranszfer folyamataiban a szubsztrátumból az O-ba.

A folyamatban a NADP-függő dehidrogenázok játszanak szerepet -

sah bioszintézis. Ezért a NAD és NADP koenzimek

intracelluláris lokalizációban különböznek: NAD

a mitokondriumokban és a NADP nagy részében koncentrálódnak

a citoplazmában található.

A FAD és az FMN felépítése.

A FAD és az FMN a flavin enzimek protetikus csoportjai. Nagyon erősen kötődnek az alloenzimhez, ellentétben a NAD-val és a NADP-vel.

FLAVIN-MONONUKLEOTID (FMN).

FLAVINACETYLDINUKLEOTID.

A FAD és FMN molekula aktív része az izoalloxadin gyűrűs riboflavin, melynek nitrogénatomjaihoz 2 hidrogénatom kapcsolódhat.