19.2: Ферментні кофактори

Last updated
Save as PDF

Page ID: 22109

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Цілі навчання

Пояснити, чому необхідні вітаміни в раціоні.

Багато ферменти являють собою прості білки, що складаються повністю з однієї або декількох амінокислотних ланцюгів. Інші ферменти містять небілковий компонент, який називається кофактором, який необхідний для належного функціонування ферменту. Існує два типи кофакторів: неорганічні іони [наприклад, іони цинку або Cu (I)] та органічні молекули, відомі як коферменти. Більшість коферментів є вітамінами або походять з вітамінів.

Вітаміни - це органічні сполуки, які необхідні в дуже малих (слідових) кількостях для підтримки нормального обміну речовин. Вони, як правило, не можуть синтезуватися на адекватному рівні організмом і повинні бути отримані з дієти. Відсутність або нестача вітаміну може спричинити за собою вітамінодефіцитне захворювання. У першій половині 20 століття основним напрямком біохімії була ідентифікація, виділення та характеристика вітамінів. Незважаючи на накопичення доказів того, що люди потребували більше, ніж просто вуглеводи, жири та білки у своєму раціоні для нормального росту та здоров'я, лише на початку 1900-х років дослідження встановили потребу в слідах поживних речовин у раціоні.

Таблиця\(\PageIndex{1}\): жиророзчинні вітаміни та фізіологічні функції
Вітамін	Фізіологічна функція	Ефект дефіциту
вітамін А (ретинол)	формування пігментів зору; диференціація епітеліальних клітин	нічна сліпота; постійний дефіцит призводить до повної сліпоти
вітамін D (холекальціферол)	підвищує здатність організму засвоювати кальцій і фосфор	остеомаляція (розм'якшення кісток); відомий як рахіт у дітей
вітамін Е (токоферол)	жиророзчинний антиоксидант	пошкодження клітинних мембран
вітамін К (філлохінон)	утворення протромбіну, ключового ферменту в процесі згортання крові	збільшує час, необхідний для згортання крові

Оскільки організми відрізняються своїми синтетичними здібностями, речовина, яка є вітаміном для одного виду, може бути не таким для іншого. За останні 100 років вчені визначили і виділили 13 вітамінів, необхідних в раціоні людини, і розділили їх на дві великі категорії: жиророзчинні вітаміни, до складу яких входять вітаміни А, D, Е і К, і водорозчинні вітаміни, які є комплексом вітамінів групи В і вітамін С. Всі жиророзчинні вітаміни містять велику частку вуглеводневих структурних компонентів. Є один або два атоми кисню, але сполуки в цілому неполярні. Навпаки, водорозчинні вітаміни містять велику кількість електронегативних атомів кисню та азоту, які можуть вступати у водневий зв'язок з водою. Більшість водорозчинних вітамінів діють як коферменти або потрібні для синтезу коферментів. Жиророзчинні вітаміни важливі для різноманітних фізіологічних функцій. Ключові вітаміни і їх функції знаходяться в таблицях\(\PageIndex{1}\) і\(\PageIndex{2}\).

Таблиця\(\PageIndex{2}\): Водорозчинні вітаміни та фізіологічні функції
Вітамін	Коензим	Функція коензиму	Дефіцит захворювання
вітамін B ₁ (тіамін)	тіамін пірофосфат	реакції декарбоксилювання	бери-бери
вітамін B ₂ (рибофлавін)	флавін мононуклеотид або флавін аденін-динуклеотид	окислювально-відновні реакції за участю двох атомів водню	—
вітамін B ₃ (ніацин)	нікотинамід аденін-динуклеотид або нікотинамід аденін-динуклеотид фосфат	окислювально-відновні реакції за участю іона гідриду (H ⁻)	пеллагра
вітамін B ₆ (піридоксин)	піридоксаль фосфат	різноманітність реакцій, включаючи перенесення аміногруп	—
вітамін В ₁₂ (ціанокобаламін)	метилкобаламін або дезоксиаденоксилкобаламін	реакції внутрішньомолекулярної перебудови	перніціозна анемія
біотин	біотин	реакції карбоксилювання	—
фолієва кислота	тетрагідрофолат	носій одновуглецевих одиниць типу формульної групи	анемія
пантотенова кислота	коензим А	носій ацильних груп	—
вітамін С (аскорбінова кислота)	жоден	антиоксидант; утворення колагену, білка, що міститься в сухожиллах, зв'язках та кістках	цинга

Вітаміни С і Е, а також провітамін β-каротин можуть виступати в якості антиоксидантів в організмі. Антиоксиданти запобігають пошкодженню вільними радикалами, які є молекулами, які мають високу реакцію, оскільки вони мають непарні електрони. Вільні радикали утворюються не тільки в результаті метаболічних реакцій за участю кисню, а й такими факторами навколишнього середовища, як радіація і забруднення.

β-каротин відомий як провітамін, оскільки він може бути перетворений у вітамін А в організмі.

Вільні радикали реагують найчастіше з ліпопротеїнами та ненасиченими жирними кислотами в клітинних мембранах, видаляючи електрон з цих молекул і, таким чином, генеруючи новий вільний радикал. Процес стає ланцюговою реакцією, яка остаточно призводить до окислювальної деградації уражених сполук. Антиоксиданти реагують з вільними радикалами, щоб зупинити ці ланцюгові реакції, утворюючи більш стабільну молекулу або, у випадку вітаміну Е, вільний радикал, який набагато менш реактивний (вітамін Е перетворюється назад у вихідну форму через взаємодію з вітаміном С).

Резюме

Вітаміни - це органічні сполуки, які необхідні в дуже малих кількостях для підтримки нормального обміну речовин. Вітаміни діляться на дві великі категорії: жиророзчинні вітаміни і водорозчинні вітаміни. Більшість водорозчинних вітамінів необхідні для утворення коферментів, які є органічними молекулами, необхідними деяким ферментам для каталітичної активності.