Биологическая химия - часть 54

структуре его содержатся два кольца – пиримидиновое и тиазоловое, соеди-

ненных метиленовой связью. Обе кольцевые системы синтезируются от-

дельно в виде фосфорилированных форм, затем объединяются через чет-

вертичный 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 объяс-

няется 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 от-

метить, 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 сер-

дечно-сосудистой системы. Специфические симптомы связаны с преиму-

щественными нарушениями деятельности и сердечно-сосудистой, и нервной

систем, а также пищеварительного тракта. В настоящее время пересмат-

ривается 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

221

Витамин B

1

Тиаминпирофосфат (тиаминдифосфат)

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 сер-

дечно-сосудистая система, хотя отмечаются также явления полиневрита.

Наконец, выделяют остро протекающую кардиальную форму болезни,

называемую пернициозной, которая приводит к летальному исходу в ре-

зультате развития острой сердечной недостаточности. В связи с внедрением

в медицинскую практику кристаллического препарата тиамина летальность

резко сократилась и наметились рациональные пути лечения и профи-

лактики этого заболевания.

К наиболее ранним симптомам авитаминоза В

1

 относятся нарушения

моторной и секреторной функций пищеварительного тракта: потеря ап-

петита, замедление перистальтики (атония) кишечника, а также изменения

психики, заключающиеся в потере памяти на недавние события, склонности

к галлюцинациям; отмечаются изменения деятельности сердечно-сосудис-

той системы: одышка, сердцебиение, боли в области сердца. При даль-

нейшем развитии авитаминоза выявляются симптомы поражения пери-

ферической нервной системы (дегенеративные изменения нервных окон-

чаний и проводящих пучков), выражающиеся в расстройстве чувстви-

тельности, 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 раз-

витием 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 –  п и р у в а т - и  α - к е т о г л у т а р а т д е г и д р о г е н а з н ы х

комплексов, катализирующих  о к и с л и т е л ь н о е  д е к а р б о к с и л и р о в а н и е

пировиноградной и α-кетоглутаровой кислот. В составе транскетолазы

ТПФ участвует в переносе гликоальдегидного радикала от кетосахаров на

альдосахара (см. главу 10). ТПФ является коферментом пируватдекар-

боксилазы клеток дрожжей (при алкогольной ферментации) и дегидро-

геназы γ-оксикетоглутаровой кислоты.

Приведенными примерами, вероятнее всего, не ограничиваются биоло-

гические функции тиамина. В частности, ТПФ участвует в окислительном

декарбоксилировании глиоксиловой кислоты и α-кетокислот, образующих-

ся при распаде аминокислот с разветвленной боковой цепью; в растениях

ТПФ является эссенциальным кофактором при синтезе валина и лейцина

в составе фермента ацетолактатсинтетазы.

Распространение в природе и суточная потребность. Витамин В

1

 широко

распространен в природе. Основное количество его человек получает

с растительной пищей. Много витамина B

1

 содержится в дрожжах, пше-

ничном хлебе из муки грубого помола, оболочке и зародышах семян

хлебных злаков, сое, фасоли, горохе, меньше – в картофеле, моркови,

капусте. Из продуктов животного происхождения наиболее богаты ви-

тамином B

1

 печень, почки, мозг. Некоторые бактерии, населяющие ки-

222

шечник животных, способны синтезировать достаточное количество ти-

амина: например, количества витамина В

1

, синтезированного микрофлорой

кишечника коров, оказывается вполне достаточно для покрытия потреб-

ностей организма. Рекомендуемые Институтом питания РАМН нормы

суточного потребления тиамина для отдельных групп населения состав-

ляют от 1,2 до 2,2 мг.

Витамин В

2

Витамин В

2

 (рибофлавин) впервые был выделен из молока и ряда других

пищевых продуктов. В зависимости от источника получения витамин В

2

называли по-разному, хотя по существу это было одно и то же соединение:

лактофлавин (из молока), гепатофлавин (из печени), овофлавин (из белка

яиц), вердофлавин (из растений). Химический синтез витамина В

2

 был

осуществлен в 1935 г. Р. Куном. Растворы витамина В

2

 имеют оранжево-

желтую окраску и характеризуются желто-зеленой флюоресценцией.

В основе молекулы рибофлавина лежит гетероциклическое соединение

изоаллоксазин (сочетание бензольного, пиразинового и пиримидинового

колец), к которому в положении 9 присоединен пятиатомный спирт риби-

тол. Химическое название «рибофлавин» отражает наличие рибитола и

желтой окраски препарата *, рациональное название его 6,7-диметил-9-

D-рибитилизоаллоксазин.

Рибофлавин хорошо растворим в воде, устойчив в кислых растворах, но

легко разрушается в нейтральных и щелочных растворах. Он весьма

чувствителен к видимому и УФ-излучению и сравнительно легко под-

вергается обратимому восстановлению, присоединяя водород по месту

двойных связей и превращаясь в бесцветную лейкоформу. Это свойство

рибофлавина легко окисляться и восстанавливаться лежит в основе его

биологического действия в клеточном метаболизме.

Клинические проявления недостаточности рибофлавина лучше всего

изучены на экспериментальных животных. Помимо остановки роста, вы-

падения волос (алопеция), характерных для большинства авитаминозов,

специфичными для авитаминоза В

2

 являются воспалительные процессы

слизистой оболочки языка (глоссит), губ, особенно у углов рта, эпителия

кожи и др. Наиболее характерны кератиты, воспалительные процессы

и усиленная васкуляризация роговой оболочки, катаракта (помутнение

хрусталика). При авитаминозе В

2

 у людей развиваются общая мышечная

слабость и слабость сердечной мышцы.

* Желтый цвет присущ только окисленной форме препарата, рибофлавин в восста-

новленной форме – бесцветное соединение.

223

Рибофлавин

Согласно данным К. Яги, существует прямая связь между степенью

недостаточности рибофлавина у животных и накоплением в крови про-

дуктов перекисного окисления липидов (ПОЛ), развитием атеросклероза

и катаракты. Эти нарушения, по мнению автора, указывают на важную

роль флавопротеинов в молекулярных механизмах синтеза и распада

продуктов ПОЛ.

Биологическая роль. Рибофлавин входит в состав флавиновых кофер-

ментов, в частности ФМН и ФАД *, являющихся в свою очередь просте-

тическими группами ферментов ряда других сложных белков – флаво-

протеинов. Некоторые флавопротеины в дополнение к ФМН или ФАД

содержат еще прочно связанные неорганические ионы, в частности железо

или молибден, наделенные способностью катализировать транспорт элек-

тронов. Различают 2 типа химических реакций, катализируемых этими

ферментами. К первому относятся реакции, в которых фермент осуществ-

ляет прямое окисление с участием кислорода, т.е. дегидрирование (от-

щепление электронов и протонов) исходного субстрата или промежуточ-

ного метаболита. К ферментам этой группы относятся оксидазы L- и

D-аминокислот, глициноксидаза, альдегидоксидаза, ксантиноксидаза и др.

Вторая группа реакций, катализируемых флавопротеинами, характеризует-

ся переносом электронов и протонов не от исходного субстрата, а от

восстановленных пиридиновых коферментов. Ферменты этой группы иг-

рают главную роль в биологическом окислении. В каталитическом цикле

изоаллоксазиновый остаток ФАД или ФМН подвергается обратимому

восстановлению с присоединением электронов и атомов водорода к N

1

и N

10

. ФМН и ФАД прочно связываются с белковым компонентом, иногда

даже ковалентно, как, например, в молекуле сукцинатдегидрогеназы.

ФМН синтезируется в организме животных из свободного рибофлавина

и АТФ при участии специфического фермента рибофлавинкиназы:

Образование ФАД в тканях также протекает при участии специфического

АТФ-зависимого фермента ФМН-аденилилтрансферазы. Исходным ве-

ществом для синтеза является ФМН:

Распространение в природе и суточная потребность. Рибофлавин достаточно

широко распространен в природе. Он содержится почти во всех животных

тканях и растениях; сравнительно высокие концентрации его обнаружены

в дрожжах. Из пищевых продуктов рибофлавином богаты хлеб (из муки

грубого помола), семена злаков, яйца, молоко, мясо, свежие овощи и др.;

в молоке он содержится в свободном состоянии, а в печени и почках

животных прочно связан с белками в составе ФАД и ФМН. Из организма

человека и животных рибофлавин выделяется с мочой в свободном виде.

Суточная потребность взрослого человека в рибофлавине составляет 1,7 мг,

в пожилом возрасте и при тяжелой физической работе эта потребность

возрастает.

* Структурные формулы ФМН и ФАД и молекулярные механизмы их действия в составе

специфических ферментов представлены в главе 9.

224

Рибофлавин + АТФ

Mg

2+

Рибофлавин-5'-фосфат (ФМН) + АДФ.

ФМН

 + АТФ

Мg

2+

ФАД + Пирофосфат.