Биологическая химия - часть 56

биотин, при попадании в организм подвергаются протеолизу с осво-

бождением свободного биоцитина; последний подвергается гидролизу под

действием биоцитиназы печени и сыворотки крови с образованием биотина

и лизина.

Клинические проявления недостаточности биотина у человека изучены

недостаточно. Это объясняется тем, что бактерии кишечника обладают

способностью синтезировать биотин в необходимых количествах. Недоста-

точность его проявляется в случае употребления большого количества

сырого яичного белка или приема сульфаниламидных препаратов и анти-

биотиков, подавляющих рост бактерий в кишечнике. У человека при

недостаточности биотина отмечаются воспалительные процессы кожи

(дерматиты), сопровождающиеся усиленной деятельностью сальных желез,

выпадением волос, поражением ногтей, часто отмечаются боли в мышцах,

усталость, сонливость, депрессия, а также анорексия и анемия. Все эти

явления обычно проходят через несколько дней после ежедневного введения

биотина. У крыс недостаточность биотина, вызванная введением с пищей

сырого яичного белка, вызывает явления острого дерматита, облысение

и параличи.

Биологическая роль. Биотин подробно изучен благодаря работам

Ф. Линена. Известные к настоящему времени биотиновые ферменты (т.е.

ферменты, содержащие в качестве кофермента биотин) катализируют два

типа реакций:

1) реакции карбоксилирования (с участием СО

2

 или НСО

3–

), сопря-

женные с распадом АТФ

RH + HCO

3–

 + АТФ <=> R-COOH + АДФ + Н

3

РО

4

;

2) реакции транскарбоксилирования (протекающие без участия АТФ),

при которых субстраты обмениваются карбоксильной группой

R

1

-COOH + R

2

H <=> R

1

H + R

2

-COOH.

Получены доказательства двустадийного механизма этих реакций с

образованием промежуточного комплекса (карбоксибиотинилфермент).

К реакциям первого типа относятся, например, ацетил-КоА- и пируват-

карбоксилазные реакции:

C H

3

– C O – S - K o A + CO

2

 + АТФ <=>  H O O C – C H

2

– C O – K o A + АДФ + P

i

.

Пируваткарбоксилаза является высокоспецифичным ферментом, ката-

лизирующим уникальную реакцию усвоения СО

2

 в организме животных.

Сущность реакции сводится к пополнению запасов оксалоацетата (щаве-

левоуксусная кислота) в лимоннокислом цикле (так называемые «анаплеро-

тические», «пополняющие» реакции), т.е. его синтезу из СО

2

 и пирувата:

Пируват +

 CO

2

 + АТФ + H

2

O —> Оксалоацетат + АДФ + P

i

 + 2H

+

Реакция протекает в две стадии: на первой стадии, связанной с затратой

энергии, СО

2

 подвергается активированию, т.е. ковалентному связыванию

с биотином в активном центре фермента (Е-биотин):

229

CO

2

 +

Биотин

+ АТФ + H

2

O

Биотин

+ АДФ + P

i

 + 2H

+

На второй стадии СО

2

 из комплекса переносится на пируват с об-

разованием оксалоацетата и освобождением фермента:

Примером второго типа реакций является метилмалонил-оксалоаце-

тат-транскарбоксилазная реакция, катализирующая обратимое превраще-

ние пировиноградной и щавелевоуксусной кислот:

Реакции карбоксилирования и транскарбоксилирования имеют важное

значение в организме при синтезе высших жирных кислот, белков, пури-

новых нуклеотидов (соответственно нуклеиновых кислот) и др.

Распространение в природе и суточная потребность. Биотин содержится

почти во всех продуктах животного и растительного происхождения,

главным образом в связанной форме. Богаты этим витамином печень,

почки, молоко, желток яйца. В растительных продуктах (картофель, лук,

томат, шпинат) биотин находится как в свободном, гак и в связанном

состоянии. Для человека и животных важным источником является биотин,

синтезируемый микрофлорой кишечника. Суточная потребность взрослого

человека в биотине приблизительно 0,25 мг.

Фолиевая кислота

Фолиевая (птероилглутаминовая) кислота (фолацин) в зависимости от вида

животных или штамма бактерий, нуждающихся для нормального роста

в присутствии этого пищевого фактора, называлась по-разному: фактор

роста L. casei; витамин М, необходимый для нормального кроветворения

у обезьян; витамин В

с

, фактор роста цыплят (индекс «с» от англ.

chicken – цыпленок). В 1941 г. фолиевая кислота была выделена из зеленых

листьев растений, в связи с чем и получила свое окончательное название (от

лат. folium – лист). Еще до установления химического строения фолиевой

кислоты было показано, что для роста некоторых бактерий необходимо

присутствие в питательной среде парааминобензойной кислоты. Добавле-

ние структурных аналогов ее, в частности сульфаниламидных препаратов,

наоборот, оказывало тормозящее действие на рост бактерий. В настоящее

время установлено, что это ростстимулирующее действие парааминобен-

зойной кислоты обусловлено включением ее в состав более сложно по-

строенной молекулы фолиевой кислоты.

Фолиевая кислота состоит из трех структурных единиц: остатка 2-

амино-4-окси-6-метилптеридина (I), парааминобензойной (II) и L-глута-

миновой * (III) кислот и имеет следующую структуру:

* У бактерий количество глутаминовой кислоты в молекуле витамина достигает 3-6

остатков, соединенных между собой γ-глутамильными связями.

230

Метилмалонил-КоА

Пируват

Пропионил-КоА

Оксалоацетат

Биотин

Пируват

Биотин

+

Оксалоацетат

Фолиевая кислота ограниченно растворима в воде, но хорошо раство-

рима в разбавленных растворах спирта; имеет характерные спектры погло-

щения в УФ-области спектра. Недостаточность фолиевой кислоты трудно

вызвать даже у животных без предварительного подавления в кишечнике

роста микроорганизмов, которые синтезируют ее в необходимых коли-

чествах; авитаминоз обычно вызывают введением антибиотиков и скарм-

ливанием животным пищи, лишенной фолиевой кислоты. У обязьян фо-

лиевая недостаточность сопровождается развитием специфической анемии;

у крыс сначала развивается лейкопения, а затем анемия. У человека

наблюдается клиническая картина макроцитарной анемии, очень похожая

на проявления пернициозной анемии – следствия недостаточности витамина

В

12

, хотя нарушения нервной системы отсутствуют. Иногда отмечается

диарея. Имеются доказательства, что при недостаточности фолиевой

кислоты нарушается процесс биосинтеза ДНК в клетках костного мозга,

в которых в норме осуществляется эритропоэз. Как следствие этого

в периферической крови появляются молодые клетки – мегалобласты – с

относительно меньшим содержанием ДНК.

Биологическая роль. Коферментные функции фолиевой кислоты связаны

не со свободной формой витамина, а с восстановленным его птеридиновым

производным. Восстановление сводится к разрыву двух двойных связей

и присоединению четырех водородных атомов в положениях 5, 6, 7 и 8

с образованием тетрагидрофолиевой кислоты (ТГФК). Оно протекает

в 2 стадии в животных тканях при участии специфических ферментов,

содержащих восстановленный НАДФ. Сначала при действии фолатредук-

тазы образуется дигидрофолиевая кислота (ДГФК), которая при участии

второго фермента – дигидрофолатредуктазы – восстанавливается в ТГФК:

ФК + НАДФН + Н

+

 <=> ДГФК + НАДФ

+

;

ДГФК + НАДФН + Н

+

 <=> ТГФК + НАДФ

+

Доказано, что коферментные функции ТГФК непосредственно связаны

с переносом одноуглеродных групп, первичными источниками которых

в организме являются β-углеродный атом серина, α-углеродный атом

231

Фолиевая (птероилглутаминовая) кислота

5,6,7,8-Тетрагидрофолиевая кислота (ТГФК)

глицина, углерод метальных групп метионина, холина, 2-й углеродный

атом индольного кольца триптофана, 2-й углеродный атом имидазольного

кольца гистидина, а также формальдегид, муравьиная кислота и метанол.

К настоящему времени открыто шесть одноуглеродных групп, включа-

ющихся в разнообразные биохимические превращения в составе ТГФК:

ф о р м и л ь н а я (—СНО),  м е т и л ь н а я (—СН

3

),  м е т и л е н о в а я (—СН

2

—),

м е т е н и л ь н а я (—СН=),  о к с и м е т и л ь н а я (—СН

2

ОН) и формими-

н о в а я (—CH=NH). Выяснено, что присоединение этих фрагментов к

ТГФК является ферментативной реакцией ковалентного связывания их

с 5-м или 10-м атомом азота (или с обоими атомами вместе). В качестве

примера приводим отдельные функциональные группы в активных участках

ТГФК:

Имеются данные, что производные ТГФК участвуют в переносе одно-

углеродных фрагментов при биосинтезе метионина и тимина (перенос

метильной группы), серина (перенос оксиметильной группы), образовании

пуриновых нуклеотидов (перенос формильной группы) и т.д. (см. главы 12

и 13). Перечисленные вещества играют исключительно важную, ключевую,

роль в биосинтезе белков и нуклеиновых кислот, поэтому становятся

понятными те глубокие нарушения обмена, которые наблюдаются при

недостаточности фолиевой кислоты.

В медицинской практике (в частности, в онкологии) нашли применение

некоторые синтетические аналоги (антагонисты) фолиевой кислоты. Так,

4-аминоптерин используется в качестве препарата, тормозящего синтез

нуклеиновых кислот, и рекомендуется в качестве лечебного препарата при

опухолевых поражениях, в частности при острых и хронических формах

лейкозов у детей и взрослых.

Распространение в природе и суточная потребность. Вещества, обла-

дающие активностью фолиевой кислоты, широко распространены в при-

роде. Богатыми источниками их являются зеленые листья растений и

дрожжи. Эти вещества содержатся также в печени, почках, мясе и других

продуктах. Многие микроорганизмы кишечника животных и человека

синтезируют фолиевую кислоту в количествах, достаточных для удовлет-

ворения потребностей организма в этом витамине. Суточная потребность

в свободной фолиевой кислоте для взрослого человека составляет 1-2 мг.

Витамин В

12

Витамин В

12

 (кобаламин; антианемический витамин) выделен из печени

в кристаллическом виде в 1948 г. Задолго до этого было известно, что

в печени животных содержится особое вещество, регулирующее процесс

кроветворения и оказывающее лечебный эффект при пернициозной (зло-

качественной) анемии у людей. Однако только в 1955 г. Д. Ходжкин *

* Дороти Ходжкин была присуждена Нобелевская премия (1964) за расшифровку струк-

туры витамина В

12

 методом рентгеноструктурного анализа. Она избрана иностранным членом

АН СССР.

232

N

10

-формил-ТГФК

N

5

, N

10

-метилен-ТГФК