Обмін тіаміну в організмі

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вступ

Вітамін В₁ (тіамін) є незамінним харчовим фактором, який відповідає за деякі життєво важливі функції організму. Дефіцит тіаміну викликає поліневрити у тварин, призводить до розвитку у людей серцево-судинних і невралгічних захворювань, хвороби бері-бері і синдрому Верніке-Корсакова.

Об'єктом дослідження є функції тіаміну та його похідних в організмі як учасників багатьох життєво важливих реакцій, предметом - вітамін В₁ та його фосфорні ефіри. Метою роботи є розуміння впливу вітаміну В₁ на метаболічні процеси організму, передусім людського, та виявлення найбільш перспективних областей розглянутої теми для вдосконалення контролю за згаданими вище процесами, а також створення необхідних медичних препаратів.

Перед написанням реферату були поставлені наступні завдання:

Розгляд історії відкриття та вивчення тіаміну.

Вивчення фізичних та хімічних властивостей розглянутої сполуки.

Аналізу даних щодо обміну вітаміну В₁ в організмі.

Пошук та висвітлення останніх даних щодо коферментної функції тіаміну та його похідних.

Історія досліджень даного вітаміну з моменту його виділення в кристалічній формі налічує вже більше 80 років. За цей період зроблено дуже багато відкриттів у розшифровці молекулярних механізмів, за допомогою яких реалізується каталітична функція тіаміндифосфату у внутрішньоклітинних процесах, і сьогодні число відомих ТПФ-залежних ферментів вже перевищило 25. Тим не менш, ми, імовірно, все ще далекі від створення цілісної картини, яка б відображала всі аспекти біологічної активності тіаміну. Саме тому тема даного реферату є надзвичайно актуальною у наш час.

1 Історія відкриття тіаміну

вітамін тіаміндифосфат піруватдегідрогеназний реакція

Вітамін B₁ (тіамін) - це водорозчинний вітамін, який не накопичується в організмі і не є токсичним. Історія відкриття цього вітаміну взагалі цікава і важлива в цілому для історії вітамінів. Адже присвоєння вітаміну B₁ його назви, якраз і призвело до появи слова вітамін. «Віта» - означає «життя», а «амін» - «азотовмісна сполука».

Його історія тісно пов'язана з такою хворобою як бері-бері, яка поширена переважно на Сході. Якщо перекласти назву, то вона означає «не можу, не можу». Дана хвороба супроводжується серйозним м'язовим виснаженням, яке веде до серцевої недостатності та психічних розладів. Бері-бері у дітей характеризується здуттям живота, конвульсією, нудотою та відсутністю апетиту [1].

У часи розквіту англійських колоній у Південно-Східній Азії у колонізаторів стала розвиватися хвороба, симптоми якої не були схожі на жодне з раніше відомих захворювань. Ця недуга зазвичай призводила до смерті. Аборигени назвали його «бері-бері» (від сингальского beri - слабкість) і вважали результатом «гніву богів», посланого на ненависних загарбників .

Місцевих жителів можна було зрозуміти, так як хвороба зустрічалася тільки у англійців, а у старожилів ж все було в порядку. Пізніше з'ясувалося, що місцеві жителі вживали в їжу рис з шкіркою, що містить вітамін В₁, в той час як англійці в силу цивілізованості - тільки очищений рис [2].

Вперше в VII столітті з'явилася класична характеристика цього захворювання, її автором став Чао-Янг-Фанг Ву-Чин. Голландським медикам, якими були Ейхман і Грінс, в 1897 році вдалося продемонструвати, що симптоми бері-бері можна викликати у курчат, якщо давати їм як корм шліфований рис, так як в ньому не міститься вітаміну B₁ [1].

Християн Ейкман також припустив існування паралітичної отрути в ендоспермі рису і корисних для організму речовин, що здатні вилікувати хворобу бері-бері, в рисових висівках. За дослідження, які привели до відкриття вітамінів, Ейкман отримав в 1929 році Нобелівську премію в галузі медицини.

Вчений Казимир Функ в 1912 році з екстракту рисових висівок виділив чинник, що перешкоджає появі хвороби бері-бері, і назвав його «аміном». Функ наполягав на тому, що й інші хвороби теж можуть викликатися нестачею якихось, поки ще не відомих, речовин. А завдяки Роберту Вільямсу з'явилися хімічна формула вітаміну і назва його - «тіамін». У чистому вигляді вперше виділений Б. Янсеном в 1926 році. А вже в 1937 році, було відкрито перше промислове виробництво вітаміну B₁.

Вперше в СРСР був отриманий синтетичний (штучний) вітамін В₁ в пробірці лаборанта Корольової Марії Іванівни, в Москві в 1946 році на московському експериментальному вітамінному заводі. За отримання вітаміну В₁ лаборант Корольова М. І. була підвищена на посаді до «Хімік» з внесенням подяки до особової справи. Це був другий, після вітаміну С синтетичний вітамін в СРСР, випуск якого освоєний вітамінної промисловістю [3].

Його ще називають вітаміном оптимізму. Він сприяє тому, щоб організм нормально ріс і розвивався, щоб належно працювала серцевосудинна і травна системи, бере участь в процесі метаболізму вуглеводів і жирів [1].

2 Хімічні та фізичні властивості вітаміну В1

Тіамін, або 3-[(4-аміно-2-метил-5-піримідо) метил]-5-(2-гідроксіетил)-4-метил-тіазол, отримується синтетично зазвичай у вигляді хлористо- або бромистоводневої солі [4]

Тіамінхлорид (рис. 2.1) кристалізується з Ѕ Н₂О в безбарвних моноклінічних голках, плавиться при 233-234°С (з розкладанням). В нейтральному середовищі його спектр поглинання має два максимуми - 235 і 267 нм, а при рН 6,5 один - 245-247 нм. Вітамін добре розчиняється у воді й оцтовій кислоті, дещо гірше в етиловому і метиловому спиртах та не розчиняється зовсім в хлороформі, ефірі, бензолі, ацетоні. З водних розчинів тіамін може бути осаджений фосфорно-вольфрамовою або пікриновою кислотами. В лужному середовищі тіамін піддається численним перетворенням (рис. 2.2), які, залежно від природи доданого окислювача, можуть завершуватися утворенням тіаміндисульфіда або тіохрома [5].

У кислому середовищі вітамін розкладається тільки при тривалому нагріванні, утворюючи 5-гідрокси-метилпірімідин, мурашину кислоту, 5_амінометилпірімідин, тіазоловий компонент вітаміну і 3_ацетил_3_меркапто_1_пропанол. Серед продуктів розпаду вітаміну в лужному середовищі ідентифіковані тіотіамін, сірководень, пірімідодіазепін та ін.

Отримано також сульфат і мононітрат вітаміну. Відомі солі тіаміну з нафталенсульфоновою, арілсульфоновою, ацетилсірчаною та ефіри з оцтовою, пропіоновою, масляною, бензойною та іншими кислотами.

Особливе значення мають ефіри тіаміну з фосфорною кислотою, зокрема ТДФ, що є коферментною формою вітаміну. Отримано гомологи тіаміну шляхом різних заміщень на другому (етил-, бутил-, оксіметил-, оксіетил-, феніл-, оксіфеніл-, бензил-, тіоалкіл-), четвертому (оксітіамін) і шостому (метил-, етил-) атомах вуглецю піримидину метилюванням аміногруп, заміщенням тіазолового залишку на піримідиновий (піритіамін), імідозолового або оксазолового, модифікаціями замісників біля п'ятого атому вуглецю тіазола (метил-, оксіметил-, етил-, хлоретил-, оксіпропіл- та ін.).

Окрему велику групу сполук вітаміну становлять S-алкільні і дисульфідні похідні. Серед останніх найбільше поширення як вітамінний препарат отримав тіамінпропілдисульфід (ТПДС) [7].

3 Обмін тіаміну в організмі

3.1 Транспорт вітаміну в клітину

Вітамін В₁ синтезується бактеріями, іншими мікроорганізмами і рослинами. Тваринні клітини не здатні до біосинтезу тіаміну, і тому він має постійно надходити в організм з їжею [8].

При фізіологічних концентраціях, які в просвіті кишечника людини і щура складають менше, ніж 2 мкМ, тіамін адсорбується клітинами епітелію за допомогою опосередкованого білком-переносником процесу. Цей процес є електронейтральним, не залежить від наявності іонів Na⁺ і К⁺ і протікає по механізму тіамін/Н⁺ - антипорта. При більш високих концентраціях (> 2 мкМ) тіамін надходить в ентероцити головним чином в результаті пасивної дифузії. Описані властивості характерні і для систем транспорту тіаміну в інших органах і тканинах ссавців [8,9,10].

Після перенесення в клітину молекула тіаміну швидко фосфорилюється до тіамінпірофосфату (ТПФ) під дією тіамінпірофосфокінази (ТПК); як вважають, це є рушійною силою всього процесу [11,12].

Через гематоенцефалічний бар'єр тіамін і ТМФ проникають за допомогою

активного транспорту, механізм якого включає компонент, який насичується, і ненасичуваний компонент. ТМФ може також поглинатися клітинами інших тканин за участі переносника відновленого фолату [13].

Порівняно недавно були клоновані комплементарні ДНК білків-переносників, які здійснюють транспорт тіаміну в органи і тканини людини.

Мутації в одному з переносників тіаміну є причиною рідкісного аутосомного рецесивного захворювання - тіамін-чутливої ??мегалобластичної анемії (синдром Роджерса), що супроводжується цукровим діабетом і глухотою [14].

3.2 Біосинтез тіаміндифосфату

Біосинтез ТПФ в еукаріотних організмах і принаймні у деяких прокаріотів здійснюється в ході реакції: тіамін + АТФ=ТПФ + АМФ, яка каталізується тіамінпірофосфаткіназою (ТПК) [15].

За даними фізико-хімічних методів аналізу ТПК ссавців - гомодимер з молекулярною масою 50-64 кДа, побудований з двох ідентичних субодиниць. Порівняно недавно були клоновані та експресовані в E. coli комплементарні ДНК даного ферменту миші і людини [15,16].

Субодиниця ТПК побудована з двох доменів, один з яких представляє собою укладку Россмана з 4 б-спіралями на кожній стороні 6-ланцюгового антипаралельного в-шару. У другому домені розташовані 4- і 6-ланцюговий антипаралельні в-шари, що формують сплощену сандвічеподібну структуру. Активний центр знаходиться в щілині між дотичними поверхнями субодиниць.

Активною є димерна форма ферменту з молекулярною масою 44 кДа. Ця форма здатна агрегувати, утворюючи низькоактивних тетрамер. Аналогічна схильність до асоціації характерна також для ТПК з дріжджів S. сarlsbergensis, яка залежно від рН середовища може бути представлена ??різними олігомерними формами, що знаходяться в динамічній рівновазі [17].

ТПК-реакція проявляє абсолютну залежність від катіонів двовалентних металів; при цьому істинним субстратом служить комплекс металу з ферментом (рис. 3.2.1). Методом сайт-спрямованого мутагенезу було показано, що в каталітичному механізмі рекомбінантної ТПК людини важлива роль належить залишкам Asp-71, Asp-73, Gln-96, Thr-99, Asp-100, Arg-131 і Asp-133 [18].

У печінці, ентероцитах та еритроцитах ТПК локалізована виключно в цитозольній фракції клітини.

ТПФ, синтезований de novo, займає центральне положення в метаболізмі фосфорних ефірів тіаміну в еукаріотних клітинах. Основна його маса транспортується в мітохондрії, де включається в піруват- і оксоглутаратдегідрогеназний комплекси (ПДГК і ОГДГК), а також дегідрогеназний комплекс б-кетокислот з розгалуженим ланцюгом. Інша частина зв'язується з цитозольною транскетолазою (ТК). За деякими оцінками, до складу ТПФ-залежних ферментів нервової тканини включено 90-95% від загального внутрішньоклітинного вмісту тіаміндифосфату; цей білковозв'язаний кофермент формує пул, швидкість обороту якого коливається в межах 6-20 год. Однак в гепатоцитах на частку вільного ТПФ може припадати до 60% [19].

Транспорт ТПФ в мітохондрії печінки опосередкований білком-переносником з K_м 20 мкМ [64]. У матриксі мітохондрій вільний кофермент може гидролизоваться ТПФазой, а утворений при цьому ТМФ транспортується назад в цитозоль, де піддається подальшому розщепленню до тіаміну - субстрату ТПК. Можливо, перенесення ТМФ з мітохондрій здійснюється в обмін на ТДФ [15].

3.3 Катаболізм тіаміну та тіаміндифосфату

Нирки активно екскретують тіамін в сечу. У дорослої людини за добу виділяється від 100 до 600 мкг тіаміну. Введення підвищених кількостей вітаміну з їжею або перентерально збільшує виділення вітаміну з сечею, але в міру підвищення доз пропорційність поступово зникає і в сечі поряд з тіаміном починають в зростаючих кількостях з'являтися продукти його розпаду, яких при введенні понад 10 мг вітаміну може бути до 40-50% вихідної дози [20].

Досліди з міченим тіаміном показали, що поряд з незміненим вітаміном в сечі виявляється деяка кількість тіохрома, тіаміндисульфату, піримідиновий, тіалозовий компоненти і різні вуглець- і сірковмісні осколки, в тому числі мічені сульфати [21].

Таким чином, руйнування тіаміну в тканинах тварин і людини відбувається досить інтенсивно, але до теперішнього часу не встановлені реакції, через які цей процес здійснюється. Спроби виявити в тваринних тканинах ферменти, які специфічно руйнують тіамін, поки не дали переконливих результатів, хоча є окремі повідомлення с приводу цього питання [22].

Сумарний вміст тіаміну в усьому організмі людини, нормально забезпеченому вітаміном, становить приблизно 30 мг. У плазмі крові переважає вільний тіамін (0,1- 0,6 мкг%), (Ю. М. Островський, 1957), а в еритроцитах (2,1 мкг на 1011 клітин) і лейкоцитах (340 мкг на 1011 клітин) - фосфорильований.

Вільний тіамін в нормі легко визначається в кишечнику і нирках, що може бути пов'язано і з недоліками чисто методичного порядку, так як ці тканини володіють виключно високою фосфатазною активністю і до моменту взяття матеріалу на дослідження вже мало б відбуватися часткове дефосфорилювання ефірів вітаміну. З іншого боку, ці ж механізми можуть відігравати певну роль у видаленні вітаміну з крові в сечу або кал. Кількість вітаміну в останньому у людини становить приблизно 0,4-1 мкг і навряд чи пов'язана в якийсь помітній мірі з біосинтезом вітаміну кишковою мікрофлорою.

Певне уявлення про динаміку обміну тканинних запасів вітаміну дають досліди, проведені S35-тиамином. Оновлення тіаміну відбувається в різних тканинах з різною швидкістю і практично повна заміна нерадіоактивного вітаміну на радіоактивний (вводиться щоденно) здійснюється до 8-го дня досліду лише в печінці, нирках, селезінці і скелетних м'язах. У серці, підшлунковій залозі, тканинах мозку до зазначеного терміну процес не завершується. Друга фаза досліду (Авітамінозних режим) дозволяє виявити ряд цікавих закономірностей у відношенні витрачання ендогенних запасів вітаміну різними тканинами.

Негайно і з найбільшою швидкістю втрачається мітка тканиною печінки та підшлункової залози. Рівномірно з першого дня позбавлення тваринами від міченого тіаміну падає радіоактивність в селезінці, скелетних м'язах, нирках. Практично на одному і тому ж рівні залишається радіоактивність через добу після позбавлення тварин тіаміну в тканинах серця і дуже повільно втрачається мітка з мозку. Мабуть, в 1-й день авітамінозного режиму міокард ще асимілює з крові необхідну кількість тіаміну, що надійшов в неї з інших органів. Рівень мітки в крові залишається спочатку нормальним і помітно падає лише до 15-го дня експерименту (7-й день авітамінозу).

Якщо наприкінці авітамінозного режиму мишам знову почати вводити S35-тіамін, то ніякого посиленого споживання мітки тканинами не спостерігається, тобто попередня девітамінізація не створювала умов, які б сприяли наступній асиміляції вітаміну. Можна вважати, що в'язуванні вітаміну визначається не дефіцитом відповідних депо, а якимись лімітованими проміжними реакціями вітаміну.

Інтерес представляє і деяке уповільнення асиміляції при повторному введенні вітаміну в тканини мозку, серця і печінки. Можливо, це обумовлено дефіцитом відповідних апоферментів або міжтканинною конструкцією в захопленні міченого тіаміну з крові. Одночасно досліджена у тих же тварин активність транскетолази тканин тільки для крові корелювала в якійсь мірі зі ступенем девітамінізації всього організму. В інших тканинах між вмістом вітаміну й активністю ферменту за тривалі проміжки часу прямого зв'язку не виявлено. Тільки в умовах, коли кількість вітаміну зменшується в кілька разів, такий зв'язок починає проявлятися [17].

Аналогічні результати для співвідношень між рівнем тіаміну і активністю ТДФ-вмісних ферментів відзначено і іншими авторами. Найбільш істотний висновок з представлених результатів полягає в твердженні, що кількість вітаміну, що знаходиться в тканинах, у багато разів вище того рівня, який необхідний для забезпечення специфічних ферментних систем ТПФ. Зроблено висновок, що значні кількості вітаміну присутні в тканинах, особливо в серці і печінці, у вигляді його похідних, здійснюють некоферментні функції [23].

Що ж до гідролізу тіаміндифосфату - головної фоми існування вітаміну В₁ в організмі - в тканинах ідентифіковані два типи ТПФази, які володіють широкою субстратною специфічністю і позначаються як NDPаза B-типу (brain) і NDPаза L_типу (liver).

NDPаза В-типу, очищена до гомогенного стану з мембран головного мозку щура, має молярну масу 75 кДа і каталізує гідроліз ТПФ (K_м = 0,66 мМ) та інших дифосфатів. У присутності катіонів Mg²⁺ і з ТПФ в якості субстрату фермент проявляв максимальну активність при рН 6,0-6,5; АТФ, АДФ і піридоксаль-5'-фосфат інгібують його ТПФазну активність по конкурентному типу.

Було показано, що NDPаза L-типу - це білок з масою 130-140 кДа, побудований з двох ідентичних субодиниць. При нейтральних рН NDPаза L-типу проявляла слабку ТПФазну активність порівняно. ТПФазная активність ферменту максимальна при рН 8,8-9,0 і сильно зростає під впливом АТФ.

Sano et al. досліджували локалізацію NDPаз B- і L-типів в гепатоцитах щурів. В результаті ізоелектрофокусування (ІЕФ) ТПФазна активність екстракту апарату Гольджі поділялася на 6 смуг з pI між 5,4 і 6,3. Частково очищений фермент виявляв властивості, характерні для В-типу NDPази головного мозку по відношенню до субстратної специфічності, рН-оптимуму і інгібування АТФ. В той же час при ІЕФ мікросомальної фракції і подальшому фарбуванні гелю при рН 7,2 виявлялася лише одна смуга активності (рІ 4,6), яка, однак, не детектувалась, якщо в якості субстрату застосовували ТДФ. Ці результати дозволили зробити висновок, що NDPаза B-типу локалізована в апараті Гольджі, а фермент L-типу - в ЕПР. Даний висновок підтверджується гістохімічними дослідженнями [24,25].

4 Коферментна функція тіаміну

Коферментна функція тіаміну була відкрита в 1937 р., коли Лошман і Шустер виявили, що ТПФ є коферментом окисного декарбоксилювання пірувату дріжджової піруватдекарбоксилази [26].

На сьогодні відомо 28 ТПФ-залежних ферментів з присвоєними індивідуальними шифрами; 4 з них виконують важливі ролі в проміжному обміні. Це піруватдегідрогеназа (КФ 1.2.4.1), б-кетоглутаратдегідрогеназа (КФ 1.2.4.2) і дегідрогеназа б-кетокислот з розгалуженим ланцюгом (КФ 1.2.4.4), які входять до складу локалізованих в мітохондріях еукаріотних клітин і цитозолі прокаріот дегідрогеназних мультиферментних комплексів, а також цитозольна транскетолаза (ТК).

4.1 Реакції піруватдегідрогеназного комплексу

Піруватдегідрогеназний комплекс (рис. 4.1.1) (ПДГК), що містить крім піруватдегідрогенази (Е1) ще два каталітичних компоненти - дигідроліпоіл-ацетилтрансферазу (Е2) і дигідроліпоілдегідрогеназу (Е3) каталізує окисне декарбоксилювання пірувату з утворенням ацетил-КоА і таким чином забезпечує входження в цикл Кребса продуктів багатьох специфічних шляхів катаболізму цукрів і амінокислот.

Реакція утворення ацетил-КоА є ключовою для всього метаболізму, і тому активність ПДГК знаходиться під строгим контролем. Мутація ПДГК, що виражається в заміні Arg-263 на Gly в Е1б-субодиниці, є однією з причин підгострої некротизуючої енцефалопатії (хвороба Лея). Оскільки ген Е1б_субодиниці локалізований в Х-хромосомі, синдром Лея, пов'язаний з дефектом ПДГК, являє собою зчеплене зі статтю захворювання [27].

Структурно-функціональна організація ПДГК ссавців (рис.4.1.2) детально вивчена. Відомо, що 60 субодиниць Е2 формують його серцевину, з якою пов'язані 30 б₂в₂_гетеротетрамерних молекул Е1 і 12 б₂-гомодимерних молекул Е3.

Активні центри всіх субодиниць комплексу щільно "підігнані" один до одного в місцях контакту, що забезпечує ефективне протікання послідовності каталітичних реакцій.

На I стадії процесу окисного декарбоксилювання піруват (рис. 4.1.3) втрачає свою карбоксильну групу в результаті взаємодії з тіамінпірофосфатом (ТПФ) у складі активного центру ферменту E1. На II стадії окснювальна група комплексу E₁-ТПФ-СНОН-СН₃ окислюється з утворенням ацетильної групи, яка одночасно переноситься на амід ліпоєвої кислоти, яка є коферментом Е2. Цей фермент каталізує III стадію - перенесення ацетильної групи на коензим КоА (HS-KoA) з утворенням кінцевого

продукту ацетил-КоА, який є високоенергетичною (макроергічною) сполукою.

Рисунок - Механізм дії піруватдегідрогеназного комплексу [28]

На IV стадії регенерується окислена форма ліпоаміду з відновленого комплексу дігідроліпоамід-Е2. За участю ферменту Е3 здійснюється перенесення атомів водню від відновлених сульфгідрильних груп дігідроліпоаміда на ФАД, який виконує роль простетичної групи даного ферменту і міцно з ним пов'язаний. На V стадії відновлений ФАДН₂ дигідроліпоїлдегідрогенази передає водень на кофермент НАД з утворенням НАДН+Н⁺.

Сумарну реакцію, що каталізується піруватдегідрогеназним комплексом, можна представити таким чином:

Піруват + НАД + + HS-KoA -> Ацетил-КоА + НАДН+Н⁺ + СO₂.

Реакція супроводжується значним зменшенням стандартної вільної енергії і практично необоротна.

Утворений в процесі окисного декарбоксилювання ацетил-КоА піддається подальшому окисленню з утворенням СО₂ і Н₂О. Повне окислення ацетил-КоА відбувається в циклі трикарбонових кислот (цикл Кребса) [28].

4.2 Реакції б-кетоглутаратдегідрогенази та дегідрогеназ б-кетокислот з розгалудженими ланцюгами

Б-кетоглутаратдегідрогеназа (ГДГК) - один з регуляторних ферментів циклу Кребса - і дегідрогеназний комплекс б-кетокислот з розгалуженим ланцюгом, який бере учаcть в катаболізмі валіну, лейцину і ізолейцину, побудовані подібним чином, але розрізняються кількістю субодиниць. Крім того, Е1-компонент ГДГК являє собою б₂-гомодимер.

Порушення активності дегідрогеназного комплексу б-кетокислот з розгалуженим ланцюгом внаслідок різноманітних мутацій в його каталітичних компонентах лежать в основі аутосомного рецесивного захворювання, відомого як "сеча із запахом кленового сиропу" (MSUD). Цікаво відзначити, що при тіамін-залежній формі MSUD мутації торкаються не E1б або E1в, а E2 субодиниці комплексу [29].

У циклі трикарбонових кислот, як вже зазначалося, однією з лімітуючих стадій є окисне декарбоксилювання б-кетоглутарату (рис. 4.2.1), яке проходить наступним чином. У цій реакції б-кетоглутарат піддається окислювальному декарбоксилюванню з утворенням в якості кінцевих продуктів сукцініл-КоА, СО₂ і NADH+Н⁺.

Рисунок - б-кетоглутаратдегідрогеназна реакція [30]

Реакцію каталізує б-кетоглутаратдегідрогеназний комплекс (ГДГК), який за структурою і функціями схожий на піруватдегідрогеназний комплекс. Подібно ПДГК, він складається з 3 ферментів: б-кетоглутаратдекарбоксілази, дигідроліпоїлтранссукцинілази та дигідроліпоілдегідрогенази. Крім того, в цей ферментний комплекс входять 5 коферментів: тіаміндифосфат, кофермент А, ліпоєва кислота, NAD⁺ і FAD. Істотна відмінність цієї ферментної системи від ПДГК - те, що вона не має складного механізму регуляції, який характерний для ПДГК. Зокрема, в цьому комплексі відсутні регуляторні субодиниці. Рівновага реакції окислювального декарбоксилювання б-кетоглутарату сильно зміщена в бік утворення сукциніл-КоА, і її можна вважати необоротною [30].

4.3 Транскетолазна реакція циклу Кальвіна

Транскетолаза (ТК) - ключовий фермент неокислювальної гілки пентозофосфатного шляху і фотосинтезу - переносить двовуглецеві фрагменти з кето- на альдоцукри (рис. 4.3.1).

Рисунок - Транскетолазна реакція в загальному вигляді [31]

Метаболічна роль ТК полягає в тому, що вона оборотно зв'язує гліколіз з пентозофосфатний шляхом. У фотосинтезуючих організмів ТК забезпечує взаємодію циклу Кальвіна з метаболізмом вуглеводів з одного боку, і анаболічними шляхами, що ведуть до утворення нуклеїнових кислот, амінокислот і їх численних похідних - з іншого [31].

Транскетолаза специфічна по відношенню до кетози з транс-положенням гідроксильних груп при атомах С3 і С4. Виявлена в усіх досліджених тканинах тварин і рослин, а також у мікроорганізмів.

Фермент відіграє важливу роль у функціонуванні пентозофосфатного циклу. Коферменти транскетолази- тіаміндифосфат і двовалентні катіони. Взаємодія субстрату з тіаміндифосфатом здійснюється по атому С2 тіазольного кільця.

Фермент представлений двома ізоформами, первинна і просторова структури транскетолази невідомі. При кімнатній температурі і фізіологічних значеннях рН апофермент оборотно дисоціює на дві субодиниці з однаковими молярними масами. Фермент має 2 активних центри з однаковою каталитично. активністю, яка проявляється оптимально при рН 7,6. До складу активного центру входять залишки триптофану, гістидину, аргініну і карбоксильна група [32].

У окисному пентозофосфатному циклі кранскетолазна реакція зустрічається двічі. Першого разу каталізується взаємоперетворення ізомерних пентозо-5-фосфатів (рис. 4.3.2).

Рисунок - Перша транскетолазна реакція неокислювальної гілки циклу Кальвіна [28]

Друга ж реакція спрямована на утворення фруктозо-6-фосфату і тріозофосфату в результаті взаємодії другої молекули ксилулозо-5-фосфату з еритрозо-4-фосфатом (рис. 4.3.3) [28].

Рисунок - Друга транскетолазна реакція циклу Кальвіна [28]

У геномі людини крім гена ТК (ТКТ) виявлено ще 2 транскетолазоподобних гена (TKTL1 і TKTL2). Згідно з однією з гіпотез, підвищена експресія TKTL1 має прямее відношення до канцерогенезу [33].

Висновки

Після виконання даної реферативної роботи були зроблені наступні висновки: Тіамін можна отримати синтетично у вигляді солей галогенідів. Вітамін В₁ є полярною сполукою, оскільки добре розчиняється у воді та оцтовій кислоті, герше у спиртах та не розчиняється в неполярних розчинниках. Тіамін окислюється у лужному середовищі, при чому продукт залежить від природи окисника, та розкладається при сильному нагрівання при низьких значеннях рН. У промисловості отримана велика кількість гомологів вітаміну. Деякі зі штучно синтезованих похідних використовуються у медицині.

Тіамін не синтезується тваринними клітинами, тому вся маса вітаміну надходить в організм ззовні. При фізіологічних концентраціях вітаміну він надходить в клітини за механізмом тіамін/Н⁺-антипорту (опосередкований білком-переносником процес), а при високих концентраціях сполуки - шляхом пасивної дифузії. При потраплянні в цитоплазму тіамін швидко фосфорилюється з утворення спочатку тіамінмонофосфату (ТМФ), потім тіамінпірофосфату (ТПФ), а далі тіамінтрифосфату (ТТФ). ТДФ є коферментною формою вітаміну і його утворення каталізується тіамінпірофосфаткіназою. Накопичуватися в організмі тіамін не здатен. Наразі залишається невідомим механізм катаболізму вітаміну в організмі, тому варто активніше проводити дослідження у даній галузі.

Наразі виявлено 4 найголовніші ферменти, коферментом яких є ТПФ: піруватдегідрогеназа, б-кетоглутаратдегідрогеназа, дегідрогеназа б-кетокислот з розгалуженими ланцюгами та транскетолаза. Крім того виявлено ще близько 25 ТПФ-залежних ферментів. Досліди у цій галузі є надзвичайно перспективними, адже дають змогу зрозуміти механізми перебігу процесів організму, проаналізувати причини тих чи інших патологій та успішно боротися з ними.

Список використаних джерел

Витамин B₁ (Тиамин) -- взаимодействие, суточная доза, показание [Електронний ресурс]. - 2014. - Режим доступу до ресурсу: http://lubim-zhizn.ru/vitaminy/vitamin-b1-tiamin.html

Витамин В₁ (Тиамин) [Електронний ресурс] - Режим доступу до ресурсу: http://www.likar.info/vitaminy/article-63196-vitamin-v1-tiamin/

Минаев В. С. История медицины, знаменитые врачи [Електронний ресурс] / В. С. Минаев. - 2001. - Режим доступу до ресурсу: http://medbookaide.ru/books/fold1002/book1001/p11.php

Березовский В. М. Химия витаминов / В. М. Березовский. - Москва: Пищепромиздат, 1959. - 600 с.

Мецлер Д. Биохимия: химические реакции в живой клетке / Д. Мецлер. - Москва: Мир, 1980. - 408 с.

Арзамасцева А. П. Руководство к лабораторным занятиям по фармацевтической химии / А. П. Арзамасцева. - Москва: Медицина, 1987. - 227 с.

Девятнин В. А. Методы химического анализа в производстве витаминов / В. А. Девятнин. - Москва: Медицина, 1964. - 362 с.

Тоцкий В. Н. Биохимические аспекты транспорта тиамина / В. Н. Тоцкий, А. Г. Халмурадов. // Украинский биохимический журнал. - 1980. - №52. - С. 110-122.

Rindi G. Thiamine intestinal transport and related issues: recent aspects / G. Rindi, U. Laforenza. // Proceedings of the Society for Experimental Biology and Medicine. - 2000. - №4. - С. 246-255.

Уголев А. М. Аккумулирующий транспорт слизистой - новый метод исследования начальных этапов переноса веществ / А. М. Уголев, Д. Р. Жигуре, Е. Е. Нурке. // Физиологический журнал СССР. - 1970. - №11. - С. 1638-1641.

Рыбина А. А. Хроматографическое извучение тиамина и его фосфорных эфиров в тканях / А. А. Рыбина // Витамины / А. А. Рыбина. - Київ: АН УРСР, 1959. - С. 10-14.

Кирилюк А. Г. Активность некоторых ферментов слизистой оболочки кишечника при всасывании тиамина / А. Г. Кирилюк. // Вопросы питания. - 1976. - №2. - С. 11-15.

Zhao R. Reduced folate carrier transports thiamine monophosphate: an alternative route for thiamine delivery into mammalian cells / R. Zhao, F. Gao, I. D. Goldman. // American Journal of Physiology. - 2002. - №6. - С. 1512-1517.

Рыбина А. А. Белки, специфически связывающие тиамин, и их биологическая роль / А. А. Рыбина, А. Г. Халмурадов, Ю. М. Пархоменко. // Украинский биохимический журнал. - 1980. - №5. - С. 652-664.

Воскобоев А. И. Биосинтез, деградация и транспорт фосфорных эфиров тиамина / А. И. Воскобоев, И. П. Черникевич. - Минск: Наука и техника, 1987.

Воскобоев А. И. Четвертичная структура тиаминпирофосфаткиназы / А. И. Воскобоев, Ю. М. Островский, И. П. Черничевич. // Биоорганическая химия. - 1975. - №6. - С. 828-831.

Островский Ю. М. Активные центры и группировки в молекуле тиамина / Ю. М. Островский. - Минск: Наука и техника, 1975.

Onozuka M. Steady-state kinetics and mutational studies of recombinant human thiamin pyrophosphokinase / M. Onozuka, K. Nosaka. // Journal of Nutritional Science and Vitaminology. - 2003. - №3. - С. 156-162.

Виноградов В. В. Гормональные механизмы метаболического действия тиамина / В. В. Виноградов. - Минск: Наука и техника, 1984.

Труфанов А. В. Биохимия и физиология витаминов и антивитаминов / А. В. Труфанов. - Москва: Государственное издательство сельскохозяйственной литературы, 1959. - 654 с.

Розанов А. Ю. Обмен витаминов при сердечно-сосудистых заболеваниях / А. Ю. Розанов, Ю. В. Хмелевский. // Биохимия. - 1975. - №4. - С. 641-650.

Carpenter K. J. Beriberi, White rice, and vitamin B : a disease, a cause, and a cure / K. J. Carpenter. - Berkeley: University of California Press, 2000. - 285 с.

Wood T. The Pentose Phosphate Pathway / T. Wood. - Orlando: Academic Press, 1985. - 216 с.

Thiamine pyrophosphatase and nucleoside diphosphatase in rat brain / S.Sano, Y. Matsuda, S. Miyamoto, H. Nakaqawa. // Biochemical and Biophysical Research Communications. - 1984. - №1. - С. 292-298.

Singleton C. K. Molecular Mechanisms of Thiamine Utilization / C. K. Singleton, P. R. Martin. // Current Molecular Medicine. - 2001. - №1. - С. 197-207.

Lohmann K. Untersuchungen uber Cocarboxylase / K. Lohmann, P. Schuster. // Biochemistry. - 1937. - С. 188-214.

Biochemical and molecular analysis of an X-linked case of Leigh syndrome associated with thiamin-responsive pyruvate dehydrogenase deficiency / [E. Naito, M. Ito, I. Yokota та ін.]. // Journal of Inherited Metabolic Disease. - 1997. - №4. - С. 539-548.

Березов Т. Т. Биологическая химия / Т. Т. Березов, Б. Ф. Коровкин. - Москва: Медицина, 1998. - 704 с.

Patel M. S. Mammalian alpha-keto acid dehydrogenase complexes: gene regulation and genetic defects / M. S. Patel, R. A. Harris. // The FASEB Journal. - 1995. - №12. - С. 1164-1172.

Северин Е. С. Биохимия: Учебник для вузов / Е. С. Северин. - Москва: ГЭОТАР-Мед, 2004. - 784 с.

Schenk G. Heterologous expression of human transketolase / G. Schenk, R. G. Duggleby, P. F. Nixon. // The International Journal of Biochemistry & Cell Biology. - 1998. - №3. - С. 369-378.

Кочетов Г. А. Тиаминовые ферменты / Г. А. Кочетов. - Москва: Наука, 1978. - 234 с.

Mutations in the transketolase-like gene TKTL1: clinical implications for neurodegenerative diseases, diabetes and cancer / J. F.Coy, D. Dressler, J. Wilde, P. Schubert. // Clinical Laboratory. - 2005. - №5. - С. 257=273.

Размещено на Allbest.ru