- Stahuj zápisky z přednášek a ostatní studijní materiály
- Zapisuj si jen kvalitní vyučující (obsáhlá databáze referencí)
- Nastav si své předměty a buď stále v obraze
- Zapoj se svojí aktivitou do soutěže o ceny
- Založ si svůj profil, aby tě tví spolužáci mohli najít
- Najdi své přátele podle místa kde bydlíš nebo školy kterou studuješ
- Diskutuj ve skupinách o tématech, které tě zajímají
Studijní materiály
Zjednodušená ukázka:
Stáhnout celý tento materiál5. Vitaminy jako kofaktory enzymů.
Vitaminy jsou poměrně jednoduché organické sloučeniny, tvořící nezbytnou součást potravy heterotrofních organismů. Pro všechny organismy však nemusí být určitý vitamin skutečně esenciální. Tak například askorbát (vit.C) je nezbytným pro člověka, opici i morče, ne však pro krysu, psa a většinu ostatních živočichů, kteří jsou schopni askorbát synthetisovat z glukosy sledem šesti enzymových reakcí. U primátů, díky mutaci genu zodpovědného za synthesu posledního z těchto enzymů, schopnost tvorby askorbátu chybí.
Ty vitaminy, které organismus nedokáže synthetisovat z prekursorů buď sám nebo díky střevní mikrofloře, musí přijímat potravou od autotrofů, vytvářejících tyto sloučeniny z vhodných zdrojů dusíku, uhlíku a jiných prvků.
V některých případech může organismus krýt potřebu určitého vitaminu přeměnou vhodného metabolitu. Například PP vitamin (amid kys. nikotinové, tzv. protipelagrový faktor) může být tvořen odbouráváním aminokyseliny tryptofanu, který je součástí bílkovin v přijímané potravě.
Nedostatek vitaminů se může projevit různými fysiologickými poruchami jako je skorbut (kurděje) při nedostatku askorbátu, poruchy nervové soustavy při nedostatku vitaminů skupiny B, či poruchy vidění při nedostatku vitaminu A. Následky tzv. hypovitaminos a některých avitaminos lze poměrně snadno, alespoň ve většině případů, odstranit dodáním chybějících vitaminů dietou. Také nadbytek některých vitaminů může způsobovat závažné fysiologické poruchy (hypervitaminosa), jak bylo zjištěno u nadměrných dávek vitaminů A a D.
Z tradičních i praktických důvodů se vitaminy obvykle dělí na vitaminy rozpustné ve vodě a v tucích. Ve vodě jsou rozpustné vitaminy skupiny B, askorbát, vitamin H (biotin), PP vitamin, pteroylglutamát, pantothenát a lipoát. V tucích se naproti tomu rozpouštějí vitaminy A, D, E a K. Toto dělení však pomíjí význam vitaminů jako kofaktorů důležitých enzymů, jejichž prostřednictvím se funkce ve vodě rozpustných vitaminů především uplatňují.
5.1. Kofaktory, jejichž součástí jsou vitaminy rozpustné ve vodě.
Vitamin B1 - thiamin (starším názvem aneurin)
Jeho nedostatek se projevuje u člověka onemocněním zvaným beri-beri, u zvířat se syndrom nazývá polyneuritis. Onemocnění se manifestuje nervovými poruchami způsobenými degenerativními změnami nervových buněk.
Po chemické stránce je derivátem pyrimidinu a thiazolu, spojených navzájem methylenovým můstkem. Ve formě thiamindifosfátu je thiamin prostetickou složkou mnoha enzymů, jejichž společným rysem je přenos aldehydového zbytku.
Thiamin je součástí dekarboxylas, které dekarboxylují pyruvát, 2-oxoglutarát a tím zasahují do metabolismu sacharidů a do reakcí citrátového cyklu (str. 77). Dekarboxylační reakce probíhá na C-2 thiazolového kruhu.
Dekarboxylace, spojená s oxidací, se odbývá na multienzymovém komplexu pyruvátdehydrogenasy, jehož součástí je, vedle thiamindifosfátu i lipoamid a koenzymA. Po odštěpení oxidu uhličitého se vytvoří „aktivní acetaldehyd“ na C-2 thiazolového kruhu. V další fázi je přenesen acetaldehyd na lipoamid za současného otevření disulfidového kruhu. V podstatě jde o hydrogenaci, v jejímž důsledku vzniká derivát dihydrolipoamidu, vytvářející thioester s kyselinou octovou. Hydrolysou makroergní sloučeniny lipoamidacetátu a díky energii uvolněné touto hydrolysou, je acetyl přenesen na koenzym A za vzniku aktivovaného acetátu. Dihydrolipoamid je zpětně dehydrogenován flavoproteinem.
Vitamin B2 - riboflavin
Nedostatek tohoto vitaminu se projevuje záněty spojivek a rohovky, ústní sliznice a záněty pokožky. Po chemické stránce je riboflavin derivátem isoalloxazinu a alkoholového cukru ribitolu.
Riboflavin je součástí tzv. flavoproteinů, enzymů přenášejících proton a elektrony buď na kyslík za tvorby hydroperoxidu, nebo na cytochromový systém. Prostetickou složkou těchto enzymů je flavinmononukleotid FMN (riboflavin-5´-fosfát), nebo flavinadenindinukleotid, FAD. Přenos vodíků je zprostředkován isoalloxazinovým jádrem.
Flavinmononukleotid je jako prostetická složka NADH-dehydrogenasy jedním z článků respiračního (dýchacího) řetězce v mitochondriích (str. 82). Flavinová oxidoreduktasa (lipoátdehydrogenasa) je součástí již zmíněného multienzymového pyruvátdehydrogenasového komplexu, katalysujícího aerobní dekarboxylaci 2-oxokyselin.
Vitamin B6 - pyridoxin
Avitaminosa je poměrně řídká, neboť přísun tohoto vitaminu potravou bývá dostačující. Přesto se jeho nedostatek může u různých živočišných druhů projevit. Většinou jde o degenerativní změny v centrálním nervovém systému (snížená aktivita glutamátdekarboxylasy v mozku), o změny ve složení krve a kožní onemocnění. Tento vitamin je u vyšších živočichů stejně účinný ve třech formách, lišících se rozdílnými substituenty v poloze 4.
R = - CHO pyridoxalfosfát
R = - CH2OH pyridoxin
R = - CH2NH2 pyridoxamin
Jako koenzym dekarboxylas a transferas se uplatňuje ve formě fosforečného esteru hydroxymethylové skupiny pyridinového jádra. Předpokládá se, že esterově vázaná fosfátová skupina chrání reaktivní aldehydovou skupinu před oxidací a tím uchovává aktivitu enzymu především při transaminacích.
Schiffova base, vzniklá interakcí aminokyseliny a koenzymu, je meziproduktem při odštěpení uhlíkatého zbytku aminokyselin při dekarboxylacích a transaminacích.
Při transaminaci je aminoskupina aminokyseliny přenášena prostřednictvím zmíněné Schiffovy base přes pyridoxamin na vhodnou oxokyselinu. Z oxokyseliny vzniká nová aminokyselina, z původní aminokyseliny oxokyselina - obě sloučeniny si vymění svoje funkční skupiny.
PP - vitamin (nikotinamid)
Nedostatek tohoto vitaminu způsobuje chorobu zvanou pelagra, projevující se nervovými poruchami, poruchami trávícího traktu a záněty pokožky. Avitaminosa souvisí obvykle s nedostatkem vitaminů skupiny B, především riboflavinu.
Nikotinamid je důležitou součástí koenzymů oxidoreduktas nikotinamidadenindinukleotidu (NAD+) a nikotinamidadenindinukleotidfosfátu (NADP+), majících značný význam v metabolismu mikroorganismů, rostlin i živočichů. V NADP+ je kyselina fosforečná esterově vázána v poloze 2´ ribosy adenosinové části molekuly.
Přenos jednoho vodíku zprostředkovává pyridinové jádro nikotinamidu, druhý vodík je ve formě protonu uvolňován do prostředí. Pyridinové jádro tím ztrácí aromatický charakter a mění se v jádro 1,4-dihydropyridinové.
Kyselina pantothenová (pantothenát)
Pantothenát je vitaminem, jehož nedostatek se může projevit bolestmi hlavy, nervovými poruchami a poruchami koordinace. U zvířat se projevuje změnou barvy srsti a zastavením růstu.
Po chemické stránce je pantothenát kyselinou 2,4-dihydroxy-3,3-dimethylbutanovou (kyselinou pantoovou), vázanou peptidovou vazbou s β-alaninem. Zmíněný vitamin je synthetisován rostlinami a některými mikroorganismy.
Jako součást koenzymu A (CoA-SH) se účastní aktivace mastných kyselin při jejich odbourávání a biosynthese, účastní se též aerobní dekarboxylace 2-oxokyselin (pyruvátu a 2- oxoglutarátu) v průběhu citrátového cyklu (str. 78).
Mastné kyseliny se aktivují tvorbou makroergního acylkoenzymu A za účasti enzymu acylkoenzym A-synthetasy.
Pteroylglutamát (PGA, kyselina listová)
Nedostatek tohoto vitaminu se projevuje u kuřat zpomalením růstu a anemií, u člověka kromě anemie i poklesem hladiny hemoglobinu v krvi a poruchami gastrointestinálního systému. Pteroylglutamát je nezbytný pro svoji spoluúčast na funkci kobalaminu.
Enzymy obsahují jeho biologicky účinnou formu (tetrahydropteroylglutamát, koenzym F), vzniklou enzymovou redukcí za účasti askorbátu.
Molekula pteroylglutamátu je složena z kondenzovaných jader pyrimidinu a pyrazinu, kyseliny p -aminobenzoové a kyseliny glutamové.
Tetrahydropteroylglutamát může přenášet jednouhlíkaté zbytky - CH3, - CH2OH, -CHO a skupinu formiminovou - CH=NH. Tyto zbytky jsou vázány buď v pozici 5 nebo 10, případně na obou dvou dusících za uzavření kruhu a odštěpení molekuly vody. Donorem těchto zbytků jsou aminokyseliny; distribuce těchto zbytků koenzymem F vede k synthese purinů a pyrimidinů, což úzce souvisí se synthesou nukleotidů a nukleových kyselin, důležitých pro dělení a růst buněk.
Kobalaminy (vitamin B12)
Skupina kobalaminů patří mezi tzv. korrinoidy. Jejich základem je korrinové jádro, lišící se od porfinového tím, že mu chybí jeden methinový můstek mezi pyrrolovými jádry a tím, že obsahuje místo centrálně vázaného železa nebo chromu atom kobaltu.
Nedostatek vitaminu B12 způsobuje mimo jiné morfologické změny v gastrointestinálním systému a tzv. perniciosní anemii. Tento typ anemie lze zcela eliminovat podáním syrových jater nebo jejich výtažku. Pro potřeby farmaceutického průmyslu se vitamin B12 vyrábí izolací z městských kalů, kde je produkován některými druhy bakterií.
Fysiologicky účinnou formou je aquokobalamin, který je zásobní látkou v játrech. Kyanokobalamin i hydroxykobalamin mají dvěma valencemi kobaltu vázány skupiny - CN a - OH. Oba jsou prekursory kobalaminových koenzymů, ze kterých koenzymy vznikají náhradou zmíněných skupin nukleosidovým zbytkem 5´-deoxyadenosylem, pocházejícím pravděpodobně z ATP.
Koenzym vitaminu B12
Koenzym B12 je kofaktorem isomeras, spoluúčastní se též přenosu methylové skupiny při synthese methioninu. Zasahuje mj. i do tvorby deoxyribonukleotidů účastí při redukci ribosy v deoxyribosu, čímž se řadí též k oxidoredukčním kofaktorům.
Vitamin H (biotin)
Nedostatek tohoto vitaminu může vyvolat změny na pokožce a nervové poruchy. Experimentálně lze avitaminosu navodit používáním většího množství syrových vajec, neboť bílek obsahuje bílkovinu avidin, tvořící s biotinem neúčinný komplex odcházející výkaly. U lidí se avitaminosa ani hypovitaminosa nevyskytuje.
Po chemické stránce je biotin kondenzátem močoviny a thiofenu se zbytkem kyseliny valerové.
Biotin je typickou prostetickou složkou karboxylas, tj. enzymů zavádějících CO2 do uhlíkatého řetězce. Je vázán peptidovou vazbou na apoenzym pře ε-aminoskupinu lysinu, který je součástí bílkovinného řetězce zmíněného apoenzymu.
Karboxylací acetylkoenzymu A, spojenou s tvorbou malonylkoenzymu A, zasahuje biotin do synthesy mastných kyselin. Kromě toho se biotin účastní tvorby purinů, bílkovin a metabolismu sacharidů.
Lipoát (kyselina lipoová)*
Lipoát je vitaminem nezbytným pro růst některých mikroorganismů, zvláště mléčných bakterií. Jako prostetická složka multienzymových komplexů se účastní oxidační dekarboxylace pyruvátu a 2-oxoglutarátu, čímž zasahuje do procesů glykolysy a citrátového cyklu. Lipoát plní funkci kofaktoru při přenosu vodíků podle schematu:
Lipoát je, podobně jako biotin, prostetickou složkou vázanou ve zmíněném multienzymovém komplexu prostřednictvím ε-aminoskupiny lysinu přítomného v apoenzymu.
*Poznámka: V textu předkládaného skripta je z praktických důvodů ( i když ne zcela správně) označován anion kyseliny i volná kyselina shodně koncovkou – át či – oát.
Askorbát (vitamin C)
Potřeba tohoto vitaminu je až o dva řády vyšší než u ostatních vitaminů. Jeho funkce v organismu je mnohostranná, přičemž řada vlivů nebyla dosud zcela objasněna.
Nedostatek askorbátu má u člověka za následek onemocnění zvané kurděje či skorbut, projevující se poruchou tvorby vaziva vlásečnic a s tím spojeným krvácením, zánětem dásní a uvolňováním zubů. Avitaminosa má rovněž za následek poruchu tvorby kolagenu, špatné hojení ran a poruchu tvorby kostního kalusu.
V poslední době je askorbátu připisována ochranná funkce proti vývoji arterosklerosy a je diskutován jeho retardační účinek na růst některých typů zhoubných nádorů. Jeho zvýšená potřeba je při nachlazení, tělesné i duševní námaze, při laktaci a těhotenství.
Vitaminem je askorbát pro primáty včetně člověka a pro morče. Většina ostatních živočichů jej dovede synthetisovat, neboť disponuje všemi potřebnými enzymy na jeho biosynthetické dráze, včetně L-gulonolaktonoxidasy, která primátům chybí.
Po chemické stránce je askorbát enolovaný lakton L - 2 nebo 3-oxogulonové kyseliny. Účastní se důležité oxidace NADH a NADPH. Sám snadno podléhá ireversibilnímu oxidačnímu štěpeni vzdušným kyslíkem za vzniku oxalátu a L-threonátu, což je provázeno ztrátou důležité oxidoredukční funkce vyjádřené schematem:
Ztrátou vlastností vitaminu je i hydrolysa laktonového kruhu za tvorby L-2,3-dioxogulonové kyseliny.
Askorbát participuje i při hydroxylaci aromátů, ovlivňuje metabolismus nadledvinových steroidních hormonů, uplatňuje se v mobilizaci železa v organismu a aktivuje přeměnu pteroylglutamátu v koenzym F (tetrahydropteroylglutamát).
5.2. Vitaminy rozpustné v tucích a jejich biochemická funkce.
Vitamin A1 - retinol, starším názvem axeroftol
Retinol vzniká u vyšších organismů ze svého prekursoru (provitaminu) β -karotenu enzymově oxidačním štěpením. Jeho nedostatek způsobuje mimo jiné zpomalení růstu a šeroslepost, vlivem snížené odolnosti kůže a sliznic vznikají snadno lokální infekce.
Chemicky patří mezi isoprenoidy s β -iononovým kruhem a postranním řetězcem v uspořádání trans. Díky konjugovaným dvojným vazbám může retinol fungovat jako vodič elektronů, díky oxidabilní primární alkoholové skupině může být reversibilně oxidován retinal-alkoholdehydrogenasou na aldehyd, čímž se aktivně účastní světelného vzruchu ve Waldově cyklu vidění.
Vitaminy skupiny D (kalciferoly či kalcioly)
Tyto vitaminy podporují v živočišném těle resorbci vápenatých iontů a ovlivňují metabolismus kostí. Jejich nedostatek způsobuje onemocnění zvané křivice (rachitis), projevující se měknutím kostí a opožděnou osifikací. Naproti tomu nadbytek vitaminů skupiny D má za následek lámavost kostí a proto je třeba mít tuto skutečnost na zřeteli při jejich podávání.
Stejně jako jiné steroidní látky, jsou vitaminy skupiny D odvozeny od uhlovodíku steranu či gonanu (cyklopentanoperhydrofenanthrenu).
Nejznámější z nich jsou ergokalciferol a cholekalciferol (vit. D2 a D3). Vznikají ozařováním kvasničného ergosterolu a živočišného cholesterolu ultrafialovými paprsky.
Oba kalciferoly jsou velmi rychle resorbovány a po hydroxylaci postranního řetězce v poloze 25 se stávají fysiologicky aktivními. V této aktivní formě jsou potom transportovány do cílových tkání (kostí a střeva), kde spolu s parathormonem, kalcitoninem, s pohlavními hormony a mineralokortikoidy regulují proteosynthesu bílkovinné složky transportního systému pro vápník a metabolismus fosforu v organismu.
Vitaminy E (tokoferoly)
Nedostatek těchto vitaminů způsobuje zmetání skotu a jeho neplodnost. U lidí se avitaminosa neprojevuje, neboť potřeba těchto vitaminů je dostatečně kryta jejich mikrobiální produkcí v zažívacím traktu.
Po chemické stránce je tokoferol derivátem tokolu, skládajícího se z benzopyranového bicyklu a bočního řetězce odvozeného od fytolu.
Funkce tokoferolu v organismu souvisí pravděpodobně s jeho redoxní schopností, umožněnou hydroxychromanovým (hydroxybenzopyranovým) bicyklem, přecházejícím při dehydrogenaci v chinon.
Předpokládá se, že tokoferol chrání nenasycené mastné kyseliny před oxidací podobně jako vitamin A, karotenoidy a thiolové skupiny některých enzymů. Účastní se pravděpodobně i metabolismu nukleových kyselin a synthesy cholesterolu.
Vitaminy K
Avitaminosa se projevuje zpomaleným srážením krve a vnitřním krvácením, především v zažívacím traktu. Snížení srážlivosti krve je způsobeno retardací biosynthesy prothrombinu, uplatňujícího se při tvorbě krevního koláče.
Po chemické stránce jsou vitaminy K deriváty naftochinonu. Slouží podobně jako polyfenolové isoprenoidní kofaktory při přenosu vodíku.
K vlastní oxidoredukční funkci není bezprostředně nutný fytolový řetězec, neboť přenos vodíků obstarává jádro naftochinonu, podobně jako benzochinonový skelet ubichinonu či plastochinonu.
5.3. Kofaktory enzymů bez přímého vztahu k vitaminům
Adenosintrifosfát (ATP)
ATP má v metabolických procesech výsadní postavení. Je to nukleotid, skládající se z adeninu, ribosy a třech molekul kyseliny fosforečné. Pokud má adenosin jednu molekulu kyseliny fosforečné, jde o nukleotid zvaný adenylová kyselina či adenosinmonofosfát (AMP). Je-li připojena anhydridovou (pyrofosfátovou) vazbou další molekula kyseliny fosforečné, jde o adenosindifosfát (ADP).
Adenosintrifosfát představuje makroergní sloučeninu s vysokým energetickým obsahem. Hydrolysou (odštěpením) jednoho molu trihydrogenfosforečné kyseliny se uvolní energie cca 30kJ. Tato exergonní reakce je většinou spřažena s jiným endergonním pochodem, který uvolněnou energii přebírá. Hydrolysou vzniklý adenosindifosfát a anorganický fosfát se mohou opět sloučit, ovšem jen za příkonu energie dodané buď fotony (při světelné fázi fotosynthesy), nebo na újmu reoxidace koenzymů v průběhu respiračního řetězce situovaného v mitochondriích, nebo ve spojení s tzv. substrátovou fosforylací (str. 30). Těmito způsoby se energie fotonů, redukovaných koenzymů, či některých makroergních struktur transformuje do univerzální „energetické konzervy“, kterou představuje právě molekula ATP.
ATP se účastní jako koenzym přenosu
1. orthofosfátu
2. difosfátu
3. adenosylmonofosfátového zbytku
4. adenosylového zbytku
Reakce 1, 3 a 4 jsou v metabolických procesech velmi časté. Při přenosech orthofosfátu (enzymy se nazývají kinasy) bývají esterifikovány hydroxylové skupiny cukrů v procesu glykolysy nebo při synthese disacharidů či polysacharidů. Reakcí, označenou 3, jsou enzymově aktivovány mastné kyseliny při tvorbě acylkoenzymuA a aminokyseliny v průběhu proteosynthesy (viz kap. Citrátový cyklus a Proteosynthesa).
Čtvrtá reakce má důležitou úlohu při tvorbě „aktivních methylskupin“, jejichž donorem je aminokyselina methionin. Skupina vázaná na atom síry je potom přenášena na vhodný akceptor s volným elektronovým párem. Tak vzniká například kreatin, či při přenosu propylaminového zbytku na putrescin spermidin (střevní bakterie).
ATP se účastní také přenosu sulfátové skupiny SO42- na vhodný akceptor, kterým může být například alkohol či fenol. Děje se tak prostřednictvím tzv. aktivního sulfátu (3-fosfoadenylylsulfátu), vzniklého reakcí H2SO4 s ATP. V procesu, sloužícím k detoxikaci organismu cizích látek, je sulfátový anion (vázaný přes fosfát v poloze 5) přenesen na hydroxyskupinu některého z výše zmíněných akceptorů a vzniklý ester je potom z organismu vyloučen.
Důležitou úlohu tzv. druhého posla při hormonální regulaci (str. 163) má cyklický AMP (cAMP), vzniklý dvojnásobnou esterifikací hydroxyskupin na třetím a pátém uhlíku ribosy kyselinou fosforečnou.
Uridintrifosfát (UTP)
Analogický adenosintrifosfátu je uridintrifosfát. Uplatňuje se při aktivaci fosforečných esterů monos při biosynthese glykosidů, di, oligo a polysacharidů. Vytvořením uridindifosfomonosy se molekula cukru povyšuje do „vyššího energetického stavu“, ve kterém je potom za působení příslušné transferasy buď přenesena na vhodný akceptor, nebo je měněna epimerasou v epimerní cukr.
Cytidintrifosfát (CTP)
Cytidintrifosfát je obdobným nukleotidem jako oba předchozí. Uplatňuje se jako kofaktor transferas, přenášejících například cholin nebo fosfatidovou kyselinu na diacylglycerol či jiný akceptor (serin, glycerolfosfát). Výsledkem tohoto přenosu je fosfodiesterová vazba při biosynthese fosfatidů.
Jako příklad lze uvést biosynthesu fosfatidylcholinu (lecithinu):
Heminy
Hemin je derivátem porfyrinu s centrálním atomem železa. Je prostetickou složkou mnoha enzymů, účastnících se přenosu elektronů. Akceptory těchto elektronů mohou být jiné heminové (či porfyrinové) enzymy s pozitivnějším potenciálem, molekulární kyslík či peroxid vodíku. Přenos elektronu je zprostředkován atomem železa, měnícím vratně svoje oxidační číslo:
Donorem elektronů, redukujících centrální atom železa, bývá obvykle flavoprotein nebo chinon. Enzymy tohoto typu jsou cytochromy, peroxidasa a katalasa. Příkladem může být podrobně prostudovaný cytochrom c.
Proteiny s nehemovým žele
Vloženo: 15.08.2009
Velikost: 710,00 kB
Komentáře
Tento materiál neobsahuje žádné komentáře.
Mohlo by tě zajímat:
Reference vyučujících předmětu B3 - Kapitol 5-6Podobné materiály
- B1 - Biochemie - Biochemie
- B2 - Kapitol 1-4 - Biochemie
- B4 - Kapitol 7 - Biochemie
- B5 - Kapitol 8 - Biochemie
- B6 - Kapitol 9 - Biochemie
- B7 - Kapitol 10-12 - Biochemie
- 1 - Test - Test z Biochemie
- 2 - Test - Test z Biochemie
- 3 - test - Test z Biochemie
- 4 - test - Test z Biochemie
- 5 - test - Test z Biochemie
- 6 - test - Test z Biochemie
- 7 - test - Test z Biochemie
- 8 - test - Test z Biochemie
- 9 - test - Test z Biochemie
- 10 - Meterial - Biochemie
- 11 - material - Biochemie
- 12 - material - Biochemie
- 13 - material - Biochemie
- 14 - material - Biochemie
Copyright 2024 unium.cz