Коферменты, полученные из витаминов

Большинство водорастворимых витаминов ценятся не сами по себе, а потому, что клетки превращают их в коферменты. Тиамин становится тиаминдифосфатом, рибофлавин — ФАД и ФМН, ниацин — НАД+, витамин B6 — пиридоксаль-5'-фосфатом, пантотенат — коферментом А, биотин и фолат — коферментами, переносящими группы. Эта тема связывает питание с химией ферментов.

Definition

Коферменты, полученные из витаминов, представляют собой органические кофакторы ферментов, которые клетки синтезируют из пищевых витаминов (главным образом витаминов группы В), каждый из которых приспособлен для переноса определенной химической группы или пары электронов во время катализа.

Scope

Тема охватывает витамины группы В и производные от них коферменты, химические группы, переносимые каждым коферментом, и типичные реакции, которые они обеспечивают. Объясняется, почему доступность микронутриентов ограничивает функцию ферментов. Это справочный обзор биохимии коферментов, а не клинические или диетические рекомендации.

Core questions

• Какой витамин дает начало какому коферменту и какую группу переносит каждый кофермент?
• Как пиридоксаль-5'-фосфат мобилизует химию аминокислот?
• Почему дефицит витаминов приводит к нарушению активности ферментов?
• Как эти коферменты биосинтезируются из своих витаминных предшественников?

Key concepts

• Тиаминдифосфат (ТДФ) и декарбоксилирование 2-оксокислот
• ФАД и ФМН, полученные из рибофлавина, во флавопротеинах
• НАД+/НАДФ+, полученные из ниацина
• Пиридоксаль-5'-фосфат (ПЛФ) и химия оснований Шиффа
• Кофермент А, полученный из пантотената, и перенос ацильных групп
• Биотин и перенос CO2 в карбоксилазах
• Тетрагидрофолат, полученный из фолата, и перенос одноуглеродных групп
• Коферменты, полученные из кобаламина

Mechanisms

Каждый кофермент, полученный из витамина, обеспечивает определенную химическую функцию. Пиридоксаль-5'-фосфат, полученный из витамина B6, образует альдимин (основание Шиффа) с аминогруппами субстрата и стабилизирует карбанионные интермедиаты, обеспечивая трансаминирование, декарбоксилирование и связанные реакции в большом суперсемействе ферментов (Eliot & Kirsch, 2004; Mukherjee et al., 2011). Тиаминдифосфат стабилизирует эквивалент ацил-аниона через свое реакционноспособное тиазолиевое кольцо, поддерживая декарбоксилирование 2-оксокислот. Биотин, ковалентно связанный с ферментами карбоксилазами, переносит активированную карбоксильную группу для переноса CO2 (Tong, 2013). Тетрагидрофолат, полученный из фолата, переносит одноуглеродные единицы в различных степенях окисления посредством одноуглеродного метаболизма (Ducker & Rabinowitz, 2017). Рибофлавин дает флавиновые коферменты ФАД и ФМН, используемые флавопротеинами, а ниацин дает окислительно-восстановительную пару НАД+/НАДФ+ (Macheroux et al., 2011; Nelson & Cox, 2021).

Clinical relevance

Поскольку эти коферменты происходят из витаминов, представленная биохимия является молекулярной основой связи между статусом микронутриентов и функцией ферментов, обсуждаемой в науке о питании. Эта статья описывает механизмы и пути; она не является основой для индивидуальной диагностики, назначения добавок или диетических предписаний.

History

Признание того, что некоторые витамины являются предшественниками коферментов, произошло по мере химической идентификации «коферментов» ранней энзимологии и их сопоставления с витаминами, обнаруженными в исследованиях дефицита. Последующая структурная и механистическая работа показала, как каждый кофермент переносит свою конкретную группу, что проиллюстрировано подробными описаниями пиридоксаль-фосфатных ферментов, биотинозависимых карбоксилаз и фолат-опосредованного одноуглеродного метаболизма (Eliot & Kirsch, 2004; Tong, 2013; Ducker & Rabinowitz, 2017).

Seminal works

• eliot-2004
• tong-2013
• ducker-2017
• mukherjee-2011

Frequently asked questions

Почему витамины группы В так важны для метаболизма?

Клетки превращают витамины группы В в коферменты, которые требуются многим ферментам; без кофермента соответствующие ферменты не могут работать, поэтому витамины действуют как предшественники для необходимого каталитического аппарата.

Какую химическую функцию обеспечивает пиридоксаль-5'-фосфат?

Он образует основание Шиффа с аминокислотными субстратами и стабилизирует образующиеся карбанионные интермедиаты, что позволяет ферментам осуществлять такие реакции, как трансаминирование и декарбоксилирование аминокислот.