2014-03-21
Witaminy i ich rola w układach
biologicznych (koenzymy)
" Koenzymy współdziałają z enzymem w
procesie katalitycznym
" Koenzymy określane są jako termolabilne
małocząsteczkowe komponenty organiczne
wymagane do aktywności enzymów
Koenzym bardzo często jest rozpatrywany jako drugi substrat
tzw. kosubstrat
" Chemiczne zmiany w koenzymie dokładnie równoważą zmiany zachodzące w
substracie
" Koenzym bardzo często działa jako przenośnik grup funkcyjnych
CoE
D-G
A-G
D CoE-G A
1
2014-03-21
Podział koenzymów według z
ródeł pochodzenia
" Koenzymy metaboliczne:
obejmują one większość nukleozydów trifosforanowych np.
ATP, UTP, GTP, CTP, TTP a także np. S-adenozylometionina
" Koenzymy wywodzące się z witamin:
np. witamin grupy B (pirofosforan tiaminy, fosforan
pirydoksalu, NAD+, FAD+),
Podział koenzymów w oparciu o grupy, które
przenoszą
" Koenzymy przenoszące inne grupy niż wodór
np. Fosforany cukrów (UDP-glukoza), koenzym A,
biotyna
" Koenzymy przenoszące wodór
NAD+, NADP+, FMN, FAD, kwas liponowy, koenzym
Q
Witaminy można podzielić na dwie główne kategorie w oparciu o
ich rozpuszczalność
" Witaminy rozpuszczalne w wodzie mające grupy polarne takie
jak: -OH i -COOH, które sprawiają, że są one rozpuszczalne w
wodnym środowisku komórek.
" Witaminy rozpuszczalne w tłuszczach, które są związkami
niepolarnymi i rozpuszczają się tylko w lipidach występujących
np. w błonie komórkowej
2
2014-03-21
Witaminy rozpuszczalne w wodzie
Witaminy rozpuszczalne w wodzie
są:
" Koenzymami wielu enzymów
" Nie są magazynowane w
organizmie.
W strukturze witaminy B1 występują dwa pierścienie
heterocykliczne
Witamina B1 (tiamina)  heterocykliczny związek, złożony z pierścienia
tiazolowego i pierścienia pirymidynowego, które połączone są mostkiem
metinowym. Niedobór tej witaminy występuje przy złym odżywianiu, przy
niektórych chorobach organicznych oraz w przypadku alkoholizmu.
Tiamina (Witamina B1)
" Została wykryta jako pierwsza witamina z grupy B.
" Stanowi część koenzymu pirofosforanu tiaminy (TPP).
" TPP jest koenzymem enzymów uczestniczących w
oksydacyjnej dekarboksylacji ą-ketokwasów (pirogronianu
lub ą ketoglutaranu).
" Niedobór powoduje chorobę beriberi (osłabienie, utrata wagi,
zmiany w systemie nerwowym) oraz zespół Wernicke-
Korsakoffa.
3
2014-03-21
Koenzym Pirofosforan tiaminy (TPP)
" TPP stanowi grupę prostetyczną enzymu transketolazy, katalizującego przeniesienie
fragmentów dwuwęglowych zawierających grupę ketonową (cykl pentozofosforanowy)
" y
ródłem tiaminy są: wątroba, drożdże, pełne ziarna,
Ryboflawina (Witamina B2)
Ryboflawina jest:
" Zbudowana z alkoholu rybitolu
i flawiny.
" Ryboflawina zawiera 5-cio
węglowy alkohol rybitol
połączony z atomem azotu
pierścienia isoalloxazyny
" Niezbędna dla prawidłowego
widzenia i zdrowej skóry.
" Niedobór powoduje tworzenie
się zajadów w kącikach ust oraz
zmian na języku
FAD i FMN (zbudowane na ryboflawinie) są wykorzystywane przez
enzymy zwane flawoenzymami i katalizują reakcje redox
4
2014-03-21
Reakcja katalizowana przez dehydrogenazę
bursztynianową (cykl Krebsa) współdziała z FAD
Niacyna (Witamina B3)
Niacyna (kwas nikotynowy):
O
C
" Jest częścią koenzymu
OH
dinukleotydu nikotyno-
adeninowego (NAD+), który
uczestniczy w reakcjach redox. N
" Niacyna występuje w mięsie,
ryżu i pełnych ziarnach.
" Niedobór niacyny powoduje
pellagrę (depresja, biegunka,
zapalenie skóry)
Koenzymy NAD+ i NADP+ zawierają AMP i rybonukleotyd
nikotynoamidowy i pełnią rolę koenzymów w reakcjach utleniania i
redukcji
W NADP+, reszta fosforanowa występuje w pozycji 2 -reszty rybozy.
5
2014-03-21
Reakcja redox katalizowana przez
NAD-zależną dehydrogenazę mleczanową
mleczan
Dehydrogenaza
mleczanowa
pirogronian
Kwas pantotenowy (Witamina B5)
Kwas pantotenowy:
" Jest częścią koenzymu A  zawiera � alaninę
" Niedobór powoduje osłabienie, opóz
nienie wzrostu, skurcze i
anemię.
" Występuje w mięsie łososia, jajkach, pełnych ziarnach,
warzywach.
CH3 OH O O
HO CH2 C CH C N CH2 CH2 C OH
CH3 H
Koenzym A
1. Przenośnik grup acylowych/acetylowych
2. Składnikami koenzymu A są: adenozynodifosforan, kwas
pantotenowy i cystamina
3. Grupa  SH cystaminy tworzy wiązania tioestrowe z
różnymi kwasami organicznymi i powstają pochodne
acylo-S-CoA
4. Koenzym A bierze udział w syntezie kwasów
tłuszczowych, cholesterolu, ciał ketonowych
6
2014-03-21
Pirydoksyna (Witamina B6)
" Pirydoksyna i pirydoksal to dwie formy witaminy B6, które
przekształcają się w koenzym fosforan pirydoksalu (PLP).
PLP uczestniczy w reakcjach transaminacji i dekarboksylacji
aminokwasów i jest grupą prostetyczną tych enzymów (tworzy
zasadę Schiffa)
" Niedobór witaminy prowadzi do zapalenia skóry, osłabienia, i
anemii.
" y
rodła witaminy: pszenica, żółtko jaja, wątroba,
Trzy formy witaminy B6 różniące się stopniem utlenienia lub
obecnością grupy aminowej na węglu związanym z
pierścieniem pirydynowym
Koenzym fosforan
pirydoksalu (PLP)
7
2014-03-21
Fosforan pirydoksalu jest grupą prostetyczną enzymów
uczestniczących w reakcji transaminacji (ALAT, AspAT)
Kobalamina (Witamina B12)
Witamina ta ma bardzo złożoną budowę.
Składa się z pierścienia korrinowego (4
pierścienie pirolowe), podobnego budową
do systemu pierścieni porfirynowych, z
atomem kobaltu w centrum.
" Związek ten jest syntetyzowany
wyłącznie przez bakterie. Występuje w
postaci metylokobalaminy, adenosylo-
kobalaminy i hydroksykobalaminy w
wątrobie zwierząt.
" Jest koenzymem enzymów przenoszących
grupy metylowe i bierze udział w
wytwarzaniu krwinek czerwonych.
Stabilna forma kobalaminy to
cyjanokobalamina, która podawana jest
jako lek.
Kobalamina
" Kobalamina jest syntetyzowana przez niewiele organizmów.
" Witamina B12 występuje tylko w żywności pochodzenia
zwierzęcego
" Niedobór prowadzi do anemii złośliwej
" Anemia złośliwa nie jest wynikiem niedoboru tylko B12 ale
przede wszystkim czynnika (glikoproteina) niezbędnego do
wchłaniania wit. B12
8
2014-03-21
Kwas foliowy
pterydyna
PABA
Kwas
glutaminowy
Zawiera pierścień pterydyny, PABA (para aminobenzoesowy) oraz resztę
kwasu glutaminowego (może być 1-7 reszt)
Kwas foliowy i koenzym THF
" Jest prekursorem koenzymu
THF, który przenosi jednostki
węglowe w syntezie kwasów
nukleinowych.
" Niedobór powoduje
nieprawidłową syntezę
krwinek czerwonych, anemię,
zaburzenia wzrostu.
" THF służy jako przenośnik
reszt jednowęglowych na
różnym stopniu utlenienia :
metylową, metylenową, lub
formylową
BIOTYNA (B7)
Składa się z pierścieni: tiofenowego i imidazolidynowego.
9
2014-03-21
Biotyna (Witamina H)
" Biotyna przenosi grupy
karboksylowe w reakcjach
karboksylacji (np. synteza
kwasów tłuszczowych)
" Jest związana kowalen-
cyjnie z enzymem za
pomocą wiązania amido-
wego poprzez �-aminową
grupę lizyny w cząsteczce
enzymu, stanowiąc jego
grupę prostetyczną
Biocytyna
Kwas askorbinowy (Witamina C)
Kwas askorbinowy i dehydroaskorbinowy w formie
łańcuchowej i pierścieniowej
Kwas Askorbinowy (Witamina C)
Witamina C:
" Bierze udział w syntezie kolagenu (niezbędna w
hydroksylacji proliny i lizyny).
" Niedobór powoduje szkorbut, słabe gojenie ran, anemię.
" Występuje w dużych ilościach w czarnej porzeczce,
owocach cytrusowych, brokułach, czerwonych i
zielonych warzywach.
10
2014-03-21
Ubichinon (CoQ)
" Koenzym Q (CoQ) występuje w łańcuchu oddechowym
" Ubichinon (CoQ) jest benzochinonem z czterema
podstawnikami, z których jeden jest długim hydrofobowym
łańcuchem
" Ten  ogon składa się z 6 do 10 jednostek izoprenowych,
pozwalających CoQ na występowanie w błonie komórkowej
Ubichinon (CoQ)
CoQ może być donorem lub akceptorem jednego lub dwóch elektronów, ponieważ
występuje w trzech formach: utleniony CoQ, częściowo zredukowana forma
semiubichinonu w postaci wolnego rodnika, oraz całkowicie zredukowana postać
QH2, zwanego ubichinol.
Kwas liponowy
" Kwas liponowy jest 8-węglowym
kwasem karboksylowym, w którym
dwa wodory na węglu C-6 i C-8 mogą
być zastąpione grupami SH i tworzyć
mostek dwusiarczkowy.
" Kwas liponowy wchodzi w skład
kompleksu wieloenzymatycznego
przenoszącego reszty acylowe
" Bierze udział w oksydacyjnej
dekarboksylacji pirogronianu i ą
ketoglutaranu
11
2014-03-21
Witaminy rozpuszczalne w lipidach
Należą do tej grupy witaminy:
" A, D, E, i K.
" Odgrywają istotną rolę w procesie widzenia, budowie kości,
antyoksydanty, w krzepnięciu krwi.
" Mogą się gromadzić w organizmie.
Aktywne formy witaminy A
Witamina A występuje w trzech formach, które
różnią się stopniem utlenienia końcowej grupy
funkcjonalnej: forma alkoholowa retinol,
aldehydowa retinal oraz kwas retinowy
Retinol
Kwas retinowy
Cis-retinal
Każdy z trzech retinoidów: retinol, retinal czy kwas
retinowy ma swoje biologiczne znaczenie.
Retinol służy jako hormon.
Jego produkt utleniania retinal jest częścią składową
pigmentu wzrokowego rodopsyny.
Kwas retinowy jako nośnik oligosacharydów służy do
biosyntezy glikoprotein.
12
2014-03-21
Tokoferol (witamina E)
" Witamina E, lub ą-tokoferol,
zawiera podwójny sprzężony
pierścień z tlenem (zwany
pierścieniem chromanu) z
hydrofobowym łańcuchem.
" Witamina E działa jako
czynnik redukujący w
reakcjach usuwających wolne
Pierścień chromanu
rodniki.
Witamina E (tokoferol)
Witamina E:
" Pełni rolę antyoksydanta w komórce.
" Zapobiega utlenieniu wielonienasyconych kwasów tłuszczowych.
" Występuje w olejach
CH3
HO
CH3 CH3 CH3
CH3
H3C O CH3
CH3
Witamina K2
Witamina K2 bierze udział w syntezie czynników krzepnięcia
krwi (w reakcji karboksylacji).
Witamina K2 jest naftochinonem wytwarzanym przez florę bakteryjną
13
2014-03-21
Karboksylacja glutaminianu do ł-karboksyglutaminianu w
obecności witaminy K
" ł-karboksyglutaminowe reszty protrombiny dzięki
obecności sąsiadujących ujemnie naładowanych grup
karboksylowych chelatują dodatnio naładowane jony
wapnia
" Kompleks protrombina-Ca+2 jest zdolny do wiązania
się z fosfolipidami na powierzchni płytek istotnymi
dla krzepnięcia krwi, a to z kolei przyspiesza
proteolityczną hydrolizę protrombiny w trombinę.
Kompleks protrombina-Ca+2
14