BIOCHEMIA KOLOKWIUM NR 4

WITAMINY I KOENZYMY :

Koenzymy są częścią składaną haloenzymu i są niezbędne prawie dla wszystkich reakcji enzymatycznych /z wyjątkiem hydrolizy/. Są wytwarzane na bazie witamin rozpuszczalnych w wodzie.

Witamina jest najważniejszą częścią koenzymu /stanowi jego rdzeń/. Brak lub niedobór witamin spowalnia tempo syntezy koenzymów, a tym samym wpływa na przemiany metaboliczne (zaburza metabolizm). Witaminy są wytwarzane głównie przez mikroorganizmy i rośliny. Organizmy zwierzęce mają zdolność do syntezy tylko niektórych witamin (muszą korzystać z surowców roślinnych, czy też wykorzystywać zdolność mikroorganizmów).

W reakcjach wymagających koenzymów :

enzym - substrat - koenzym

E ~ S - koenzym w obrębie, którego dokonują się odpowiednie przegrupowania wokół wiązań chemicznych substratu - w wyniku czego wiązania te ulegają rozerwaniu - w ich miejsce tworzą się nowe wiązania umożliwiające przekształcenie substratu w produkt.

Koenzymy dzielą się na :

współdziałające z oksydoreduktazami

współdziałające z transferazami

koenzymy liaz, izomeraz, ligaz

/Niektóre koenzymy mogą współdziałać z enzymami z kilku klas/.

ENZYMY OKSYDOREDUKTAZ :

• NAD⁺ (dinukleotyd nikotynamidoadeninowy)

• NADP⁺ (fosforan dinukleotydu nikotynamidoadeninowego)

• FAD (dinukleotyd flawinoadeninowy)

• FMN (mononukleotyd flawinowy)

• Koenzym Q (ubichinon)

• Kwas liponowy

• Heminy

NAD⁺ (dinukleotyd nikotynamidoadeninowy) :

Zbudowany z dwóch nukleotydów :

Amid kwasu nikotynowego

AMP

NAD⁺ ~ NADP⁺

Grupą aktywną w/w koenzymów jest amid kwasu nikotynowego.

Jest on też witaminą :

Wit. PP /Dzienne zapotrzebowanie 10-25 mg/

Wit. B₃

Niacyna

Wit. przeciwpelagrycena ^(?)

W witaminie tej (w pierścieniu pirydynowym) znajduje się IV-rzędowy azot posiadający dodatni ładunek. Powoduje to, że amid kwasu nikotynowego i cały koenzym mają ładunek dodatni.

Witamina PP przyjmując e^- i p⁺ (2e^- i 1p⁺) odwodorowuje substraty sama redukując się. Formę zredukowaną tych dwóch koenzymów stanowią :

NADH + H⁺

NADPH + H⁺

NAD⁺ przekazuje e^- i p⁺ na przenośniki łańcucha oddechowego i dlatego przyjmuje się, że jest to koenzym biorący udział w przemianach katabolicznych.

NADPH + H⁺ utlenia się przekazując e^- i p⁺ na różne układy, dlatego przyjmuje się, ze bierze udział w różnych reakcjach redukcji przebiegających w procesach anabolicznych.

Niedobór witaminy PP może być przyczyną :

Stanów zapalnych skóry (pelagra)

Zaburzeń trawienia

Zaburzeń w centralnym układzie nerwowym (depresje, majaczenie)

Duże ilości w :

otręby

kawa palona

drożdże

mleko

mięso ryb

FAD (dinukleotyd flawinoadeninowy) :

Zbudowany z dwóch nukleotydów :

FMN

AMP

W obydwu przypadkach najważniejszą rolę pełni flawina, gdyż to ona przyjmuje i oddaje e^- i p⁺.

Flawina połączona jest z pięciowęglowym alkoholem - rybitolem. flawina + rybitol ryboflawina = wit. B₂

Flawina w formie utlenionej ma kolor żółty, natomiast w formie zredukowanej jest bezbarwna. Forma zredukowana :

FADH₂

FMNH₂

Niedobór witaminy B₂ może być przyczyną :

Osłabienia wzroku

Zmian wokół oczu

Światłowstrętu

Stanów zapalnych języka

Pękania i łuszczenia warg

Duże ilości w :

zielone warzywa

mąka razowa

wątroba wołowa

mleko

/Dzienne zapotrzebowanie 3mg/

KWAS LIPONOWY :

Podczas reakcji redukcji przyjmuje 2e^- i 2p⁺, w formie utlenionej występują w nim mostki S - S. Koenzym ten współdziała z oksydoreduktazami i transferazami, biorąc udział transporcie grup acylowych.

Zasadniczą funkcją jest :

Współdziałanie z difosforanem tiaminy i koenzymem A podczas dekarboksylacji 2-oksokwasów (pirogronian).

KOENZYM Q :

(nie trzeba znać wzoru )

Występuje w mitochondriach, a jego analog występujący w chloroplastach to plastochinon.

Bierze udział w przenoszeniu e^- i p⁺ w łańcuchu oddechowym - jest to ostatnie ogniwo łańcucha oddechowego, gdzie e- i p+ wędrują razem, dalej przekazywane są tylko e^-, natomiast p⁺ przekazywane są do środowiska, a później do przestrzeni międzybłonowych mitochondriów.

HEMINY KOMÓRKOWE :

O charakterze żelazoporfiryn. Tworzą grupy prostetyczne wielu enzymów z klasy oksydoreduktaz (peroksydaz, oksydazy cytochromowej, katalazy). Stanowią też grupę prostetyczną cytochromów (białek biorących udział w transporcie e^- w łańcuchu oddechowym).

Cytochromy, mimo że swoją budową przypominają hemoglobinę (zwłaszcza w części hemowej), to jednak znacznie różnią się :

Żelazo w hemoglobinie zawsze dwuwartościowe Fe²⁺

Żelazo, centralnie umieszczone w hemie, w cytochromach zmienia swoją wartościowość z Fe²⁺ na Fe³⁺, to ono przyjmuje i oddaje e^-

Część białkowa połączona jest z hemem słabymi wiązaniami koordynacyjnymi powstałymi między żelazem a pierścieniem imidazolowym histydyny.

Hem połączony jest z częścią białkową cytochromu silnymi wiązaniami kowalencyjnymi tworzonymi między : S - C

S (cysteiny białka) - C (grup -CH dołączonych do pierścieni pirolowych)

Hemoglobina to tetrametr (ma wysoką m_cz)

Cytochromy są monomerami ( mają niskie m_cz)

Hemoglobina transportuje tlen

Cytochromy transportują e-

KOENZYMY TRANSFERAZ :

• DPT (difosforan tiaminy)

• PAL (fosforan pirodoksalu)

• CoA (koenzym A)

DPT (difosforan tiaminy) :

Koenzym ten jest ufosforylowaną formą wit. B₁ (tiaminy).

Tiamina zbudowana jest z dwóch pierścieni (pirydynowego, tiazolowego).

Miejscem aktywnym jest drugi atom węgla w pierścieniu tiazolowym. Od atomu tego odłączany jest p⁺ i powstaje karboanion. Wolna para elektronowa przyłącza cząsteczkę substratu, który następnie ulega przekształceniom i reakcjom dekarboksylacji i przenoszenia różnych grup.

Koenzym ten współdziała z transferazami i liazami.

/Dzienne zapotrzebowanie 2mg/

Niedobór tiaminy może być przyczyną :

Choroba Beri-Beri (porażenie mięśni)

Zaniku mięśni

Obrzęków

Neuropatii (nadmierna pobudliwość, przyspieszenie bicia serca, niewydolność krążenia)

Duże ilości w :

mąka razowa

zielone warzywa

PAL (fosforan pirodoksalu) :

W skład tego koenzymu wchodzi wit. B₆, która występuje w trzech formach zbliżonej aktywności biologicznej (pirodoksyna, pirydoksamina, pirydoksal)

Formy te mogą być przekształcane jedna w drugą.

Koenzym ten bierze udział w reakcjach katalizowanych przez :

- transferazy (aminotransferazy)

- liazy

Uczestniczy głównie za pośrednictwem swojej grupy aldehydowej tworząc z substratem połączenie zasada Shyffa. ^(?)

Niedobór witaminy B₆ może być przyczyną :

Zmiany w układzie nerwowym

Pękanie kącików ust

Stany zapalne spojówek

Duże ilości w :

otręby

zielone warzywa

wątroba

mięśnie

KOENZYM A :

Zbudowany z trzech elementów :

Cysteamina

Fosforan kwasu pantotenowego

3,5-difosforan adenozyny

Cysteamina jest produktem dekarboksylacji cysteiny. Jest aminą biogenną. Fosforan kwasu pantotenowego w swoim składzie posiada β-alaninę amina biogenna powstała z dekarboksylacji kwasu asparaginowego, w tym składnik wit. B₅ (kwasu pantotenowego)

CoA bierze udział w przenoszeniu grup acetylowych - acetylo-CoA. Grupą aktywną tego koenzymu jest -SH Cysteamina, gdyż do niej dołączone są substraty.

Niedobór witaminy B₅ może być przyczyną :

Zmęczenie

Osłabienie

Upośledzenie w działaniu kory nadnerczy

Siwienie

Duże ilości w :

ziarniaki roślin strączkowych

wątroba wołowa

jaja

FOSFORANY NUKLEOZYDÓW :

• Biotyna

• Wit. B12

• Wit. C

• Wit. A

• Wit. z grupy D

• Wit. K

Fosforany nukleozydów uczestnicząc w reakcjach przekazują na substrat niektóre składniki swojej budowy.

Reakcje :

przeniesienie pojedynczej reszty fosforanowej z ATP na substrat

przeniesienie reszty difosforanowej z ATP na substrat

przyłączenie AMP

przyłączenie reszty adenozyny do substratu

BIOTYNA :

Związek heterocykliczny zbudowany z pierścienia tiofanowego sprzężonego z resztą mocznika. Jest grupą prostetyczną karboksylaz, bierze udział w przenoszeniu grup karboksylowych i tworzeniu wiązań C-C.

W pierwszej fazie karboksylacji biotyna wychwytuje CO₂ i w obecności ATP tworzy z CO₂ karboksy-biotynę. W drugiej fazie CO₂ z karboksy-biotyny przekazywany jest na substrat. Biotyna ma bardzo wysokie powinowactwo do CO₂.

Biotyna jest jedną z witamin z grupy B (potocznie nazywana witaminą H). W organizmie ludzkim rzadko obserwuje się niedobór tej witaminy, ponieważ jest wytwarzana przez mikroflorę przewodu pokarmowego. Przyczyną niedoboru jest niewłaściwe odżywianie (spożywanie nadmiernej ilości świeżych jaj, gdyż w żółtku jest duża ilość awityny, która wiąże biotynę).

Niedobór biotyny może być przyczyną :

Bóle mięsni

Depresja

Halucynacje

Duże ilości w :

warzywa

mleko

wątroba

nerki

WITAMINA B₁₂ :

Pod względem budowy przypomina żelazoporfirynę, gdyż podstawową strukturą jest pierścień korynowy, w środku którego znajduje się Co²⁺, połączone z nim pierścienie pirolowe i cyjanek. Witamina ta nie występuje u roślin, wytwarzana jest przede wszystkim przez bakterie.

Niedobór witaminy B₁₂ może być przyczyną :

Anemia złośliwa

Zaburzenia w układzie nerwowym

Duże ilości w :

drożdże

wątroba wołowa

WITAMINA C :

W przypadku człowieka musi być dostarczana wraz z pokarmem, gdyż organizm ludzki nie syntetyzuje jednego z enzymów szlaku syntezy tej witaminy - oksydazy gulonolaktonowej.

Witamina C reguluje szereg ważnych procesów w tym :

hydroksylację proliny w czasie syntezy kolagenu (zęby nie wypadają z dziąseł)

reguluje syntezę adrenaliny

reguluje syntezę kwasów tłuszczowych

rozkład tyrozyny

wchłanianie żelaza

jest silnym antyutleniaczem (niweluje, obniża poziom reaktywnych form tlenu, reguluje potencjał redox komórek)

W organizmach występuje zarówno w formie utlenionej jak i zredukowanej (przeważa forma zredukowana).

Niedobór witaminy C może być przyczyną :

Szkorbut(z powodu upośledzonego procesu syntezy kolagenu)

Obniżenie odporności

Zaburzenie metabolizmu

Duże ilości w :

kapusta

czarna porzeczka

truskawki

kiwi

owoce cytrusowe (cytryna, grejpfrut, pomarańcza)

WITAMINA A : (związek antyrakowy)

Głównym źródłem witaminy A dla człowieka są karoteny (α, β, γ). Z jednej cząsteczki β-karotenu powstają dwie cząsteczki witaminy A. Z izoformy α i γ tylko po jednej cząsteczce witaminy A. β-karoteny są prowitaminami.

Proces przekształcania β-karotenów w witaminę A przebiega przy udziale dwóch enzymów :

dioksygenaza β-karotenowa :

W warunkach tlenowych i w obecności kwasów żółciowych przekształca β-karoten w dwie cząsteczki aldehydu retinowego (retinalu)

reduktaza retinalowa :

Współdziała z NADPH, przenosząc e^- i p^- z tego koenzymu na retinal i dając jako produkt retinol (wit A)

Niedobór witaminy A może być przyczyną :

Kurza ślepota (upośledzenie widzenia o zmierzchu)

Keratyzacja nabłonka oka dróg oddechowych, moczowo-płciowych

Ślepota (zrogowacenie siatkówki)

Duże ilości w :

pomarańczowe owoce i warzywa

masło

WITAMINY Z GRUPY D :

Witaminy z tej grupy obejmują kilka związków zbliżonych do siebie pod względem budowy, nazywane są sterolami. Typowym sterolem zwierzęcym jest cholesterol.

Z cholesterolu przez utlenienie pierścienia β powstaje 7-dehydrocholesterol, który jest właściwą prowitaminą D₃. Naświetlając skórę promieniami UV powodujemy przekształcenie tej prowitaminy w witaminę D₃. U roślin odpowiednikiem cholesterolu jest ergosterol, który pod wpływem promieni UV przekształca się w witaminę D₂.

Witaminy z grupy D są odpowiedzialne za prawidłowe wchłanianie Ca²⁺ z przewodu pokarmowego oraz regulują gospodarkę fosforem.

Niedobór witamin z grupy D może być przyczyną :

Krzywica (zmiękczenie kości)

Duże ilości w :

olej ryb

żółtka jaj

masło

wątroba

zielone warzywa (zwłaszcza D₂)

WITAMINA E :

Wszystkie związki chemiczne wykazujące aktywność wit. E nazywane są tokoferolami. Wyróżnia się α, β, γ tokoferole. Są to związki o skomplikowanej, pierścieniowej budowie, pełnią wiele ważnych funkcji :

Regulują funkcje rozrodcze

Regulują funkcjonowanie układu nerwowego

Zabezpieczają przed szkodliwym działaniem tlenu

Niedobór witaminy E może być przyczyną :

Dystrofia (zanik mięśni)

Bezpłodność / obniżona płodność

Duże ilości w :

zielone warzywa

oleje ryb

żółtka jaj

mleko

WITAMINA K :

Grupa związków, których wspólną cechą jest działanie przeciwkrwotoczne. Witaminy z tej grupy regulują syntezę protrombiny (przebiega w wątrobie). Niedobory tej witaminy obniżają poziom tego białka. Protrombina jest odpowiedzialna za krzepliwość krwii.

Witamina K może być dostarczana wraz z pokarmem, zwłaszcza w zielonych warzywach, jednak znaczne ilości tej witaminy wytwarzana mikroflora przewodu pokarmowego człowieka. Niedobory tej witaminy najczęściej wynikają z wyjałowienia przewodu pokarmowego poprzez pobieranie doustne antybiotyków.

Niedobór witaminy K może być przyczyną :

Obniżenie poziomu protrombiny (protrombina jest odpowiedzialna za krzepliwość krwii)

Skazy krwotoczne u noworodków na skutek niedoboru wit. K u matki

Duże ilości w :

zielone warzywa

---