Строение коферментов. Коферменты, химическое строение и функции

КОФЕРМЕНТЫ (син. коэнзимы ) - низкомолекулярные органические соединения биологического происхождения, необходимые в качестве дополнительных специфических компонентов (кофакторов) для осуществления каталитического действия ряда ферментов. Многие К. представляют собой производные витаминов. Биол, эффект значительной группы витаминов (группы В) определяется их превращением в К. и ферменты в клетках организма. Были сделаны попытки (и небезуспешные) прямого использования некоторых К. с леч. целями. Трудности, которые при этом возникают, состоят в том, что не всегда производятся количественные определения содержания К. в крови и органах и еще реже определяется активность ферментов, синтезирующих или разрушающих исследуемые К., в норме и патологии. Обнаруженный при каком-либо заболевании недостаток того или иного К. обычно пытаются устранить, вводя в организм соответствующий витамин. Но если нарушены системы синтеза недостающего К., что нередко имеет место, то введение такого витамина теряет смысл: терапевтический эффект можно получить только введением недостающего кофермента. С леч. целями применяют кокарбоксилазу (см. Тиамин), ФАД, коферментные формы витамина В 12 (см. Цианокобаламин) и некоторые другие К. В леч. целях К. вводят парентерально, но и при этом условии не всегда имеется уверенность, что они могут без расщепления проникнуть к месту своего действия (во внутриклеточную среду).

Обладая небольшим мол. весом, К., в отличие от биокатализаторов белковой природы (ферментов), характеризуются термостабильностью и доступностью диализу. Дыхательные хромогены растений (полифенолы), глутаминовую к-ту, орнитин, бисфосфаты (дифосфаты) глюкозы и глицериновой к-ты и другие метаболиты, действующие при определенных обстоятельствах как кофакторы ферментативных процессов переноса, нередко обозначают как К. соответствующих процессов. Правильнее применять термин «кофермент» только к соединениям, биол, функция которых сводится целиком или преимущественно к их специфическому участию в действии ферментов (см.).

Термин «кофермент» был предложен Г. Бертраном в 1897 г. для обозначения функции солей марганца, которые он считал специфическим кофактором фенол азы (лакказы); однако теперь неорганические компоненты ферментных систем не принято относить к числу К. Существование истинного (органического) К. впервые установили англ. биохимики Харден (A. Harden) и Янг (W. Young) в 1904 г., показавшие, что из ферментных экстрактов дрожжевых клеток при диализе удаляется термостабильное органическое вещество, необходимое для действия ферментного комплекса, катализирующего спиртовое брожение (см.). Этот вспомогательный катализатор брожения Харден и Янг назвали козимазой; его строение было установлено в 1936 г. в лабораториях X. Эйлер- Xeльпина и О. Варбурга почти одновременно.

Механизм действия К. неодинаков. Во многих случаях они действуют в качестве промежуточных акцепторов (переносчиков) определенных хим. группировок (фосфатных, ацильных, аминных и др.), атомов водорода или электронов. В других случаях К. участвуют в активировании молекул субстратов ферментативных реакций, образуя с этими молекулами реакционно-способные промежуточные соединения. В виде таких соединений субстраты подвергаются определенным ферментативным превращениям; таковы функции глутатиона (см.) как кофермента глиоксалазы и дегидрогеназы формальдегида, КоА - при ряде превращении жирных кислот (см.) и других органических к-т и т. д.

Типичные К. образуют непрочные сильно диссоциированные соединения со специфическими белками (апоферментами) растворимых ферментов, от которых они легко могут быть отделены путем диализа (см.) или гель-фильтрация (см.). При многих реакциях переноса групп, протекающих при сопряженном действии двух ферментных белков, происходит поочередное обратимое присоединение к молекулам этих белков частиц К. в двух формах - акцепторной и донорной (напр., окисленной и восстановленной, фосфорилированной и нефосфорилированной). В приведенной ниже схеме показан (в несколько упрощенной форме) механизм обратимого переноса водорода между молекулой донора водорода (АН2) и молекулой акцептора (Б) при действии двух дегидрогеназ (Фа и Фб) и кофермента (Ко):

Суммарная реакция:

В полном цикле окислительно-восстановительного процесса (реакции 1-6) кофермент кодегидрогеназа не изменяется и не входит в баланс продуктов реакции, т. е. служит катализатором. Если же рассматриваются последовательные фазы цикла, протекающие каждая с участием одного фермента (реакции 1-3 и 4-6), то Ко и КоН2 выступают наравне с молекулами АН2, А, Б, БН2 в качестве второго субстрата. В этом же смысле относительным является различие между субстратами и диссоциирующими К., участвующими в сопряженных реакциях переноса фосфатных, ацильных, гликозильных и других групп.

У многих двухкомпонентных ферментов, построенных по типу протеидов, апофермент образует с небелковым термостабильным компонентом прочное, труднодиссоциирующее соединение. Небелковые компоненты ферментов-протеидов, обычно называемые простетическими группами (напр., флавиновые нуклеотиды, пиридоксальфосфат, металлопорфирины), взаимодействуют с субстратом, оставаясь на всем протяжении ферментативной реакции в составе нерасщепленной молекулы одного протеида. Термин «кофермент» обычно распространяют и на химически взаимодействующие с молекулами субстратов, прочно связанные органические простетические группы ферментов, которые трудно отграничить от легко диссоциирующих К., т. к. между обоими типами кофакторов существуют постепенные переходы.

Точно также нельзя провести резкой грани между К. и нек-рыми промежуточными продуктами обмена веществ (метаболитами), которые в ферментативных процессах выступают то как обычные субстраты, подвергающиеся в данном процессе в основном необратимому изменению, то как необходимые вспомогательные катализаторы при сопряженных ферментативных превращениях, из которых эти метаболиты выходят неизмененными. Метаболиты такого рода могут служить промежуточными акцепторами тех или иных групп в процессах ферментативного переноса, протекающих аналогично процессу, схематично изображенному выше (напр., роль полифенолов как переносчиков водорода в дыхании растительных клеток, роль глутаминовой к-ты в переносе аминных групп путем реакций трансаминирования и т. п.), или в более сложных циклических превращениях с участием нескольких ферментов (примером может служить функция орнитина в цикле образования мочевины). Несколько иной характер носит коферментоподобное действие 1,6-бисфосфоглюкозы, к-рая служит необходимым кофактором и в то же время промежуточной ступенью в процессе межмолекулярного переноса фосфатных остатков при взаимопревращении 1-фосфоглюкозы и 6-фосфоглюкозы под действием фосфоглюкомутазы, когда молекула кофактора переходит в молекулу конечного продукта, отдавая один фосфатный остаток исходному продукту, из к-рого при этом образуется новая молекула кофактора. Точно такую же функцию выполняет 2,3-бисфосфоглицериновая к-та при катализируемом другой фосфомутазой взаимопревращении 2-фосфоглицериновой и 3-фосфоглицериновой к-т.

К. весьма разнообразны по хим. строению. Однако чаще всего среди них встречаются соединения двух типов: а) нуклеотиды и некоторые другие органические производные фосфорной к-ты; б) пептиды и их производные (напр., фолиевая к-та, КоА, глутатион). У животных и у многих микроорганизмов для построения молекул ряда К. необходимы соединения, которые этими организмами не синтезируются и должны доставляться с пищей, т. е. витамины (см.). Водорастворимые витамины группы В в большинстве своем входят в состав К., строение и функции которых известны (это относится к тиамину, рибофлавину, пиридоксалю, никотинамиду, пантотеновой к-те), или же могут сами действовать как активные молекулы К. (витамин В 12 , фолиевая к-та). То же, вероятно, относится и к другим водо- и жирорастворимым витаминам, роль которых в процессах биол, катализа еще полностью не выяснена.

Ниже перечислены важнейшие К. с указанием типа их строения и основных видов ферментативных превращений, в которых они участвуют. В статьях об отдельных К. приведены более детальные сведения об их структуре и механизме действия.

Коферменты нуклеотидной природы . Адениловые рибонуклеотиды (аденозин-5"-моно-, ди- и трифосфорные к-ты) участвуют в многочисленных реакциях активирования и переноса орто- и пирофосфатных остатков, остатков аминокислот (аминоацилов), угольной и серной к-т, а также в ряде других ферментативных превращений. Аналогичные функции в определенных случаях выполняют производные инозин-5"-фосфорной и гуанозин-5"-фосфорной к-т.

Гуаниловые рибоиуклеотиды (гуанозин-5"-моно-, ди- и трифосфорные к-ты) играют роль К. при реакциях переноса остатка янтарной к-ты (сукцинила), биосинтезе рибонуклеопротеидов в микросомах, биосинтезе адениловой к-ты из инозиновой и, возможно, при переносе остатков маннозы.

Цитидиловые рибонуклеотиды (цитидин-5"-фосфорные к-ты) при биосинтезе фосфатидов играют роль К. переноса остатков О-фосфоэтанол холина, О-фосфоэтаноламина и т. д.

Уридиловые рибонуклеотиды (уридин-5"-фосфорные к-ты) выполняют функции К. в процессах трансгликозилирования, т. е. переноса остатков моноз (глюкозы, галактозы и др.) и их производных (остатков гексозаминов, глюкуроновой к-ты и т. п.) при биосинтезе ди- и полисахаридов, глюкуронозидов, гексозаминидов (мукополисахаридов), а также при активировании остатков сахаров и их производных в некоторых других ферментативных процессах (напр., взаимопревращении глюкозы и галактозы и др.).

Никотинамидадениндинуклеотид (НАД) участвует в важнейших для клеточного обмена реакциях переноса водорода в качестве специфического К. многочисленных дегидрогеназ (см.).

Никотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАДФ) участвует в важнейших для клеточного обмена реакциях переноса водорода в качестве специфического К. некоторых дегидрогеназ.

Флавинмононуклеотид (ФМН) участвует в биол, переносе водорода как К. (простетическая группа) некоторых флавиновых («желтых») окислительных ферментов.

Флавинадениндинуклеотид (ФАД) участвует в биол, переносе водорода как К. (простетическая группа) большинства флавиновых («желтых») окислительных ферментов.

Кофермент А (КоА, восстановленная форма - KoA-SH, кофермент ацилирования; соединение аденозин-З" ,5"-бисфосфорной к-ты с пантотенил-аминоэтантиолом или пантетеином) образует с остатками уксусной и других органических к-т тиоэфиры типа R-СО-S-КоА, где R - остаток органической к-ты, и играет роль К. в переносе и активировании кислотных остатков как при реакциях ацилирования (синтез ацетилхолина, гиппуровой к-ты, парных желчных к-т и т. п.), так и при многих других ферментативных превращениях кислотных остатков (реакции конденсации, оксидоредукции или обратимой гидратации ненасыщенных к-т). При участии КоА протекает ряд промежуточных реакций клеточного дыхания, биосинтеза и окисления жирных к-т, синтеза стероидов, терпенов, каучука и т. п.

Кофермент B 12 . Возможно, что разнообразные биол, функции витамина В 12 , хим. механизм которых еще не ясен, напр, в процессе кроветворения, при биосинтезе метильных групп, превращениях сульфгидрильных групп (SH-групп) и т. д., обусловлены его ролью как К. в процессе биосинтеза белков-ферментов.

Другие коферменты, содержащие фосфатные остатки. Дифосфотиамин служит К. при декарбоксилировании (простом и окислительном) пировиноградной, альфа-кетоглутаровой и других альфа-кетокислот, а также при реакциях расщепления углеродной цепи фосфорилированных кетосахаров под действием особой группы ферментов (кетолазы, транскетолазы, фосфокетолазы).

Пиридоксальфосфат конденсируется с аминокислотами (и аминами) в активные промежуточные соединения типа оснований Шиффа (см. Шиффа основания); является К. (простетической группой) ферментов, катализирующих реакции трансаминирования и декарбоксилирования, а также многих других ферментов, которые осуществляют разнообразные превращения аминокислот (реакции расщепления, замещения, конденсации), играющие важную роль в клеточном обмене.

Коферменты пептидной природы . Кофермент формилирования. Восстановленная фолиевая к-та и ее производные, содержащие три или семь остатков глутаминовой к-ты, соединенных гамма-пептидными связями, играют роль К. в промежуточном обмене так наз. одноуглеродных, или «C1», остатков (формила, оксиметила и метила), участвуя как в реакциях переноса этих остатков, так и в их окислительно-восстановительных взаимопревращениях. Формильные и оксиметильные производные Н4-фолиевой к-ты являются «активными формами» муравьиной к-ты и формальдегида в процессах биосинтеза и окисления метильных групп, в обмене серина, глицина, гистидина, метионина, пуриновых оснований и т. д.

Глутатион. Восстановленный глутатион (Г-SH) действует по типу К. при превращении метилглиоксаля в молочную к-ту под влиянием глиоксалазы, при ферментативной дегидрогенизации формальдегида, в определенных стадиях биол, окисления тирозина и т. д. Кроме того, глутатион (см.) играет большую роль в защите различных тиоловых (сульфгидрильных) ферментов от инактивирования в результате окисления SH-групп или связывания их тяжелыми металлами и другими SH-ядами.

Прочие коферменты . Липоевая кислота является вторым К. дегидрогеназ пировиноградной и альфа-кетоглутаровой к-т (наряду с дифосфотиамином); при действии этих ферментов остаток липоевой к-ты, связанный амидной связью (СО - NH) со специфическими ферментными белками, выполняет функции промежуточного акцептора (переносчика) водорода и ацильных остатков (ацетила, сукцинила). Другие предполагаемые функции этого К. недостаточно изучены.

Витамин E (токоферол), витамин К (филлохинон) и продукты их окислительно-восстановительиых превращений или близкородственные производные n-бензохинона (убихинон, кофермент Q) рассматриваются как К. (переносчики водорода), участвующие в определенных промежуточных реакциях дыхательной окислительной цепи и в сопряженном с ними дыхательном фосфорилировании (см.). Установлено, что филлохинон (витамин К) играет роль К. в биосинтезе остатков альфа-карбоксиглутаминовой к-ты, входящих в состав молекул белковых компонентов системы свертывания крови.

Биотин - водорастворимый витамин, выполняющий роль К. или простетической группы в составе ряда ферментов, катализирующих реакции карбоксилирования - декарбоксилирования некоторых органических к-т (пировиноградной, пропионовой и др.). Эти ферменты имеют строение биотинил-протеидов, в которых соответствующий биотину ацильный остаток (биотинил) присоединен амидной связью к N6-аминогруппе одного из остатков лизина молекулы белка.

Аскорбиновая кислота служит активатором ферментной системы окисления тирозина в животных тканях и некоторых других ферментных систем (гидроксилаз), при действии которых в ядро ароматических и гетероциклических соединений, в т. ч. пептидно-связанных остатков пролина при биосинтезе коллагена, Токоферолы , Филлохиноны , Флавопротеиды .

Библиография: Болдуин Э. Основы динамической биохимии, пер. с англ., с. 55 и др., М., 1949; Витамины, под ред. М. И. Смирнова, М., 1974; Диксон М. и Уэбб Э. Ферменты, пер. с англ., М., 1966; Коферменты, под ред. В. А. Яковлева, М., 1973; Кочетов Г. А. Тиаминовые ферменты, М., 1978, библиогр.; Ферменты, под ред. А. Е. Браунштейна, с. 147, М., 1964, библиогр.

А. Е. Браунштейн.

Ацетил КоА является важным соединением в обмене веществ:

Он необходим для синтеза жирных кислот поступает в цитозоль из митохондрий. Используется в различных биохимических реакциях.

Главная функция КоА:

Добавлять атомы водорода в цикл трикарбоновых кислот, для их окисления, с последующем выделением энергии. Обычно окисления бывает в почках, сердечных мышцах, жировой ткани, мозговой ткани (высокая скорость окисления ее основа- глюкоза.) и в печени. Если в печени циркуляция превышает норму, то ацетил повышает энергетические потребности клетки. Для того что бы использовалась эта энергия, образуются специальные тела, называемые как « » В высоком уровне котоновых тел в крови называют «кетозом», что представляют опасность для диабетиков.

В норме концентрация кетоновых тел в крови составляет 1-3 мг/дл (до 0,2 мМ/л), но при голодании значительно увеличивается.

Ацетил коа строение и роль в обмене веществ

У животных организмов ацетил КоА играет роль в обмене веществ, по мимо этого КоА как баланс между жировым обменом, так и углеводным. Для содействия клеток энергетическому соединению, КоА из жирных кислот поступает в цикл трикарбоновых кислот.

Список разновидностей групп КоА:

1. Ацетил КоА из карбоновых кислот:

a. Пропионил КоА (роль в метаболизме четных жирных кислот, аминокислот с разветвленной цепью)

b. Кумарол КоА

c. Ацетил КоА

d. Бутирил КоА

e. Ацетоацетил КоА

2. Ацил-Коа карбоцеклических кислот

a. Бензоил КоА

b. Фенилацетил КоА

3. Ацил-КоА дикарбоновые кислоты:

a. Пименил КоА

b. Сукцинил КоА

c. Малонил КоА

d. Гидроксиметилглюторил КоА

Химическая формула Ацетил КоА - C21H36N7O16P3S

Окисления жирных кислот производится в матриксе митохондрий, они входят внутрь митохондрий. Кислоты с длинной углеводородной цепочкой переходят через митохондрий, а помогает им в этом каратин, который в свою очередь поступает в организм с продуктами питания, либо из аминокислот лизина, метионина. В таких реакциях карнитина принимает особое участия витамин С.

Продукты окисления так же являются NADH, FADH и конечно Ацетил КоА. Но реакции у них схожи между собой. Каждый последующий цикл реакций становится меньше на два углеродных атома, в конце остается 4 атома углерода и образует две молекулы КоА.

Ацетил-КоА может расщепляться до ацетата

После того как Ацетил КоА расщепляться до ацетата, он окисляется до углекислого газа и воды. Он может превращаться в различные биологические соединения, жирные кислоты и даже в лимонную кислоту. Взять в пример Превращения Алкоголя в ацетальдегид, он превращается в ацетил КоА NAD после становится акцептором водорода и кофактором. HNAD здесь играет роль в митохондриях, изменяя отношения окислительной-восстановительного потенциала печени и NADH | NAD, далее подавляется синтез белка, увеличивается окисления липидов . Преобразовавшийся водород, замещает жирные кислоты, а это приводит к накоплению жировой печени.

Некроз влечет снижения активности печени

Слизистая желудка может метаболизировать некоторое кол-во алкоголя, однако у людей злоупотребляющих алкоголь, оболочка атрофируется. Алкоголь обеспечивает калории не несущие питательной ценности, т.е. те которые « опустошенные », 1 грамм алкоголя = 7 калл, 200 грамм это 500 мл крепкого напитка = 1400 калл. После преумножается образования ацетальдегита-токсичное вещество и уменьшается преобразования ацетат. Из этого следует что образования водорода, который замещает жирные кислоты в печени, происходит увеличения жирных кислот с кетозом, триглицеридемией, развивается жировая печень и гиперлипидемия.

Ацетил коа пути образования

Впервые кофермент А был найден в 1947 году Ф. Липманом, обнаружен был он в печени у голубя, структура этого фермента была определена уже в 1950 году в Лондоне, а в целом КоА выявлена Х Корана в 1961 году.

Вообще официально витаминами признаны 13 веществ (подробно: в ) – это сборная жизненно необходимых человеку органических веществ. Квазивитамины – также незаменимые вещества, которые иногда действуют как витамины, многие из них слабо изучены или даже не открыты вовсе. В этом тексты мы расскажем, что известно науке о 3 наиболее известных квазивитаминах.

Квазивитамины – это, как правило, белковые молекулы, которые временами могут не включаться в обменные процессы, но в некоторых обстоятельствах вдруг начинают проявлять себя как витамины. Кстати, граница между витаминами и квазивитаминами – лишь официальное признание веществ витаминами. К примеру, некоторые авторы считают пантотеновую кислоту (витамин B5) и биофлавониды (витамин P) не витаминами, а квазивитаминами.

К наиболее изученным квазивитаминам относятся коэнзим Q, карнитин, коэнзим А и некоторые другие вещества.

Коэнзим Q (он же Убихинон)

Коэнзим Q-10 является производным бензохинона и широко распространён в природе. Это кофермент, в норме имеющийся практически во всех клетках организма. Он может синтезироваться в самом организме, но по мере увеличения возраста способность организма синтезировать коэнзим Q уменьшается и, в конце концов, сходит на нет (после 50 лет требуется дополнительный приём коэнзима) . Однако официальные данные о физиологической потребности в коэнзиме Q на данный момент отсутствуют.

Убихинон имеет большое значение в энергообеспечении и в нормальном функционировании иммунной системы человека. Кроме того, коэнзим Q положительно влияет на окислительные процессы в организме человека, улучшает окисление жиров, является переносчиком водородных ионов, компонентов дыхательной цепи .

Препарат применяется в комплексной терапии всех форм ишемической болезни сердца , других заболеваний миокарда (воспалительные, дистрофические процессы), сердечной недостаточности.

Коэнзим Q повышает способность к физическим нагрузкам , он используется после переутомления, перед выполнением больших физических нагрузок, а также в спорте (Исследование: Горбачёв, Горбачёва, 2002).

Впрочем, контрольные исследования не подтверждают целесообразности этой добавки для атлетов, поскольку она не способствует активности физических упражнений и не уменьшает окислительный стресс, связанный с физической нагрузкой (Исследование: Сарубин, 2005).

В чем содержится

Коэнзим Q содержится в мясных продуктах, рыбе, особенно в сардинах, шпинате, арахисе .

По-видимому, он имеется и в других пищевых продуктах, но эти сведения пока недостоверны. Количество коэнзима Q уменьшается в процессе кулинарной обработки (как и с большинством витаминов).

Коэнзим Q10 в таблеточной форме выпускает множество производителей и его легко найти в аптеках.

В большинстве случаев коэнзим Q принимают по 10–30–60 мг 3 раза в день. Однако и при назначении в больших дозах – до 200–300 мг в сутки заметных побочных явлений не наблюдалось. Курс лечения 1-3 месяца и более.

При потреблении коэнзима Q, необходимо, чтобы в организм человека поступало достаточное количество аскорбиновой кислоты, витаминов группы В и селена. Последний способствует улучшению синтеза коэнзима Q в организме.

Карнитин (L-карнитин)

Карнитин (он же витамин группы В, который пока не входит в 13 официальных витаминов и находится “на рассмотрении”) участвует в белковом и жировом обменах. Карнитин присутствует в большинстве клеток организма, в том числе в мышечных волокнах, и улучшает в них процессы аэробного образования энергии, так как осуществляет транспорт жирных кислот в митохондриях, где они окисляются с выделением энергии. Стимулируя окисление жирных кислот, карнитин способствует сохранению запасов гликогена в клетках, а участвуя в обмене липидов, – препятствует развитию атеросклероза.

Добавку L-карнитин из-за некоторых его свойств продают как “жиросжигающую”. В ответ многие специалисты стали называть его “дорогой мочой”, из-за отсутствия научных доказательств реального эффекта для жиросжигания.

Вот комментарий одного из ведущих финес-экспертов Сергея Струкова: “По сути своей работы L-карнитин обеспечивает внутриклеточный транспорт жиров к месту их утилизации. Чуда здесь особенного ждать не следует, особенно, если у нас мышцы не тренированы. Значительной прибавки «сожженного жира» на тренировке карнитин не обеспечит, и даже если это возможно, разница легко компенсируется потреблением пищи в течение дня. В состоянии покоя карнитин больше жира сжечь не помогает.

Поэтому лучше не надеяться на карнитин, а заняться контролем питания. Напоминаю, что традиционным способом можно избавляться от 0,5-1 кг жира в неделю, в зависимости от массы тела.

Но, пожалуй, самое главное – в исследованиях с двойным слепым контролем, эргогенное действие L-карнитина не подтверждалось. Так что этот препарат может только сделать вашу мочу дороже”.

Используется карнитин для лечения мышечной дистрофии, а также в качестве эффективного эргогенного средства для повышения у спортсменов работоспособности на выносливость (Исследование: Горбачёв, Горбачёва, 2002).

В исследовании Сарубина, 2005 говорится: хотя существуют некоторые теоретические предположения в пользу потенциальных энергетических влияний добавок карнитина, на сегодня нет научных оснований для того, чтобы атлеты принимали карнитин для улучшения физических показателей.

Аналогично и в более раннем исследовании: поскольку по поводу благоприятного влияния карнитина на физическую работоспособность сведений мало, то нет и оснований для рекомендаций по его применению спортсменами (Исследование: Уильямс, 1997).

Положительные свойства карнитина

Как показали результаты двойного слепого плацебоконтролируемого , проведенного в 2007 году в Италии на 66 долгожителях, назначение L-карнитина (в суточной дозе 2 г в течение 6 месяцев) оказывает положительное влияние на здоровье пожилых людей (исследование проводилось на выборке людей с возрастом от 100 до 106 лет). По окончании курса испытуемые показали существенные улучшения показателей общей жировой (потеряли 1,8 кг жира) и мышечной массы (увеличили на 3,8 кг). У пациентов значительно уменьшились признаки физической и умственной усталости и повысились познавательные функции, а также понизился уровень холестерина.

Некоторые потенциально положительные свойства карнитина изучаются. К примеру нейрозащитный эффект L-карнитина, установленный в серии экспериментов на животных , может быть связан с предотвращением нарушения метаболических процессов, вызванных метамфетамином и приводящих к дефициту энергии. В будущем возможно использование карнитина в лечении некоторых заболеваний нервной системы.

В чем содержится

Карнитин синтезируется из аминокислот лизина и метионина в печени и почках. Для производства карнитина организмом важно получать достаточное количество витамина С. Метаболизм карнитина тесно связан с витамином С, принимающем участие в его синтезе из лизина. Дефицит витаминов группы В также способствует повышению дефицита карнитина.

Для обеспечения организма человека карнитином рекомендуется употреблять в пищу полноценные естественные продукты – молоко, сыр, творог, овощи, салат, фрукты, неочищенные зёрна злаков, чеснок . Даже соблюдая строгую диету, рекомендуется не менее 2 раз в неделю употреблять мясо, рыбу, птицу.

Назначается взрослым 2-4 г в сутки за 2-4 приёма (принимать внутрь за 30 мин до еды). Максимальная лечебная доза 100–200 мг/кг веса в сутки, непрерывным введением в течение первых 48 часов с последующим снижением в 2 раза (при остром инфаркте миокарда).
Побочные явления: болевые ощущения в эпигастральной области, диспептические явления, мышечная слабость (наблюдаются редко).

Коэнзим А

Коэнзим А принимает непосредственное участие в энергетических процессах. Любой вид деятельности внутренних органов, мышечная активность и т. д. – всё это постоянно требует участия коэнзима А. Основным действующим началом и ядром молекулы коэнзима А является пантетин, получаемый из пантотеновой кислоты (она же – витамин B5).

При возникновении гипоксии содержание коэнзима А в организме снижается. Это, в частности, происходит при всех формах ишемической болезни сердца. На фоне дефицита коэнзима А могут развиваться гиперлипидемия (аномально повышенный уровень липидов в крови) и гиперхолестеринемия (повышение уровня холестерина в крови) .

Коэнзим А снижает содержание холестерина в крови, способствует утилизации липидов (жиров) .

В чем содержится

В синтезе коэнзима А имеет значение аскорбиновая кислота и многие витамины группы В, а также магний, содержащийся главным образом в тёмно-зелёных листовых овощах и салатах (Исследование: Горбачёв, Горбачёва, 2002).

Для преобразования энергии, заключенной в жирных кислотах, в энергию связей АТФ существует метаболический путь окисления жирных кислот до СО 2 и воды, тесно связанный с циклом трикарбоновых кислот и дыхательной цепью. Этот путь называется β-окисление , т.к. происходит окисление 3-го углеродного атома жирной кислоты (β-положение) в карбоксильную группу, одновременно от кислоты отщепляется ацетильная группа, включающая С 1 и С 2 исходной жирной кислоты.

Элементарная схема β-окисления

Реакции β-окисления происходят в митохондриях большинства клеток организма (кроме нервных клеток). Для окисления используются жирные кислоты, поступающие в цитозоль из крови или появляющиеся при липолизе собственных внутриклеточных ТАГ. Суммарное уравнение окисления пальмитиновой кислоты выглядит следующим образом:

Пальмитоил-SКоА + 7ФАД + 7НАД + + 7Н 2 O + 7HS-KoA → 8Ацетил-SКоА + 7ФАДН 2 + 7НАДН

Этапы окисления жирных кислот

1. Прежде, чем проникнуть в матрикс митохондрий и окислиться, жирная кислота должна активироваться в цитозоле. Это осуществляется присоединением к ней коэнзима А с образованием ацил-SКоА. Ацил-SКоА является высокоэнергетическим соединением. Необратимость реакции достигается гидролизом дифосфата на две молекулы фосфорной кислоты.

Ацил-SКоА-синтетазы находятся в эндоплазматическом ретикулуме, на наружной мембране митохондрий и внутри них. Существует широкий ряд синтетаз, специфичных к разным жирным кислотам.

Реакция активации жирной кислоты

2. Ацил-SКоА не способен проходить через митохондриальную мембрану, поэтому существует способ его переноса в комплексе с витаминоподобным веществом карнитином . На наружной мембране митохондрий имеется фермент карнитин-ацилтрансфераза I .

Карнитин-зависимый транспорт жирных кислот в митохондрию

Карнитин синтезируется в печени и почках и затем транспортируется в остальные органы. Во внутриутробном периоде и в первые годы жизни значение карнитина для организма чрезвычайно велико. Энергообеспечение нервной системы детского организма и, в частности, головного мозга осуществляется за счет двух параллельных процессов: карнитин-зависимого окисления жирных кислот и аэробного окисления глюкозы. Карнитин необходим для роста головного и спинного мозга, для взаимодействия всех отделов нервной системы, ответственных за движение и взаимодействие мышц. Существуют исследования, связывающие с недостатком карнитина детский церебральный паралич и феномен "смерти в колыбели ".

Дети раннего возраста, недоношенные и дети с малой массой особен-но чувствительны к недостаточности карнитина. Эндогенные запасы у них быстро истощаются при различных стрессовых ситуациях (инфекционные заболевания, желудочно-кишечные расстройства, нарушения вскармливания). Биосинтез карнитина резко ограничен в связи с небольшой мышечной массой, а поступление с обычными пищевыми продуктами неспособно поддержать достаточный уровень в крови и тканях.

3. После связывания с карнитином жирная кислота переносится через мембрану транслоказой . Здесь на внутренней стороне мембраны фермент карнитин-ацилтрансфераза II вновь образует ацил-SКоА который вступает на путь β-окисления.

4. Процесс собственно β-окисления состоит из 4-х реакций, повторяющихся циклически. В них последовательно происходит окисление (ацил-SКоА-дегидрогеназа), гидратирование (еноил-SКоА-гидратаза) и вновь окисление 3-го атома углерода (гидроксиацил-SКоА-дегидрогеназа). В последней, трансферазной, реакции от жирной кислоты отщепляется ацетил-SКоА . К оставшейся (укороченной на два углерода) жирной кислоте присоединяется HS-КоА, и она возвращается к первой реакции. Все повторяется до тех пор, пока в последнем цикле не образуются два ацетил-SКоА.

Последовательность реакций β-окисления жирных кислот

Расчет энергетического баланса β-окисления

Ранее при расчете эффективности окисления коэффициент P/O для НАДH принимался равным 3,0, для ФАДH 2 – 2,0.

По современным данным значение коэффициента P/O для НАДH соответствует 2,5, для ФАДH 2 – 1,5.

При расчете количества АТФ, образуемого при β-окислении жирных кислот необходимо учитывать:

количество образуемого ацетил-SКоА – определяется обычным делением числа атомов углерода в жирной кислоте на 2.
число циклов β-окисления . Число циклов β-окисления легко определить исходя из представления о жирной кислоте как о цепочке двухуглеродных звеньев. Число разрывов между звеньями соответствует числу циклов β-окисления. Эту же величину можно подсчитать по формуле (n/2 -1), где n – число атомов углерода в кислоте.
число двойных связей в жирной кислоте. В первой реакции β-окисления происходит образование двойной связи при участии ФАД. Если двойная связь в жирной кислоте уже имеется, то необходимость в этой реакции отпадает и ФАДН 2 не образуется. Количество недополученных ФАДН 2 соответствует числу двойных связей. Остальные реакции цикла идут без изменений.
количество энергии АТФ , потраченной на активацию (всегда соответствует двум макроэргическим связям).

Пример. Окисление пальмитиновой кислоты

так как имеется 16 атомов углерода, то при β-окислении образуется 8 молекул ацетил-SКоА . Последний поступает в ЦТК, при его окислении в одном обороте цикла образуется 3 молекулы НАДН (7,5 АТФ), 1 молекула ФАДН 2 (1,5 АТФ) и 1 молекула ГТФ, что эквивалентно 10 молекулам АТФ. Итак, 8 молекул ацетил-SКоА обеспечат образование 8×10=80 молекул АТФ.
для пальмитиновой кислоты число циклов β-окисления равно 7 . В каждом цикле образуется 1 молекула ФАДН 2 (1,5 АТФ) и 1 молекула НАДН (2,5 АТФ). Поступая в дыхательную цепь, в сумме они "дадут" 4 молекулы АТФ. Таким образом, в 7 циклах образуется 7×4=28 молекул АТФ.
двойных связей в пальмитиновой кислоте нет .
на активацию жирной кислоты идет 1 молекула АТФ, которая, однако, гидролизуется до АМФ, то есть тратятся 2 макроэргические связи или две АТФ .

Таким образом, суммируя, получаем 80+28-2 =106 молекул АТФ образуется при окислении пальмитиновой кислоты.

Общие Сокращения Ацетил-КоА Традиционные названия Ацетил коэнзим А Химическая формула C 23 H 38 N 7 O 17 P 3 S Физические свойства Молярная масса 809.57 g/mol г/моль Термические свойства Классификация Рег. номер CAS 72-89-9 Рег. номер PubChem 444493 SMILES O=C(SCCNC(=O)CCNC(=O)(O)C(C)(C)COP(=O)(O)OP(=O)(O)OC3O(n2cnc1c(ncnc12)N)(O)3OP(=O)(O)O)C

Ацетил-кофермент А, ацетил-коэнзим А, сокращённо ацетил-КоА - важное соединение в обмене веществ , используемое во многих биохимических реакциях. Его главная функция - доставлять атомы углерода с ацетил-группой в цикл трикарбоновых кислот , чтобы те были окислены с выделением энергии. По своей химической структуре ацетил-КоА - тиоэфир между коферментом А (тиолом) и уксусной кислотой (носителем ацильной группы). Ацетил-КоА образуется во время второго шага кислородного клеточного дыхания , декарбоксилирования пирувата, который происходит в матриксе митохондрии . Ацетил-КоА затем поступает в цикл трикарбоновых кислот.

Ацетил-КоА - важный компонент биологического синтеза нейротрансмиттера ацетилхолина . Холин , в соединении с ацетил-КоА, катализируется ферментом холинацетилтрансферазой, чтобы образовать ацетилхолин и коэнзим А .

Функции

Дегидрогеназ пирувата и реакции пируват формиат лиазы

Кислородное преобразование пирувата в ацетил-КоА называют реакцией дегидрогеназа пирувата. Она катализируется пируватдегидрогеназным комплексом . Другие преобразования между пируватом и ацетил-КоА возможны. Например, пируват формиат лиазы преобразуют пируват в ацетил-КоА и муравьиную кислоту .

Метаболизм жирных кислот

У животных ацетил-КоА является основой баланса между углеводным обменом и жировым обменом. Обычно ацетил-КоА из метаболизма жирных кислот поступает в цикл трикарбоновых кислот, содействуя энергетическому обеспечению клеток . В печени, когда уровень циркуляции жирных кислот высок, производство ацетил-КоА от разрыва жиров превышает энергетические потребности клетки. Чтобы использовать энергию, доступную из лишних ацетил-КоА, создаются кетоновые тела, которые затем могут циркулировать в крови. В некоторых обстоятельствах это может привести к высокому уровню кетоновых тел в крови, состоянию, называемому кетозом, которое отличается от кетоацидоза , опасного состояния, способного повлиять на диабетиков . У растений синтез новых жирных кислот происходит в пластидах . Многие семена запасают большие количества масел в семенах, чтобы поддерживать прорастание и ранний рост саженцов, пока они не перешли на питание от фотосинтеза. Жирные кислоты включены в липиды мембраны, главнейший компонент большинства мембран.

Другие реакции

Две молекулы ацетил-КоА могут быть соединены, чтобы создать ацетоацетил-КоА, что будет первым шагом в ГМГ-КоА/биосинтезе холестерина, предшествующем синтезу изопреноидов. У животных ГМГ-КоА - это жизненный предшественник синтеза холестерина и кетоновых тел.
Ацетил-КоА - также источник ацетил-группы, включённой в определённые лизиновые остатки гистоновых и негистоновых белков в посттрансляционной модификации ацетилирования, реакции, катализируемой ацетилтрансферазой.
У растений и животных цитозольный ацетил-КоА синтезируется АТФ цитратлиазой. Когда глюкоза изобилует в крови животных, она преобразуется посредством гликолиза в цитозоле в пируват, а затем в ацетил-КоА в митохондрии. Избыток ацетил-КоА вызывает производство избыточных цитратов, которые переносятся в цитозоль, чтобы дать начало цитозольному ацетли-КоА.
Ацетил-КоА может быть карбоксилирован в цитозоле в ацетил-КоА карбоксилазу, давая начало малонил-КоА, необходимого для синтеза флавоноидов и родственных поликетидов, для удлинения жирных кислот (образование восков), для образования кутикулы и масла в семенах у членов рода Капуста, а также для малонации протеинов и других фитохимических соединений.
У растений они включают в себя сесквитерпены, брассиностероиды (гормоны) и мембранные стиролы .

См. также

Литература

Т. Т. Берёзов, Б. Ф. Коровкин Биологическая химия. - М .: Медицина, 1998. - 704 с. - 15 000 экз. - ISBN 5-225-02709-1
Ю. Б. Филиппович Основы биохимии. - М .: Агар, 1999. - 512 с. - 5 000 экз. - ISBN 5-89218-046-8

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Ацетил-КоА" в других словарях:

См. Ацетилкоэнзим А … Большой медицинский словарь

- … Википедия

Ацетил-КоА-карбоксилаза - * ацэтылКаА карбаксілаза * acetil CoA carboxylase фермент, катализирующий конверцию (превращение) ацетил коэнзима в малонил посредством карбоксилирования. Эта реакция является первой в цепи химических реакций образования масел у некоторых… … Генетика. Энциклопедический словарь

Фермент класса лигаз (КФ 6.2.1.1), катализирующий обратимую реакцию образования ацетилкоэнзима А из коэнзима А и уксусной кислоты в присутствии аденозинтрифосфорной кислоты … Большой медицинский словарь

КОФЕРМÉНТ А, КоА, кофермент, состоящий из нуклеотида аденозин 3 ,5 дифосфата и ß меркаптоэтиламида пантотеновой к ты; участвует в переносе ацильных групп (кислотных остатков), связывающихся с сульфгидрильной группой КоА высокоэнергетич.… … Биологический энциклопедический словарь

Ацетил КоА Ацетил КоА Кофермент А (КоА) кофермент ацетилирования; один из важнейших коферментов; принимает участие в реакциях переноса ацильных групп. Молекула КоА состоит из остатка адениловой кислоты, связанной пирофосфатной группой с о … Википедия

- (ацетил КоА: орго фосфат ацетилтрансфераза, фосфотрансацетилаза, фосфо ацилаза), фермент класса трансферам, катализирующий перенос ацетильной группы от ацетил кофермента А (аце тил КоА; см. Коферменты, Пантотеновая кислота)к остатку H3PO4:… … Химическая энциклопедия