Строение, свойства и биологическая роль биотина и тиамина

Биотин

Историческиесведения

Более60 лет назадWilidiers показал, чтодля обеспеченияжизнедеятельностиДрожжевыхклеток в искусственнуюпитательнуюсреду необходимовнести какое-тоорганическоевещество (факторроста). Этотфактор ростаон предложилназвать «биосом»(от греч. «bios»—жизнь).Изучение природы«биоса» привелок заключению,что «биос»представляетсобой комплексфакторов роста,отличающихсядруг от другапо физико-химическимсвойствам.Экстракты,содержащие«биос», приобработкеуксуснокислымсвинцом разделялисьна две биологическиактивные фракции.Фракция, выпадавшаяв осадок, быланазвана «биосI», а фракция,остававшаясяв растворе,получила название«биос II». В 1928 г.«биос I» выделениз чая и идентифицированкак инозит. В30-х годах «биосII» подвергалсятщательномуизучению ибыл разделенна две фракции—«биосIIа» и «биосIIв»—путем адсорбциипоследней наживотном угле.

Kogi предложилназвать «биосIIв» прото «биосомII» или биотином,а фракцию «биосIIа»—«биосомIII». В 1935—1936 гг. Kogi иTonnies впервые выделиликристаллическийбиотин из желткаяиц. Для этойцели они использовали250 кг желтковяиц и получили100 мг биотинас температуройплавления 148°.Позже былонайдено, чтонекоторые видыRhizobium требуют длясвоего ростакакое-то органическоевещество,присутствующеев культурахAzotobacter в гидролизованныхдрожжах и другихестественныхисточниках.Это веществополучило название«коэнзим Р».Сравнительноеизучение действияна рост Rhizobium «коэнзимаР» и кристаллическогопрепаратабиотина показало,что оба веществаобладают одинаковымибиологическимисвойствами.

В 1931 г.Gyorgy (Gyorgy, 1954) в опытахна крысах обнаружил,что ряд естественныхисточниковсодержит вещество,предохраняющееживотных отзаболевания,вызываемогоизбытком белкаяиц, и предложилназвать еговитамином H.1939 г. он получилпрепарат витаминаН из печени. Впроцессе изученияфизико-химическихсвойств препаратоввитамина Н ираспространенияего в естественныхисточникахвозникла мысльоб идентичностивитамина Н ибиотина. Экспериментальнаяпроверка показала,что наиболееочищенныепрепаратывитамина Нполностьюзаменяют коэнзимР при испытаниина культурахRhizobium tritolii и биотинпри испытаниина дрожжах. Сдругой стороны,коэнзим Р илибиотин полностьюзаменял витаминН при испытаниина животных.Таким образом,витамин Н ибиотин полностьюидентичны.Дальнейшиеисследованиядали возможностьустановитьхимическоестроение биотинаиосуществитьего синтез.

2. Химическиеи физическиесвойства биотина

В 1941 г. duVigneaud и сотрудникивыделили изпечени кристаллическийпрепарат метиловогоэфира биотина,из которогопутем омылениящелочью былполучен свободныйбиотин. Эмпирическаяформула егобыла определенакак C₁₀H₁₆O₃N₂S.На основанииизучения продуктовраспада биотинаэти авторыпришли к выводу,что структуравитаминасоответствует2^/-кeтo-3,4-имидaзoлидo-2-тeтpaгидpoтиофен-н-валериановойкислоте.

Молекулабиотина состоитиз имидазолового(А) и тиофенового(В) колец. Гетероциклможно рассматриватькак тиофеновоекольцо, связанноес уреиднойгруппировкой.Приведеннаяструктурабиотина былаподтвержденаполным егохимическимсинтезом. Вмолекуле имеетсятри асимметрическихатома углерода,что обусловливаетсуществование8 стереоизомеров.

Биотинобразует игольчатыекристаллы стемпературойплавления 232°.D поперечномсечении кристаллпредставляетсобой ромб,острые углыкоторого равны55°. Длина осей:а—5,25Ǻ, b—10,35Ǻ, с— 21,00Ǻ.Плотностькристаллов1,41. Молекулярныйвес биотинана основехимическойформулы равен214. Нa на основерентгеноскопическогоанализа 245±6. Приисследованиикристаллическойструктурыбиотина установлено,что алифатическаяцепь находитсяв цис-положениипо отношениюк уреиднойциклическойгруппировке.

На основанииданных, полученныхметодом рентгеноскопическойкристаллографииTraub (1959) считаетвозможнымобразованиевнутримолекулярнойводороднойсвязи, котораявозникает междукислородомкарбонильнойгруппы и однимиз кислородныхатомов карбоксильнойгруппы в результатеблизкого расстояниямежду N-3’ и С-6равного 2,4Ǻ; всеостальныерасстоянияв молекулесоставляютболее 3,4Ǻ. Образованиетакой связидолжно изменятьраспределениезарядов в уреидномкольце со смещением,кэтоэнольного.равновесия.к энолу, что:приводит кизменениюхимическойреактивностиN-1. Наличие водороднойсвязи в известноймере определяетбиологическуюактивностьбиотина и егопроизводных.В 1965 г. установленаструктура иотносительнаяконфигурациякаждого асимметрическогоцентра биотина,а в 1966 г. абсолютнаястереохимиявитамина.

Биотинхорошо растворимв воде и спирте,трудно растворимв эфире, углеводородахпарафиновогоряда и нескольколучше в циклогексане,бензоле, галогенизированныхуглеводородах,спиртах и кетонах(ацетон). Биотинустойчив кдействиюультрафиолетовыхи рентгеновыхлучей. Он разрушаетсяпод влияниемперекиси водорода,соляной кислоты,едких щелочей,формальдегидаи сернистогогаза. Он неизменяетсяпод действиеммолекулярногокислорода,серной кислоты,гидро-

ксиламина.В ультрафиолетовыхлучах для биотинане обнаруженоспецифическогопоглощения.

2.1 Аналогии ингибиторы.Молекула биотинаобладает большойспецифичностью.Это подтверждаетсятем, что из 8известныхстереоизомеровтолько один—биотин—обладаетбиологическойактивностью.Удаление илизамена какихлибо атомовили групп атомовприводит кполной потереактивности(дегидробиотин,гемоглобин,норбиотин).Только однагруппа производных,полученныхокислениематома серы(сульфобиотини биотинсульфоксид)или заменойсеры кислородом(оксибиотин)или двумя атомамиводорода(дестиобиотин),проявляетбиологическуюактивность.Сульфобиотинзаменяет потребностьв биотине унекоторыхдрожжей нооказывается

антагонистомвитамина дляL. casei, E. coli и Neurospora.

Известныаминокислотныепроизводныебиотина, средикоторых наиболееизучен биоцитин,обладающийвысокой активностьюдля многихмикроорганизмов. Биоцитии выделенв кристаллическомвиде из дрожжей.В 1951 г. расшифрованаего структура.Оп представляетсобой пептидбиотина и лизина,а именно:

В 1952 г.осуществленсинтез биоцитина.Степень использованиябиоцитинаразными микроорганизмамирезко различается.Возможнойпричиной этогоможет бытьналичие илиотсутствиебиоцитиназы,которая расщепляетбиоцитин сосвобождениемсвободногобиотина.

По даннымTraub (1959), биологическаяактивностьбиотина и егоаналогов обусловленавнутримолекулярнойсвязью, чтопозволяетобъяснитьпричины наличияили отсутствиябиологическойактивностидля большинстваизомеров ипроизводныхбиотина. Так,образованиеводороднойсвязи исключеноу всех другихоптическихизомеров, кромеD-биотина, а такжеу производныхс более длиннойили укороченнойбоковой цепью,что приводитк полной потеребиологическойактивности(гомобиотин,норбиотин).Неактивностьгуанидиновыханалогов биотина,биотинола,оксибиотинолатакже объясняетсяотсутствиему них водороднойсвязи. Некоторыепроизводныебиотина, которыеобразуютсябез нарушенияводороднойсвязи, сохраняютбиологическуюактивность(дестиобиотин,оксибиотин,биоцитин и рядаминокислотныхпроизводныхбиотина).

Внастоящее времявыяснена причинапатологическихизменений,возникающихпри кормленииживотных сырымяичным белком.В нем содержитсяавидин—белок,который специфическисоединяетсяс биотином(введеннымвнутрь с пищевымипродуктамиили синтезированнымкишечнымимикроорганизмами) в неактивныйкомплекс и темсамым препятствуетего всасыванию.Авидин содержитсяв яичном белкекурицы, гуся,утки, индейкии лягушки. В1942 г. он полученв кристаллическомвиде и оказалсяглюкопротеидомс молекулярнымвесом 70000. Авидинстехиометричёскисвязываетэквимолярныеколичествабиотина, образуяпрочный комплекс,который нерасщепляетсяферментамипищеварительноготракта. Комплексавидина с биотиномтермическиустойчив иполностьюдиссоциируеттолько в автоклавепри 120° за 15 минут.С авидиномсоединяетсяDL-оксибиотини некоторыедругие аналогибиотина, носродство авидинак биотину намногобольше, чем кего производным.Изучениевзаимодействиябиотина и егопроизводныхс авидиномпоказалонеобходимостьуреидной группыв молекулевитамина, тогда;как карбоксильнаягруппа и атомсеры не являютсянеобходимымидля образованиякомплекса.Авидин являетсяуниверсальнымингибиторомбиотина. Егоспособностьсвязыватьбиотин широкоиспользуетсяпри изучениимеханизмаучастия этоговитамина впроцессахобмена веществ:торможениетой или инойбиохимическойреакции авидином являетсясущественнымдоводом в пользувозможностиучастия в нейбиотина. Авидинприменяетсядля полученияэкспериментальнойбиотиновойнедостаточностиу животных.

Распространениебиотина в природе

Биотиншироко распространенв природе. Онобнаружен умикроорганизмов.растении иживотных. Содержаниеего определенов различныхсистематическихгруппах животных:простейших,насекомых, рыб,земноводных,птиц, млекопитающих.Наиболее высокийуровень биотинаобнаружен вличинках насекомыхи наименьший— у пресмыкающихся.Рекордноеколичество(6,81 мкг/г) найденов печени акулы.Содержаниебиотина в организмеживотных независит отпринадлежностиживотного копределеннойсистематическойгруппе. Анализтканей показалбольшое различиев содержаниибиотина в органаходного и тогоже животного.Наиболее богатывитаминомпечень, почки,надпочечники;сердце и желудоксодержат среднее,а мозговаяткань, легкиеи скелетныемышцы—минимальноеколичествобиотина.

Нижеприведеносодержаниебиотина в различныхпродуктахживотногои растительногопроисхождения.

Содержаниебиотина в пищевыхпродуктах (В.В. Филиппов,1962)

Продуктыживотногопроисхождения	Биотинв мкг на продукта	Продуктыживотного100 г происхождения	Биотинв мкг на 100 г продукта
Печеньсвиная	250	Рисовыеотруби	46
» говяжья	200	Рожь,цельное зерно	46
Почкисвиные	180	Земляныеорехи	40
Сердцебыка	8—50	Пшеничнаямука	9—25
Яйцо(желток)	30	Цветнаякапуста	17
Сардины(консервы)	24	Шампиньоны	16
Ветчина	10	Горошекзеленый	6
Камбала	8	Бананы	4,4
Мясокурицы	6	Дыня	3,6
» говядины	5	Луксвежий	3,5
Молококоровье	5	Капустабелокочанная	2.5
Сыр	4	Морковь	2,5
Сельдь	4	Апельсины	1,9
Телятина	1,5—2	Яблоки	0,9
Соя,бобы	60	Картофель	0,5—1,0

Наиболеебогаты витаминамисвиная и говяжьяпечень, почки,сердце быка,яичный желток,а из продуктоврастительногопроисхождения—бобы,рисовые отруби,пшеничная мукаи цветная капуста.В животныхтканях и дрожжахбиотин находитсяпреимущественнов связанномс белками виде,в овощах и фруктах—всвободномсостоянии.

4. Биосинтезбиотина.

Биосинтезбиотина осуществляютвсе зеленыерастения, некоторыебактерии игрибы. Изучениепутей биосинтезабиотина началосьпосле выяснениястроения егомолекулы. Химическоерасщеплениебиотина проходитчерез образованиедестиобиотина,диаминопеларгоновойкислоты и,наконец, пимелиновойкислоты. Вполнеестественнобыло предположить,что биосинтезбиотина можетпроходить путемпостепенногоусложнениямолекулы пимелиновойкислоты. В пользуэтого говорилтот факт, чтопимелиноваякислота способназаменять биотину некоторыхмикроорганизмовкак факторроста. Онастимулируетсинтез биотина:меченая пимелиноваякислота обнаруживаетсяв углеродномскелете биотина.

Изучениеструктурнойформулы биотинапривело кпредположению,что атомы I,1', 4 и5 происходятиз декарбоксилированноймолекулыцистеина (см.формулу), атомы2 и 3 происходятиз карбамилфосфатаи связаны, такимобразом, с имеющимсяв клетках «пулом»СО₂в то время какостальные семьатомов (2, 3, 6, 7, 8, 9 и10) происходятиз углеродногоскелета пимелиновойкислоты. Высказанноепредположениеподтвержденоэкспериментальнопри изучениибиосинтеза

Биотинав культурахAchromobacter, выращенныхна синтетическихсредах, к которымдобавляли либо3-С¹⁴-цистеин,либо МаНС¹⁴О_з.Синтезированныйбактериямирадиоактивныйбиотин расщеплялии таким образомизучали распределениев нем радиоактивногоуглерода.Основываясьна полученныхрезультатах,Lezius и соавторыв 1963 г. предложилисхему синтезабиотина.

Согласноэтой схеме,началом синтезаявляется конденсацияпимелил-КоАи цистеина.Затем происходитдекарбоксилирование,что приводитк образованию9-меркапто-8-амино-7-оксопеларгоновойкислоты. Взаимодействиеаминогруппыэтой кислотыс карбамилфосфатомвызываетобразованиеуреидногопроизводного,которое послеотщепленияводы можетциклизоваться,давая биотинс характернымдля него двойнымциклом.

Поспособностисинтезироватьбиотин и дестиобиотинвсе исследованныеорганизмыделятся на 4-егруппы:

Способныесинтезироватьбольшое количествобиотина идестиобиотинаиз глюкозы вотсутствиепимелиновой кислоты.
Стимулирующиепри помощипимелиновойкислоты идестибиотинабиосинтезбиотина.
Активноосуществляющиепревращениедестибиотинав биотин.
Образующиедестиобиотиниз пимелиновойкислоты, но неспособныепревращатьего в биотин.

Изученоболее 600 штаммовбактерий,использующихуглеводородыдля синтезабиотина, изкоторых 35, синтезируютвитамин в большихколичествах(>100 мкг/мг). Наибольшееколичествобиотина образуетPseudomonas sp. штамм 5-2 привыращиваниина керосине.Специфическимактиваторомнакоплениябиотина является аденин. Экзогенныепимелиноваяи азелаиноваякислоты увеличиваютобразованиеблотина. изкеросина. Лучшимиисточникамиуглерода оказалисьн-алканы с углероднойцепью из 15—20атомов, в частностин-ундекан.Промежуточнымипродуктамив синтезе биотинаиз ундеканаявляютсяпимелиноваяи азелаиноваякислоты (Toshimichi e. a.,1966).

Исследование биосинтезабиотина в растениях (В. Филиппов,1962 г.) показало,то каждый органрастения икаждая егоклетка синтезируетвитамин вэмбриональнойфазе своегоразвития. Вдальнейшемсинтез замедляетсяи, по-видимому,прекращается,но содержаниеего различныхтканях долгоевремя остаетсяпостоянном.

5. Обменбиотина в организме

Об обменебиотина известнонемного. Биотин,поступившийс пищей в связанномсостоянии,отщепляетсяот белка поддействиемпротеолитическихферментов,переходит вводорастворимуюформу и всасываетсяв кровь в тонкомкишечнике. Вкишечникепроисходиттакже всасываниебиотина, синтезированногобактериямижелудочно-кишечноготракта. Всосавшийсяв кровь биотинсвязываетсяс альбуминомсывороткиразноситсяпо всему организму.Наибольшееколичествобиотина накапливаетсяв печени, почкахи надпочечниках,причем у мужчиноно несколькобольше, чем уженщин.

Содержаниебиотина в тканяхчеловека (Р. Д.Вильяме, 1950)

Органыи ткани	Биотинв мкг/г
Органыи ткани	у женщин	у мужчин
Кожа	—	0 01
Мозг	0,03	0,08
Легкие	0,02	0,01
Сердце	0,17	0,19
Мышцы	0,02	0,04
Желудок	0,19	0,11
Ободочнаякишка	0,08	0,09
Печень	0,62	0,77
Молочнаяжелеза	0,04	—
Селезенка	0,04	0.06
Почки	0 58	0,67
Надпочечники	0,35	0,23
Семенники	—	0,05
Яичники	0,03	——

Чтокасается содержаниябиотина в кровичеловека, топо этому вопросуимеется ограниченнаяи порой противоречиваяинформация.Bhagavan и Coursin в 1967 г. определилисодержаниебиотина микробиологическимметодом в крови30 здоровых лошадейи 25 взрослыхлюдей и показали,что в среднемв крови взрослыхлюдей содержится25,7 ммкг% биотина(12—42,6 ммкг%), а в кровидетей несколькобольше—32,3 ммкг%(14,7—55,5 ммкг%). Поданным Baugh (1968), среднийуровень биотинав цельной кровисоставляет147 ммкг% (82— 270 ммкг%).Какой-либоразницы, в содержаниибиотина в .кровив зависимостиот пола и возрастане отмечено.Содержаниебиотина в молокеженщины резкоизменяетсяв период кормления.В первый деньпосле родовсодержаниебиотина bмолокеневелико итолько на 10-йдень повышаетсядо 0,33 мкг на 100 мл.

Биотинпочти не подвергаетсяОбмену в организмечеловека ивыводитсяв неизмененномвиде в основномс мочой. У здоровыхлюдей выведениебиотина с мочойсоставляет11—183 мкг в сутки,у новорожденныхдетей достигаетмаксимума (4мкг на 100 мл)_ на2-й день жизнии снижаетсядо нуля к 7-мудню. Содержаниебиотина в калеколеблется от 322 до 393 mкг всутки. В нормевыделениебиотина с мочойи калом повышаетпоступлениеего с пище 3-6 раз.что свидетельствуето удовлетворениипотребностейчеловека вбиотине на счетбактериальногосинтеза вкишечнике.Через 6 часов после введениячеловекумассированнойдозы биотинабольшая частьего выводитсяс мочой. Содержаниебиотина в калепри этих жеусловиях изменяетсяв меньшей степени.

Небольшаячасть карбоксильнойгруппы боковойцепи биотинаокисляетсядо СО₂специфическойоксидазой,которая обнаруженав печени и почкахморской свинкии крысы.

Исследованиераспределениямеченого биотинав тканях цыпляти крыс показало,что уже через4 часа послевыведенияфизиологическойдозы меченногоС¹'по карбоксильнойгруппе биотинаоколо 16% меткивключалосьв печень, а 30%выводилосьс калом и мочойв неизмененномвиде (Dakshinamurty, Mistry, 1963). Всердце, селезенкеи легких радиоактивностине обнаружено.Менее 4% введеннойдозы выводилосьв виде выдыхаемогоC¹⁴O²,что указывалона незначительноепрямое окислениекарбоксильнойгруппы биотина.О распределениимеченого биотинав различныхклеточныхфракциям можносудить по табл.

Содержаниебиотина в клеточныхфракциях печенинормальныхкрыс (Dakshinamurti, Misfry, 1963)

Фракцияпечени	Нормальныеживотные		Авитаминозныеживотные
	Общийбиотин в %	Связанныйбиотин в % кобщему	Общийбиотин (в %)
Гомогенат	100	92	100
Ядра	37	99	75
Митохондрии	9	89	13
Микросомы	2	23	о
Надосадочнаяжидкость	47	91	о

Из таблицывидно, что 40—50%радиоактивностиобнаруженов надосадочнойфракции, полученнойпосле центрифугированиягомогенатапечени крыс.В микросомахсодержитсянезначительноеколичествовитамина.Большая частьбиотина в различныхклеточныхфракциях,заисключениеммикросом,присутствуетв связаннойс белком форме.Имеются ипротиворечивыеданные о том,что большаячасть биотина(более 60%) содержитсяв митохондрияхпечени животныхи около 11%— вмикросомах.

В настоящеевремя недостаточноисследованадинамика содержаниябиотина в тканяхв онтогенезеживотных.По-видимому,яйцо и зародышв начальнойстадии развитиянаиболее богатыбиотином. Развитиезародышасопровождаетсяснижениемсодержаниябиотина в тканях.Исключениесоставляютпечень и почки,в которых содержаниебиотина значительноповышаетсяв первые днипостэмбриональногоразвития.

6.Участие биотинав обмене веществи механизмдействия

К 1958—1959гг.накопилисьданные, которыеуказывали научастие биотинав реакцияхкарбоксилирования.Установлено,что при биотиновойнедостаточностинарушаютсяследующиефункции печениживотных:

синтезцитруллинаиз орнитина,МН₃и С0₂,включение CО₂в пурины, карбоксилированиепропионовойкислоты, приводящеек образованиюянтарной кислоты,включение С0₂в ацетоуксуснуюкислоту. Однакомеханизмдействия биотинав этих реакцияхоставалсяневыясненным.Данные опытовс 2-C¹⁴-биoтинoмисключаливозможностьтого, что С-атомуреидной группировкибиотина переноситсяв качествеостатка угольнойкислоты. Однимиз обстоятельств,из-за которыхподвергаласьсомнению функцияэтого витаминакак коферментакарбоксилирования,было (описанноев разное время)участие биотинав реакциях, вкоторых непроисходилони включения,ни отщепленияС0₂.Так, было обнаруженовлияние биотинана дезаминированиеаспарагиновойкислоты, серинаи треонина иучастие егов синтезе жирныхкислот. Первыечеткие доказательствакоферментнойфункции биотинав реакциикарбоксилированияпоявились вработах, посвященныхименно синтезужирных кислот.В этих работахотмечалось,что биотинявляется коферментомацетил-КоА-карбоксилазы,фермента,осуществляющегокарбоксилированиеацетил-КоА собразованиеммалонил-КоА—первуюстадию синтезажирных кислот(Wakil, 1958). К этому временибыли полученыдоказательствасуществованияеще одногобиотинфермента,а именно(З-метил-кротонил-КоА-карбоксилазы(Lynen, Knappe, 1959). Все известныев настоящеевремя биотиновыеферменты катализируютдва типа реакций:

Реакциикарбоксилированияили фиксацииС0₂,сопряженныес расщеплениемАТФ и протекающиесогласно уравнению:

АТФ +НСОз + RH

R—СОО^-+ АДФ + Фнеорг.

Реакции

Источникфермента

Ацетил-КоА+ С0₂+АТФ

Малонил-КоА+ АДФ + Ф

Я-Метилкротонил-КоА+ С0₂+ АТФ

Я-Метилглютаконил-КоА+АДФ + Ф

Пропионил-КоА+ С0₂+ АТФ

Метилмалонил-КоА+ АДФ + Ф

Бутирил-КоА+С0₂+ АТФ

Этилмалонил-КоА+АДФ+Ф

Пируват+ С0₂+АТФ

Щавелевоуксуснаякислота

Печеньголубя

Микробактерии

Сердцеи печень свиньи

Мышцыи печень голубя

Печеньголубя

II. Реакциитранскарбоксилирования,протекающиебез распадаАТФ, при которыхкарбоксилированиеодного субстратаосуществляетсяпри одновременнопротекающемдекарбоксилированиидругого соединения:

R₁—COO^-+ R₂H

R₁H+ R₂—COO^-

Посколькувсе приведенныереакции являютсяобратимыми,возможенобратимыйбиосинтез АТФ.Во всех этихслучаях имеетместо включениеС02 в реактивноеα-подожениеацил-КоА иливинилгомоло-гичноеему положение(при карбо^силированииβ-метилкротонил-КоА).

Кначалу 60-х год5Вбыли выделеныи изученыкарбоксилазы,осуществляющиеуказанныепревращения—В 1960 г. установленоучастие биотинав реакциитранскарбоксилированияпри исследованиисинтеза пропионовоикислоты

СНз—СН—СО~S—КоА+ СНз—СО—СООН

СООН

СНз-СНа—СО~S-КоА+ НООС-СН₂—СО—СООН

Биотиновыеферменты представляютсобой олигомерыс большиммолекулярнымвесом (порядка700000) и, как правило,содержат 4 молясвязанногобиотина на 1моль фермента,поэтому кажетсявероятным, чтоони состоятиз 4 субъединицс молекулярнымвесом 175000, каждаяиз которыхсодержит однумолекулу биотина.

В работахLynen (1964) расшифрованмеханизм участиябиотина в реакцияхкарбексилирования.Установлено,что реакциикарбоксилированияявляютсядвухстадийными.Первая стадиясводится кобразованию«активной С0₂»в форме С0₂~биотинфермента:

АТФ + НС0^-₂+биотинфермент

АДФ+ Фнеорг. + С0₂~биотинфермент.

Втораястадия заключаетсяв переносе«активной С0₂»на акцептор:

С0₂~биотинфермент+ R₂H

биотинфермент+ R₂—С00^-

Аналогичныйдвух стадийныймеханизм предложени для реакцийтранскарбоксилирования:

R₁—С00^-+ биотинфермент

С0₂~биотинферментR₂H;

С0₂~биотинфермент+ R₂H

R₂—С00^-+биотинфермент.

Послеустановлениясуществования«активной С0₂»в виде С0₂~биотинферментаустановленхарактер связимежду С0₂и биотином.Этому способствовалооткрытие тогофакта, чтоβ-метилкротонил-КоА-карбоксилазаспособнакарбоксилироватьсвободныйбиотин, переводяего в карбоксибиотин.В дальнейшеммеченый карбоксибиотипбыл выделенв опытах сС¹⁴-бикарбонатоми идентифицированкак Г-М-карбоксибиотин.Его структурабыла подтвержденахимическимсинтезом. Катому времениуже было известно,что в биотиновыхферментахкарбоксильнаягруппа биотинасоединена сε-NH₂-группойлизина ферментногобелка ковалентнойсвязью. На основанииэтих данныхпредложенаструктураС0₂~биотинфермента.

Этаструктураполучила рядэкспериментальныхподтвержденийи в настоящеевремя являетсяобщепринятойдля всех биотиновыхферментов.Реакционнаяспособностьуглекислоты,связанной сбиотином, находитвыражение вэнергетическихвзаимоотношениях.Величина свободнойэнергии распадаС0₂~биотинферментаравна 4,74 ккал/моль,что дает основаниепричислитьС0₂~биотинферментак «богатымэнергией»соединениям.

Исключительнобольшой интереспредставляетсовершеннонеизученнаяпроблема регуляцииактивностибиотинсодержащихферментов иорганизме. Вэтой связиособенно важныисследованияпо биосинтезумолекулы биотинаи образованиюхолоферментовиз биотина исоответствующегоферментногобелка. Данныепо первомувопросу изложеныв разделе«Биосинтез».Что касаетсяобразованияхолофермента,то можно считатьустановленным,что во всехбиотиновыхферментахбио-тнн связанс ε-аминогруппойлизина. Этотспособ связиэкспериментальнодоказан почтидля всех карбоксилази метилмалонил-КоА-оксалоаце-таттранскарбоксилазы.Недостаточныепо биотинуклетки Propionibacteriumshcemaniiсодержат апоферменти специфическуюсинтетазу,которая катализируетпри использованииАТФ соединениебиотина сапоферментом,приводящеек образованиюактивногохолоферментатраискарбокснлазы.Необходимымикофакторамиэтой реакцииявляются АТФи Mg²⁺.При использованииочищенныхферментовудалось доказать,что образованиехолотранскарбоксилазыпроисходитв два этапа,причем промежуточнымсоединениемявляетсябиотиниладенилат(R-CO-5'-AMФ):

Mg2+

I. АТФ+ R— С0₂Н+ синтетаза

R-СО-5’-АМФ-синтетаза+ пирофосфат

(биотин

I.R-СО-5’-АМФ-синтетаза+ Н₂М-фермент R-CO-NH-фермент +

+5’-AMФ+cинтeтaзa.

Синтетическийбиотиниладенилатобладает способностьюзаменить смесьАТФ, MgCl и биотинапри синтезехолофермента(Lynen, 1964). Позже былоустановлено,что образованиедругих холоферментовпротекаетаналогичнымобразом. Всеизвестныеферментативныереакции, длякоторых установленоучастие биотинав качествекофермента,являютсяпроцессамипереноса углекислоты.По-видимому,в обратимомприсоединениии отдаче СО; исостоит исключительнаяфункция этоговитамина вобмене веществ.Однако прибиотиновойнедостаточностинарушаютсяочень многиереакции обменав интактноморганизме. Так,-биотинвовлечен вбиосинтезбелков, дезаминированиеаспартата,серина и треонинау бактерий,обмен триптофана,жиров и углеводов,синтез пуринов,образованиемочевины уживотных и др.Природа участиябиотина вомногих из этихреакций остаетсянеясной. Всеперечисленныепроцессы имеютодну общуючерту: при изученииin vitro они не тормозятсяавидином. Наосновании этихданных считается,что биотиноказывает.непрямоедействие науказанныепревращения,которые катализируютсяферментами,не содержащимиэтоговитамина.

Ввидучрезвычайнойважности нeкоторыхиз этих реакцийдля жизне-деятельностиорганизманеобходиморассмотретьих.Рядомавторов отмечено,что при недостаточностибиотина в рационекрыс снижается включение вбелок меченыхаминокислот.Так, включение(С¹⁴-метионина,С¹⁴-лейцинаи С¹⁴-лизинав тканевыебелки снижаетсяна 20—40% причемнедостаточностьбиотина влияетна стадию образованияамино-ацил-транспортнойРНК. ПрепаратытРНК из печенинормальныхкрыс включаютзначительнобольше меченыхаминокислот,чем препаратыпечени авитаминозныхживотных(Dakshinainurti, Misty, 1964). Еще ранеебыло установлено,что у авитаминозныхживотных нарушаетсясинтез амилазыв поджелудочнойжелезе и сывороточногоальбумина впечени, причемоднократноевведение 100 мкгбиотина восстанавливаетспособностьтканей к синтезууказанныхбелков. Добавлениеin vitro α-кетоглутаратаи фумарататакже восстанавливаетобразованиеамилазы исывороточногоальбумина (А.А. Познанская,1957).

Этиданные показали,что биотин непринимаетпрямого участияв синтезе белкаde novo, а его влияниена этот процесс,по-видимому,определяетсявовлечениембиотина в синтезсубстратовтрикарбоновогоцикла. Такоепредположениенашло подтверждениев опытах нацыплятах:скармливаниесукцинатаавитаминознымптицам восстанавливалодо нормы включениеаминокислотв тканевыебелки и РНК.Так как образованиеС4-дикарбоновыхкислот в организмеживотных протекаетчерез фиксациюСО₂,осуществляемуюбиотиновымиферментами,то становятсяясными причинынарушениясинтеза белкапри биотиновойнедостаточности.В организмеавитаминозныхцыплят значительноснижены скоростьокисленияглюкозы до СО₂ и включениеее в гликогенпечени. Имеютсяуказания наснижениеглюкокиназнойактивностипри недостаточностибиотина, хотявитамин не былобнаружен впрепаратахкристаллическогофермента. Возможно,что участиебиотина в обмене.углеводовявляется непрямым.В результатенарушенияутилизацииглюкозы ворганизмеживотных приисключениибиотина изкорма нарушаетсяпревращениеD-глюкозы вL-аскорбиновуюкислоту.

Принедостаточностибиотина содержаниелипидов в печениживотныхснижается на30°/о, что обусловленоснижениемсинтеза жирныхкислот. Отсутствиебиотина в кормецыплят приводитк повышениюсодержаниятриглицеридов,пальмитиновойи пальмитолеиновойкислот в печени,а также соотношенияжирных кислотСО₁₆,СО₁₈соотношениемежду насыщеннымижирными кислотамипри этом снижается.ВключениевведенныхСО¹⁴-стеариновойи СО¹⁴-пальмитиновойкислот в фосфолипидызначительноповышаетсяпри недостаточностибиотина, а включениеих в триглицериды—снижается.При этом общееколичествожирных кислотпо сравнениюс контролемпонижено. Впечени авитаминозныхкрыс сниженовключениеСО¹⁴-ацетатав липиды инаблюдаетсябольшее содержаниененасыщенныхжирных кислотСО_16:1и СО_18:2,тогда как уровеньстеариновойкислоты снижен.Исключениебиотина изкорма крысв течение 60 днейприводит кзначительномуснижению уровняцитидиловых,адениловыхи гуаниловыхнуклеотидовв печени. Содержаниеуридиловыхнуклеотидовпри этом почтине изменяется,а инозиловых— немного повышается.В то же времяотсутствиебиотина в рационене влияет насодержаниеРНК и ДНК, а такжена включениев них Р³²,введенного внутрибрюшиннов виде Na₂HP³²O₄.

Наконец,в гомогенатахпечени авитаминозныхкрыс резкоснижено образованиецитруллина,которое полностьювосстанавливаетсячерез 24 часапосле введенияживотным биотина.Однако биотинне обнаруженв препаратахферментов,участвующихв синтезе мочевины(карбамилфосфатсинтетаза,орнитинтранскарбамилазаи др.) и, по-видимому,в данном случаеоказываетнепрямое действиена эту реакцию.

6.1Взаимодействиес другими витаминами.Установленасвязь биотинас другимивитаминами,в частностис фолиевойкислотой, витаминомB₁₂- аскорбиновойкислотой, тиаминоми пантотеновойкислотой. 0собеннотесные взаимоотношениясуществуютмежду биотиноми фолиевойкислотой. Сначалабыло показано,что при недостаткебиотина в печеникрыс значительноснижено общеесодержаниевеществ, обладающихактивностьюфолиевой кислоты.и что биотинстимулируетбиосинтез этоговитамина сфлорой. Позднеебыло установлено,что у биотинавитаминозных крыс значительноснижено содержаниекоферментны.хформ фолиевойкислоты, а именноN⁵иN¹⁰-формилтетрагидро-фолатов,тетрагидрофолата,N^5_и N^10_формилтетрагидроптероилглутаминовыхкислот. Биотинстимулируетсинтез метионинаиз серина игомоцистеинаи процессыметилированиявообще, способствуянакоплениюкоферментныхформ фолиевойкислоты. Такимобразом, принедостаточностибиотина нарушенаутилизацияорганизмомфолиевой кислотыи превращениеее в активныекоферментныеформы. По-видимому,биотин принимаетнепосредственноеучастие вферментативныхпроцессахпревращенияфолиевой кислотыв ее коферментныепроизводные(Marchetti e. а., 1966). Биотинблагоприятновлияет на общеесостояниеорганизма исохранениеаскорбиновойкислоты в тканяхцинготныхморских свинок.В свою очередьаскорбиноваякислота замедляет,хотя и не предотвращаетразвитие авитаминозабиотина у крыс.При недостаточностибиотина снижаетсясодержаниетиамина в печени,селезенке,.почках и мозгеживотных. Укрыс, содержавшихсяна рационе,лишенномбиотина, содержаниевитамина B₁₂было выше, чему контрольныхживотных, получавшихбиотин. Эти двавитамина тесносвязаны междусобой в обменепропионовойкислоты умикроорганизмови животных.Существуеттесная связьмежду биосинтезомбиотина ипантотеновойкислоты умикроорганизмови зеленых растений(В. В. Филиппов,1962). Биотин облегчаетсимптомы пантотеновойнедостаточностии, наоборот,пантотеноваякислота смягчаетпроявлениеавитаминозабиотина.

7. Потребностьорганизма вбиотине.

Биотиннеобходим длячеловека, животных,растений ибольшого числамикроорганизмов.Он являетсяфактором ростадля многихштаммов, а такжемногих грибови бактерий. Однако некоторыедрожжи, грибыи бактерииспособны егосинтезировать.Потребностьв биотине уптиц и животныхпокрываетсяза счет синтезаего бактериямижелудочно-кишечноготракта. У коров,овец и лошадей,содержащихсяна обычномрационе, практическиисключенанедостаточностьбиотина. Усвиней и птицнедостаточностьбиотина можетсоздаватьсяпри использованиикормов, бедныхвитаминами.

Потребностьв биотине учеловека покрываетсяза счет синтезаего микрофлоройкишечника,поэтому еетрудно оценить.С известнойдолей приближенияможно считать,что (минимальнойежедневнойдозой биотинадля животныхи человекаявляются следующиевеличины (Gyorgy,1954): для человека—150—200 мкг, обезьян—20мкг, крыс— 0,5—3мкг, цыплят —0,65—1 мкг, свинец— 100 мкг.

Впериод беременностии лактацииПотребностьв биотине уженщин повышаетсядо 250—300 мкг в день. Подругим данным,потребностьв биотине значительнониже и составляетдля взрослогочеловека 30— 40мкг в сутки.

7.1 Проявлениенедостаточностибиотина

Наиболееподробнонедостаточностьбиотина изученав опытах накрысах и цыплятахпри скармливаниирационов сбольшим содержаниемсырого яичногобелка. Биотиновыйавитаминозу животныххарактеризуетсяпрекращениемроста и падениемвеса тела (до40%), покраснениеми шелушениемкожи, выпадениемшерсти илиперьев, образованиемкрасного отечногоободка вокругглаз в виде«очков», атактическойпоходкой, отекомлапок и типичнойпозой животногос согбенной(кенгу-руподобной)спиной. Дерматит,который развиваетсяу животныхпри недостаточностибиотина, можетбыть охарактеризованкак себореядесквамационноготипа, сходнаяс той, котораянаблюдаетсяу детей. У крысавитаминозбиотина развиваетсячерез 4—5 недельскармливанияопытного рациона,а у цыплят первыепризнаки авитаминозапоявляютсячерез 3 недели.

Помимовнешних признаков,биотиновыйавитаминозвызывает глубокиеморфологическиеизменения втканях и органах,а также нарушенияв обмене веществ.Известны измененияв зобной железе,коже и мышцахкрыс. Характерныобильныйгиперкератоз,акантез и отеки.Разрушенныеволосяныестволы перемешаныс гиперкератознымипластинками.Установленорасширениеволосяныхсумок, отверстиякоторых закупореныгиперкератознымматериалом.В последнейфазе развитияавитаминозанаблюдаетсяатрофия жирав гиперкератозныхпластинках.Недостатокбиотина в рационекрыс приводитк уменьшениюего содержанияв тканях. В печении мышцах количествовитамина снижаетсяв 5 раз, а в мозговойткани—на 15%. Вкрови авитаминозныхкрыс накапливаетсяпировинограднаякислота, развиваетсяацидоз и снижаетсяконцентрациясахара. Приэтом глюкозурияне наблюдается,но уменьшаетсясодержаниередуцирующихСахаров в печенипри нормальномсодержанииих в мышцах; уживотных развиваетсякреа-тинурия.

Человекполностьюудовлетворяетсвою потребностьв биотине засчет синтезаего микрофлоройкишечника,поэтому гиповитаминозможно получитьтолько в эксперименте.Экспериментальнуюнедостаточностьбиотина у человеканаблюдалиSydenstricker и соавторы(1942) путем включенияв диету ежедневно200 г сырого яичногобелка. Через3 недели появилосьшелушение кожибез зуда. На7—8-й день развиласьпепельнаябледность кожии началасьатрофия вкусовыхсосочков языка.Позднее появилисьмышечные боли,повышеннаячувствительность,болезненныеощущения, вялость,сонливость,тошнота и потеряаппетита. Вкрови уменьшилосьсодержаниеэритроцитови холестерина.Выделениебиотина с мочойснизилось в7—8 раз противнормы (с 29— 52 до3,5—7,3 мкг в сутки).Введение 150 мкгбиотина ужена 3—4-й деньустранялодепрессию,мышечные болии восстанавливалоаппетит.

Такимобразом, недостаточностьбиотина у человекав первую очередьвызывает поражениякожи. Болеетяжелые проявлениятребуют, по-видимому,большей длительностиавитаминоза.

8. Профилактическоеи лечебноеприменениебиотина.

В настоящеевремя применениебиотина в клиникес лечебной ипрофилактическойцелью изученонедостаточно.Большое значениебиотина длянормальногосостояниякожных покрововпривело к попыткамлечения биотиномряда кожныхзаболеваний.Биотин показанпри себорейномдерматите угрудных детей,связанном,возможно, сявленияминедостаточностиэтого витамина.Заболеваниеизлечиваетсяпри ежедневномвведении 5—10мкг биотинав течение 4 недель.Отмечен успехпри длительномприменениибиотином в техслучаях дескваматознойэритродермии,когда недостаточностьбиотина былав числе причинзаболевания.Лечебная дозабиотина составляет150—300 мкг в сутки;вводитсяон-парентерально.

Г.И. Бежанов в1966 г. сообщил оприменениибиотина в комплекснойтерапии псориаза.Наблюдения,проведенныеза большойгруппой больных,показали, чтобиотин проявлялпротивозудныйэффект, а сочетаниебиотина с фумаратом,витаминамигруппы В ибальнеотерапиейпотенцированныйи более быстрыйклиническийэффект. В процесселечения узначительногобольшинствабольных рассасывалсяинфильтрат,уменьшалосьили полностьюпрекращалосьшелушение.Автор рекомендуетприменятьбиотин в комплексномлечении псориаза.

В последниегоды появилсяряд сообщенийо целесообразностипримененияфармакологическихдоз биотинап комплекснойтерапии атеросклерозаи гипертоническойболезни.. Этиданные представляютособый интересв связи с участиембиотина в синтезехолестерина.

О. К.Докусова и А.Н. Климов в 1967 г.сообщили опредотвращениибиотиномэкспериментальногоатеросклерозау кроликов прискармливаниибольших дозхолестерина.Введение биотинав количестве400 мкг в деньпредупреждалоразвитиеатеросклероза.Содержаниехолестерина,β -липопротеидови фосфолипидовв стенке аортыживотных, получавшиххолестерини биотин, неотличалосьот содержанияэтих компонентовв аорте здоровыхкроликов, тогдакак в аортеживотных, получавшиххолестеринбез биотина,содержаниехолестеринаи β-липопро-теидовбыло резкоповышено. Авторысчитают, чтоснижение содержанияхолестеринавызвано окислениемего в печени.В настоящеевремя известно,что пропионатявляется основнымтрехуглероднымфрагментом,отщепляющимсяот боковой цепихолестеринана первых этапахокисленияхолестеринав желчные кислоты.Можно предположить,что стимуляцияокисленияхолестеринабиотином связанас активациейокисленияпропионовойкислоты (черезобразованиеянтарной кислотыпутем кар-боксилированияпропионовойкислоты), посколькупропионил-КоА-кар-боксилазаявляетсябиотинсодержащимферментом.

В. Д.Устиловскийи др. (1967) сообщил,что после 7-дневноговведения внутрьфармакологическихдоз биотинау больныхатеросклерозом,отмечалосьстатистическидостоверноеснижение содержанияобщего, холестеринаи β -липопротеидовв крови, тогдакак у здоровыхлюдей биотинне влиял наизучаемыепоказатели.У больныхатеросклерозоми гипертоническойболезнью применениефармакологическихдоз биотинаприводит кзначительномуснижению выведенияс мочой тиаминаи аскорбиновойкислоты (М. А.Лис, 1967; Д. П. Калкун,1967).

Такимобразом, биотинспособствуетусвоению этихвитаминов ворганизмебольных. Учитываяблагоприятноевлияние биотинана ряд показателейлипидногообмена у больныхатеросклерозоми гипертоническойболезнью, атакже повышениеусвоения тиаминаи аскорбиновойкислоты, авторырекомендуютприменятьбиотин при этихзаболеванияхв дозе 1 мг вдень внутрьв комплекснойтерапии,

С возрастомв крови людейснижаетсясодержаниепантотеновойкислоты, витаминаВ₆и биотина (В.И. Титов, 1966). У больныхгипертониейи атеросклерозомв возрасте80—88 лет содержаниебиотина былов 2,4 раза меньше,чем у здоровыхмолодых людей.Установленоснижениесодержаниябиотина в кровибольных, жаловавшихсяна слабость,недомоганиеи легкую утомляемость.Автор рекомендуетприменятьпантотеновуюкислоту, витаминВ₆и биотин припреждевременнойстарости дляустраненияявлений гиповитаминозаи связанногос ним нарушениемобмена веществ.Некоторымиисследователямиобнаруженовысокое содержаниебиотина в тканяхряда раковыхопухолей, чтопривело кпопыткамвоздействоватьна развитиерака путемвызываниябиотиновойнедостаточности.Однако этипопытки не далиположительныхрезультатов.

Такимобразом, сейчаснакапливаютсяданные, позволяющиерекомендоватьприменениебиотина принекоторыхболезнях кожи,нарушенияхжирового обменаи сердечно-сосудистыхзаболеваниях.Однако дляболее широкогоиспользованиябиотина в клиникенеобходимодальнейшееизучение какего физиологическогодействия, таки показанийк лечебномуприменению.

Тиамин

Историческиесведения

Первыеупоминанияо заболевании(какке, бери-бери),известномсейчас какпроявлениенедостаточноститиамина, встречаютсяв древних медицинскихтрактатах,дошедших донас из Китая,Индии, Японии(Bicknell, Prescott, 1953; Inouye, Katsura, 1965). К концупрошлого столетияклиническиуже различалинесколько формэтой патологии,но только Takaki(1887) связал заболеваниес какой-то, какон тогда полагал,недостаточностьюазотсодержащихвеществ в пищевомрационе. Болееопределенныепредставлениябыли у голландскоговрача С. Eijkman (1893—1896),обнаружившегов рисовых отрубяхи в некоторыхбобовых растенияхнеизвестныетогда факторы,предупреждавшиеразвитие илиизлечивавшиебери-бери. Очисткойэтих веществзанималисьзатем Funk (1924), впервыепредложившийсам термин«витамин», иряд другихисследователей(Wuest, 1962). Извлеченноеиз естественныхисточниковактивноевещество тольков 1932 г. было охарактеризованообщей эмпирическойформулой, азатем (1936) успешносинтезировано.Еще в 1932 г. высказывалосьпредположениео роли витаминав одном из конкретныхпроцессовобменавеществ—декарбоксилированиипировинограднойкислоты, нолишь в 1937 г. (Lohman, Schuster)стала известнакоферментнаяформа витамина—тиаминдифос-фат(ТДФ). Коферментныефункции ТДФв системедекарбоксилированияct-кето-кислотдолгое времяпредставлялисьпочти единственнымибиохимическимимеханизмамиреализациибиологическойактивностивитамина, однакоуже в 1953 г. кругферментов,зависящих отприсутствияТДФ, был расширенза счет транскетолазы,а совсем недавнои специфическойдекарбоксилазыγ-окси-α-кетоглютаровойкислоты. Нетоснованийдумать, чтоперечисленнымисчерпываетсяперспективадальнейшегоизучения витамина,так как экспериментына животных,данные, получаемыев клинике прилечебном применениивитамина, анализфактов, иллюстрирующихизвестнуюнейро- и кардиотропностьтиамина, снесомненностьюуказывает наналичие ещекаких-то специфическихсвязей витаминас другимибиохимическимии физиологическимимеханизмами(В. Б. Спиричев,1966; Ю. М. Островский,1971).

2. Химическиеи физическиесвойства витаминаВ₁

Тиамин(В. М. Березовский,1959; В. А. Девятнин,1964), или 4-метил-5-β-оксиэтил-N-(2-метил-4-амино-5-метилпиримидил)-тиазолий,получаетсясинтетическиобычно в видехлористо-илибромистоводороднойсоли:

-Рйаминхлорид(М-337,27) кристаллизуетсяс Ѕ Н₂Ов бесцветныхмоноклиническихиглах, плавится при 233—234° (с разложением).В нейтральнойсреде его спектрпоглощенияимеет два максимума— 235 и 267 нм, а прирН 6,5 Один — 245—247нм. Витаминхорошо растворяетсяв вода и уксуснойкислоте, несколькохуже в этиловоми метиловомспиртах и нерастворимв хлороформе,эфире, бензоле,ацетоне. Изводных растворовтиамин можетбыть осажденфосфорно-вольфра-мовойили пикриновойкислотой. Вщелочной средетиамин подвергаетсямногочисленнымпревращениям(Metzler, 1960), которые, взависимостиот природыдобавленногоокислителя,могут завершатьсяобразованиемтиаминдисульфида(X) или тиохрома(IX).

В кислойсреде витаминразлагаетсятолько придлительномнагревании,образуя5-гидрокси-метилпиримидин,муравьинуюкислоту,5-аминометилпиримидин,тиазоловыйкомпонентвитамина иЗ-ацетил-3-меркапто-1-пропанол.Среди продуктовраспада витаминав щелочнойсреде идентифицированытиотиамин,сероводород,пиримидодиазепини др. Полученытакже сульфати мононитратвитамина. Известнысоли тиаминас нафталенсульфоновой,арилсульфоновой,цетилсернойи эфиры с уксусной,пропионовой,масляной, бензойнойи другими кислотами.

Особоезначение имеютэфиры тиаминас фосфорнойкислотой, вчастности ТДФ,являющийсякоферментнойформой витамина.Получены(Fragner, 1965; Schellenberger, 1967) гомологитиамина путемразличныхзамещений увторого (этил-,бутил-, оксиметил-,оксиэтил-, фенил-,оксифенил-,бензил-, тиоалкил-),четвертого(окситиамин)и шестого (метил-,этил) атомовуглерода пиримидинаметилированиемаминогруппьь,замещением тиазоловогоинхлана пиридиновой(пиритиамин),имидозоловыйили оксазфювый,модификациямизаместителейу пятого углеродатиазола (метил-,оксиметил-,этил-, хлорэтил-,оксипропил-и др.). Отдельнуюбольшую группусоединенийвитамина составляютS-алкильные идисульфидныепроизводные(Matsukawa e. а., 1970). Средипоследнихнаибольшеераспространениекак витаминныйпрепарат получилтиаминпропилдисульфид(ТПДС).

3.Распространениевитамина В₁,в природе.

Тиаминраспространенповсеместнои обнаруживаетсяу разных представителейживой природы(Р. В. Чаговеци др., 1968). Как правило,количествоего в растенияхи микроорганизмахдостигаетвеличин значительноболее высоких,чем у животных.Кроме того, впервом случаевитамин представленпреимущественносвободной, аво втором —фосфорилированнойформой. Содержаниетиамина в основныхпродуктахпитания колеблетсяв довольношироких пределахв зависимостиот места и способаполученияисходногосырья, характератехнологическойобработкиполупродуктови т. п. Величины,приводимыепо этому поводув литературе(Ф. Е. Будагян,1961; В. В. Ефремов,1969; П. И. Шилов, Т.Н. Яковлев, 1964),характеризуют,как правило,уровень витаминадо кулинарнойобработки,которая самапо себе значительноразрушаеттиамин. В среднемможно читать,что обычноеприготовлениепищи разрушаетоколо 30% витамина.Некоторые видыобработки(высокая температура,повышенноедавление иналичие большихколичествглюкозы), разрушаютдо 704-90% витамина,а консервацияпродуктовпутем обработкиих сульфитомможет полностьюинактивироватьвитамин В злаковыхсеменах другихрастений тиамин,подобно большинствуводорастворимыхвитаминов,содержитсяв оболочке изародыше.Переработкарастительногосырья (удалениеотрубей) всегдасопровождаетсярезким снижениемуровня витаминав полученномпродукте.Шлифованныйрис, например,совсем не содержитвитамина.

Содержаниетиамина в некоторыхпродуктахпитания (В. В.Ефремов, 1960)

Продукт	Содержаниетиамина в мкг%	Продукт	Содержаниетиамина в мкг%
Пшеница	0,45	Томаты	0,06
Рожь	0,41	Говядина	0,10
Горох	0,72	Баранина	0,17
Фасоль	0,54	Свинина	0,25
Kpупaовсяная	0,50	Телятина	0,23
>>гречневая	0,51	Ветчина	0,96
>>манная	0,10	Куры	0,15
Рисшлифованный	0,00	Яйцакуриные	0,16
Макароны	следы	Рыбасвежая	0,08
Мукапшеничная	0,2—0,45	Молококоровье	0,05
>>ржаная	0,33	Фруктыразные	0,02—0,08
Хлебпшеничный	0,10—0,20	Дрожжипивные сухие	5,0
>>ржаной	0,17	Орехигрецкие	0,48
Картофель	0,09	» земляные	0,84
Капустабелокочанная	0,08

4.Обмен тиаминав организме

Витаминпоступает спищей в свободном,эстерифицированноми частичносвязанном виде.Под влияниемпищеварительныхферментовпроисходитпочти количественноеего превращениев свободныйтиамин, которыйвсасываетсяиз тонкогокишечника.Значительнаячасть поступившегов кровь тиаминабыстро фосфорилируетсяв печени, частьего в виде свободноготиамина поступаетв общий кровотоки распределяетсяпо другим тканям,а часть сновавыделяетсяв желудочнокишечныйтракт вместес желчью и экскретамипищеварительныхжелез, обеспечиваяпостояннуюрециркуляциювитамина ипостепенноеравномерноеусвоение еготканями. Почкиактивно экскретируютвитамин в мочу.У взрослогочеловека засутки выделяетсяот 100 до 600 мкг тиамина..Введение повышенныхколичестввитамина спищей илипарентеральноувеличиваетвыделениевитамина смочой, но помере повышениядоз пропорциональностьпостепенноисчезает и вмоче нарядус тиаминомначинают ввозрастающихколичествахпоявлятьсяпродукты егораспада, которыхпри введениивитамина свыше10 мг на человекаможет быть до40—50% исходнойдозы (А. В. Труфанов,1959). Опыты с меченымтиамином (А. Я.Розанов, 1960) показали,что нарядус неизмененнымвитамином вмоче обнаруживаетсянекотороеколичествотиохрома, ТДС,пиримидиновый,тиалозовыйкомпонентыи различныеуглерод- исерусодержащиеосколки, в томчисле меченыесульфаты.

Такимобразом, разрушениетиамина в тканяхживотных ичеловекапроисходитдостаточноинтенсивно,но до настоящеговремени неустановленыреакции, черезкоторые этотпроцесс осуществляется.Попытки обнаружитьв животныхтканях ферменты,специфическиразрушающиетиамин, покане дали убедительныхрезультатов(см. ниже), хотяимеются отдельныесообщения поэтому вопросу(Somogyi, 1966). Суммарноесодержаниетиамина во всеморганизмечеловека, нормальнообеспеченноговитамином,составляетпримерно 30 мг,причем в цельнойкрови его находится3—16 мкг%, а в другихтканях (Williams е. а.,1950) значительнобольше: в сердце— 360, печени — 220,в мозге — 160, легких— 150, почках — 280,мышцах — 120, надпочечнике— 160, желудке —56, тонком кишечнике— 55, толстомкишечнике— 100, яичнике —61, яичках — 80, коже— 52 мкг%. В плазмекрови обнаруживаетсяпреимущественносвободныйтиамин (0,1— 0,6 мкг%;Ю. М. Островский,1957), а в эритроцитах(2,1 мкг на 10¹¹клеток) и лейкоцитах(340 мкг на 10¹¹клеток) —фосфорилированный.

Свободныйтиамин в нормелегко определяетсяв кишечникеи почках, чтоможет бытьсвязано и снедостаткамичисто методическогопорядка, таккак эти тканиобладаютисключительновысокой фосфатазнойактивностьюи к моментувзятия материалана исследованиеуже может происходитьчастичноедефосфорилированиеэфиров витамина.С другой стороны,эти же механизмымогут игратьопределеннуюроль в удалениивитамина изкрови в мочуили кал. Количествовитамина впоследнем учеловека составляетпримерно 0,4—1мкг и вряд лисвязано вкакой-то заметнойстепени с биосинтезомвитамина кишечноймикрофлорой.

Некотороепредставлениео динамикеобмена тканевыхзапасов витаминадают опыты,проведенныеS³⁵-тиамином(Ю. М. Островский,1971). Обновлениетиамина происходитв разных тканяхс различнойскоростью ипрактическиполная заменанерадиоактивноговитамина нарадиоактивный(вводимый ежедневно)осуществляетсяк 8-му дню опыталишь в печени,почках, селезенкеи скелетныхмышцах. В сердце,поджелудочнойжелезе тканимозга к указанному сроку процессэтот не завершается.Вторая фазаопыта (авитаминозныйрежим) позволяетвыявить рядинтересныхзакономерностейв отношениирасходованияэндогенныхзапасов витаминаразличнымитканями. Немедленнои с наибольшейскоростьютеряется меткатканью печении поджелудочнойжелезы. Равномернос первого днялишения животныхмеченого тиаминападает радиоактивностьв селезенке,скелетныхмышцах, почке.Практическина одном и томже уровне остаетсярадиоактивностьчерез суткипосле лишенияживотных тиаминав ткани сердцаи очень медленнотеряется меткаиз мозга. По-видимому,в 1-й день авитаминозногорежима миокардеще ассимилируетиз крови необходимоеколичествотиамина, поступившегов нее туда издругих органов.Уровень меткив крови (рис.6) остается вначаленормальными заметно падаетлишь к 15-му днюопыта (7-й деньавитаминоза).

Еслив конце авитаминозногорежима мышамснова начатьвводить S³⁵-тиамин,то никакогоусиленногопотребленияметки тканямине наблюдается,т.е. предварительнаядевитаминизацияне создавалаусловий, благоприятствующих(последующейассимиляциивитамина. Можносчитать, чтосвязываниивитаминаопределяется,по-видимому,не дефицитомсоответствующихдепо, а какими-толимитированнымипромежуточнымиреакциямиспецифическойили неспецифическойпротеидизациивитамина. Интереспредставляети некотороезамедление ассимиляцииповторно вводимоговитамина вткани мозга,сердца и печени.Возможно, этообусловленодефицитомсоответствующихапоферментовили межтканевойконструкциейв захвате меченоготиамина изкрови. Одновременноисследованнаяу тех же животныхактивностьтранскетолазытканей толькодля крови коррелировалав какой-то мересо степеньюдевитаминизациивсего организма.В других тканяхмежду содержаниемвитамина иактивностьюфермента вдлительныепромежуткивремени прямаясвязь не выявляется.Только в условиях,когда количествовитамина уменьшаетсяв несколькораз, такая связьначинаетпроявляться.Нечто аналогичноедля соотношениймежду уровнемтиамина и активностьюДФ-содержащихферментовнедавно отмеченои другими авторами(Dreyfus, Hauser, 1965). Наиболеесущественныйвывод из представленныхрезультатовсостоит вутверждении,что количествовитамина,находящегосяв тканях, вомного раз вышетого уровня,который необходимдля обеспеченияспецифическихферментныхсистем ТДФ.По-видимому,значительныеколичествавитамина присутствуютв тканях, особеннов сердце и печени,в виде егопроизводных,осуществляющихкакие-то другиенекоферментныефункции.

4.1 Образованиетиаминфосфатов(ТФ).За период с1937 по 1943 г. показано,что фосфорилированиетиамина активнопроисходитв дрожжах иразличныхживотных тканях.Уже тогда выяснилось,что реакцияидет за счетАТФ по общемууравнению:тиамин + АТФ—>ТДФ + АМФ.

В 1952 г. этизакономерностибыли подтвержденына частичноочищенномпрепаратетиаминкиназыиз растворимойфракции гомогенатапечени. ОптимумрН для образования.ТДФ этим ферментнымпрепаратомлежал, в пределах6,8—6,9. Фосфорилированиетиамина подавлялосьАМФ и АДФ. ВприсутствииАМФ образовывалисьлишь следы, ав присутствииАДФ — весьманезначительныеколичестваТДФ. Если в средувместо тиаминавносился ТМФ,то образованиеТДФ тормозилось.Очищенныйпримерно в 600раз препараттиамикиназыбыл применен(Forsander, 1956) для изученияМеханизмафосфорилированиявитамина сиспользованиеммеченой γ-Р³²-АТФ.После выделенияТДФ Forsander пришелк выводу, чтои вэтой системетиамин получаетот АТФ целикомпирофосфатнуюгруппировку.

Серияработ по изучениютиаминкиназы,выделеннойиз дрожжей иживотных тканей,недавно проведенав Японии. Надостаточноочищенныхпрепаратах(более чем в100 раз), обладавшихслабой АТФ-азной активностьюи не содержащихаденилаткиназыи нуклеозиддифосфокиназы,установлено,что ионы марганца,магния - кобальтаактивировали,а кальция, никеля,рубидия и железа— в широкомдиапазонеконцентрацийне угнеталифермент. Наэтом же препаратеферментапоказаны возможностьфосфорилированиятиамина за счетдругих нуклеотидтрифосфатов(ГТФ, ИТФ, УТФи др.) но то, чтоосновным продуктомреакции являетсяТДФ и небольшоеколичествоТМФ. ПрименениемР³²-АТФ,как и в исследованияхпредыдущихавторов, подтвержденмеханизм переносана тиамин сразупирофосфатнойгруппировки.

Однакорезультаты,полученныеin vitro, не нашли полногоподтвержденияпри изучениифосфорилированиятиамина нацелых организмахи в опытах смитохондриями.С одной стороны,как будтоподтверждалосьпредположениео пирофосфорилировании:после внутривенноговведения тиаминауже через 30—60минут в кровиживотныхобнаруживалисьмеченные пофосфору ТДФи ТТФ, но не ТМФ.С другой стороны,после внутривенноговведения ТМФкокарбоксилазнаяи транскетолазная(Н. К. Лукашик,1964) активностькрови нарасталабыстрее, чемпосле введениясвободноготиамина. Некоторыемикроорганизмылегче образуютТДФ из ТМФ, чемиз свободноговитамина, атиаминкиназа,найденная ранеев печени, необнаруженав митохонд-рияхпочек, в которыхфосфорилированиетиамина идетдругим путем.Механизмфосфорилированиявитамина сучастием толькоАТФ не всегдаукладываетсяв простую схемупереносапирофосфатнойгруппировкив целом хотябы потому, чтонаряду с ТДФв различномбиологическомматериалеобнаруживаютсяв значительныхколичествахи другие ТФ, втом числе дажеТ-полифосфаты.

Рядисследованийпоследних леткасается вопросао локализацийсистем, ответственныхза фосфорилированиетиамина. Печеньуже через часпосле введениятиамина захватывает33—40% витамина,накапливаяразличные егофосфорныеэфиры. По даннымА. А. Рыбиной(1959), происходитбыстрое фосфорилированиемеченого витаминаи в других органах(в порядке убывающейактивности):печень, почки,сердце, семенники,головной мозг.При этом радиоактивностьфосфорныхэфиров тиаминаубывает в ряду:ТТФ, ТДФ, ТМФ.По данным японскихавторов,фосфорилированиетиамина идетактивно вмитохондриях(Shima-zono, 1965), микросомахи гиалоплазме.

Из изложенныхвыше фактовнетрудно сделатьвывод, что общая-интенсивностьпроцессовэстерификциивитамина ворганизме илив отдельныхтканях должнав значительнойстепени коррелироватьс активностьюпроцессов,поставляющихАТФ. Первыеэкспериментальныенаблюденияв этом плане,проведенныеня гомогенатахпечени иликлеточныхэлементахкрови, получилив дальнейшемполное подтверждение.Все яды дыханияи гликолизаили соединения,конкурирующиес Т за АТФ, какправило, снижаютуровень ТДФв крови и в тканях.

4.2 Рольотдельныхгруппировокв молекулетиамина дляего связывания в тканях.

За последниегоды синтезированоболее десяткановых производныхтиамина (смешанныедисульфиды,О-бензольныепроизводныеи др.), широковнедряемыхв лечебную ипрофилактическуюпрактику.Преимуществановых витаминныхпрепаратов,как правило,выявлялисьчисто эмпирическив связи с тем,что до настоящеговремени мыне располагаемдостаточнымисведениямио молекулярныхмеханизмахассимиляциитиамина, о характереего взаимодействиясо специфическими (ферменты) инеспецифическими (осуществляющимитранспортвитамина) белками.Необходимостьточных представленийв этом вопроседиктуется иширокимиперспективамииспользованияантивитаминовтиамина (ампрол,хлоротиамин,деокситиамин)для лечебныхцелей (см. ниже).

Работыпо синтезуновых производныхтиамина с заранеезаданнымифизико-химическимисвойствами,обусловливающимивозможностицеленаправленноговоздействияна обменныепроцессы ворганизме,немыслимы безконкретныхпредставленийо роли отдельныхгрупп атомоввитамина и егопроизводныхв этой области.Значениепирофосфатногорадикала дляспецифическойпотеидизацииТДФ в составесоответствующихферментов ужеотмечалосьвыше. В последниегоды становитсявсе более очевиднымучастие тиаминав других реакциях,не имеющихничего общегос коферменнымифункциямивитамина.Разнообразиюактивных группировокв молекулетиамина соответствуеткаждый разособая форма-претеидизации,блокирующаяодни и обнажающаяодновременнодругие, важныедля соответствующейфункции, участкимолекулы витамина(Ю. М. Островский,1971). Действительно,первый типпротеидизации(через пирофосфатныйрадикал) отвечаеткоферментнойфункции и оставляетсвободными,доступнымидля субстрата2-й углерод тиазолаи аминогруппупиримидиновогокомпонента.С другой стороны,очевидно, чтоучастие витаминав окислительно-восстановительныхреакциях илив процессахперефосфорилированиядолжно сочетатьсяс исключением возможностиодновременногофункционированияего как кофермента,так как в первомслучае необходимадеполяризацияи раскрытиетиазоловогоцикла, а во втором— свободноеположениефосфорилированногооксиэтильногорадикала. Поскольку80—90% тиамина,присутствующегов тканях,освобождаетсялишь при кислотноми ферментативномгидролизе,можно считать,что все связанныеформы витаминанаходятся впротеидизированном,т. е. связанномс белками, состоянии.

Представлениео значенииотдельныхучастков молекулытиамина в этомпроцессе легкополучить, определяястепень связываниятканями меченногопо сере (S³⁵)витамина инекоторых егопроизводных,лишенных техили иных активныхцентров, напримераминогруппы— окситиамин(окси-Т), аминогруппыи оксиэтильногорадикала —хлорокситиамин(ХОТ), четвертичногоазота в тиазоловомцикле тетрагидротиамин(TТ) Некоторыеограниченияна интерпретациюданных, полученныхтаким образомв короткиесроки опыта,накладываютфизиологическиемеханизмы,транспортаи экскрециивводимых соединений,в связи с чемдополнительноприходитсяисследоватьтакже выведениевитамина исамих меченыхсоединенийс мочой. С другойстороны, результаты,получаемыев длительныесроки (24 часа),почти полностьюсоответствуюттолько представлениямо протеидизированнойчасти витамина,а на основаниирассмотренияконкурентныхвзаимоотношениймежду различнымиупомянутымивыше меченымии другими немеченымипроизводнымивитамина можнопоследовательноисключать рольотдельныхатомов илигруппировокв механизмахфиксации тиаминатканями.

4.3 Коферментныефункции тиаминдифосфата.

Известнозначительноеколичестворазличныхреакций, катализируемыхТДФ. Однако всеих можно свестик несколькимтипичным вариантам:простое иокислительноедекарбоксидирование-кетокислот,ацилоиноваяконденсация,фосфорокластическоерасщеплениекетосахаров.Ферментныесистемы, принимающиеучастие в этихреакциях по-видимому,едины в основныхпринципахсвоего действия;различна лишьпоследующаясудьба «активногоальдегидногоосколка»,возникающегона первых этапахпроцесса.Успехи, достигнутыев течение последнихлет в изучениипревращений-кетокислот(С. Е. Северин,1964; А. А. Глемжа,1964), позволиличетко представитькак роль собственнодекарбоксилирующегофрагментаполиферментногокомплексадегидрогеназы,содержащегоТДФ, так ипоследовательностьвсех других,связанных сним реакций:

В системетранскетолазы(ТК) «активныйальдегидный»осколок, очевидно,будет представленгликолевымрадикалом,переносимымот соответствующихисточников(ксилулозо-5-фосфат,фруктозо-6-фосфат,оксипирувати др.) на различныеакцепторы(рибозо-5-фосфат,эритро-зо-4-фосфат,глюкозо-6-фосфат).В фосфокетолазнойреакции «активныйгликолевый»радикал превращаетсянепосредственнов ацетилфосфат.

Значительныеуспехи в выяснениимеханизмакаталитическогодействия ТДФбыли достигнутыв результатеисследований,проведенныхв двух основныхнаправлениях:создание модельныхнеферментативныхсистем и введениев ферментныесистемы различныханалогов илиантагонистовтиамина. Используяпервый путь,удалось показать,что витамини в нефосфорилированномвиде способенпри определенныхусловиях вотсутствиебелка катализироватьреакциидекарбоксилирования,образованияацетона, дисмутациидиацетила.Различнымивариантамиопытов, в которыхкоферментнаяактивностьТДФ сравниваласьс активностьюантиметаболитоввитамина илиизучалась сдобавлениемсоли Рейнеке,бромацетата,пара-хлор-ртуть-бензоатаи других соединений,показано, чтокаталитическинаиболее важнымигруппами вмолекуле тиаминаявляются: сера,четвертичныйазот тиазоловогокольца, аминогруппав положении4 пиримидинового:кольца, второйуглеродныйатом тиазола(2-С-Тз), метиленовыймостик. Можносчитать устоявшимсяпредставление,что частьперечисленныхвыше активныхцентров (сера,азот, метиленовыймостик) крайненеобходиматолько дляподдержанияопределеннойструктуры исозданиясоответствующейэлектроннойплот-ности-(Б.Пюльман, А. Пюльман,1965) у второгоуглеродногоатома тиазола(2-С-Тз), которыйявляется главнымкаталитическимцентром. Спорнымии неопределеннымипока являютсяпредставленияо значенииаминогруппыпиримидиновогокомпонента.

Некоферментнаяактивностьтиамина и некоторыхего производных.

За последние20 лет нарядувыяснениеммеханизмаосновных реакций,в которыхкаталитическуюроль играетТДФ, сталинакапливатьсяданные о высокойбиологическойактивностидругих некоферментныхпроизводныхтиамина. Отчетливонаметилисьдва направленияисследований:возможное,участие различныхфосфорныхэфиров витаминав активномпереносе богатыхэнергией фосфатныхгрупп (ангидриднаясвязь в ТДФмакроэргическая)и вероятностьвмешательстватиамина вокислительно-восстановительныереакции В связис тем что неизвестныспецифическиетиаминсодержащиеферментныесистемы, причастныек регуляцииупомянутыхвыше процессов,наблюдаемыев этой сфереобмена эффектывитамина можнорассматриватькак проявлениеего неспецифическихфункций.

Тиаминофосфаты(ТФ).

Послеразработкидоступныхметодов полученияТДФ последнийстали широкоиспытыватьпри различныхзаболеванияхв клиническихусловиях.Внутривенноевведение 100—500мг ТДФ придиабетическомацидозе увеличивалоколичествопирувата,образующегосяиз глюкозы.Эффект аналогичногохарактеранаблюдалсяпри диабетепосле введенияАТФ или фосфокреатина.Инкубацияцельной кровис Р³²_нв присутствииЗх10^-3Мтиамина сопровождаласьускореннымвнедрениемметки в промежуточныепродукты гликолиза(фруктозо-1,6-дифосфат,фруктозо-6-фосфат).Особенно заметново времени, посравнению сконтролем безвитамина, возрасталарадиоактивностьтриозофосфатов.По данным Л. Н.Кузнецовой,Е. В. Лахно и Р.В. Чаговец (1953), вмышцах приутомлении иотдыхе распади ресинтез ТДФпроисходятпримерно потем же закономерностям,которые известныдля АТФ и фосфокреатина.Характернымибыли измененияво время отдыха,когда количествоТДФ превышалоисходный уровеньдо утомительнойработы. Авторыне рассматриваютпричин усиленногораспада ТДФво время сократительнойдеятельностимышц, и вряд лиэто возможнос позиции известныхкоферментныхфункций ТДФ.Торможениефункциональнойактивностипечени (введениеССЦ, гипоксия),по-видимому,за счет снижениярасхода, сопровождаетсянакоплениемв органе ТФ.Наконец, совместноес глюкозойскармливаниебольших количествТДФ крысамсопровождалосьзаметным (на69%) повышениемуровня АТФ впечени.

Группаяпонскихисследователейподробно изучилана циклофоразнойсистеме внедрениеР³²из меченогоТДФ в немеченыйАТФ. Переносметки был в 3—4раза большев присутствииР³²-ТДФ,чем в присутствиинеорганическогоР³²_н,хотя системаи во второмслучае содержаластолько же ТДФ.Если циклофоразнуюсистему выделялииз печени страдающихот недостаточноститиамина крыс,то внедрениеР³²в АТФ из меченогоТДФ превышалоконтроль в 8—10раз. НезависимостьвнедренияР³²в АТФ от эстерификациинеорганическогофосфата подтверждаласьи тем, что ДНФ(10^-4М),снижавшийинтенсивностьокислительногофосфорилированияв 5—10 раз, не влиялна процесспереноса меткиот ТДФ к АТФ.

Ещеболее интереснымипредставляютсярезультатысравнительногоизученияфизико-химическойи «субстратной»разнозначностиконцевых фосфатовАТФ и ТТФ. Обасоединенияодинаковогидролизуютсякартофельнойапиразой икристаллическимипрепаратамимиозина. Макроэргическийхарактер фосфатныхостатков в ТФпобудил рядавторов исследоватьроль этих соединенийв начальныхреакциях углеводногообмена. Пекарскиедрожжи (Kiessling, 1957) вприсутствииР³²_н,и глюкозыинтенсивнонакапливаютметку вначалепреимущественнов -фосфатеТТФ и АТФ, а затемв α- и β-фосфатах.Удельная активностьТТФ в определенныхусловиях опытаможет уравниватьсяс таковой дляАТФ, что рассматриваетсякак выражениепричастностиТФ к переносулабильныхфосфатов приобмене глюкозы.Действительно,на белковыхпрепаратахиз дрожжей-Р³²ТТФ переноситсяна глюкозу вприсутствииАДФ. Смесь ТФ(около 70% ТТФ),неактивнаясама по себе,в присутствииАТФ стимулируетпотреблениеглюкозы гексокиназой,полученнойиз миокарда,но не из скелетныхмышц. Митохондриисодержат значительныеколичестваТФ, которыемогут бытьудалены на ѕ без заметногонарушенияокисления ПКили сукцината.Сами эти ТФзахватываютдо 75% Р³²_нпо отношениюк АТФ, а классическийразобщающийяд ДНФ тормозитобразованиеАТФ в большейстепени, чемТФ. Введениеживотным окси-Т,в зависимостиот характерасубстратовдыхания, можетнарушать вмитохондрияхотдельноокислительныеи фосфорилирующиереакции, а наинтактныхмитохондриях,инкубируемыхв отсутствиеАТФ, добавление ТФ (особенноТМФ) достоверноповышаетэстерификациюнеорганическогофосфата. В последнеевремя установлено,что введениеживотным большихдоз ТДФ ужечерез несколько часов значительно,(иногда в 2 раза)повышает втканях содержаниелабильныхфосфорныхсоединений.Интереснойпредставляетсязаметно большаяэффективностьТМФ в ряде опытов,что, возможно,связано сосвоеобразнымотношениемэтого производноготиамина к мембранамили обусловленоболее легкимего превращениемв ТТФ. Есть основанияполагать, чтоимеются определенныеособенностивзаимодействияТФ с фосфорилирующимиреакциями вразличныхтканях. В нервнойткани, например,с превращениемТФ ряд авторовсвязываютфизиологическиеакты проведениявозбуждения(Muralt, 1962) и транспортионов натриячерез мембраны.

4.6 Свободныйтиамин и егопроизводные.Введение животнымантиметаболитоввитамина —окси-Т и ПТ —вызывает различнуюкартину нарушенийв обмене и вфизиологическихфункциях, чтопозволило Д.Вулли (1954) предположитьвероятностьсуществованияу тиамина несколькихразличных илидаже независимыхдруг от другафункций. Различиемежду этимиантиметаболитамис химическойточки зрениясводится кисключениютиолдисульфидныхпревращенийу ПТ и три-циклическихпо типу тиохрома(Тх) у окси-Т.Возможностькаталитическогодействия тиаминана уровнеокислительно-восстановительныхреакций в обменедавно допускаюти критикуютразные авторы.Действительно,различнаяобеспеченностьвитаминомсильно влияетна активностьряда окислительныхферментов илисодержаниев крови восстановительныхформ глютатиона.Витамин обладаетантиоксидантнымисвойствамив отношенииаскорбиновойкислоты, пиридоксинаи легко взаимодействуетс оксигруппамиполифенолов(Takenouchi, 1965). Дигидро-Тчастично окисляетсяв тиамин дрожжамии бесклеточнымиэкстрактами,кристаллическимипрепаратамипероксидазы,тирозиназыи неферментативнопри взаимодействиис кристаллическимубихиноном,пластохиноном,менадионом.

5. Физиологическоезначение витаминаВ₁состоитв мощном регулирующемвоздействииего на отдельныефункции организма и, в первую очередь,на обменныепроцессы. Сущностьже этого воздействиязаключаетсяв том, что тиаминучаствует вобмене веществв качествекоэнзима. Особенноважную рольвитамин В₁играет в углеводномобмене.

Своюбиологическуюактивностьтиамин приобретаетв кишечнике,печени и почках в процессеприсоединенияфосфорнойкислоты (фосфорилирования).

Значениевитамина В₁длянормальногообмена углеводови состоит преждевсего в том,что фосфорноепроизводноетиамина –дифосфотиамин(кокарбоксилаза)в виде простетическойгруппы входитв состав карбоксилазы– фермента,который с участиемлипоевой кислотыосуществляетреакции декарбоксилирования(отщеплениеСО₂)пировинограднойи других α-кетокислотс последующимих распадом.

Еслив организмемало тиамина,то дальнейшийраспад пировинограднойкислоты задерживается.Это подтверждаетсяповышениемуровня пировинограднойкислоты в условияхВ₁-витаминойнедостаточности.Наряду с этимпоказано, чтоуровень пировинограднойкислоты можетповышатьсяи при другихпатологическихпроцессах,сопровождающихсянарушениемуглеводногообмена, как,например приболезни Боткина,сахаром диабетеи др. ВитаминВ₁снижаетуроень пировинограднойкислоты и уздоровых людей,причем такойже эффект выявлени после предварительнойнагрузки глюкозой.Проведено такжеизучение влияниявитамина В₁на процессыусвоения сахарамышцами впатологическихусловиях. Поданным исследованияартерио-венознойразницы в содержаниисахара придвойной сахарнойнагрузке дои после введения витамина В₁(20мл)выявленоположительноезначение этоговитамина длярегуляциинарушенныхпроцессовуглеводногообмена (З.В.Новицкая, 1950).

Особоговнимания заслуживаетзначение витаминаВ₁дляфункциональногосостоянияцентральнойнервной системыи мышечнойдеятельности.Это становитсяпонятным, еслиучесть, чтоцентральнаянервная системапочти всю своюэнергию черпаетиз углеводов,в обмене которыхтиамин принимаетактивное участие.Нарушение В₁– витаминногобаланса лишаетцентральнуюнервную системувозможностиэффективноиспользоватьглюкозу приодновременномнакоплении здесь промежуточныхпродуктовобмена (пировиноградная,молочная кислотаи др.) токсическивлияющих намозг.

Тиаминявляется важнымфактором впередаче нервныхимпульсов –тормозит образованиеи инактивируетхолинэзтеразу,которая гидролизируетацетилхолин.Этим самымтиамин косвенноусиливаетактивностьацетилхолинакак передатчиканервного возбуждения.

Последующиеисследованияустановили,что В₁– авитаминоз(полиневрит)всегда сопровождаетсяглубокиминарушениямибелковогообмена в силууменьшенияактивностиразличныхферментов,принимающихучастие в этомобмене.

Особоговнимания заслуживаетучастие тиаминав синтезе нуклеиновыхкислот. Дефицитего так же приводитк нарушениюгемопоэза.

Такимобразом, можноприйти к общемувыводу, чтовитамин В₁,являясь мощнымрегуляторомуглеводногообмена, в то жевремя имеетважное значениеи для обменабелков. За последнеевремя полученыотчетливыеданные о связиэтого витаминатакже с жировым,минеральными водным обменом.

Крометого, тиаминоказывает также выраженноевлияние нафункциональноесостояниеотдельныхорганов и системорганизма.Связанные сгипо- и авитаминозомнарушенияцентральнойнервной системы,в свою очередь,ведут к расстройствусердечно-сосудистойсистемы,эвакуарно-секретнойфункции желудкаи кишечникаи эндокриннойсистемы.

Тиаминобладает относительнонизкой фармокологическойактивностью.Все приведенныефакты заставляютдумать, чтоописанные длявитаминамногочисленныеположительныеэффекты разрешаютсякаким-то образомна более специфическисвязанных сним обменныхуровнях илив системах,которые покаускользаютот контроля.

План:

Биотин…………………………………………………………..1

Историческиесведения……………………………………..1
Химическиеи физическиесвойствабиотина………………1-3
1. Аналогии ингибиторы……………………………………………3-4
Распространениебиотина вприроде…………………………..5
Биосинтезбиотина………………………………………5-7
Обменбиотина ворганизме…………………………………….7-9
Участиебиотина в обменевеществ и механизмдействия………………………………………………………9-12
1. Взаимодействиес другимивитаминами………12-13
Потребностьорганизма вбиотине……..…………….13
1. Проявлениенедостаточностибиотина………..13-14

8. Профилактическоеи лечебноеприменениебиотина….14-15

Тиамин…………………………………………………………..16

Историческиесведения……………………………….16
Химическиеи физическиесвойства витамина…16-17
Распространениевитамина В₁,в природе………..18
Обментиамина ворганизме………………………18-20
1. Образованиетиаминфосфатов(ТФ)..………..20-21
2. Рольотдельныхгруппировокв молекулетиамина дляего связывания в тканях………………….21-22
3. Коферментныефункциитиаминдифосфата…22-23
4. Некоферментнаяактивностьтиамина и некоторыхего производных……………………………..………23
5. Тиаминофосфаты(ТФ)………………………...…23-24
6. Свободныйтиамин и егопроизводные..………24-25

5. Физиологическоезначение.…………………………25-26

Списокиспользованнойлитературы

Витамины.Каталог. М., 1957
КрыжановскаяИ.И. ВитаминВ₁при хроническойнедостаточности кровообращения.Киев 1967.
ВиноградовВ.В. Гормональныемеханизмыметаболическогодействия тиамина Минск. 1984.
ОстровскийЮ.М. Активныецентры и группировкив молекулетиамина. Минск.1975.
ПознанскаяА.А. ВитаминыМ. 1974.
Биохимияи физиологиявитаминов подред. Проф. М.М.Сисакина М.1950.
Тиамин.Обмен, механизмдействия (сборникстатей) отв.Ред. А.А. Титаев.М. 1978.
ОстровскийЮ.М. Тиамин. Минск1971.

МинистерствоздравоохраненияР.Ф.

ЯрославскаяГосударственнаяМедицинскаяАкадемия

Кафедрабиологическойи биоорганическойхимии

Р Е Ф Е РА Т

Тема: «Строение,свойства ибиологическаяроль биотинаи тиамина.»

Выполнила:

СтуденткаI-гокурса

13-ойгруппы, пед.Факультета

БородулинойЕ.А.

Руководитель:

ХохловаО.Б.

Ярославль1999