13.7. Витамины и гормоны

Витамины – биохимически активные низкомолекулярные органические и биокоординационные соединения, необходимые для обеспечивания жизненно важных функций организма. Недостаток того или иного витамина приводит к тяжелым заболеваниям. Известны около 20 соединений, относимых к витаминам. Витамины делятся на водо- и липидорастворимые и относятся к нескольким группам, обозначаемым прописными буквами латинского алфавита A, B, C, D, E, K.

Витамины группы А – производные 4-(2',2',6-триметилгексен-1')-бутен-3-ОН-2.

1

Рисунок 13.6 Особенно богата морковь каротином – провитамином А, который образно называют «витамином роста»

Они образуются только в животных организмах, но из предшественников, синтезируемых растениями. Такие каротиноподобные провитамины содержатся в шпинате, моркови. Витамины группы А содержатся в молочных продуктах, животном жире, яйцах, но особенно много их в рыбьем жире. Наиболее важные витамины группы А – ретинол (А₁), ретиналь (A₁-альдегид), ретиноевая кислота (A₂) и др.

Первым из витаминов был открыт витамин B, а в 1926 г. была установлена его структура.

Витамины группы B – азотсодержащие гетероциклические соединения, отвечающие за процессы роста (B₁, B₂), нормальное развитие кожи (B₆), кроветворную способность (B₁₂). Простейшим является 3-пиридинкарбоновая кислота (иногда называемый PP), наиболее сложным – B₁₂, относящийся к биокоординационным соединениям.

Хорошо известный витамин C – аскорбиновая кислота – относится к группе витаминов C – производных L-гулоновой кислоты. Собственно витамин C в лактонном виде имеет формулу

Эта группа витаминов обладает многофункциональным действием (наиболее известное – противоцинготное).

Витамины группы D препятствуют развитию рахита. Некоторые из них могут синтезироваться из веществ-предшественников в коже под действием солнечного света, другие поступают с пищей.

Витамины группы E регулируют процессы размножения, а витамины группы K – свертываемость крови.

Гормоны вырабатываются железами внутренней секреции (эндокринными) и регулируют обменные процессы в организме.

Известно более 40 гормонов, объединяемых в три группы: производные аминокислот, пептидные и стероидные. К первой относятся адреналин, ко второй инсулин, к третьей – мужские (производные андростана R = CH₃) и женские (производные эстрона R = H) половые гормоны:

К стероидам относится холестерин

13.8. Биокоординационные соединения

Биокоординационные соединения выполняют важнейшие функции в растительных и животных организмах. Они в составе ферментов катализируют реакции переноса кислорода, окислительно-восстановительные и гидролитические процессы, чаще всего биокоординационные соединения представляют собой металлсодержащие макромолекулы. Связанный с белком металл может контролировать конформацию биомакромолекул. Так, Mg²⁺, Ca²⁺ стабилизируют двойную спираль ДНК, тогда как Cu²⁺ благоприятствует ее раскручиванию. В этом параграфе мы ограничимся некоторыми примерами биокоординационных соединений, ответственных, в частности, за фотосинтез, перенос кислорода, окислительно-восстановительные процессы.

Хлорофилл. Этим термином определяют группу магнийсодержащих пигментов, ответственных за процессы фотосинтеза. Наиболее распространенным является хлорофилл а, который содержится во всех растениях, образующих кислород в процессе фотосинтеза. Кроме него известны не менее восьми разновидностей.

Хлорофилл а представлен на рис. 13.7.

1

Рисунок 13.7 Молекула хлорофилла a

В процессе фотосинтеза солнечная энергия поглощается хлорофиллом. Высвобождаемый кислород первоначально принадлежал воде. Водород восстанавливает фермент никотинамидадениндинуклеотид (НАД⁺), в результате чего образуются НАД∙H и H⁺, которые принимают участие в цикле синтеза углеводов. Эта стадия называется световой. Темновая стадия заключается во взаимодействии CO₂ и H₂O с рибулозодифосфатом с образованием двух молекул фосфоглицериновой кислоты:

+ +  → 2

Фосфоглицериновая кислота присоединяет вторую фосфатную группу от аденозинтрифосфата (АТФ), а дифосфоглицериновая кислота восстанавливается с помощью НАД∙Н в фосфотриозу, участвующую в синтезе сахаров от C₃ до C₇. Продуктами этой стадии являются АТФ и фруктозофосфат, превращающийся в дальнейшем в глюкозу и крахмал.

Гемоглобин – гемсодержащий белок, обратимо связывающий молекулярный кислород (рис. 13.7):

Из рис. 13.8 видно, что как и Mg²⁺ в хлорофилле, Fe²⁺ связан с четырьмя атомами азота пиррольных колец порфириновой системы (протопорфирина IX) и с атомами азота имидазольного кольца остатка аминокислоты – гистидина, входящего в состав полипептидной части гемоглобина. Шестое координационное место занимает дикислород или другие малые лиганды (CO в карбоксигемоглобине HbCO).

2

Рисунок 13.8 Молекула гемоглобина

HbCO образуется в сотни раз быстрее, чем HbO₂, чем и объясняется токсичное действие СО. Еще более токсичен NO. Роль белковой части гемоглобина заключается в регулировании процесса оксигенации и деоксигенации без окисления Fe (II) до Fe (III). Только гемовая часть гемоглобина быстро окисляется до Fe (III). Близкую к гемоглобину структуру имеет миогемоглобин, отличие состоит в том, что миогемоглобин содержит одну полипептидную (глобиновую) цепь и один гем, а гемоглобин включает четыре полипептидные цепи.

Гемоглобин обеспечивает транспорт кислорода от легких по всему телу, а миоглобин обеспечивает сохранение запасенного кислорода в мышцах. У некоторых видов беспозвоночных переносчиками кислорода служат негемовые белки – медьсодержащие гемоцианины и железосодержащие гемоэритины. Каждый из них содержит по два атома Cu (I) и Fe (II) и способен связать одну молекулу кислорода.

Витамин B₁₂ – кобаламины (их общее строение изображено на рис. 13.9), соединения, противодействующие развитию анемии, обеспечивающие нормальное функционирование нервной ткани.

В виде гидроксикобаламина (R = OH) B₁₂ транспортируется в организме; известно несколько его форм. Цианкобаламины (R–CN) – лекарственная форма витамина B₁₂, не встречающаяся в природе.

3

Рисунок 13.9 Строение витамина B12.

Кобальт в экваториальной плоскости окружен четырьмя атомами азота корринового цикла, отличающегося от порфиринового цикла отсутствием CH-мостика между пиррольными кольцами. Разновидностей витамина B₁₂ несколько; в зависимости от связи Co–R кобальт может иметь степень окисления от I до III.