Модуль «Ферменты» · урок

Витамины-коферменты

Небелковые партнёры ферментов: от витамина к коферменту, от кофермента к реакции — и к болезни при его дефиците

черновик — не проверено медэкспертом

Режим:

0 из 8 секций

Содержание урока · 0/8

01 / 08

Чему ты научишься

Различать две группы кофакторов — ионы металлов и коферменты — и пользоваться уравнением «кофермент + апофермент = холофермент»
Отличать простетическую группу от косубстрата по характеру связи с белком
Называть коферментную форму каждого витамина и класс ферментов, с которым она работает
Описывать механизмы: перенос гидрид-иона (НАД⁺), двух атомов водорода (ФАД), аминогрупп (ПФ), CO₂ (биотин), ацильных групп (КоА)
Узнавать витамины PP, B₁, B₂, B₆ по структурным формулам
Перечислять пять коферментов пируватдегидрогеназного комплекса в порядке включения
Связывать дефицит витамина с болезнью: B₁ — бери-бери, PP — пеллагра, B₁₂ — мегалобластическая анемия, C — цинга

02 / 08

Теория

Кофакторы и таблица «витамин → кофермент»

Кофакторы — вещества небелковой природы, необходимые большинству ферментов для каталитической активности. Две группы: ионы металлов и коферменты.

Коферменты — органические вещества, чаще всего производные витаминов; находятся в активном центре и непосредственно участвуют в катализе. Кофермент + апофермент (неактивен) = холофермент (активен).

По связи с белком:

простетическая группа — связана ковалентно, не отделяется (ФАД, ФМН, биотин, липоевая кислота);
косубстрат — связывается нековалентно, только в момент реакции (НАД⁺, НАДФ⁺).

Коферменты невитаминной природы: гемы, нуклеотиды, коэнзим Q, ФАФС, SAM, глутатион.

Ядро темы — таблица соответствий (тап по строке ▸ — механизм).

Структура и функция основных коферментов

Кофермент	Производное витамина	Структурная формула (рабочая группа)	Пример реакции
НАД⁺, НАДФ⁺ (никотинамидные)	PP — никотиновая кислота, никотинамид	пиридиновое кольцо с амидной группой: R–пиридин–CONH₂	DH₂ + НАД⁺ ⇄ D + НАДН + H⁺	▸
Оксидоредуктазы, подкласс дегидрогеназы; переносят гидрид-ион (1 H⁺ + 2 e⁻). При окислении субстрата отщепляются два протона и два электрона: один протон и оба электрона присоединяются к коферменту (НАД⁺ → НАДН), второй протон уходит в среду — отсюда запись «НАДН + H⁺». Косубстрат.
ФАД, ФМН (флавиновые)	B₂ — рибофлавин	изоаллоксазин (два CH₃, два C=O) + рибитол	DH₂ + ФАД ⇄ D + ФАДН₂	▸
Оксидоредуктазы, подкласс дегидрогеназы; переносят два протона и два электрона. Оба протона и оба электрона окисляемого субстрата присоединяются к коферменту: ФАД → ФАДН₂. Простетическая группа.
Пиридоксальфосфат (ПФ)	B₆ — пиридоксин	H₂O₃P–O–CH₂–пиридин(–CHO, –OH, –CH₃)	аланин + α-КГ ⇄ пируват + глутамат	▸
Трансферазы (аминотрансферазы) и лиазы (декарбоксилазы аминокислот). Перенос аминогруппы аминокислоты на α-кетокислоту: ПФ принимает NH₂-группу и превращается в пиридоксаминофосфат. В декарбоксилазах отщепляет CO₂ от α-COOH-групп аминокислот (глутамат → ГАМК + CO₂).
Тиаминдифосфат (ТДФ)	B₁ — тиамин	тиазолиевое кольцо (N⁺, S) + пиримидин; –O–P₂O₆H₃	пируват → CO₂ + гидроксиэтил-ТДФ	▸
Лиазы (декарбоксилазы) и трансферазы; декарбоксилирование α-кетокислот. Пируват теряет CO₂, двухуглеродный остаток остаётся на коферменте в виде гидроксиэтил-ТДФ. Работает в пируват- и α-кетоглутаратдегидрогеназном комплексах и в транскетолазе.
Биотин → карбоксибиотин	биотин (витамин H)	бицикл с S и двумя N–H; хвост –(CH₂)₄–COOH	биотин + CO₂ + АТФ → карбоксибиотин	▸
Лигазы, подкласс карбоксилазы; перенос CO₂ с затратой АТФ. CO₂ сначала присоединяется к биотину (карбоксибиотин), затем переносится на субстрат. Пример: пируваткарбоксилаза (пируват + CO₂ + АТФ → оксалоацетат + АДФ + Фн).
Кофермент А (HS-КоА)	пантотеновая кислота	HS–КоА (рабочая группа —SH)	CH₃-COOH + HS-КоА + АТФ → ацетил-КоА + АДФ + H₃PO₄	▸
Лигазы (ацил-синтетазы) и трансферазы (ацил-, ацетилтрансферазы); перенос ацильных и ацетильных групп. Образует активные формы жирных кислот; ацетил-КоА — активная форма остатка уксусной кислоты (CH₃-COOH + HS-КоА + АТФ → ацетил-КоА).
Липоамид	липоевая кислота	E–N–CO–(CH₂)₄–CH с кольцом S–S	гидроксиэтил-ТДФ + ЛК-Е → ТДФ + ацетил-ЛК-Е	▸
Трансферазы, подкласс ацетилтрансферазы; перенос остатка уксусной кислоты. Принимает ацетильный остаток от гидроксиэтил-ТДФ в комплексах окислительного декарбоксилирования α-кетокислот.
Тетрагидрофолат (ТГФК)	фолиевая кислота	птеридин + ПАБК + глутамат	Сер + ТГФК → Гли + метилен-ТГФК	▸
Трансферазы, подкласс метилтрансферазы. Перенос одноуглеродных фрагментов, например в превращении серина в глицин.
Кобаламины	B₁₂	—	метилмалонил-КоА → сукцинил-КоА	▸
Изомеразы; изомеризация углеродного скелета. Пример: метилмалонил-КоА → сукцинил-КоА.
Аскорбат ⇄ дегидроаскорбат	C — аскорбиновая кислота	лактонное кольцо с HO–C=C–OH	аскорбат ⇄ дегидроаскорбат (−2H⁺, −2e⁻)	▸
Гидроксилирование, антиоксидантная функция. Обратимо окисляется в дегидроаскорбиновую кислоту (−2H⁺, −2e⁻) — участвует в реакциях гидроксилирования и окислительно-восстановительных процессах.

Тапни по строке со стрелкой ▸ — откроется пояснение.

Дефициты и опорные числа

Болезни авитаминозов (заучить):

B₁ (тиамин) — бери-бери (полиневрит);
PP (никотинамид) — пеллагра: «три Д» — дерматит, диарея, деменция;
B₁₂ (кобаламин) — мегалобластическая анемия;
C (аскорбиновая кислота) — цинга (скорбут).

Логика любого авитаминоза: нет витамина → не образуется кофермент → апофермент неактивен → реакция останавливается → накапливается субстрат, исчезает продукт.

Опорные факты:

пируватдегидрогеназный комплекс содержит 5 коферментов (в порядке включения): ТПФ (B₁), липоевая кислота, HS-КоА (пантотеновая кислота), ФАД (B₂), НАД⁺ (PP);
суточная потребность: PP — 15–25 мг, B₂ — 1,8–2,6 мг;
из 60 молекул триптофана в печени 1 превращается в НАД⁺; PP и D₃ — единственные витамины, частично синтезируемые в организме человека;
недопустимы и гиповитаминозы, и гипервитаминозы (особенно опасен избыток D и A).

Конспект — для повторения перед парой или экзаменом; сам материал — в полном уроке.

03 / 08

Собери холофермент — и убери витамин

Выбери витамин и посмотри, как из него собирается кофермент, садится на апофермент и запускает реакцию. Потом нажми «Убрать витамин» — и проследи, где именно рвётся цепочка: кофермент не образуется, апофермент остаётся один и становится неактивным, реакция встаёт. Клетка при этом не «болеет вообще» — у неё останавливается конкретная реакция, и именно из этого складываются симптомы.

Витамин

B₁ — тиамин

Кофермент

ТДФ (тиаминпирофосфат)

Холофермент

ТДФ (тиаминпирофосфат)

пируватдегидрогеназный комплекс

фермент работает

Реакция

пируват + HS-КоА + НАД⁺ → ацетил-КоА + НАДН + H⁺ + CO₂

Реакция идёт

04 / 08

Практика: собери реакцию

Лактатдегидрогеназная реакция

лактат + NAD⁺ ⇄ пируват + NADH + H⁺ (лактатдегидрогеназа)

окисление (дегидрирование)среднесобрать →

Пируватдегидрогеназная реакция

пируват + КоА + NAD⁺ → ацетил-КоА + CO₂ + NADH + H⁺ (ПДГ-комплекс: ТПФ, липоат, FAD)

окислительное декарбоксилированиесложнособрать →

Каталазная реакция

2 H₂O₂ → 2 H₂O + O₂ (каталаза, гем)

окислительно-восстановительная (дисмутация)легкособрать →

В уроке открыты уровни 1–2; остальные — в конструкторе.

Собрать реакции темы →

05 / 08

Мини-тест

Вопрос 1 из 4

Режим КОНСПЕКТ — разминка-повторение на ключевых вопросах, результат не записывается. Зачётный результат — за полный тест из 14 вопросов в режимах ПОЛНЫЙ и УГЛУБЛЁННО.

Коферментные формы витамина PP:

06 / 08

🩺 Зачем врачу это знать?

Задача 1 из 3Полиневрит и один закрытый узел обмена

Пациент с длительной алиментарной недостаточностью жалуется на боли и нарушение чувствительности в конечностях, мышечную слабость. Диагностирован полиневрит. В биохимическом анализе крови повышено содержание пировиноградной и молочной кислот, отмечен сдвиг pH в кислую сторону.

Дефицит какого витамина объясняет всю картину?

Задача 2 из 3Дерматит, который боится солнца

Пациент с крайне однообразным питанием обратился с симметричным дерматитом на открытых участках кожи — лице и кистях; отмечает, что высыпания резко усиливаются после пребывания на солнце. Присоединились упорная диарея и, со слов родственников, нарастающие раздражительность и снижение памяти.

Дефицит какого витамина следует заподозрить?

Задача 3 из 3Трещины в углах рта

Студентка обратилась с жалобами на длительно незаживающие болезненные трещины в углах рта, воспаление языка и трещины на губах. Отмечает также быструю утомляемость глаз и светобоязнь. Питание скудное, преимущественно углеводистое.

Дефицит какого витамина даёт такую картину?

07 / 08

Карточки для повторения

Карточка 1 из 16знал 0·не знал 0

Свои карточки

Добавь то, что хочешь запомнить своими словами, — карточка попадёт в колоду и будет помечена «моя».

08 / 08

Итог

Кофакторы — небелковые участники катализа, две группы: ионы металлов и коферменты. Кофермент + апофермент (неактивен) = холофермент (активен). Простетическая группа связана ковалентно (ФАД, ФМН, биотин, липоевая кислота); косубстрат — нековалентно, в момент реакции (НАД⁺, НАДФ⁺). Невитаминные коферменты: гемы, нуклеотиды, коэнзим Q, ФАФС, SAM, глутатион.
PP (никотиновая кислота/никотинамид) → НАД⁺, НАДФ⁺ — коферменты более 250 анаэробных дегидрогеназ (ЛДГ, МДГ, изоцитрат-ДГ, глюкозо-6-фосфат-ДГ). Механизм: гидрид-ион на кофермент, второй H⁺ в среду — «НАДН + H⁺». Суточная потребность 15–25 мг; из 60 молекул триптофана одна даёт НАД⁺; PP и D₃ частично синтезируются в организме.
B₂ (рибофлавин: изоаллоксазин + рибитол) → ФМН и ФАД (активация: рибофлавинкиназа, затем ФМН-аденилилтрансфераза). Дегидрогеназы: сукцинатдегидрогеназа, моноаминоксидазы, ксантиноксидаза. Оба атома водорода — на кофермент: ФАД → ФАДН₂. Потребность 1,8–2,6 мг.
B₆ → пиридоксальфосфат: аминотрансферазы (перенос NH₂ на α-кетокислоту; ПФ ⇄ пиридоксаминофосфат; АЛТ, АСТ) и декарбоксилазы аминокислот (глутамат → ГАМК + CO₂). Один кофермент — два класса ферментов; направление задаёт апофермент.
B₁ (тиамин) → ТДФ: декарбоксилирование α-кетокислот (пируват → CO₂ + гидроксиэтил-ТДФ), транскетолаза. Липоамид принимает ацетильный остаток от гидроксиэтил-ТДФ. ПДК содержит 5 коферментов по порядку включения: ТПФ, липоевая кислота, HS-КоА, ФАД, НАД⁺; суммарно пируват + HS-КоА + НАД⁺ → ацетил-КоА + НАДН + H⁺ + CO₂.
Биотин — карбоксилирование через карбоксибиотин с затратой АТФ (пируваткарбоксилаза с Mn²⁺: пируват + CO₂ + АТФ → оксалоацетат). Пантотеновая кислота → HS-КоА: активные формы жирных кислот, ацетил-КоА. Фолиевая кислота → ТГФК: одноуглеродные фрагменты (серин ⇄ глицин). B₁₂ → кобаламины: изомеризация скелета (метилмалонил-КоА → сукцинил-КоА). Витамин C: аскорбат ⇄ дегидроаскорбат, гидроксилирование, антиоксидант.
Болезни дефицита: B₁ — бери-бери (блок ПДК и α-КГДК → накопление пирувата и лактата, ацидоз, нарушение синтеза ацетилхолина, полиневрит); PP — пеллагра («три Д»: дерматит, диарея, деменция); B₂ — поражение глаз, хейлоз, глоссит, ангулярный стоматит; B₁₂ — мегалобластическая анемия; C — цинга.
Витаминотерапия основана на связи «витамин → кофермент → фермент»; существуют препараты самих коферментов (кокарбоксилаза, рибофлавина мононуклеотид, флавинат, пиридоксальфосфат, кобамамид). Недопустимы и гипо-, и гипервитаминозы (особенно D и A).

Дошёл до конца — отметь урок

Прогресс темы: 0% (теория, тест, реакции, карточки, клиника)

Финальная тема модуля — «Медицинская энзимология»: энзимопатии, энзимодиагностика и энзимотерапия соберут всё изученное в клиническую систему. Для закрепления собери в конструкторе реакции ЛДГ, пируватдегидрогеназного комплекса и каталазы; перед парой достаточно повторить режим «Конспект».

🧪 Собрать реакции темы →🃏 Карточки для повторения