1.2.3. Роль витаминов в функционировании ферментов

Для каталитической активности многих ферментов те или иные кофакторы небелковой природы. Такими кофакторами могут быть органические соединения (в этом случае их называют коферментами) или какие-либо неорганические вещества, например металлы (в форме ионов). У одних ферментов кофакторы непосредственно участвуют в каталитическом процессе, у других же они выполняют функцию промежуточных переносчиков определённых функциональных групп от молекулы субстрата к ферменту. Хотя такие кофакторы присутствуют в клетках в крайне незначительных количествах, они необходимы для действия многих ферментов и потому играют жизненно важную роль в метаболизме клетки.

Предшественниками многих коферментов служат витамины – органические соединения, которые в малых количествах должны обязательно присутствовать в пище людей и большинства животных для поддержания нормального развития и жизнедеятельности организма.

Важным достижением экспериментальной науки можно считать выявление роли витаминов и незаменимых неорганических веществ в каталитическом действии ферментов, поскольку это позволило понять, что сохранение здоровья людей зависит от их правильного питания.

Поскольку суточная потребность человека в витаминах составляет лишь незначительные их количества (порядка миллиграммов или даже микрограммов), витамины можно назвать микрокомпонентами пищи. В отличие от них макрокомпоненты – углеводы, белки и жиры – должны входить в пищевой рацион человека в больших количествах, так как суточная потребность в них исчисляется сотнями или по меньшей мере десятками граммов. Это объясняется тем, что основные пищевые вещества используются в организме в качестве источников энергии и сырья для получения органических предшественников многих клеточных компонентов, а также для того, чтобы обеспечить аминокислотами биосинтез белков. Витамины же, напротив, нужны лишь в малых количествах, потому что они играют роль катализаторов в различных химических превращениях макрокомпонентов пищи – превращениях, которые в совокупности называются обменом веществ, или метаболизмом. Подобно ферментам, витамины присутствуют в тканях в очень низких концентрациях.

В настоящее время известно 13 различных витаминов, которые вместе с основными питательными веществами – углеводами, жирами и белками – должны содержаться в пищевом рационе людей и животных многих видов, чтобы обеспечить нормальный рост и жизнедеятельность организма.

О биохимической функции некоторых витаминов впервые стало известно в 30-е годы XX века благодаря слиянию двух направлений исследований, одно из которых имело целью изучение химической структуры коферментов, а другое – изучение строения витаминов. В 1935 году немецкому биохимику Отто Варбургу удалось выделить и установить структуру кофермента (сейчас его называют никотинамидадениндинуклеотидфосфат), необходимого для катализа определённых окислительно-восстановительных реакций в клетке. Варбург показал, что один из компонентов этого кофермента представляет собой простое органическое соединение – никотинамид, которое задолго до того было впервые выделено из табака. Несколько позже американские биохимики Д. Уайн Улли и Конрад Элведжем попытались установить химическое строение выделенного ими из мяса и других пищевых продуктов вещества, которое предотвращало или излечивало обусловленное неполноценным питанием заболевание собак «черный язык», аналогичное пеллагре человека. Улли и Элведжем были поражены тем, что по некоторым химическим свойствам выделенное ими вещество напоминало никотинамид. Поэтому они попробовали лечить собак чистым никотинамидом, и такое лечение оказалось успешным. В скором времени было установлено, что никотинамидом можно излечивать также и пеллагру у людей. Теперь мы знаем, что никотинамид – это компонент кофермента, необходимого для ферментативного катализа ряда жизненно важных окислительных реакций. Несмотря на очень простое строение молекулы никотинамида, большинство животных не может синтезировать его в достаточных количествах и поэтому должно получать его с пищей.

Вскоре после этого выяснилось, что другие витамины также функционируют в качестве компонентов коферментов и простетических групп ферментов. Содержание витаминов в пище может быть крайне незначительным, поскольку коферменты, выполняющие функции катализаторов, необходимы клеткам в очень низких концентрациях. Например, минимальное количество витамина В₆, которое должно содержаться в суточном рационе человека, составляет около 2 мг, а витамина В₁₂ – менее 3 мкг.

Соотношение витаминов и типов катализируемых ими реакций или функций представлены в таблице 4 (приложение, таблица 4).