ГЛАВА 10. ВИТАМИНЫ И МИКРОЭЛЕМЕНТЫ: ИХ РОЛЬ В ФУНКЦИОНИРОВАНИИ ФЕРМЕНТОВ
Для каталитической активности многих ферментов требуются 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 определенных 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.
В этой главе мы рассмотрим химическую природу и функции подобных веществ. Мы увидим, что 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. Открытие витаминов и их важнейшего значения для профилактики и лечения болезней, связанных с нарушением питания, явилось одним из наиболее ценных вкладов биохимии в медицину и подъем общего благосостояния. Подробнее этот вопрос будет рассмотрен в гл. 26. Не менее 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.
В этой главе собрана информация о строении витаминов, коферментов и некоторых необходимых для организма минеральных веществ, а также об их функционировании в качестве кофакторов различных ферментов; в связи с этим ее можно рассматривать как введение к последующим главам, в которых речь пойдет о клеточном метаболизме. В них мы вновь вернемся к коферментам и неорганическим веществам и подробно расскажем, каким образом недостаток витаминов и минеральных солей может привести к серьезным нарушениям определенных последовательностей метаболических реакций. Далее, в гл. 26 мы рассмотрим витамины и микроэлементы в другом аспекте, а именно их роль в питании человека.
10.1. Витамины - незаменимые органические микрокомпоненты пищи
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. Термин «витамин» впервые был использован для обозначения специфического микрокомпонента пищи органической природы, предотвращающего обусловленную неполноценным питанием болезнь бери-бери, распространенную когда-то в странах, население которых употребляло в пищу много риса. Поскольку этот микрокомпонент обладал свойствами амина, Казимир Функ, польский биохимик, первым получивший это вещество в чистом виде, назвал его «витамин», что в переводе означает «необходимый для жизни амин». В дальнейшем, когда были открыты многие другие незаменимые органические микрокомпоненты, оказалось, что далеко не все они представляют собой амины.
Почти все известные витамины присутствуют в клетках всех животных и большинства растений и микроорганизмов, выполняя в них одни и те же важные биохимические функции. Однако не все эти витамины должны обязательно содержаться в пищевом рационе всех видов животных. Например, хотя витамин С должен присутствовать в пище людей, обезьян, морских свинок и индийских крыланов, большинство остальных животных не нуждается в том, чтобы получать его с пищей, так как у них есть ферменты, которые обеспечивают синтез витамина С из такого простого предшественника, как глюкоза. Таким образом, в настоящее время термин витамин применяется в общем смысле для обозначения группы органических веществ, присутствующих в клетках в очень небольших количествах и участвующих в их нормальной жизнедеятельности. При этом некоторые организмы не способны синтезировать те или иные витамины, и потому должны получать их из внешних источников.
