6 курс / Диетология и нутрициология / Витамины_как_основа_иммунометаболической_терапии

Наибольшая значимость системы -глицеро фосфатного шунта выявляется в метаболизме скелетных мышц и клетках мозга.

Лактатдегидрогеназа (ЛДГ, КФ 1.1.1.27) - фермент гликолитического цикла, обратимо катализирующий окисление лактата в пировиноградную кислоту с участием в качестве кофермента НАД. В варьирующих количествах ЛДГ содержится во всех органах и тканях организма; наибольшая ее активность отмечается в гладкой и поперечно-полосатой мускулатуре, печени, почках и форменных элементах крови. Установлено существование 5 изоферментов ЛДГ, различающихся по сочетанию составляющих ее полипептидных цепей; для разделения изоферментов обычно пользуются электрофорезом на ацетатцеллюлозных пленках. Каждый изофермент представляет собой тетрамер, состоящий из субъединиц двух типов. За синтез этих двух субъединиц отвечают разные гены, уровень активности которых различен в разных тканях. Именно за счет изоферментного спектра и осуществляется контроль за интенсивностью субстратного потока по гликолизу. В тканях с аэробным метаболизмом преобладают изоферменты ЛДГ, которые чувствительны к пирувату. Данные изоферменты ЛДГ ингибируются даже небольшим количеством пирувата, что препятствует образованию лактата и приводит к более полному окислению пирувата через образование ацетил-КоА в цикле трикарбоновых кислот. В тканях с преимущественно анаэробным дыханием выявляется изоферментный спектр ЛДГ, который не ингибируется пируватом (во всяком случае, в низких концентрациях).

ЛДГ занимает ключевое положение в регуляции цитоплазматического уровня НАДН/НАД. В случае избытка НАДН в цитоплазме ЛДГ восстанавливает пируват до лактата, который затем удаляется из клетки (анаэробная реакция ЛДГ). В то же время, при активации аэробных процессов ЛДГ может окислять лактат до пирувата с образованием НАДН (аэробная реакция ЛДГ). В этом случае, пируват, образовавшийся при окислении лактата, в основном через пируватдегидрогеназный комплекс поступает на реакции цикла трикарбоновых кислот (митохондриальный компартмент).

Малатдегидрогеназа (МДГ, КФ 1.1.1.37) – фермент, катализирующий обратимое окисление малата в оксалоацетат. Фермент локализуется как в митохондриях (цикл трикарбоновых кислот), так и в цитоплазме. В

- 130 -

: PRESSI ( HERSON )

митохондриях уровень соотношения НАДН/НАД относительно велик, в результате чего внутримитохондриальным оксалоацетат легко восстанавливается в малат, который легко выходит из митохондрий. В цитоплазме уровень отношения НАДН/НАД мал, что приводит к окислению малата при участии цитоплазматической НАД-зависимой МДГ.

МДГ принимает участие в реакциях азотного обмена. Одним из ключевых интермедиатов азотного обмена является аспартат, который синтезируется в результате трех сопряженных реакций. В ходе первой реакции фумарат под действием фумаразы присоединяет воду и превращается в малат. Во второй реакции малат под действием МДГ окисляется до оксалоацетата, который в третьей реакции – в реакции трансаминирования с глутаматом преобразуется в аспартат.

Кроме того, МДГ принимает самое активное участие в работе малатаспартатного водородного шунта митохондрий (рис. 60). Данная система работает благодаря наличию МДГ и аспартатаминотрансферазы как цитоплазме, так и в митохондриях. Водородный шунт работает следующим образом. Сначала водород от синтезированного в цитоплазме НАДН переносится на цитоплазматический оксалоацетат. В результате образуется малат, который с помощью системы, транспортирующей дикарбоновые кислоты, проходит через внутреннюю мембрану митохондрий в матрикс. В матриксе митохондрий с помощью МДГ малат окисляется в оксалоацетат, а матриксный НАД+ восстанавливается до НАДН, который может передавать свои электроны в дыхательную цепь, локализованную на внутренней мембране митохондрий. В свою очередь образовавшийся оксалоацетат в присутствии глутамата и аспартатаминотрансферазы вступает в реакцию трансаминирования. Образовавшиеся в результате данной реакции - кетоглутарат и аспартат с помощью специальных транспортных систем способны проходить через мембрану митохондрий.

- 131 -

Одним из наиболее важных ферментов цикла трикарбоновых кислот является сукцинатдегидрогеназа (СДГ, КФ 1.3.99.1), активность которой оказывает существенное влияние на интенсивность субстратного потока по лимонному циклу. СДГ катализирует 6 реакцию цикла Кребса, в которой сукцинат дегидрируется в фумаровую кислоту. Кофактором СДГ является ФАД, ковалентно связанный с молекулой

фермента. При этом, сама СДГ прочно связана с внутренней мембраной митохондрий. Восстановленный ФАДН2 передает электроны непосредственно на дыхательную цепь через КоQ. Установлено, что аллостерическим ингибитором СДГ является оксалоацетат.

Глутаматдегидрогеназа осуществляет окислительное дезаминирование L-глутаминовой кислоты. В качестве кофермента глутаматдегидрогеназа использует НАД (НАДГДГ, КФ 1.4.1.2) или НАДФ (НАДФГДГ, КФ 1.4.1.4). Реакция включает анаэробную фазу дегидрирования глутаминовой кислоты с образованием промежуточного продукта – иминоглутаровой кислоты, после чего осуществляется спонтанный гидролиз с образованием аммиака и -кетоглутаровой кислоты (рис. 61). Ферментативные реакции глутаматдегидрогеназ являются обратимыми, соответственно аммиак в присутствии НАД(Ф)Н и -кетоглутаровой кислоты может участвовать в синтезе глутамата. Глутаматдегидрогеназа является одним из наиболее изученных ферментов азотистого метаболизма. Глутаматдегидрогеназа является олигомерным ферментом с молекулярной массой 312000, который состоит из 6 субъединиц. Фермент проявляет свою актив ность только в мультимерной форме. При диссоциации глутаматдегидрогеназы на субъединицы, которая происходит в присутствии НАДН, ГТФ и ряда стероидных гормонов, фермент теряет способность осуществлять окислительное дезаминирование глутаминовой кислоты, но приобретает способность осуществлять дезаминирование ряда других аминокислот. Подобная особенность характеризует аллостерический механизм регуляции глутаматдегидрогеназы и определяет данный фермент как регуляторный в системе аминокислотного обмена.

- 133 -

реакциях аскорбатстимулированного ПОЛ. С другой стороны, при недостатке аскорбиновой кислоты витамин Е быстро разрушается. Это взаимодействие представлено на рис. 62.

Антиоксидантный эффект токоферола резко усиливается в присутствии витамина А, который устраняет свободные радикалы кислорода и тем самым предупреждает развитие процесса ПОЛ в биомембранах. При нестимулированном ПОЛ облегчается «задача» токоферола по устранению перекисей липидов. Однако витамин А легко окисляется кислородом воздуха и относительно быстро расходуется. Процесс идет аутокаталитически

собразованием свободных радикалов. Витамин Е оказывает стабилизирующее действие на ретинол и -каротины, препятствуя их окислительной деструкции. Иными словами, достаточно высокие дозы витамина А, которые способны оказывать антиоксидантное действие, следует сочетать с приемом токоферола, а прием токоферола – с витамином А. Как указывалось выше, витамин Е необходимо применять в сочетании с витамином С. Таким образом, эффективность действия витаминов-антиоксидантов зависит от того, применяются они в изолированном виде или в сочетании друг

сдругом. Отдельно назначенные витамины А и С могут вызвать прооксидантный эффект в тканях организма. Следует учитывать также, что процессы свободнорадикального окисления в клетке протекают как в водной, так и в липидной ее фазах, поэтому водо- и липидорастворимые витамины для проявления антиоксидантного действия должны назначаться только совместно.

Примером второго типа межвитаминных взаимодействий может служить особая роль рибофлавина в реализации функций других витами-

нов. Поскольку витамин В2 необходим для образования активных форм витаминов В6, В9, Д и синтеза ниацина из триптофана, его дефицит неизбежно нарушит функцию других витаминов и приведет к развитию их вторичного дефицита даже при достаточном поступлении с пищей.

Витамины С и В12 способствуют образованию коферментной формы фолиевой кислоты, при их недостатке нарушатся многообразные функции фолатов.

Примеры взаимодействия третьего типа особенно многочисленны, так как большинство функций клетки обеспечивается синергичной «работой» нескольких витаминов. Так, пролиферативная активность клеток кро-

ви поддерживается витаминами В9, В12, В6, С; образование родопсина в сетчатке глаза – витаминами А, В2, В6, РР; регуляция проницаемости капилляров – витаминами С и Р.

Рассмотрим такие примеры, как взаимодействие витаминов В12, В9 и В6 в поддержании гомеостаза гомоцистеина и взаимодействие функционально связанных витаминов в составе мультиферментных комплексов де-

гидрогеназ -кетокислот.

- 135 -

может быть легко исчерпан путем «секвестрации», что влечет за собой избыточное накопление субстрата метионинсинтазной реакции – гомоцистеина. На рис. 63 представлен механизм нарушения обмена метионина и цистеина при недостаточности В12, В9 и В6.

Отмечена прямая корреляция между показателями тромбоэмболических осложнений, смертностью от ишемической болезни сердца и уровнем гомоцистеинемии у этих больных. Увеличенный уровень гомоцистеина в крови постулируется в настоящее время как независимый фактор риска развития ИБС и ее тромбоэмболических осложнений.

Гипергомоцистеинемия обуславливается выходом гомоцистеина в кровяное русло из тканей, при этом отмечается и гомоцистеинурия. Различают умеренную (15-30 мкМ), промежуточную (30-100 мкМ) и выраженную (более 100 мкМ) гомоцистеинурию. Роль гипергомоцистеинурии как пускового фактора атерогенеза связана с прооксидантным действием гомоцистеина, со способностью этой аминокислоты угнетать рост эндотелиальных клеток, оказывать митогенный эффект на гладкомышечные клетки, стимулировать адсорбцию белков в холестериновой бляшке и интенсифицировать биосинтез коллагена. Принципиально важными являются индуцированное гомоцистеином гиперкоагуляционное состояние, снижение мощности систем антиоксидантной защиты тканей, активация биосинтеза NO-синтазы.

Возможность предупреждения развития и устранения синдрома гипергомоцистеинемии, прежде всего, определяется адекватным поступлением в организм эссенциальных факторов (кобаламина, фолата), обеспечивающих нормальное функционирование системы биотрансформации гомоцистеина через метионинсинтетазную реакцию. Поскольку некоторая часть гомоцистеина превращается в цистатионин и далее в цистеин с участием пи-ридоксальзависимых ферментов, обеспечение организма витамином В6 также является важным условием предупреждения развития этого синдрома.

Разработаны рекомендации по суточному потреблению функционально связанных витаминов для профилактики развития синдрома гипергомоцистеинемии: фолиевая кислота – 400-500 мкг, витамин В12 – 2,4-3 мкг, пиридоксин – 2,0-2,2 мг. Можно полагать, что включение в пищевой рацион таких продуктов, как печень, бобовые растения, яичный желток, шпинат и др., содержащих фолиевую кислоту в достаточно большом количестве, окажется важным фактором профилактической диетотерапии, хотя на сегодняшний день приему поливитаминных комплексов фактически нет альтернативы.

Следует особо заметить, что в генез гипергомоцистеинемии достаточно весомый вклад вносит ферментопатия, обусловленная недостаточностью метилен-ТГФК-редуктазы. Эта ферментопатия также отнесена к группе риска ИБС. Если последнее подтвердится, потребуется пересмотр

- 137 -

(в сторону увеличения) профилактических доз фолиевой кислоты, а также витамина В6. Кстати, эмпирически обнаружено, что курсовое назначение пиридоксина, применяемое клиницистами при сердечно-сосудистой патологии, оказывает положительный лечебный эффект у больных ИБС.

*

*

*

Рис. 63. Механизм нарушения обмена метионина и цистеина при не-

достаточности В12, В9 и В6.

Примечание: звездочками обозначены реакции, активность которпых снижается или полностью блокируется при недостаточности витаминов.

Другой яркой иллюстрацией межвитаминного взаимодействия является функционирование мультиферментных комплексов – пируватде-

- 138 -

гидрогеназы и -кетоглутаратдегидрогеназы. При этом следует учитывать, что каждый из входящих в состав комплекса витаминов помимо участия в работе этого комплекса выполняет и свою специфическую эссенциальную (незаменимую) функцию. В формировании пируват- и - кетоглутаратдегидрогеназных комплексов принимают участие липоевая кислота и четыре витамина, входящие в состав соответствующих коферментов: витамин В1 (в составе ТПФ), В2 (ФАД), В3 (KoA-SH), В5 (НАД).

Как показали недавние исследования, дегидрогеназы -кетокислот млекопитающих, в том числе и человека, представляют собой сложные высокомолекулярные комплексы. В центральной части комплекса находится фермент – дигидролипоиламид-трансацетилаза, состоящий из 50-60 субъединиц. Этот массивный фермент покрыт симметрично расположенными молекулами пируватдекарбоксилазы (30 субъединиц) и дигидроли- поиламид-дегидрогеназы (6 субъединиц). На рис. 64 представлен механизм взаимодействия ферментов и их коферентов при функционировании пируватдегидрогеназного комплекса. На 1 стадии этого процесса пируват теряет свою карбоксильную группу в результате взаимодействия с тиаминпирофосфатом (ТПФ) в составе активного центра фермента пируватдегидрогеназы (Е1). На 2 стадии оксиэтильная группа комплекса Е1-ТПФ-СНОН- СН3 окисляется с образованием ацетильной группы, которая одновременно переносится на амид липоевой кислоты (кофермент), связанной с ферментом дигидролипоилацетилтрансферазой (Е2). Этот фермент катализирует 3 стадию – перенос ацетильной группы на HS-KoA с образованием конечного продукта ацетил-КоА, который является высокоэнергетическим (макроэргическим) соединением. На 4 стадии регенерируется окисленная форма липоамида из восстановленного комплекса дигидролипоамид-Е2. При участии фермента дигидролипоилдегидрогеназы (Е3) осуществляется перенос атомов водорода от восстановленных сульфгидрильных групп дигидролипоамида на ФАД, который выполняет роль простетической группы данного фермента и прочно с ним связан. На 5 стадии восстановленный ФАДН2 дигидролипоилдегидрогеназы передает водород на кофермент НАД с образованием НАДН + Н+. Процесс окислительного декарбоксилирования пирувата происходит в матриксе митохондрий.

Ферментативный -кетоглутарат дегидрогеназный комплекс функционирует аналогичным образом, но он имеет меньшие размеры и несколько иначе регулируется.

Знание механизмов межвитаминных взаимоотношений позволяет целенаправленно осуществлять коррекцию энергетического метаболизма и позволяет понять, почему раздельное введение витаминов В1 В2 и РР оказывается не столь эффективным, как их комплексное применение.

- 139 -