Кофакторы процессов синтеза, изомеризации и расщепления с-с связей Биотин

Ряд ферментов в качестве кофермента содержит биотин. Известно, что биотин необходим в обмене веществ в ничтожных количествах. Он играет важную роль в обмене веществ не только животных и человека; но и микроорганизмов, в частности дрожжей. Биотин имеет следующее строение:

Рис. 1.4.21. Структура биотина

Несмотря на очень высокую физиологическую активность биотина, долгое время роль в обмене веществ была совершенно неясна. Выдающийся немецкий биохимик Ф. Линен с сотрудниками показали, что биотин является очень важным коферментом, который входит в состав ряда ферментов, катализирующих реакции активирования и переноса углекислого газа, то есть реакции карбоксилирования и декарбоксилирования.

Типичным примером такой реакции, катализируемой ферментом, содержащим в качестве кофермента биотин, является важная анаплеротическая реакция ферментативного карбоксилирования пирувата за счет СО₂ с образованием оксалоацетата (рис. 1.4.22); катализирует эту обратимую реакцию фермент пuруваmкарбоксuлаза:

Рис. 1.4.22. Пируваткарбоксилазная реакция. Карбоксильная группа биотина образует пептидную связь с-аминогруппой остатка лизина, входящего в состав активного центра фермента. СО₂активируется, образуя N-карбоксипроизводное биотинильной простетической группы. Затем эта карбоксильная группа - непосредственный донорСО₂для пирувата - переносится на пируват.

В качестве второго примера биотиновых ферментов можно привести ацетил-СоА-карбоксилазу, которая при участии АТР катализирует реакцию синтеза малонил-СоА из ацетил-СоА и угольной кислоты:

Эта реакция чрезвычайно важна, так как она является обязательным этапом, предшествующим присоединению двууглеродных остатков к растущей углеродной цепочке при синтезе жирных кислот. Биотин присоединяется к белковой части биотиновых ферментов по месту ε-аминогруппы содержащегося в апоферменте лизина. Что касается СО₂, то он присоединяется к одному из атомов азота, содержащихся к молекуле биотина.

Строение биотинового фермента с присоединившимся к нему СО₂ показано на рис. 1.4.23.

Рис. 1.4.23. Строение соединения апофермент-биотин-СО₂

Таким образом, подобно тому, как существует группа фосфопиридоксалевых ферментов и группа ферментов, содержащих тетрагидрофолиевую кислоту, точно так же существует группа ферментов, являющихся биотин-протеидами. Реакции карбооксилирования и декарбоксилирования играют очень важную роль в организме, участвуя в целом ряде ферментативных процессов.

Говоря о биотиновых ферментах и биотине как коферменте, надо упомянуть о том, что было установлено, что в белке куриного яйца имеется белок, содержащий углеводный остаток (мукопротеид) и называемый авидином. Оказалось, что авидин является совершенно специфическим и мощным ингибитором всех ферментов, содержащих биотин в качестве кофермента. Авидин получен в кристаллическом виде и выяснено его строение. Он широко используется как ингибитор для изучения реакций, катализируемых биотиновыми ферментами.