Тиаминпирофосфат

Тиаминпирофосфат
Общие
Систематическое наименование	Тиамина пирофосфат
Химическая формула	C12H19N4O7P2S+
Физические свойства
Состояние (ст. усл.)	белые кристаллы
Молярная масса	425.314382 г/моль
Термические свойства
Классификация
Рег. номер CAS	57-13-6
SMILES	[n+]1(c(c(CCO[P@@](OP(O)(O)=O)(O)=O)sc1)C)Cc1c(nc(C)nc1)N.[ClH-]

Тиаминпирофосфат (тиаминдифосфат, кокарбоксилаза) — тиаминсодержащий кофермент ряда ферментов окислительного и неокислительного декарбоксилирования α-кетокислот (пировиноградной и а-кетоглютаровой кислот) и обмене α-кетосахаров. Применяется в медицине.

В соединении с белком и ионами магния входит в состав фермента карбоксилазы, катализирующей карбоксилирование и декарбоксилирование a-кетокислот (например, в превращении пировиноградной кислоты в ацетилкофермент А). Во всех случаях происходит разрыв С—С связи, смежной с кетогруппой субстрата.^[1]

Является готовой формой кофермента, образующегося из тиамина в процессе его превращения в организме.^[2]

Может катализировать некоторые реакции без участия белкового компонента.^[1]

История открытия

Впервые ферментативное декарбоксилирование α-кетокислот было описано Нойбергом в 1911 г.^[3], продемонстрировавшим, что экстракт из дрожжей расщепляет пировиноградную кислоту на ацетальдегид и углекислый газ. Вместе с тем, если дрожжи предварительно промывали щелочным фосфатным буфером, то такой экстракт не проявлял декарбоксилирующей активности, однако активность восстанавливалась при добавлении прокипяченного экстракта свежих дрожжей. Термостабильный фактор экстракта, необходимый для ферментативного декарбоксилирования пировиноградной кислоты, был назван кокарбоксилазой (ко-фермент карбоксилазы).

В 1926 г. Янсен и Донат выделили в чистом виде тиамин ^[4], в 1937 г. Ломан и Шустер выделили чистую «кокарбоксилазу» — диализуемый кофактор окислительного декарбоксилирования пировиноградной кислоты ферментами дрожжей^[5], она была идентифицирована как производное тиамина — тиаминпирофосфат.

Механизм каталитического действия

Реакционным центром в тиамина является углеродный атом в положении 2 тиазольного кольца. Тиазольный фрагмент тиамина является четвертичной тиазолиевой солью, кватернизованной по атому азота. Соли тиазолия, незамещённые в положении 2, способны терять протон с образованием илидов.

Такие илиды способны реагировать с карбонильными группами кетокислот и альдегидов с образованием соответствующих 2-тиазолилкарбинолов. Эти соединения являются промежуточными продуктами в различных ферментативных реакциях. Так, например, пировиноградная кислота и другие α-кетокислоты реагируют с тиаминпирофосфатом, образуя соответствующие карбинолы — продукты присоединения, которые затем быстро декарбоксилируются и расщепляются, образуя альдегиды и исходный тиаминпирофосфат:

Ферменты

КФ 1.2.1.58 фенилглиоксалатдегидрогеназа (ацилирующая)

фенилглиоксалат + NAD⁺ + CoA-SH = бензоил-S-CoA + CO₂ + NADH

КФ 1.2.2.2 пируватдегидрогеназа (цитохром)

пируват + феррицитохром b₁ + H₂0 = ацетат + CO₂ + феррицитохром b₁

КФ 1.2.3.3 пируватоксидаза

пируват + фосфат + O₂ = ацетилфосфат + CO₂ + H₂O₂

КФ 1.2.4.1 пируватдегидрогеназа (липоамид)

Компонент пируватдегидрогназного комплекса

КФ 1.2.4.2 оксиглутаратдегидрогеназа (липоамид)

Компонент пируватдегидрогназного комплекса

КФ 1.2.4.4 3-метил-2-оксобутират дегидрогеназа (липоамид)

КФ 1.2.7.1 пируватсинтаза

КФ 1.2.7.7 2-оксоизовалерат ферредоксин редуктаза:

КФ 1.2.7.8 индолилпируват ферредоксин оксидоредуктаза:

КФ 1.2.7.9 2-оксоглутарат ферредоксин оксидоредуктаза

КФ 2.2.1.1 транскетолаза

sedoheptulose 7-фосфат + D-глицеральдегид 3-фосфат = D-рибозо 5-фосфат + D-ксилулозо 5-фосфат

КФ 2.2.1.3 формальдегид транскетолаза

D-ксилулозо-5-фосфат + формальдегид = глицеральдегид 3-фосфат + glycerone

КФ 2.2.1.4 ацетоин—рибозо-5-фосфат трансальдолаза

3-гидроксибутан-2-он + D-ribose 5-фосфат = ацетальдегид + 1-дезокси-D-altro-heptulose 7-фосфат

КФ 2.2.1.5 2-гидрокси-3-оксоадипат синтаза

2-оксоглутарат + глиоксилат = 2-гидрокси-3-оксоaдипат + CO₂

КФ 2.2.1.6 ацетолактат синтаза

2 пируват = 2-ацетолактат + CO₂

КФ 2.2.1.7 1-дезокси-D-ксилулозо-5-фосфат синтаза

пируват + D-глицеральдегид-3-фосфат = 1-дезокси-D-ксилулозо-5-фосфат + CO₂

КФ 2.5.1.64 6-гидрокси-2-сукцинилциклогекса-2,4-диен-1-карбоксилат синтаза

2-оксоглутарат + изохоризмат (1S,6R)-6-гидрокси-2-сукцинилциклогекса-2,4-диен-1-карбоксилат + пируват + CO

КФ 2.7.4.15 тиамин-дифосфат киназа

ATP + тиамин дифосфат = ADP + тиамин трифосфат

КФ 2.7.4.16 тиамин-фосфат киназа

ATP + тиамин фосфат = ADP + тиамин дифосфат

КФ 2.7.6.2 тиамин дифосфокиназа

ATP + тиамин = AMP + тиамин дифосфат

КФ 3.6.1.15 нуклеозид-трифосфатаза

NTP + H₂0 = NDP + фосфат

КФ 3.6.1.28 тиамин-трифосфатаза

тиамин трифосфат + H₂0 = тиамин дифосфат + фосфат

КФ 4.1.1.1 пируват декарбоксилаза

2-оксокислота = альдегид + CO₂

также катализирует образование ацилоинов из альдегидов

КФ 4.1.1.7 бензоилформиат декарбоксилаза

бензилформиат = бенегидзальд + CO₂

КФ 4.1.1.8 оксалил-CoA декарбоксилаза

оксалил-CoA = формил-CoA + CO₂

КФ 4.1.1.71 2-оксоглутарат декарбоксилаза

2-оксоглутарат =полуальдегид янтарной кислоты + CO₂

КФ 4.1.1.74 индолилпируват декарбоксилаза

3-(индол-3-ил)пируват = 2-(индол-3-ил)ацетальдегид + CO₂

КФ 4.1.1.75 5-гуанидино-2-оксопентаноат декарбоксилаза

5-гуанидино-2-оксо-пентаноат = 4-гуанидинобутаналь + CO₂

КФ 4.1.1.79 сульфопируват декарбоксилаза

3-сульфоoпируват = 2-сульфоацетальдегид + CO₂

КФ 4.1.2.9 фосфокетолаза

D-ксилулозо-5-фосфат + фосфат = ацетилфосфат + D-глицеральдегид-3-фосфат + H₂0

КФ 4.1.2.38 бензоин альдолаза

2-гидрокси-1,2-дифенилэтанон = 2 бензальдегид

Медицинское применение

Применяется в медицине под названием «кокарбоксилаза». Синонимы: Berolase, Bioxilasi, B-Neuran, Cobilasi, Cocarbil, Cocarbosyl, Cocarboxylase, Coenzyme B, Cothiamine, Diphosphothiamin, Pyruvodehydrase и др.

Обычно кокарбоксилаза применяется как компонент комплексной терапии. Вводят её внутримышечно, иногда под кожу или внутривенно.^[2]

Кокарбоксилаза уменьшает боли при стенокардии, оказывает антиаритмическое действие, уменьшает ацидоз при диабете.^[1] Оказывает регулирующее воздействие на обменные процессы; снижает в организме уровень молочной и пировиноградной кислоты, улучшает усвоение глюкозы; улучшает трофику нервной ткани, способствует нормализации функции сердечно-сосудистой системы.^[6]

По биологическому действию кокарбоксилаза отличается от тиамина, так, например, она неэффективна при бери-бери (В1-авитаминозе).^[7]

Применяется в следующих случаях:^[2][7][6]

• гипергликемическая кома, прекоматозное состояние и ацидоз при сахарном диабете
• ацидоз метаболический, дыхательный при хроническом сердечно-лёгочном синдроме
• дыхательная недостаточность
• нарушение сердечного ритма (экстрасистолия, бигеминия, пароксизмальная тахикардия, мерцательная аритмия)
• недостаточность печени или почек
• недостаточность коронарного кровообращения
• инфаркт миокарда
• легкие формы рассеянного склероза
• преэклампсические состояния
• эклампсия
• отравление алкоголем и хронический алкоголизм
• отравление наперстянкой, барбитуратами и другими метаболитами путем оксидации
• вспомогательно при дифтерите, скарлатине, тифе и паратифах

Для медицинского применения кокарбоксилаза выпускается в виде кокарбоксилазы гидрохлорида (0,05 г) для инъекций (Сocarboxylasi hydrochlridum 0,05 pro injectionibus). Представляет собой лиофилизированную сухую пористую массу белого цвета со слабым специфическим запахом. Препарат гигроскопичен, легко растворим в воде (рН 2,5 % раствора 1,2 — 1,9). Растворы готовят асептически непосредственно перед употреблением.^[2]

Примечания

1. ↑ ^{1 2 3} Кокарбоксилаза — статья из Большой советской энциклопедии (3-е издание)
2. ↑ ^{1 2 3 4} Кокаpбоксилаза
3. ↑ Neuberg C., Karezag L. Biochemische Zeitschrift, 1911, 37, 170—176
4. ↑ Jansen, B.C.P. and Donath, W.F. On the isolation of antiberiberi vitamin. Proc. Kon. Ned. Akad. Wet. 29: 1390—1400 (1926).
5. ↑ Lohmann, K. and Schuster, P. Untersuchungen über die Cocarboxylase. Biochem. Z., 1937, 294, 188—214.
6. ↑ ^{1 2} HELP med медицинский портал
7. ↑ ^{1 2} Кокарбоксилаза