Витамины, часть 2

Сначала немного интриг в истории второго витамина: B1

Рисовая болезнь бери-бери.

Существует полунаучный термин - «рисовая цивилизация». Рисовая цивилизация охватывает страны Восточной и Юго-Восточной Азии, в которых рис, исторически - это не просто основа рациона, но и фактор, определявший во многом устройство общества (более коллективистское, чем европейская «пшеничная цивилизация»)

Именно в рисовых цивилизациях, еще со времен Древнего Китая, заметили странное заболевание, поражающее нервную систему. Симптомы: онемение конечностей, утомляемость, слабость, депрессии и раздражительность, боли в конечностях, отеки и т д. Эту болезнь назвали бери-бери.

Особенно остро болезнь проявилась в Японии среди богатого населения: самураев, знати, городских жителей, в то время как бедное деревенское население практически не страдало от бери-бери.

Впоследствии стало ясно, что причина в рисе: богатые японцы ели шлифованный белый рис, в то время как японцы победнее ели неочищенный «коричневый рис».

1897 году голландский врач Кристиан Эйкман провел эксперимент. Цыплята, которых выращивали на очищенном рисе, заболевали с симптомами, аналогичными человеческим, а те, которых кормили неочищенным рисом, были здоровы.

Даже этот эксперимент не сразу был воспринят верно. Была теория, что белый рис содержит какой-то токсин, который нейтрализуется рисовой шелухой. 

С другой стороны Фредерик Хопкинс выдвинул постулат, что некоторые продукты помимо белков, жиров и углеводов, содержат «вспомогательные факторы», необходимые для функционирования организма. Дефицит этих факторов ведет к некоторым заболеваниям.

Теория дефицита получила подкрепление 1910-х годах, когда смогли выделить экстракт рисовых отрубей, который даже в малых количествах излечивал бери-бери.

Один из таких исследователей, Казимир Функ, установил, что такой экстракт содержит аминогруппу, и предложил название «Vitamine», буквально «жизнеамины».

Наконец, в 1933 году американский химик Роберт Раннелс Уильямс расшифровал структуру выделенного из рисовых отрубей вещества и назвал его тиамином (тиа - сера, ибо он содержал еще и серу), а в 1935 году он его смог синтезировать.

Впоследствии стало ясно, что не все витамины содержат аминогруппу, скажем, аскорбиновая кислота C₆H₈O₆ аминогруппы не содержит.

Как работают витамины?

Давайте так:

Генетический аппарат клетки - это микроскопический 3D-принтер.

Да-да, я не шучу, аналогия весьма точна. Смотрите:
Вы загружаете в 3D принтер информацию - параметры объекта, который хотите синтезировать, и снабжаете его материалом - пластиком.
Имея эти компоненты и энергию, принтер может насинтезировать вам что угодно какой угодно формы.

Информация биологического 3D принтера - это ДНК, универсальный пластик - это аминокислоты, а энергия - это молекулы АТФ.
По информации ДНК аппарат клетки синтезирует из аминокислот всевозможные фигуры: ферменты. В зависимости от информации ДНК ферменты могут принимать практически бесконечное количество форм.

Но у 3D принтера есть один серьезный недостаток: какую бы замысловатую фигурку вы у него не попросили, на выходе всегда будет кусок пластмассы. А пластмасса, какую бы форму она не приняла, может делать далеко не всё. Вот почему на практике пластмассу приходится дополнять какими-то «рабочими деталями».

Скажем, вы не сможете вкрутить шуруп чисто пластиковой отверткой, поэтому в рукоятку вставляется стальной наконечник.

Еще пример: банковские карты иногда так и называют пластиковыми, потому что на 99% они состоят из пластика, но на пластик нельзя записать магнитную информацию, поэтому в карту вставляют рабочий орган: микросхему из кремния, меди и др.

То есть в большинстве пластиковых инструментов рабочей деталью является иной материал. Пластик же играет роль кожуха, придающего инструменту удобную форму и располагает рабочие детали в нужной конфигурации.

Такая же беда с ферментами. Генетический аппарат может сделать фермент любой структуры, но всё это будет комбинацией из аминокислот всего лишь 20 типов, и не все биохимические операции возможно проделать таким набором.

Вот почему в ферменты тоже приходится вставлять «рабочие детали» неаминокислотной природы, как чипы в пластиковые карты.

Самый известный такой «чип» - это, конечно, гем в гемоглобине. Гем встраивается в белковую оболочку, и не только представляет собой особую органическую структуру, не похожую ни на одну аминокислоту (см рис.), но дополнительно имеет атом железа в своем составе, без которого функция гемоглобина по связыванию кислорода совершенно невозможна!

К счастью, наш организм умеет синтезировать гем самостоятельно с нуля с помощью других ферментов. Но это не всегда возможно.

Немного терминологии. То, что я ненаучно назвал «чипом» в белке, на самом деле называется кофермент. Коферменты - это органические вещества небелковой природы, которые встраиваются в фермент и формируют его активный центр (рабочую деталь). Некоторые коферменты, как гем, синтезируются в организме. Но не все.

Эволюция животных имеет очень странное направление. Пока наша анатомия и физиология усложнялась, биохимический аппарат наших организмов, наоборот упрощался. Вдумайтесь:

С биохимической точки зрения мы с вами - гораздо более примитивные организмы, чем самые заурядные бактерии или плесень!

Так, многие коферменты, необходимые нам для жизни, мы тупо разучились синтезировать с нуля.

Один из таких коферментов: тиаминпирофосфат, который встраивается в целый ряд ферментов, катализирующих декарбоксилирование органических молекул в клетке (декарбоксилирование - это один из ключевых этапов энергетического обмена - процесса извлечения энергии из молекул пищи)

Как вы заметили, название кофермента выше намекает на то, что он синтезируется из тиамина. Да, как правило коферментами служат не сами витамины, а их производные, которые клетка синтезирует из витаминов.

Еще более ярким примером платы за эволюцию является упомянутая ранее аскорбиновая кислота. Это для нас она - витамин С, и для человекообразных обезьян, для большинства же млекопитающих и птиц, и для всех менее развитых организмов, это обычный метаболит, который они синтезируют из банальной глюкозы!

В заключение уточню, что не все витамины являются предшественниками коферментов, некоторые витамины обладают активностью самостоятельно. Например, витамин Е самостоятельно защищает нас от вредных свободных радикалов.