Биотин

Роль в организме и витамины-предшественники

Биотин функционирует в биохимических процессах организма преимущественно как кофермент. Это означает, что для выполнения своей задачи он должен быть физически связан с молекулой фермента, образуя единый каталитический аппарат. В биохимической и медицинской литературе витаминами-предшественниками данного кофермента принято называть сам биотин, а также использовать его традиционные синонимы: витамин H и витамин B7.

Попадая в организм, эти вещества проходят необходимый путь трансформации, чтобы встроиться в активные центры специфических белков-ферментов. Важно понимать, что без надежной связи с ферментом биотин не способен осуществлять свои коферментные функции.

Класс ферментов: лигазы и карбоксилазы

В глобальной международной классификации ферментов биотин строго ассоциирован с классом, который называется лигазами. Основной задачей лигаз в биохимии является соединение двух молекул друг с другом за счет образования новых химических связей.

В случае с биотином мы говорим о более узком и специализированном подклассе лигаз — карбоксилазах. Как следует из названия данного подкласса, карбоксилазы специализируются на одной конкретной химической операции: они осуществляют присоединение молекулы углекислого газа ($CO_2$) к целевому субстрату. Этот фундаментальный биохимический процесс носит название карбоксилирования. Важнейшим условием протекания подобных реакций является обязательное наличие источника энергии. Таким универсальным источником в данном случае выступает молекула АТФ (аденозинтрифосфат).

Тонкости химического механизма

Механизм действия биотин-зависимых карбоксилаз представляет собой строгую последовательность шагов, направленных на активацию углекислого газа и его последующий перенос.

Химическая реакция начинается с того, что молекула углекислого газа ($CO_2$) переходит в свою активную форму. Этот шаг неразрывно связан с расщеплением и затратами энергии молекулы АТФ. Затем активированный углекислый газ присоединяется непосредственно к молекуле кофермента. Точкой присоединения служит строго определенный атом азота. Этот атом азота располагается в циклической структуре молекулы биотина, которая носит название имидазольного кольца.

Образование активной формы: N-карбоксибиотин

Результатом успешного взаимодействия молекулы биотина с активированным углекислым газом становится образование нового структурного комплекса — N-карбоксибиотина (иногда в схемах обозначаемого просто как карбоксибиотин).

Важно уметь отличать этот кофермент от других известных коферментов, таких как тиаминпирофосфат, тетрагидрофолат или пиридоксальфосфат, которые выполняют в клетке совершенно иные химические функции. Также следует отличать N-карбоксибиотин от молекул вроде карбамоилфосфата или оксибиотина.

Образование N-карбоксибиотина можно представить в виде простой, но емкой химической схемы: Биотин + $CO_2$ + АТФ $\rightarrow$ Карбоксибиотин

Именно в форме N-карбоксибиотина кофермент способен выступать в роли надежного донора молекулы углекислого газа, успешно завершая реакцию карбоксилирования.

Вопросы с занятий и экзамена

Что ещё разобрать по теме

• Детальное химическое строение имидазольного кольца молекулы биотина.
• Сравнительная характеристика биотина и других коферментов (тиаминпирофосфат, тетрагидрофолат, пиридоксальфосфат).
• Энергетический баланс реакции: точный механизм гидролиза АТФ при образовании карбоксибиотина.
• Механизм переноса активированного $CO_2$ от структуры N-карбоксибиотина на конечный целевой субстрат.

Другие темы раздела «Энзимология»

Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.