Тиаминпирофосфат как кофермент обмена¶

Тиаминпирофосфат (ТПФ, тиаминдифосфат, кокарбоксилаза) — органическое соединение, фосфорилированное производное витамина B₁ (тиамина), выполняющее функцию кофермента в ряде ферментативных реакций углеводного и аминокислотного обмена. Молекула образуется путём присоединения двух остатков фосфорной кислоты к тиамину и служит активной формой витамина B₁ в клетке.

¶Химическое строение

Молекула ТПФ состоит из пиримидинового и тиазолиевого колец, соединённых метиленовым мостиком; к гидроксиэтильной группе тиазолиевого кольца присоединены две фосфатные группы. Именно тиазолиевый фрагмент отвечает за каталитическую активность: атом углерода между атомами азота и серы (C2) способен терять протон с образованием илида — реакционноспособного интермедиата.

Молекулярная формула — C₁₂H₁₉N₄O₇P₂S. Кофермент прочно связывается с белковой частью фермента (апоферментом) за счёт ионных взаимодействий фосфатных групп с остатками аминокислот и координации иона магния Mg²⁺.

¶Биохимическая роль

ТПФ участвует преимущественно в реакциях переноса и расщепления связей, прилегающих к карбонильной группе. Основные типы катализируемых реакций:

• Окислительное декарбоксилирование α-кетокислот;
• Неокислительное декарбоксилирование α-кетокислот;
• Перенос альдегидных (ацильных) групп (транскетолазная реакция);
• Расщепление α-кетолов и некоторые реакции изомеризации.

¶Ключевые ферменты

Пируватдегидрогеназный комплекс занимает центральное место: он связывает гликолиз с циклом трикарбоновых кислот, обеспечивая превращение пирувата в ацетил-КоА. Транскетолаза — единственный ТПФ-зависимый фермент пентозофосфатного пути, поставляющий рибозо-5-фосфат для синтеза нуклеотидов и НАДФН для восстановительных синтезов.

¶Механизм катализа

В активном центре ТПФ депротонируется с образованием илида, который атакует карбонильный углерод субстрата. Образуется аддукт — так называемое «активное альдегидное соединение». Далее в зависимости от типа фермента происходит отщепление CO₂ (декарбоксилирование), перенос альдегидной группы на акцептор (транскетолаза) или иное превращение. Кофермент регенерируется, возвращаясь в исходную форму.

¶Клиническое значение

Недостаток тиамина ведёт к снижению активности ТПФ-зависимых ферментов и нарушению энергетического обмена, прежде всего в тканях с высокой потребностью в глюкозе — нервной и мышечной. Это проявляется заболеваниями бери-бери, синдромом Вернике — Корсакова, периферическими полиневропатиями. При алкоголизме, длительном парентеральном питании, тяжёлых инфекциях и гипертиреозе потребность в витамине B₁ возрастает.

Лекарственная форма ТПФ — кокарбоксилаза — применяется в медицинской практике как метаболическое средство. В пищевых продуктах ТПФ содержится в цельном зерне, бобовых, свинине, дрожжах.

¶Регуляция и особенности

Синтез ТПФ из тиамина катализируется тиаминпирофосфокиназой при участии АТФ. Кофермент не синтезируется в организме человека и должен поступать с пищей в виде тиамина. Связывание с апоферментом повышает стабильность молекулы; свободный ТПФ быстро гидролизуется тиаминпирофосфатазами.