1- المقدمة

يستعمل التعبير فيتامين Vitamin للدلالة على عامل غذائي ضروري يحتاجه الكائن الحي بكميات صغيرة، والذي يؤدي غيابه إلى بعض الاعراض أو الامراض الناشئة عن نقصه. أما وصف الأعراض الناشئة عن نفص الفيتامينات، أو الكميات اللازمة لمعالجتها، فإنها تقع في نطاق علم التغذية. في هذا الجزء سوف ننتطرق إلى العلاقة بين الفيتامينات ومرافقات الانزيمات.

فلقد عرف الآن – كما سنرى بعد قليل – أن العديد من مرافقات الانزيمات تحتوي على أحد الفيتامينات كجزء من تركيبها البنائي. وبما لا شك فيه أن هذه العلاقة هي التي أضافت على الفيتامينات ذلك الدور الحيوي الهام الذي تلعبه داخل الكائن الحي بالإضافة إلى وظائفها الأخرى.

وقد كانت الأبحاث الأولية التي أدت إلى ايجاد تلك العلاقة في مرافقات الانزيمات والفيتامينات من أهم الأبحاث في ميدان للكيمياء الحيوية، وذلك لأنها أوجدت نموذجاً اتبع في جميع الدراسات التي تلتها والمختصة بايجاد علاقات بين الفيتامينات ومرافقات الانزيمات الأخرى. وقد بدأ العالم الألماني Otto Warburg تلك الأبحاث عندما نشر (سنة 1932) أول بحث من سلسلة الدراسات الكلاسيكية حول اثنين من مرافقات الانزيمات.

كان واربورغ يدرس نظاماً انزيمياً موجوداً في الخمائر Yeast – يلامس اكسدة الجلوكوز -6- فوسفات إلى حمض -6- فوسفوجلوكونيك. وقد تبين أن ذلك التفاعل يتطلب وجود نوعين من البروتينات (يمكن الحصول عليهما من الخميرة) بالإضافة إلى مرافق انزيمي يمكن عزله من كريات الدم الحمراء. وقد سمى الانزيم اللازم لملامسة هذا التفاعل بالاسم الالماني Zwischenferment وهو عبارة عن انزيم نازع للهيدروجين Dehydrogenase. أما المرافق الانزيمي الذي يحتاجه ذلك الانزيم فقد اطلق عليه اسم Coenzyme II وذلك لأنه يشبه تركيبه مرافقاً انزيمياً آخر كان يسمى Coenzyme I، والذي تمكن العالمان Harden and young – قبل عدة سنوات – من اثبات علاقته بتفاعلات التخمر اللاهوائي للكربوهيدرات. وقد تبين أن المرافق الانزيمي I يشبه في تركيبه البنائي الادينوزين أحادي الفوسفات AMP المستخرج من العضلات وذلك لأن هذا المركب الأخير (AMP) ينتج من التحليل الانزيمي للمرافق I.

وقد كشفت ابحاث واربوغ عام 1935 على أن المرافق الانزيمي II يحوي قاعدة نتروجينية أخرى (بالإضافة إلى الادينين) وهي مشتقة من حمض النيكوتينيك (وقد عرف فيما بعد -1937- أنه أحد الفيتامينات) وتسمى نيكوتيناميد Nicotinamide. وتلك كانت أول اشارة إلى علاقة الفيتامينات بمرافقات الانزيمات. واعتماداً على تلك المعلومات وغيرها – مما لا مجال للدخول في تفاصيله – فقد أمكن كتابة الصيغة البنائية لكل من المرافقين الانزيميين I و II (انظر الفقرة التالية): وسيقسم هذا الفصل إلى قسمين، القسم الأول وسيقتصر البحث فيه على الفيتامينات التي تدخل في بناء مرافقات الانزيمات حيث سنبين تركيب الفيتامين والمشتق الذي يؤلف من مرافق الانزيم ومنه وميكانيكية عمل المرافق الانزيمي أي كيفية تأديته لوظيفته الحيوية، وكذلك التفاعلات التي يشترك فيها. 

أما القسم الثاني من هذا الفصل فيشتمل على دراسة مختصرة لأهم الفيتامينات التي لا تدخل في تركيب مرافقات الانزيمات. وسنكتفي عند ذلك ببيان التركيب البنائي للفيتامين ومصادر وجوده بالإضافة إلى وظيفته الحيوية. 

القسم الأول: الفيتامينات التي لها وظيفة مرافقات الانزيمات 

2- حمض النيكوتينيك – نيكوتيناميد Nicotinic Acid - Nicotinamide

تركيبه: غالباً ما يشار إلى الفيتامين المسمى بهذا الاسم بكلمة (نياسين) Niacin التي هي الاسم المستعمل الشائع له، سواء أكان الحمض بصورته الحرة أم المشتق الاميدي منه. ينتشر بكثرة في الأنسجة البناتية والحيوانية، وتعتبر منتجات اللحوم والذرة الصفراء من المصادر الممتازة لهذا الفيتامين.

وصورة مرافق الأنزيم من هذا الفيتامين تظهر في المركبين الهامين التاليين: 

1- نيكوتيناميد ادينين نيوكليوتايد nieotinamide Adenine Dinucleolide وهو مرافق الانزيم الأول Coenzyme I ويرمز له اختصاراً NAD⁺، وكان يعرف قبل عام 1961 باسم داي فوسفوبيريدين نيوكليوتايد ويرمز له اختصاراً (DPN⁺).

2- المشتق الفوسفاتي للمركب الأول NAD⁺ - Phosphate وهو مرافق الانزيم الثاني Coenzyme II (اللذين اكتشفهما واربورغ) ويرمز له اختصاراً NDAP+. وكان يعرف قبل عام 1961 باسم تراي فوسفوبيريدين نيوكليوتايد ويرمز له اختصاراً (TPN⁺)، وهي الأسماء التي اطلقها واربورغ.

وهذا المرفقان الأنزيمان يوجدان بكثرة في الطبيعة، ويفترض أن سبب ذلك هو دورهما الرئيسي في عمليات الاكسدة الحيوية.

الوظيفة الحيوية: يستعمل الاسم بيريدين نيوكليوتايد Pridine Nucleotide للدلالة على المرافقين الانزيميين NAD⁺، NADP⁺. ويعمل هذان المركبان كمرافقات للانزيمات التي تلامس تفاعلات الاكسدة والاختزال الحيوية والتي يحدث فيها نزع للهيدروجين، أي الانزيمات النازعة للهيدروجين Dehydrogenases. وعلى سبيل المثال، ففي التفاعل الذي يتأكسد بواسطته الجلوكوز – 6 - فوسفات إلى حمض – 6 – فوسفوجلوكونيك والذي يلامسه الانزيم Glucose – 6 – Phosphate Dehydrogenase، يحدث في نفس الوقت اختزال مرافق الانزيم الثاني NADP⁺ إلى NADPH. كذلك فالانزيم الموجود في الخمائر Alcohol Dehydrogenase والذي يؤكسد كحول ايثانول إلى اسيتالدهيد يختزل مع مرافق الانزيم NAD⁺ إلى NADH، 

ويكتب ثابت الاتزان الظاهري (Kapp.) لهذا التفاعل كما يلي:

[CH3CHO] [NADH]	Kapp =
[CH3CH2OH] [NAD+]

وقد قيس ثابت الاتزان ذلك فوجد أنه يساوي 10 ْ تقريباً عند  pH=9، مما يدل على علاقته بتركيز أيونات الهيدروجين وذلك لأن أيونات [H+] تعتبر احدى نواتج التفاعل. ويتضح من تلك القيم أن التفاعل من اليسار إلى اليمين (أكسدة الكحول) يميل إلى الحدوث بدرجة أكبر في درجات pH المرتفعة. ولفهم الطريقة التي يؤدي بها مرافق الانزيم عمله في التفاعل السابق (وهو نزع ما يعادل جزيء – أي ذرتين – هيدروجين من مادة التفاعل وهي الكحول الايثيلي، وبذلك يتحول من الحالة المؤكسدة NAD⁺ إلى الحالة المختزلة NADH وينطلق مكافيء واحد من أيونات الهيدروجين لكل مول من مرافق الانزيم)، لا بد لفهم ذلك من القاء نظرة على التركيب البنائي لمرافق الانزيم NAD⁺ (وينطبق نفس الكلام تماماً على المرافق الآخر NADP⁺). 

ويتم اختزال مرافق الانزيم بإضافة بروتون واحد (H+) مع الكترونين إلى حلقة البيريدين. ويمكن أن يحدث هذا في خطوة واحدة بإضافة أيون هايدرايد – (H:) إلى حلقة البيريدين المؤكسدة في الموضع رقم 4، والمعروف أن ذرة الهيدروجين المضافة تدخل فعلاً في ذلك الموضع. 

ويمكن تصور ذلك بوضوح إذا كتبنا الصورة الطنينية لمرافق الانزيم المؤكسد NAD+ وفيها يكتسب الكربون في الوضع رقم 4 الشحنة الموجبة (أي ينتقل الالكترون من تلك الذرة إلى ذرة النتروجين لمعادلة الشحنة الموجبة الموجودة عليها في الأصل.

وباعتبار أنه يحدث نزع ما يعادل ذرتي هيدروجين من مادة التفاعل وإضافة ذرة واحدة مع الكترونين إلى حلقة البيريدين، فإن البروتون اللازم لموازنة التفاعل ينطلق في الوسط الذي يحدث فيه ذلك التفاعل. 

ومن المهم أن نشير إلى الطريقتين العامتين اللتين تؤدي بهما النيوكليوتيدات البيريدينبة عملها. فالانزيمات النازعة للهيدروجين والتي تحتاج إلى NADP⁺ أو NAD⁺ كمرافقات انزيمية تلامس التفاعلات التي تجري فيها أكسدة الكحولات (أولية وثانية) Primary and Secondary Alcohols والالدهيدات والاحماض الكربوكسيلية التي تحوي مجموعة هيدروكسيل في الموضع ألفا أو بيتا، وكذلك الأحماض الأمينية – الفا. وجميع هذه التفاعلات غالباً ما تكون عكسية، إلا أنه في بعض الأحوال قد تدل قيمة ثابت الاتزان للتفاعل على أن الظروف الفيزيولوجية لا تسمح للتفاعل إلا بالسير في جهة واحدة (غير عكسي). وفي مثل هه الحالة قد ينتج عن ذلك أما اكسدة أو اختزال مرافق الانزيم NAD⁺ أو NADP⁺ التي تتطلبها تلك الانزيمات. 

أي أن مرافق الانزيم – في مثل هذه الأحوال – يستطيع استقبال الالكترونات مباشرة من مادة التفاعل المختزلة ويعطيها مباشرة إلى مادة تفاعل أخرى موجودة في الحالة المؤكسدة فيما يسمى بالتفاعل المزدوج Coupled Reaction الذي سبق ذكره. وعلى هذا فإن اختزال الاسيتالدهيد إلى ايثانول يرتبط في تفاعل مزدوج  مع أكسدة فوسفات الجليسرالدهيد إلى حمض الجليسريك ثنائي الفوسفات في وجود الانزيم .Triosephosphate Dehydrogenase  

والجدول التالي يبين أهم التفاعلات التي تشترك فيها البيريدين نيوكليوتايد كمرافقات للإنزيمات

مادة التفاعل	ناتج التفاعل	الانزيم	مرافق الانزيم
Substrate	Product
ايثانول	اسيتالدهيد	Alcohol Dehydrogenase	NAD+
حمض اللاكتيك	حمض البيروفيك	Lactic	NAD+
جلوكوز -6- فوسفات	6- فوسفوحمض جلوتونيك	Glucos-6-phosphate	NADP+
حمض جلوتاميك	حمض الفاكيتو جلوتاريك	Glutamic	NAD+ NADP+
حمض الماليك	حمض بيروفيك + CO2	Malic Enzyme	NADP+
فوسفات جليسرالدهيد	حمض 3.1 – داي فوسفو	Glyceraldehyde-3-	NAD+
(+ حمض فوسفوريك)	جليسيريك	Phosphate Dehydrogenase
نترات	نتريت	Nitrate Reductase	NADPH
جلوتاثيون (مؤكسد)	جلوتاثيون (مختزل)	Glutathione Reductase	NADPH
حمض ايسوستريك	حمض الفاكيتو جلوتاريك CO2+	Isocitric Dehydrogenase	NAD+

أما الطريقة الأخرى التي تؤدي بها المرافقات الانزيمية البيريدينية عملها فهي في اختزال نوع آخر من مرافقات الانزيمات تسمى بالمرافقات الفلافينية Flavine Coenzymes والتي سيلي شرحها بالتفصيل في الفقرة التالية. وهذه المرافقات عبارة عن المجموعة اللابروتينية لانزيمات اخرى تقوم أيضاً باكسدة واختزال المواد العضوية البيولوجية. ويشكل ذلك الاختزال حلقة ارتباط بين تلك المواد والمرافقات البيريدينية السابقة الذكر. وعلى سبيل المثال فإن اختزال الجلوتاثيون المؤكسد يتم بواسطة الانزيم المختزل للجلوتاثيون الذي يشترك معه أحد المرافقات البيريدينية.

وفي الواقع فإن عملية الاختزال تلك تتم على مرحلتين: في الأولى يقوم المرافق البيريديني باختزال المرافق الفلافيني (FAD) ويحوله إلى الصورة المختزلة، ثم يقوم هذا بدوره اختزال الجلوتاثيون المؤكسد والمعادلة الأولى هنا تمثل الطريقة الأخرى لعمل المرافقات البيريدينية