Изоаллоксазиновая структура является основой флавиновых витаминов. Флавиновые витамины содержатся в молочной сыворотке, дрожжах, зародышах и оболочке зерновых культур, яичном белке и в других продуктах. Из молока выделен лактофлавин — рибофлавин, молекула которого содержит изоаллоксазин и сахар — рибозу (табл. 11.10). Получают рибофлавин путем микробиологического синтеза.
В организм человека рибофлавин поступает в основном с мясными и молочными продуктами; суточная потребность составляет 1,5 —2,5 мг. Всасываясь из кишечника, рибофлавин при участии АТФ фосфорилируется и превращается в коферментные формы: флавинмононуклеотид (ФМН) и флавинаде- ниннуклеотид (ФАД).
Флавинмононуклеотид (ФМН)
Наименование (русское, английское, латинское).
Химическая формула. Молекулярная масса. Применение в разных странах
Фармакологическая группа. Лекарственная форма. Условия хранения
Физико-химические свойства
Рибофлавин — Riboflavine — Ri- boflavinum
(7,8-Диметил-10-(2)-1-риби- тил)изоаллоксазин (и в виде натрия монофосфата))
ГФ, РЛС, БФ, USP, МФ
Витамины и витаминоподобные вещества.
Форма выпуска: порошок, таблетки по 0,002 г в профилактических целях; таблетки по 0,005 и 0,01 г в лечебных целях. В составе поливитаминов: «Геп- тавит», «Квадевит», «Компливит» и др. Рибофлавин-мононуклеотида раствор для инъекций 1 % в ампулах по 1 мл. БФ: комплексные препараты группы витамина В. Таблетки: никотинамида — 15 мг. Рибофлавина 1 мг, тиамина гидрохлорида 1 мг 1 — 2 таблетки ежедневно. Сироп: тиамина гидрохлорида — 5 мг, рибофлавина 2 мг никотинамида 20 мг, пиридоксина гидрохлорида 2 мг. Хранение: порошок в хорошо укупоренных банках оранжевого стекла; таблетки — в защищенном от света месте
Кристаллический порошок желто-оранжевого цвета, горького вкуса, со слабым специфическим запахом. Тт = 282 °С с разложением.
Малорастворим в воде (0,12 мг/мл при 27 °С) и в спирте, не растворим в ацетоне, диэтиловом эфире, хлороформе, бензоле.
Е° = -0,208 В (pH 7; t= 30 °С; рХа = 3,6; 9,5).
Водные растворы имеют желтую окраску и интенсивную желто-зеленую флуоресценцию, pH растворов 5,0-7,0.
Рибофлавин-мононуклеотид — кристаллический желто-оранжевый порошок без запаха, горького вкуса. Трудно растворим в воде, практически нерастворим в спирте. На свету разлагается. Водные растворы имеют pH 5,5—6,5; желтовато-оранжевую окраску. Водные растворы рибофлавина имеют характерные спектры поглощения в УФ- и видимой области с максимумами при 233, 268, 374 нм и 445 нм (є соответственно 30,1 • 10\ 31,4-103, 10,8 -103, 12,3 -103. Рибофлавин флуоресцирует в желто-зеленой области (^-возбуждения около 450 нм, Х-излучения около 565 нм) с наибольшей интенсивностью при pH 6—8. Обладают оптической активностью в щелочной и слабощелочной среде:
[а]=-70° (0,06 % раствор NaOH при температуре 20 °С). В нейтральных растворах оптическое вращение не наблюдается
ФМН и ФАД входят в большое число важнейших окислительно-восстановительных ферментов (флавиновые ферменты, флавиновые оксиредуктазы, или флавопротеиды) и принимают участие в окислительно-восстановительных процессах, протекающих в организме. Молекулярный механизм переноса атомов Н заключается в их обратимом присоединении в положении 1 и 5:
При недостатке рибофлавина развивается ангулярный стоматит (трещины в углах рта и на губах), глоссит (сосочки языка сглажены, цвет языка пурпурный с синеватым оттенком), поражение кожи у носа, ушных раковин, васкулярный кератит (расширение сосудов коньюктивы вокруг роговицы).
Кислотно-основные свойства. Молекула рибофлавина имеет основные центры — в первую очередь (в положении N10), и кислотный центр — это имидная группа в положении N3. Таким образом, рибофлавин — амфолит, но его кислотные свойства преобладают. Так, рибофлавин растворим в водных растворах щелочей и карбонатов щелочных металлов.
Кислоты Льюиса — ионы кобальта Со2+, ртути Hg2+, железа Fe3+ и серебра Ag+ — вступают в конкурирующие реакции, замещая водород имидной группы (N3). При этом образуются как обычные соли, так и координационные соединения. Например, с ионом серебра получается оранжевый продукт.
При pH 7,0 десятичные логарифмы констант устойчивости комплексов лиганда с металлами, образующимися в соответствии с реакцией М + L ML, IgA» = lg([ML]/ /([M][L])), равны: 3,7 (Mn); 7,1 (Fe); 4,1 (Co); 4,2 (Ni); 6,5 (Cu); 4,2 (Zn). Таким образом, наиболее устойчив комплекс с Cu(II), а наименее — с Мп(П).
Основные свойства рибофлавина выражены слабо и проявляются, в частности, в способности растворяться в уксусной кислоте и сильных минеральных кислотах.
Рибофлавин как азотистое основание дает реакции с общеалкалоидными осадительными реактивами, например с реактивом Драгендорфа.
В щелочной среде образуется окрашенное в желтый цвет производное 7,8,10-три- метилизоаллоксазин — люмифлавин:
Люмифлавин — это специфическая примесь в рибофлавине, которая благодаря изо- аллоксазиновой группировке сохраняет желтую окраску. Определение люмифлавина проводят, добавляя к раствору рибофлавина хлороформ. Смесь взбалтывают, фильтруют и окраску хлороформного слоя сравнивают с эталоном цветности — раствором калия дихромата К2Сг207.
Восстановление рибофлавина. При действии восстановителей рибофлавин обесцвечивается и утрачивает способность к флуоресценции. Так, добавление NaHS03 приводит к образованию дигидрорибофлавина (лейкорибофлавина):
Это соединение легко реокисляется в рибофлавин при действии кислорода воздуха. Окисление рибофлавина — сложный процесс, зависящий от условий, кристаллический рибофлавин при действии концентрированной серной кислоты окрашивается в красный цвет;
перйодатное окисление (может быть использовано для количественного определения рибофлавина):
+ н-с-н + uct° + NalO, + Н20 II ОН 3 2
О
Далее можно использовать реакцию нейтрализации образовавшейся муравьиной кислоты с потенциометрической индикацией точки эквивалентности:
Определение можно завершить, рассчитывая содержание другого продукта реакции — йодата — по реакциям:
NaI03 + 5NaI + 3H2S04 — 3I2 + 3Na2S04 + 3H20
I2 + 2Na2S203 —► 2NaI + Na2S40g
Количественное определение. Спектральные методы исследования используют также для количественного определения рибофлавина (см. табл. 11.10).
Источник
Краткий обзор некоторых кофакторов, участвующих в синтезе коллагена
Качественные коллагеновые волокна — одна из основных составляющих здоровой кожи. Поэтому большое количество косметологических методов направлено на восстановление ее коллагенового каркаса. Как витамины и микроэлементы могут влиять на синтез коллагена? И почему для достижения стойкого эффекта необходимо учитывать их количественный состав в организме?
Ежегодно создаются новые методики и препараты для улучшения синтеза коллагена с целью профилактики инволюционных процессов в организме и уменьшения выраженности возрастных изменений.
Но за стремлением повлиять на коллагеногенез извне порой забывают о тех веществах, без достаточного количества которых в самом организме синтез коллагена крайне затруднен. Никто не будет отрицать, что продукция этого жизненно важного белка зависит от гормонов, гормоны, в свою очередь, от присутствия металлов, усвоение металлов — от витаминов; и эту цепочку можно продолжать долго, тем более что она замкнутая. Осветить все нюансы в одной статье не представляется возможным, но сделать шаг навстречу пониманию некоторых процессов — в наших силах. Синтез и процессинг (созревание) коллагена включает в себя несколько этапов:
транскрипция генов, кодирующих коллагены, в которой участвуют десятки магнийи кальцийзависимых белков;
синтез препроколлагена на рибосоме, поддерживаемый магний- и кальцийзависимыми белками;
транспорт цепи препроколлагена в эндоплазматический ретикулум посредством сигнального пептида на N-концевом участке аминокислотной цепи;
удаление сигнального пептида в препроколлагене посредством фермента пептидазы;
гидроксилирование аминокислотных остатков пролина с участием Fe2+ и аскорбат-аниона в качестве кофакторов;
гликозилирование моносахаридами аминокислотных остатков лизина в препроколлагене в присутствии ферментов, содержащих ионы марганца;
сборка тройной спирали проколлагена из 3 аминокислотных цепей препроколлагена;
внесение необходимых конформационных изменений в проколлаген посредством изомеризации остатков цистеина и пролина;
упаковка проколлагена в транспортный везикул, перенос во внеклеточный матрикс;
вне клетки модификация молекулы проколлагена с помощью протеиназ проколлагена, нуждающихся в ионах Zn2+ как кофакторе;
формирование коллагеновых фибрилл из тропоколлагена посредством лизилоксидазы, кофакторами которой являются ионы Cu+ и тирозил-хинон (рис. 1) [1].
Всем известно об участии магния и кальция в синтезе соединительной ткани и коллагена, но о железе, цинке, меди, витаминах С и D часто забывают. Именно эти кофакторы рассмотрим в статье.
Железо
Железодефицитная анемия в той или иной степени присутствует у 40–60 % женщин детородного возраста по всему миру [2, 26]. И это при том, что железо — один из важнейших микроэлементов, необходимых для нормального функционирования биологических систем организма. Оно требуется для осуществления функции дыхания, кроветворения, участвует в иммунобиологических и окислительно-восстановительных реакциях.
Причины дефицита железа:
недостаточное поступление в организм железа из-за нарушения режима питания (например, при вегетарианской диете);
снижение всасываемости железа в кишечнике (рис. 3);
нарушение регуляции обмена витамина С;
избыточное поступление в организм фосфатов, оксалатов, кальция, цинка, витамина Е;
поступление в организм железосвязывающих веществ;
усиленное расходование железа (в периоды интенсивного роста и беременности);
потери железа, связанные с травмами, кровопотерями во время операций, обильными менструациями, язвенными болезнями, донорством, занятиями спортом;
нарушение функции щитовидной железы;
различные системные и опухолевые заболевания [21].
Учитывая высокую распространенность дефицита железа в популяции, сложно говорить о нормальном синтезе коллагена при таких состояниях.
Цинк — единственный металл, представленный в небелковой части ферментов каждого класса, и никаким другим металлом цинк не может быть заменен. Несмотря на малую концентрацию цинка в крови, стабильные связи с макромолекулами делают его доступным для всех тканей организма, что в дальнейшем позволяет удовлетворять потребности в нем белков и ферментов, выполняющих различные биологические функции [28].
Распространенность дефицита цинка в мире не менее значительная, чем железа и витамина С, и составляет до 60% [29].
Для транспорта эритроцитами кислорода и углекислого газа абсолютно необходим цинк, и большая часть цинка крови содержится именно в эритроцитах в составе цинковых металлоферментов — карбоангидраз. Карбоангидразы катализируют превращения углекислого газа в угольную кислоту (угольная кислота участвует в поддержании pH крови в физиологическом диапазоне (7,25–7,35). В капиллярах легких эти процессы идут в обратном направлении: угольная кислота распадается на углекислый газ и воду, и углекислый газ удаляется наружу [18].
Без нормального дыхания ни одна клетка не способна осуществлять свои функции.
В мире распространенность дефицита меди в организме, приводящего, наряду с железом, к анемии, составляет до 30%. А ведь этот микроэлемент крайне необходим для нормальной физиологии организма.
Если говорить о коже, то медь играет ключевую роль в ангиогенезе, синтезе и стабилизации белков внеклеточного матрикса [3].
В физиологически значимых концентрациях (2 мг — средняя суточная потребность) медь ускоряет заживление ран [16].
Ионы меди, которые являются кофакторами лизилоксидазы, принимают участие в последнем этапе синтеза коллагена. Медь имеет важное значение для формирования внутри- и межмолекулярных поперечных связей в коллагене, а соответственно, и прочности коллагеновых и эластиновых фибрилл [8, 13, 15]. Недостаток меди ухудшает формирование сшивок коллагена и приводит к тяжелой патологии костей, легких и сердечно-сосудистой системы [12].
Компенсация дефицита этого микроэлемента, бесспорно, улучшает синтез коллагена, в том числе в коже (рис. 4) [7, 10].
Аскорбиновая кислота (витамин С)
Аскорбиновая кислота играет в организме фундаментальную роль — нет фактически ни одного физиологического процесса, в котором бы она не принимала участия.
Роль витамина С в организме Аскорбиновая кислота в организме человека оказывает влияние на множество важнейших биологических процессов:
образование кортикостероидов (при стрессе в несколько раз возрастает уровень потребления витамина С тканями и органами) [20];
обмен тирозина (влияние на обмен гормонов щитовидной железы) [22];
трансформация дофамина в норадреналин [25];
превращение токсичных соединений ванадия в безвредные [23];
превращение фолиевой кислоты в ее активную форму — тетрагидрофолат [27];
активация мРНК ацетилхолинового рецептора [20];
образование активных форм витамина D (транспортной формы [25(OH)D] — в печени и активной гормональной формы [1,25(ОН)2D] — в почках), что служит основным фактором профилактики остеопороза [20];
потенцирование всасывания железа [24].
Распространенность дефицита витамина С в мире по разным данным составляет 20–40% [14, 15].
В последнее время много исследований посвящено аскорбиновой кислоте и ее биодоступности для кожи [9]. При недостатке витамина С в организме его нанесение на кожу не будет иметь ожидаемого эффекта, так как не сможет восполнить нутритивный дефицит. В ходе проведенных исследований выяснилось, что витамин С ускоряет заживление ран, участвует в активизации синтеза коллагена I типа (рис. 5) и снижении параметров окислительного стресса. Никаких значимых побочных эффектов при добавлении витамина С в питание в ходе проведенных исследований выявлено не было [5, 6].
Синтез коллагена зависит от гормонов, гормоны, в свою очередь, от присутствия металлов, усвоение металлов — от витаминов, и эту цепочку можно продолжать долго, тем более что она замкнутая.
Витамин D
Распространенность дефицита витамина D в российской популяции составляет более 90% (в мире 50–60%) [19]. Этот витамин стимулирует увеличение синтеза секретируемых белков TGF-β (регулируют деление и дифференцировку различных типов клеток, включая фибробласты и кератиноциты) и их связывание с рецепторами на мембране клеток. Поэтому при его дефиците происходит нарушение активности сигнальных каскадов TGF-β, что ухудшает заживление кожи после любой травмы (включая косметологические манипуляции). Например, во время термолифтинга часть коллагеновых волокон дермы сжимается и уменьшается в объеме. Это приводит к повышению зернистости базального слоя и при достаточном количестве витамина D создает благоприятные условия для воздействия его активных форм на экспрессию TGF-β1, который и способствует обновлению соединительной ткани [11].
Выводы
Мы кратко обсудили лишь некоторые кофакторы, участвующие в синтезе коллагена. Но даже этот незначительный пласт информации позволяет судить о зависимости синтеза коллагена от нутритивного статуса организма, чем не следует пренебрегать, решая многие эстетические задачи. Изменение синтеза коллагена происходит постепенно и усугубляется нутритивным дефицитом [19].
О