Витамин в2 биосинтез витамина

Витамины — низкомолекулярные органические соединения различной химической природы: водо- и жирорастворимые. Они характеризуются высокой биологической активностью, так как способны вызвать биохимический эффект в минимальных концентрациях (мг, мкг) [5].

Витамины и витаминоподобные вещества играют важную биологическую роль в организме человека: участвуют в обмене веществ и регуляции физиологических функций. К примеру, водорастворимые витамины являются коферментами. Жирорастворимые витамины участвуют в контроле состояния биологических мембран, регуляции экспрессии генов, в некоторых случаях являются коферментами или простетическими группами. Однако сами по себе витамины и витаминоподобные вещества не выполняют пластическую и энергетическую функции. Неспецифическое действие данных веществ выражается в повышении трудоспособности и резистентности организма.

Большинство витаминов и витаминоподобных веществ не синтезируются в организме, в связи с этим основным источником их поступления в организм является пища (10-100 мг/100 г продукта) [6]. Таким образом, витамины относят к незаменимым (эссенциальным) соединениям.

Однако существует ряд витаминов и витаминоподобных веществ, которые синтезируются в организме здорового человека в достаточном количестве и только во время некоторых заболеваний или патологических состояний появляется потребность в их экзогенном потреблении. Известно о биосинтезе в организме человека следующих витаминов и витаминоподобных соединений: В11 (L-карнитин) [1], В5 (пантотеновая кислота) [5], Q10 (убихинон) [2], N (липоевая кислота) [3], В4 (холин) [3], В9 (фолиевая кислота) [10] , D3 [7]. В связи с этим становится интересным изучение органов, тканей, клеток и ультраструктур, обеспечивающих синтез данных веществ и создание модели физиологической системы биосинтеза витаминов и витаминоподобных веществ.

Цель исследования: на основе теоретического анализа научных источников описать модель физиологической системы биосинтеза витаминов и витаминоподобных веществ в организме здорового человека.

Печень – основной белок-синтезирующий орган человеческого организма. Зарубежные исследователи обнаружили в клетках гепатоцитов наличие фермента гамма-бутиробетаингидроксилазы (диоксигеназы). Данный фермент катализирует реакцию синтеза L-карнитина из гамма-бутиробетаина. Далее активность данного фермента была обнаружена в почках. Синтезированный в печени и почках L-карнитин, с током крови транспортируется в другие ткани и органы для выполнения своих функций (например: транспорт одноцепочечных жирных кислот в митохондриальный матрикс) [9].

Микрофлора кишечника – является главным поставщиком эндогенных витаминов в организме человека. На сегодняшний день ведутся исследования о роли других форм микрофлоры организма человека (дыхательной, кожной, уро-генитального тракта) на биосинтез витаминов.

Биосинтез витаминов кишечными бактериями и грибами обусловлен тем, что отдельные группы витаминов являются важнейшими метаболитами этих микроорганизмов. Они синтезируются микроорганизмами, накапливаются в их клетках, а при их гибели выходят в просвет кишки, после чего могут всасываться в кровь. Большинство кишечных бактерий осуществляет биосинтез витаминов группы В: В5 (пантотеновой кислоты), В9 (фолиевой кислоты) [5]. Однако неизвестно, сколько именно синтезируют тех или иных витаминов кишечные бактерии и как изменяется биосинтетический потенциал бактерий при изменении рациона питания и на фоне применения антибактериальных препаратов. Лысиков Ю. А. с соавторами в статье «Витамины и здоровье» приводят примеры бактерий, которые способны синтезировать один или несколько видов витаминов (таблица 1) [6].

Источник

X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2018

ПОЛУЧЕНИЕ ВИТАМИННЫХ ПРЕПАРАТОВ

До 30-х годов прошлого столетия рибофлавин (витамин В2) выделяли из природного сырья. В наибольшей концентрации он присутствует в моркови и печени трески. Из 1 т моркови можно изолировать лишь 1 г рибофлавина, а из 1 т печени — 6 г. В 1935 г. обнаружен активный продуцент рибофлавина — гриб эремотециум эшби, способный при выращивании на 1 т питательной смеси синтезировать 25 кг витамина В2. Сверхсинтеза рибофлавина добиваются действием на дикие штаммы мутагенов, нарушающих механизм ретроингибирования синтеза витамина В2, флавиновыми нуклеотидами, а также изменением состава культуральной среды. Отбор мутантов ведут по устойчивости к аналогу витамина В2 — розеофлавину. [1]

Витамин В12 открыт в 1948 г. одновременно в США и Англии. В 1972 г. в Гарвардском университете был осуществлен химический синтез корриноидного предшественника витамина В12. Химический синтез корнестерона — структурного элемента корринового кольца витамина, включающий 37 стадий, в крупных масштабах не воспроизведен из-за сложности процесса.

Первоначально витамин В12 получали исключительно из природного сырья, но из 1 т печени можно было выделить всего лишь 15 мг витамина. Единственный способ его получения в настоящее время — микробиологический синтез. Продуцентами витамина В12 при его промышленном получении служат актиномицеты, метанообразующие и фотосинтезирующие бактерии, одноклеточные водоросли. Для получения высокоочищенных препаратов витамина В12 пропионовокислые бактерии культивируют периодическим способом на средах, содержащих глюкозу, казеиновый гидролизат, витамины, неорганические соли, хлорид кобальта. [4]

Из культуральной жидкости витамин В12 выделяют экстракцией органическими растворителями, ионообменной хроматографией с последующим осаждением из фракций в виде труднорастворимых соединений. В процессе получения витамина В12 с помощью пропионовокислых бактерий применяют дорогостоящую антикоррозийную аппаратуру, сложные и дорогие питательные среды. В последние годы исследуется возможность получения витамина с использованием иммобилизованных клеток пропионовокислых бактерий.[4]

Важное место в обмене веществ у животных занимает р-каротин, который в печени превращается в витамин А (ретинол). В организме человека и животных каротины не образуются. Основные источники р-каротина для животных — растительные корма; человек получает р-каротин также из продуктов животного происхождения. Р-Каротин можно выделить из ряда растительных объектов — моркови, тыквы, облепихи, люцерны. Установлено, что многие микроорганизмы — фототрофные бактерии, актиномицеты, плесневые грибы, дрожжи — синтезируют каротин. [6]

Микробиологическим способом получают и витамин D2 (эрго-кальциферол), при производстве которого освоено дешевое сырье (углеводороды) и установлен стимулирующий эффект ультрафиолетовых лучей на синтез эргостерина культурой дрожжей.

В основном в условиях промышленного производства пантотеновую кислоту получают методом химического синтеза. Наиболее важной коферментной формой витамина В5 является кофермент ацетилирования (КоА). Способностью продуцировать в значительных количествах КоА обладают многие микроорганизмы, в частности актиномицеты. Активно внедряются в промышленное производство способы получения пантотеновой кислоты и ее структурных компонентов из р-аланина и пантотеата калия с помощью иммобилизованных клеток бактерий, а также достигнуты существенные успехи при получении КоА с использованием мутантных штаммов Brevibacterium ammoniagenes, которые позволяют получать КоА в количестве до 3 г на литр. [8]

Одним из наиболее распространенных биотехнологических способов получения коферментной формы никотиновой кислоты — никотинамидадениндинуклеотида (НАД) является выделение (экстракция) его из микроорганизмов, как правило, из пекарских дрожжей. Для повышения содержания НАД в дрожжевых клетках культивирование проводят на средах с предшественниками синтеза никотиновой кислоты. Так, при добавлении в среды культивирования аденина или самой никотиновой кислоты получают до 12 мг НАД на 1 г клеток (по сухой массе).

Аскорбиновая кислота в мировом промышленном производстве витаминной продукции в целом занимает наибольшую долю — около 40 тыс. т в год. Ее синтез был разработан швейцарскими учеными А. Грюсснером и С. Рейхштейном в 1934 г. и используется до настоящего времени. Синтез аскорбиновой кислоты является многостадийным химическим процессом, в котором только одна стадия представлена биотрансформацией. Эта стадия трансформации d-сорбита в L-сорбозу при участии ацетатных бактерий. Для получения сорбозы используют глубинную ферментацию, когда культуру продуцента Gluconobacter oxydans выращивают в ферментерах периодического режима с мешалкой и барботером для усиления аэрации и массообмена в течение 20 — 40 ч с результатом по выходу сорбозы до 98% исходного количества сорбита в среде. Обычно для достижения такого высокого выхода целевого продукта в питательную среду вносят кукурузный или дрожжевой экстракт в количестве около 20%. По окончании ферментации сорбозу выделяют из культуральной жидкости. Помимо оптимизации среды можно совершенствовать и технологическую аппаратуру. Например, переход от периодического культивирования продуцента Gluconobacter oxydans к непрерывному, в аппарате колоночного типа увеличивает скорость образования сорбозы в 1,7 раз. [3]

Впервые кальциферол был выделен из рыбьего жира в 1936 г. А. Виндаусом и применен при лечении рахита. Он получил название витамина D3, так как ранее из растительных масел был выделен эргостерин под названием витамин D, при облучении которого получили витамин D2 — эргокальциферол (кальциферол — в переводе «несущий кальций»).

В настоящее время кальциферол производят из эргостерина с применением УФ-облучения биотехнологическим методом. В процессе преобразования эргостерина в эргокальциферол принимают участие микроорганизмы. Особенно богаты эргостерином клетки дрожжей всех видов и плесневые грибы. В сухой биомассе дрожжей содержится 5—10% эргостерина.

При дальнейшем УФ-облучении эргостерина получают витамин D2, который либо используется как пищевая добавка, либо подвергается дальнейшей обработке с целью получения кристаллического витамина D2. [5]

Витамин А — циклический, непредельный одноатомный спирт, образуемый в слизистой кишечника и печени из провитаминов под воздействием фермента каротиноксидазы. Каротиноиды — широко распространенная группа природных пигментов, образуемых высшими растениями, водорослями и некоторыми микроорганизмами. У животных эти пигменты не образуются, а поступают с продуктами питания и служат источником витамина А. [10]

Убихиноны в последнее время вызывают интерес как перспективные лечебные препараты. С одной стороны, они синтезируются в организме животных и человека, делая необязательным их поступление с пищевыми продуктами, что отличает их от группы витаминов.

В производстве убихинонов применяются биотехнологические методы, в основе которых лежит экстракция из биологического материала. В промышленном производстве убихинонов, в качестве субстрата используются как растительные ткани, так и микроорганизмы с высоким содержанием убихинонов, например дрожжи и грибы.

В настоящее время используется биотехнология получения уби-хинона-9 и эргостерина из микробных липидов, являющихся побочным продуктом крупного производства белково-витаминного концентрата при выращивании грибов Candida maltosa. [11]

Витамины необходимы для образования иммунных клеток и антител. Суточная потребность в витаминах может быть небольшой, но именно от обеспеченности витаминами зависит нормальная работа иммунной системы и энергетический обмен. Вот почему витаминный дефицит ускоряет старение организма и увеличивает частоту возникновения инфекционных заболеваний и злокачественных опухолей, что значительно сокращает продолжительность и качество жизни.

Специалисты рекомендуют принимать препараты, которые содержат в своем составе весь спектр жизненно важных витаминов, причем, что не менее важно, комплекс должен быть качественным и хорошо сбалансирован по дозировкам. Это будет гарантией эффективности и безопасности препарата. Высокое качество и оптимальные дозировки витаминов позволяют значительно снизить риск аллергических реакций, которые, к сожалению, нередко встречаются в последнее время.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Карелин А.О. , Ерунова Н.В. «Витамины». — М.: серия советы доктора, 2002. — 160 с.2. Вент Ф. «В мире растений», -М.,1993 г. — 232 с3. Блинкин С.А. « Имунитет и здоровье», -М.: Знание. 1977г. — 316 с4. Вершигора А.Е. «Витамины круглый год»,-М 2007 г. — 159 с

6. Яннус А. Э. и Коллас С. Ю. Микробиология, эпидемиология и иммунобиология, 2010 г. — 426 с

7. Фердман Д. Л. В кн.: Витамины. Изд. АН УССР. Киев, 1986 г. — 285 с

8. Смирнова Л. А. Витаминные ресурсы. Витамин В12, его биосинтез, функции и применение. Изд. АН СССР. 1961 г. — 150 с

9. Минкина А. И. Биохимия, 2003 г. — 215 с

10. Игнатова Л. Н. Клиническая медицина, 2006 г. — 652 с

11. Березовский В. М. Химия витаминов. М., 1999 г. — 326 с

Источник

Витамин B2 (ФАД)

Определение концентрации флавинадениндинуклеотида (ФАД), являющегося коферментом витамина В2, в образце венозной крови для изучения и оценки обменных процессов и реакций, протекающих с участием этого витамина, и выявления возможных нарушений в них.

Рибофлавин, лактофлавин, флавинадениндинуклеотид (ФАД).

Синонимы английские

Riboflavin, Vitamin B₂, Lactoflavin, flavin adenine dinucleotide (FAD).

Высокоэффективная жидкостная хроматография с тандемным масс-спектрометрическим детектированием (ВЭЖХ-МС/МС)

Нмоль/л (наномоль на литр).

Какой биоматериал можно использовать для исследования?

Как правильно подготовиться к исследованию?

Детям в возрасте до 1 года не принимать пищу в течение 30-40 минут до исследования.
Не принимать пищу в течение 2-3 часов до исследования, можно пить чистую негазированную воду.
Не курить в течение 30 минут до исследования.

Общая информация об исследовании

Витамин В2, или рибофлавин, — один из важнейших участников множества биохимических процессов в организме. Он необходим для жизнедеятельности клеток и тканевого дыхания, обменных и окислительно-восстановительных реакций.

Флавинадениндинуклеотид (ФАД), наряду с флавинмононуклеотидом, — важнейшее производное рибофлавина, определяет его биологическую роль. ФАД является коферментом, то есть активным центром, играющим непосредственную роль в протекании тех или иных реакций. Входит в состав ферментов, участвующих в окислении жирных кислот, цикле Кребса, транспорте необходимых веществ для энергетических процессов в мозге и скелетных мышцах и т. д. Все эти процессы происходят на клеточном уровне, от таких реакций зависит нормальное функционирование каждого органа и всего организма в целом.

Суточная потребность рибофлавина меняется в зависимости от возраста. В среднем для взрослого человека она составляет около 1,7-1,8 мг в день и несколько выше в период полового созревания, беременности, при усиленных физических нагрузках и в пожилом возрасте. Витамин В2 содержится в продуктах растительного (ячмень, овощи, какао) и животного происхождения (молоко, яйца, печень, почки).

Рибофлавин играет важнейшую роль в образовании эритроцитов, компонентов иммунной системы, гормональном контроле роста и половой функции. Также необходим для нормального состояния кожи, ногтей и волос.

При недостаточности рибофлавина повышается риск развития анемии, неврологических нарушений, ухудшения состояния волос, ногтей, кожи, воспалительных и дегенеративно-дистрофических заболеваний глаз. Клинические проявления дефицита витамина В2: дерматит, хейлит (поражение слизистой губ), ангулярный стоматит (трещины в углах рта), глоссит (болезненный язык), конъюнктивит, кератит и в некоторых случаях катаракта. Неврологические нарушения могут быть представлены мышечным напряжением, болями в ногах.

Определение концентрации флавинадениндинуклеотида витамина В2 проводится методом жидкостной хроматографии с тандемным масс-спектрометрическим детектированием. Суть его заключается в выделении нужного вещества на основании физико-химических свойств из образца венозной крови, его ионизации и сортировке полученных ионов в зависимости от массы с последующим их анализом. Метод является одним из самых современных, обладает высокой чувствительностью, позволяет анализировать большое количество веществ без ограничения по их физико-химическим свойствам за относительно небольшой промежуток времени.

Для чего используется исследование?

Для диагностики недостаточности, дефицита или возможности передозировки витамина B₂ в организме.
Для контроля эффективности заместительной терапии препаратами витаминов группы В.

Когда назначается исследование?

При клинических проявлениях недостаточности рибофлавина: покраснении и трещинах в углах рта, себорейном дерматите, болезненном красном языке, ухудшении состояния волос и ногтей, развитии воспалительных заболеваний глаз неясной этиологии, некоторых неврологических нарушениях.
При хронических заболеваниях желудочно-кишечного тракта и нарушении всасывания поступающих с пищей веществ.
При длительном приеме лекарственных препаратов, снижающих уровень витамина В2 (например, антидепрессантов, барбитуратов и др.).

Что означают результаты?

— В цельной крови 116,0 — 393,0 нмоль/л

— В плазме 56,0 — 97,00 нмоль/л

Причины повышения уровня витамина В2 (ФАД):

применение заместительной терапии препаратами рибофлавина – как парентерально, так и внутрь.

Причины понижения уровня витамина В2 (ФАД):

недостаточное употребление продуктов, содержащих рибофлавин;
хронические заболевания желудочно-кишечного тракта с нарушением всасывания поступающих с пищей веществ.

Что может влиять на результат?

Уровень витамина В2 (ФАД) может снижаться при употреблении алкоголя и некоторых лекарственных препаратов (барбитураты, антидепрессанты, тиреоидные гормоны и др.).
Антихолинергические препараты могут увеличивать всасывание рибофлавина из кишечника в кровь.

Дефицит витамина B₂ нередко сочетается с дефицитом других водорастворимых витаминов и редко встречается изолированно.
Определение уровня витамина B2 в форме ФАД в плазме крови рассматривается как вспомогательный лабораторный маркер для оценки достаточности уровня витамина B2. В качестве базового маркера для оценки уровня витамина B2 рекомендовано определение витамина B2 в форме ФАД в цельной крови.

Кто назначает исследование?

Терапевт, невролог, офтальмолог, дерматовенеролог, гастроэнтеролог, врач общей практики, эндокринолог.

Литература

Pinto JT, Zempleni J. Riboflavin. Adv Nutr. 2016 Sep 15;7(5):973-5.
Powers HJ, Corfe BM, Nakano E. Riboflavin in development and cell fate. Subcell Biochem. 2012;56:229-45.
Kuppuraj G, Kruise D, Yura K. Conformational behavior of flavin adenine dinucleotide: conserved stereochemistry in bound and free states. J Phys Chem B. 2014 Nov 26;118(47):13486-97.
Robbins JM, Souffrant MG, Hamelberg D, Gadda G, Bommarius AS. Enzyme-Mediated Conversion of Flavin Adenine Dinucleotide(FAD) to 8-Formyl FAD in Formate Oxidase Results in a Modified Cofactor with Enhanced Catalytic Properties. Biochemistry. 2017 Jul 25;56(29):3800-3807.

Источник