Химические свойства и биологическая роль

Структурная формула

Рисунок 1. Структурная формула рибофлавина

Молекулярная масса: 376,4г/моль

Свойства соединения

Физические свойства

Рибофлавин–водорастворимый витамин, представляет собой игольчатые кристаллы горького вкуса, имеет жёлтую окраску.

Температура плавления: 282 °С.

Растворимость:

Плохо растворим в воде (0,12 мг/мл при 27 °С) и этаноле.

Не растворим в ацетоне, диэтиловом эфире, хлороформе, бензоле.

Отношение к pH:

Рибофлавин стабилен в кислой и быстро разрушается в щелочной среде; под действием света в щелочной среде расщепляется с образованием люмифлавина, в нейтральной или кислой среде–с образованием люмихрома[1].

 

Рисунок 2. Превращения рибофлавина

Применение

Рибофлавин применяют при гипо- и арибофлавинозе экзо и эндогенного происхождения, гемералопии, конъюнктивите, ирите, кератите, помутнении роговицы, катаракте, ранах и язвах, долго незаживающей лучевой болезни, астении, хейлит, угловом стоматите, глоссите, зудящие дерматозы, экземе, нейродермите, фотодерматозы, себореи, изящных угрях, кандидозе, вирусном гепатите А, хроническом гепатите, циррозе печени, нарушениях функции ЖКТ, спру, гипотрофии, анемии, лейкозах. С профилактической целью–при снижении всасывания из ЖКТ, интенсивной элиминации и увеличении потребности в рибофлавине (острая и хроническая гипоксия, дыхательная и сердечная недостаточность, ожоговая болезнь, обморожения, недостаток белкового и избыток углеводного питания, острые инфекционные заболевания, в том числе при лечении противомикробными средствами, подавляющими грамотрицательной флоры кишечника, фототерапия)[9].В последние годы было установлено, что витамин В₂ эффективен при лечении мигрени, малярии и болезни Паркинсона. Установлено, что рибофлавин имеет клинически важное влияние на снижение артериальной гипертензии [10].Рибофлавин незаменим при производстве уже привычных бульонных кубиков, супов быстрого приготовления и других подобных продуктов. Именно рибофлавин (E 101) придает этим продуктам характерный «бульонный» оттенок.Рибофлавин используется для придания привлекательного окраски таким продуктам, как мороженое, пудинги, молочные напитки, сахарная глазурь, сухие быстрорастворимые напитки. Несомненным преимуществом рибофлавина в качестве красителя, по сравнению со многими искусственными красителями, является его безопасность и органичность для человека. Для окраски продуктов используется как сам рибофлавин, так и натриевая соль рибофлавин-5-фосфат, поскольку она лучше растворимый в воде [11].Другая сфера применения рибофлавина - обогащение продуктов питания. Он широко используется для витаминизации молока, круп, диетических продуктов, детского питания. Чаще всего он входит в состав сухих гомогенных витаминных смесей (премиксов). Рибофлавин применяется в сельском хозяйстве. Использование препарата в животноводстве увеличивает прирост животных и птиц до 15%, на 30% снижает смертность, на 3% увеличивает яйценоскость у кур и на 6% выводимость цыплят [3].

Тип метаболита

Вторичный метаболит.

Динамика накопления биомассы E.ashbyi при культивировании в жидкой питательной среде подчиняется известным закономерностям для простых периодических культур: до 36 ч рост идет экспоненциально и достигает 2,0 г сухой биомассы на 1 л культуральной жидкости, затем наблюдается замедление скорости роста, характерное при переходе к стационарной фазе, и к концу ферментации–начало автолиза культуры. При этом происходил сдвиг рН: закислениекультуральной жидкости в период активного роста до 5,5 и увеличение рН до 6,2 в стационарную фазу и фазу лизиса. Синтез и накопление рибофлавина начинался в фазе стационарного роста и увеличивался по мере лизирования культуры до 30 мг/г сухой биомассы [8].

Рисунок 10. Кривая роста культуры

 

5. Характеристика продуцентарибофлавина– Eremotheciumashbyi

Полная систематика

Домен: Eukaryota

Царство: Mycota

Отдел: Ascomycota

Класс: Saccharomycetes

Порядок: Saccharomycetales

Семейство: Eremotheciaceae

Род: Eremothecium

Вид: Eremotheciumashbyi

Структурная формула

Рисунок 1. Структурная формула рибофлавина

Молекулярная масса: 376,4г/моль

Свойства соединения

Физические свойства

Рибофлавин–водорастворимый витамин, представляет собой игольчатые кристаллы горького вкуса, имеет жёлтую окраску.

Температура плавления: 282 °С.

Растворимость:

Плохо растворим в воде (0,12 мг/мл при 27 °С) и этаноле.

Не растворим в ацетоне, диэтиловом эфире, хлороформе, бензоле.

Отношение к pH:

Рибофлавин стабилен в кислой и быстро разрушается в щелочной среде; под действием света в щелочной среде расщепляется с образованием люмифлавина, в нейтральной или кислой среде–с образованием люмихрома[1].

 

Рисунок 2. Превращения рибофлавина

Химические свойства и биологическая роль

Биологическая роль рибофлавина определяется, прежде всего, его участием в построении флавинмононуклеотида (ФМН) и флавинадениндинуклеотида (ФАД), являющихся простетическими группами большого числа окислительно-восстановительных ферментов. Они существуют в двух формах—окисленной и восстановленной, и их биохимическая функция, как правило, заключается в переходе между этими формами.Образование коферментных форм рибофлавина в организме происходит с участием АТФ и двух специальных ферментов: флавокиназы, катализирующей синтез ФМН из рибофлавина и АТФ, и флавиннуклеотидфосфорилазы, осуществляющей синтез ФАД из ФМН и АТФ[2].

 

Рисунок 3. Структурные формулы ФАД и ФМН

Молекулярный механизм осуществляемого ФМН или ФАД промежуточного переноса электронов и протонов заключается в их обратимом присоединении по системе двух сопряженных атомов азота: N-1 и N-10 изоаллоксазинового кольца рибофлавина.

Рисунок 4. Реакция восстановления ФАД до ФАДН₂

Выделяют два основных типа химических реакций, катализируемых этими ферментами:

1. реакции, в которых фермент осуществляет прямое окисление исходного субстрата или промежуточного метаболита с участием кислорода (т.е. происходит процесс дегидрирования–отщепление протонов и электронов);

2. реакции, в которых происходит перенос электронов и протонов от восстановленных пиридиновых коферментов [3].

Роль флавиновых ферментов в обмене веществ исключительно велика и многообразна. Они принимают участие в:

- окислении жирных кислот до ацетил-КоА;

Схема 5. Схема окисления ЖК до ацетил-КоА

- в окислительном декарбоксилировании пировиноградной и α-кетоглутаровой кислот;

Схема 6. Окислительноедекарбоксилирование ПВК. Ферменты: Пируватдегидрогеназа (Е1), Дигидролипоилацетилтрансфераза (Е2), Дигидролипоилдегидрогеназа (Е3) [5]

- окислениисукцината в циклеКребса;

Рисунок 7. Реакция окисления сукцината

Наряду с этим, ФАД входит в состав:

- моноаминоксидазы — основного фермента катаболизма биогенных аминов и, прежде всего, катехоламинов;

Рисунок 8. Реакция катаболизма биогенных аминов

- оксидазы D-аминокислот, расщепляющей в организме чужеродные D-изомеры аминокислот, образующиеся в результате жизнедеятельности бактерий;

Рисунок 9. Реакция получения иминокислот

Наконец, ФАД является простетической группой глутатионредуктазы и метгемоглобинредуктазы, поддерживающих в восстановленном состоянии глутатион и гемоглобин [4].

Применение

Рибофлавин применяют при гипо- и арибофлавинозе экзо и эндогенного происхождения, гемералопии, конъюнктивите, ирите, кератите, помутнении роговицы, катаракте, ранах и язвах, долго незаживающей лучевой болезни, астении, хейлит, угловом стоматите, глоссите, зудящие дерматозы, экземе, нейродермите, фотодерматозы, себореи, изящных угрях, кандидозе, вирусном гепатите А, хроническом гепатите, циррозе печени, нарушениях функции ЖКТ, спру, гипотрофии, анемии, лейкозах. С профилактической целью–при снижении всасывания из ЖКТ, интенсивной элиминации и увеличении потребности в рибофлавине (острая и хроническая гипоксия, дыхательная и сердечная недостаточность, ожоговая болезнь, обморожения, недостаток белкового и избыток углеводного питания, острые инфекционные заболевания, в том числе при лечении противомикробными средствами, подавляющими грамотрицательной флоры кишечника, фототерапия)[9].В последние годы было установлено, что витамин В₂ эффективен при лечении мигрени, малярии и болезни Паркинсона. Установлено, что рибофлавин имеет клинически важное влияние на снижение артериальной гипертензии [10].Рибофлавин незаменим при производстве уже привычных бульонных кубиков, супов быстрого приготовления и других подобных продуктов. Именно рибофлавин (E 101) придает этим продуктам характерный «бульонный» оттенок.Рибофлавин используется для придания привлекательного окраски таким продуктам, как мороженое, пудинги, молочные напитки, сахарная глазурь, сухие быстрорастворимые напитки. Несомненным преимуществом рибофлавина в качестве красителя, по сравнению со многими искусственными красителями, является его безопасность и органичность для человека. Для окраски продуктов используется как сам рибофлавин, так и натриевая соль рибофлавин-5-фосфат, поскольку она лучше растворимый в воде [11].Другая сфера применения рибофлавина - обогащение продуктов питания. Он широко используется для витаминизации молока, круп, диетических продуктов, детского питания. Чаще всего он входит в состав сухих гомогенных витаминных смесей (премиксов). Рибофлавин применяется в сельском хозяйстве. Использование препарата в животноводстве увеличивает прирост животных и птиц до 15%, на 30% снижает смертность, на 3% увеличивает яйценоскость у кур и на 6% выводимость цыплят [3].

Тип метаболита

Вторичный метаболит.

Динамика накопления биомассы E.ashbyi при культивировании в жидкой питательной среде подчиняется известным закономерностям для простых периодических культур: до 36 ч рост идет экспоненциально и достигает 2,0 г сухой биомассы на 1 л культуральной жидкости, затем наблюдается замедление скорости роста, характерное при переходе к стационарной фазе, и к концу ферментации–начало автолиза культуры. При этом происходил сдвиг рН: закислениекультуральной жидкости в период активного роста до 5,5 и увеличение рН до 6,2 в стационарную фазу и фазу лизиса. Синтез и накопление рибофлавина начинался в фазе стационарного роста и увеличивался по мере лизирования культуры до 30 мг/г сухой биомассы [8].

Рисунок 10. Кривая роста культуры

 

5. Характеристика продуцентарибофлавина– Eremotheciumashbyi

Полная систематика

Домен: Eukaryota

Царство: Mycota

Отдел: Ascomycota

Класс: Saccharomycetes

Порядок: Saccharomycetales

Семейство: Eremotheciaceae

Род: Eremothecium

Вид: Eremotheciumashbyi