Рибофлавин в природе и в организме животных и человека

Содержание

 

Введение............................................................................................................................3

1. История изучения и получения в чистом виде........................................................4
2. Физико-химические свойства рибофлавина ……………………………………....9
3. Рибофлавин в природе и в организме животных и человека...............................11

Заключение..........................................................................................................................15

Список использованных источников.............................................................................16

Приложение........................................................................................................................17

 

ВВЕДЕНИЕ

Витамины (от лат. vita — жизнь), группа органических соединений разнообразной химической природы, необходимых для питания человека, животных и других организмов в ничтожных количествах по сравнению с основными питательными веществами (белками, жирами, углеводами и солями), но имеющих огромное значение для нормального обмена веществ и жизнедеятельности.

Витамин B2 — один из важнейших водорастворимых витаминов. Он влияет на рост и восстановление клеток, входит в состав ферментов, играющих существенную роль в реакциях окисления в тканях человека и регулирующих обмен белков, жиров и углеводов. Крайне важен для поддержания нормальной функции глаз, защищая их сетчатку от воздействия ультрафиолетовых лучей. Рибофлавин назначают при лучевой болезни, язвах и долго незаживающих ранах, заболевании глаз, нарушениях функции кишечника и др.

Целью настоящей работы является анализ литературных данных о витамине В2.

Исходя из данной цели, можно выделить следующие задачи:

- изучить историю открытия и получения витамина В2;

- рассмотреть физико-химические свойства;

- изучить влияние рибофлавина  на организм животных и человека.

 

1. История изучения и получение в чистом виде.

В 1926 году был выделен входящий в комплекс витамина В термостабильный фактор. При нагревании водного экстракта дрожжей антиневритический фактор В1 разрушался, термостабильный же фактор оказавшийся фактором роста, не изменялся. Он был назван витамином В2. Изучение витамина В2 привело к изучению и синтезу важнейшего фермента живой клетки, к установлению взаимосвязи ферментных и витаминных свойств широко распространенных в природе пигментов и, наконец,  дало возможность сделать некоторые обобщающие выводы относительно механизма действия витаминов в живой клетке. Идя различными путями, независимо друг от друга, исследователи пришли к одной цели – к синтезу фермента-витамина.

При В2-авитаминозе наблюдается прекращение роста молодых животных и своеобразные кожные поражения, напоминающие пеллагру. В соответствии с этим витамин В2 был охарактеризован как водорастворимый, термостабильный фактор, называемый также антипеллагрическим, необходимый для нормального роста, предупреждающий заболевания кожи у молодых крыс и предохраняющий человека от пеллагры. В 1932 году был установлен параллелизм между наличием в растительных и животных тканях желтого пигмента и витамина В2. По этим данным экстракты желтого красителя обладали ясно выраженной зеленой флуоресценцией. Подобные хромогены и цитохромы были выведены еще 1879 году из сыворотки коровьего молока в виде желто-оранжевого вязкого вещества, названного лактохромом. Подобные соединения были получены из различных растительных и животных тканей разными исследователями. Однако в свое время к этим красителям не было привлечено должного внимания. Интерес к ним возник в связи с биологическим изучением выделенного из белков куриного яйца желтого флуоресцирующего в водном растворе красителя, названного овофлавином, и выделенного аналогичным путем из молока красящего вещества, получившего название лактофлавин. Биологическое изучение этих флавинов на крысах показало, что действие их идентично с действием витамина В2; они благоприятно влияли на рост молодых крыс с экспериментальной задержкой роста на почве В2-авитаминоза. Одновременно было установлено, что витамин В2 антипеллагрическим действием не обладает. Для того, чтобы предупредить пеллагру у животных, находящихся на В2-авитаминозном рационе, к нему необходимо было прибавлять, кроме флавина, еще дрожжевой отвар. К этому времени было уже доказано, что в дрожжах содержится фермент – желтый пигмент, играющий in vivo и in vitro  важную роль в окислительно-восстановительных реакциях.

В дальнейшем было установлено, что желтый фермент идентичен с открытыми ранее флавинами, а следовательно, и с витамином В2. Это знаменательное открытие имело большое значение для дальнейшего изучения как витаминов, так и ферментов. Дальнейшие работы привели к тому, что уже 1935 году была определена химическая структура лактофлавина, как трициклического 6,7-диметил-9-(D-рибитил)-бензолаллоксазина. Этот кристаллический препарат вполне активный в качестве фактора роста, не оказывал, однако, лечебного действия при пеллагре собак «black tongue», ни при пеллагре человека. Одновременно было установлено, что пеллагра – своеобразное заболевание кожи и центральной нервной системы у человека – излечивается комплексом витаминов В2. В 1937 году был получен бесспорный лечебный эффект при лечении пеллагры собак никотиновой кислотой, выделенной из рожей, оболочек риса и других объектов, а вскоре опубликован ряд клинических работ о терапевтическом действии никотиновой кислоты при пеллагре человека. Этих данных накопилось вполне достаточно для того, чтобы в дальнейшем рассматривать пеллагру как заболевание, связанное с отсутствием в организме никотиновой кислоты, а не лактофлавина. С момента получения кристаллического витамина В2 – лактофлавина – дальнейшее его изучение пошло весьма интересным и своеобразным путем.

К этому времени было обнаружено, что витамин В2 широко распространен в растительном и животном мире. Кроме дрожжей, являющихся превосходным источником, витамин был выделен из печени и был назван гепатофлавином; из почек и кишок – аналогичный ему ренофлавин; из яичного белка – овофлавин и т. д. При дальнейшем исследовании была установлена тождественность всех этих флавинов с витамином В2. При этом было обнаружено, что часть флавина в природе находится в свободном, водорастворимом и способном к диализу состоянии, другая – иногда более значимая часть – находится в организме животных и растений в виде флавопротеина, или желтого дыхательного фермента. В 1935 году удалось разделить флавопротеин на составные элементы и вновь синтезировать его из этих составных частей. Была предложена следующая схема строения желтого дыхательного фермента:

Согласно этой схеме, фермент образуется из фосфорного эфира рибофлавина путем агрегирования его к белку через посредство фосфорной кислоты – с одной стороны, и кислой и основной групп молекулы протеина – с другой.

Приведем один из примеров выделения витамина В2 из естественных продуктов. Классическим способом получения флавинов является адсорбция содержащих витамин экстрактов фуллеровой землей (в кислой среде), элюция адсорбированного витамина смесью этилового спирта и пиридина, вторичная адсорбция на подходящих гелях, применение примесей, осаждение пикриновой кислотой и кристаллизация витамина в виде таллиевых или серебряных солей.

Для получения флавинов в качестве исходного сырья используют сырую печень, хлебные прессованные дрожжи, молочную сыворотку.

Схема Труфанова по выделению рибофлавина из дрожжей заключается в следующем. Дрожжи подвергают автолизу для отщепления флавина от белкового носителя. Автолизат экстрагируют спиртом и подкисленной водой, экстракт отделяют центрифугированием. Рибофлавин из экстракта адсорбируют на асканите, из асканита его элюируют водно-спиртого-пиридиновой смесью. Из элюата витамин В2 вновь адсорбируют сульфидом свинца, после элюции повторно осаждают азотнокислым серебром. Серебряная соль разлагается сероводородом с последующей очисткой.

Для синтеза рибофлавина было предложено много способов. Вначале казалось, что синтез через бензизоаллоксазины является наиболее простым, но дальнейшие исследования показали, что получение бензизоаллоксазинов с глицидным остатком в положении 9 представляют значительные трудности.

Каррер предложил в начале свой метод синтеза, по которому сахар (пентозу) конденсируют с орто-фенилендиамином, одна из аминогрупп которого этилирована под давлением в автоклаве. Продукт конденсации нагревают с аллоксаном в присутствии 10%-ной соляной кислоты, ацетильная группа омыляется, амин соединяется с аллоксаном.

Однако этот метод также оказался практически малопригодным. В 1934 году был опубликован несколько более доступный способ синтеза (рис. 1). Ортоксилол (I) нитруется азотной кислотой в нитроксилол (II), который путем дальнейшего восстановления в присутствии палладия или губчатой платины переводится под давлением в ксилидин (III). Ксилидин конденсируется с хлороугольным эфиром в ксилидинугольный эфир (IV), который последующим нитрированием превращается в нитроксилидинугольный эфир (V). Нитрогруппа в положении 5 восстанавливается в аминогруппу (VI). Образующийся аминоксилидинугольный эфир конденсируется с рибозой с одновременным восстановлением в рибитилдиамино-ксилол (VII); последний в присутствии борной кислоты конденсируется с аллоксаном (VIII) в конечный продукт синтеза, 6,7-диметил-9.(d-рибитил)-изоаллоксазин (IX).

Схема 1 (рис. 1).

Получение рибофлавина синтетическим путем представляется крайне важным, так как из 1 кг нитроксилидина имеется возможность получить до 1,15 кг рибофлавина, т.е. такое количество, для получения которого потребовалось бы переработать около 7 млн. литров молока.

Отыскивая более удовлетворительные формы синтеза рибофлавина, исследователи изучили около 40 различных флавинов и их аналогов, из которых некоторые представляют безусловный интерес.

 

2.Физико-химические свойства рибофлавина

Химически чистый препарат витамина В2 представляет собой кристаллический порошок оранжево-желтой окраски, со слабым запахом и слегка горьковатым вкусом. Витамин В2 представляет собой производное изоаллоксазина, связанного с сахарным спиртом - D-рибитолом. В изоаллоксазине восстановленный пиримидиновый цикл соединен с пиразиновым и далее с бензольным. Изоаллоксазиновая структура. Но она становится устойчивой, если у центрального атома азота в положении 9 вместо водорода имеется углеродный заместитель. Восстановленный сахар рибит III замещен по положению 1 остатком изоаллоксазина.

Химическая формула рибофлавина: C17H20N4O6. Витамин В2 растворяется в воде в пропорции примерно 1:800. Он практически не растворим в жирах, спирте, эфире, хлороформе, бензине. Растворы рибофлавина имеют вид зеленовато-желтой жидкости и в ультрафиолетовых лучах обладают яркой желто-зеленой флуоресценцией. Под влиянием длительного ультрафиолетового облучения рибофлавин превращается в соединения, не имеющие биологической активности. Рибофлавин должен храниться в защищенном от света месте. Витамин В2 разрушается в щелочных растворах, особенно при нагревании, но устойчив в водных кислых растворах. Название по номенклатуре ИЮПАК:  6,7-диметил-9-(D-1-ибитил)-изоаллоксазин.

 

3. Рибофлавин в природе и в организме животных и человека.

Большое количество рибофлавина находится в дрожжах и некоторых видах бактерий (бактерии маслянокислого брожения содержат до 15 мг% рибофлавина на сухой вес). Синтезируется растениями. Играет важную роль в процессах фотосинтеза и роста растения. В растениях рибофлавин распространен неравномерно. Он накапливается в пигментированных частях растений. Источником в нашем питании являются главным образом мясные продукты, молоко и яйца, плоды, овощи и злаки, а также некоторые продукты брожения (приложение 1).

В животном организме рибофлавин накапливается до известного предела и образует депо в печени, в почках, надпочечнике и желчном теле; в умеренном количестве он находится в других паренхиматозных органах и лишь в очень небольшой концентрации обнаруживается в крови. Основная часть рибофлавина в органах и тканях животного находится в связанном состоянии, в виде флавинэнзима или ферментов другого строения.

Участие рибофлавина в окислительных процессах, совершающихся в организме, может быть условно изображено следующим образом:

Желтый фермент (R), присоединяя к себе водороды, восстанавливается в бесцветное соединение – лейкофермент (RH2); лейкофермент, потребляя кислород тканей, вновь окисляется до желтого фермента. В результате этой реакции образуется перекись, в дальнейшем расщепляющаяся в соответствии с схемой Баха. Присоединение водорода к простетической группе фермента схематически можно представить так:

Восстановление желтого фермента может протекать за счет систем, содержащих легко дегидрирующиеся молекулы. Примером этого может служить кодегидраза, имеющая в своей молекуле восстановительный пиридин. Тогда схема действия всей окислительно-восстановительной системы легко может быть иллюстрирована следующим образом:

Рибофлавин является водорастворимым фактором, обеспечивающим рост животного. Дневная доза в 3-5 γ обеспечивает ежедневную прибавку в весе у крыс 0,9-1,0 г. Авитаминоз В2 у крыс проявляется, однако, не только в остановке роста. У авитаминозных крыс по прошествии трех месяцев начинается облысение. Это сопровождается сшелушиванием эпителия и экземоподобными образованиями. В далеко зашедших случаях наблюдаются явления со стороны нервной системы: ослабление задних конечностей, вплоть до атаксического парапареза. Имеются указания, что рибофлавин участвует в процессах восстановления зрительного пурпура и, следовательно, способствует нормальному зрению. Под его влиянием синие коротковолновые лучи превращаются в глазу в свет с зеленой флуоресценцией, к которому глаз животного обладает наибольшей чувствительностью.