Какие витамины входят в состав фад

Коферменты в каталитических реакциях осуществляют транспорт различных групп атомов, электронов или протонов. Коферменты связываются с ферментами:

— ковалентными связями;

— ионными связями;

— гидрофобными взаимодействиями и т.д.

Один кофермент может быть коферментом для нескольких ферментов. Многие коферменты являются полифункциональными (например, НАД, ПФ). В зависимости от апофермента зависит специфичность холофермента.

Все коферменты делят на две большие группы: витаминные и невитаминные.

Коферменты витаминной природы– производные витаминов или химические модификации витаминов.

1 группа: тиаминовые – производные витамина В1. Сюда относят:

— тиаминмонофосфат (ТМФ);

— тиаминдифосфат (ТДФ) или тиаминпирофосфат (ТПФ) или кокарбоксилаза;

— тиаминтрифосфат (ТТФ).

ТПФ имеет наибольшее биологическое значение. Входит в состав декарбоксилазы кетокислот: ПВК, a-кетоглутаровая кислота. Этот фермент катализирует отщепление СО2.

Кокарбоксилаза участвует в транскетолазной реакции из пентозофосфатного цикла.

2 группа: флавиновые коферменты, производные витамина В2. Сюда относят:

— флавинмононуклеотид (ФМН);

— флавинадениндинуклеотид (ФАД).

Ребитол и изоалоксазин образуют витамин В2. Витамин В2 и остаток фосфорной к-ты образуют ФМН. ФМН в соединении с АМФ образуют ФАД.

[рис. изоалоксазиновое кольцо соединено с ребитолом, ребитол с фосфорной к-той, а фосфорная к-та – с АМФ]

ФАД и ФМН являются коферментами дегидрогеназ. Эти ферменты катализируют отщепление от субстрата водорода, т.е. участвуют в реакциях окисления–восстановления. Например СДГ – сукцинатдегидрогеназа – катализирует превращение янтарной к-ты в фумаровую. Это ФАД-зависимый фермент. [рис. COOH-CH2-CH2-COOH® (над стрелкой – СДГ, под – ФАД и ФАДН2) COOH-CH=CH-COOH]. Флавиновые ферменты (флавинзависимые ДГ) содержат ФАД, который в них является первоисточником протонов и электронов. В процессе хим. реакций ФАД превращается в ФАДН2. Рабочей частью ФАД является 2 кольцо изоалоксазина; в процессе хим. реакции идет присоединение двух атомов водорода к азотам и перегруппировка двойных связей в кольцах.

3 группа: пантотеновые коферменты, производные витамина В3 – пантотеновой кислоты. Входят в состав кофермента А, НS-КоА. Этот кофермент А является коферментом ацилтрансфераз, вместе с которой переносит различные группировки с одной молекулы на другую.

4 группа: никотинамидные, производные витамина РР — никотинамида:

Представители:

— никотинамидадениндинуклеотид (НАД);

— никотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАДФ).

Коферменты НАД и НАДФ являются коферментами дегидрогеназ (НАДФ-зависимых ферментов), например малатДГ, изоцитратДГ, лактатДГ. Участвуют в процессах дегидрирования и в окислительно-восстановительных реакциях. При этом НАД присоединяет два протона и два электрона, и образуется НАДН2.

Рис. рабочей группы НАД и НАДФ: рисунок витамина РР, к которому присоединяется один атом Н и в результате происходит перегруппировка двойных связей. Рисуется новая конфигурация витамина РР + Н+]

5 группа: пиридоксиновые, производные витамина В6. [рис. пиридоксаля. Пиридоксаль+ фосфорная к-та= пиридоксальфосфат]

— пиридоксин;

— пиридоксаль;

— пиридоксамин.

Эти формы взаимопревращаются в процессе реакций. При взаимодействии пиридоксаля с фосфорной кислотой получается пиридоксальфосфат (ПФ).

ПФ является коферментом аминотрансфераз, осуществляет перенос аминогруппы от АК на кетокислоту – реакция переаминирования. Также производные витамина В6 входят как коферменты в состав декарбоксилаз АК.

Коферменты невитаминной природы – вещества, которые образуются в процессе метаболизма.

1) Нуклеотиды – УТФ, УДФ, ТТФ и т.д. УДФ-глюкоза вступает в синтез гликогена. УДФ-гиалуроновая к-та используется для обезвреживания различных веществ в трансверных реакциях (глюкоуронил трансфераза).

2) Производные порфирина (гем): каталаза, пероксидаза, цитохромы и т.д.

3) Пептиды. Глутатион – это трипептид (ГЛУ-ЦИС-ГЛИ), он участвует в о-в реакциях, является коферментом оксидоредуктаз (глутатионпероксидаза, глутатионредуктаза). 2GSH«(над стрелкой 2Н) G-S-S-G. GSH является восстановленной формой глутатиона, а G-S-S-G – окисленной.

4) Ионы металлов, например Zn2+ входит в состав фермента АлДГ (алкогольдегидрогеназы), Cu2+ — амилазы, Mg2+ — АТФ-азы (например, миозиновой АТФ-азы).

Могут участвовать в:

-присоединении субстратного комплекса фермента;

-в катализе;

-стабилизация оптимальной конформации активного центра фермента;

-стабилизация четвертичной структуры.

Открытие

Изначально полагалось, что витамин B состоит из двух компонентов, термолабильного витамина B1 и термостойкого витамина В2. В 1920-х годах витамин В2 считался веществом, необходимым для профилактики пеллагры. В 1923 году Пол Дьердь из Гейдельберга исследовал дефицит биотина у крыс; лечебным фактором этого заболевания считался витамин Н (который теперь называется биотином или витамином В7). Так как пеллагра и недостаток витамина Н связывались с дерматитом, Дьердь решил проверить влияние витамина В2 на дефицит витамина H у крыс. Он заручился поддержкой Вагнера-Джуррега из лаборатории Куна. В 1933 году Кун, Дьердь и Вагнер обнаружили, что не содержащие тиамин экстракты дрожжей, печени или рисовых отрубей влияли на прекращение роста у крыс, которых кормили пищей, содержащей тиаминовые добавки.
Кроме того, исследователи отметили, что желто-зеленая флуоресценция в каждом экстракте способствовала росту крыс, и что интенсивность флуоресценции была при этом пропорциональна воздействию на рост. Это наблюдение позволило разработать метод быстрого химического и биологического анализа для изоляции вещества из яичного белка в 1933 г, которое они назвали овофлавин. Эта же группа затем изолировала тот же препарат (стимулирующее рост соединение, обладающее желто-зеленой флуоресценцией) из сыворотки с использованием тех же процедур (лактофлавин). В 1934 году группе Куна удалось определить структуру так называемого флавина и синтезировать витамин В2.

Биохимические функции

Флавинмононуклеотид (ФМН) и флавинадениндинуклеотид (ФАД) функционируют как коферменты для широкого спектра окислительных ферментов и остаются связанными с ферментами в ходе окислительно-восстановительных реакций. Флавины могут действовать в качестве окислителей благодаря своей способности принимать пару атомов водорода. Сокращение кольца изоаллоксазина (ФАД, ФМН окисленная форма) приводит с созданию редуцированной формы флавопротеидов (ФМНH2 и ФАДH2).

Механизм действия в качестве кофакторов и флавопротеидов

Флавопротеиды демонстрируют широкий диапазон окислительно-восстановительного потенциала и, следовательно, могут играть разнообразные роли в промежуточном метаболизме. Некоторые из этих ролей:
• флавопротеиды играют важную роль в цепи переноса электронов
• в декарбоксилировании пирувата и α-КГ требуется ФАД
• в дегидрогеназе жирных ацил-КоА ФАД требуется для окисления жирных кислот
• ФАД требуется для производства пиридоксиновой кислоты из пиридоксаля (витамин В6)
• Основная форма кофермента витамина В6 (пиридоксаль фосфат) зависит от ФМН
• ФАД требуется для преобразования ретинола (витамина А) в ретиноевую кислоту
• синтез активной формы фолиевой кислоты (5-метил ТГФ) зависит от ФАДH2
• ФАД требуется для преобразования триптофана в ниацин (витамин В3)
• редукция окисленной формы глутатиона (GSSG) в восстановленную форму (GSH) также зависит ФАД

Рибофлавин в пищевых продуктах: происхождение, источники и стабильность

Рибофлавин – это вещество желтого или желто-оранжевого цвета, которое используется не только в качестве пищевого красителя, но также и для обогащения некоторых продуктов, таких как детское питание, зерновые завтраки, пасты, соусы, плавленый сыр, фруктовые напитки, витаминизированные молочные продукты и некоторые энергетические напитки. Дрожжевой экстракт считается основным источником витамина В2, также богаты им печень и почки. Кроме того, витамин В2 также содержится в пшеничных отрубях, яйцах, мясе, молоке и сыре. В злаках флавины содержатся в относительно низких концентрациях, однако они являются основным источником флавинов в странах, где зерновые составляют основу рациона. Помол зерновых ведет к значительным (до 60%) потерям витамина В2, поэтому в некоторых странах, например, в США, практикуется обогащение белой муки. Обогащение хлеба и готовых к употреблению зерновых завтраков значительно повышает ценность рациона питания и содержания в нем витамина В2. Шлифованный рис обычно не обогащается, так как желтый цвет, который придает ему витамин В2, снижает его привлекательность в глазах покупателей. Тем не менее, большая часть флавина, содержащегося в цельном коричневом рисе, сохраняется, если рис перед измельчением пропаривают. В ходе этого процесса флавины, находящиеся в зародыше и алейроновом слое, переходят в эндосперм. Свободный рибофлавин естественным образом присутствуют в продуктах, наряду со связывающимися с белками ФМН и ФАД. В коровьем молоке содержится в основном свободный рибофлавин, и незначительные количества ФМН и ФАД. В цельном молоке 14% флавинов нековалентно связывается со специфическими белками. Яичный белок и желток содержат особые рибофлавин-связывающие белки, которые необходимы для сохранения свободного рибофлавина в яйце для использования развивающимся эмбрионом.
Довольно сложно включать рибофлавин в состав большинства жидких продуктов, поскольку он имеет плохую растворимость в воде, и, следовательно, вместо него используют рибофлавин-5′-фосфат (E101a), более дорогую, но более растворимую форму рибофлавина.
Рибофлавин при тепловой обработке и приготовлении пищи без воздействия света в целом стабилен. Щелочная среда, в которой рибофлавин может быть нестабилен, редко встречается в продуктах питания. Деградация рибофлавина в молоке может происходить медленнее в темноте при хранении в холодильнике.

Рекомендуемые диетические нормы

Последние (1998) рекомендации о приеме витамина В2 аналогичны рекомендациям 1989 года, где минимальное потребление для взрослых составляло 1,2 мг для лиц, чье общее потребление пищи больше 2000 Ккал в день. В настоящее время нормы потребления рибофлавина для взрослых мужчин и женщин составляют 1,3 мг/сут и 1,1 мг/сут, соответственно. Ожидаемое среднее потребление для взрослых мужчин и женщин составляет 1,1 мг и 0,9 мг соответственно. При беременности и кормлении грудью рекомендуется увеличить ежедневное потребление рибофлавина до 1,4 мг и 1,6 мг соответственно. Для младенцев нормы потребления составляют 0,3-0,4 мг/сут, а для детей – 0,6-0,9 мг / сут.

Дефицит рибофлавина

У здоровых людей рибофлавин постоянно выводится с мочой, поэтому дефицит при недостаточном его потреблении встречается довольно часто. Однако дефицит рибофлавина всегда сопровождается дефицитом других витаминов.
Дефицит рибофлавина может быть первичным (при недостатке витаминов в повседневной диете), или вторичным, который может быть результатом условий, влияющим на всасывание в кишечнике, когда организм не в состоянии использовать потребляемый витамин, или при повышенной экскреции витамина из организма.
У людей признаки и симптомы дефицита рибофлавина (арибофлавиноз) включают трещины и покраснения на губах, воспаление слизистой оболочки рта и языка, язвы ротовой полости, трещины в углах рта (угловой хейлит) и боль в горле. Дефицит может также вызывать сухость и шелушение кожи, образование жидкости в слизистых оболочках, и железодефицитную анемию. Также может наблюдаться покраснение глаз, зуд, слезообразование и повышение чувствительности к яркому свету.
Дефицит рибофлавина классически связан с орально-генитально-глазными синдромами. Угловой хейлит, светобоязнь и дерматит мошонки являются классическими симптомами дефицита.
У животных недостаток рибофлавина приводит к остановке роста, снижению веса, и в конечном итоге смерти. Экспериментальные результаты дефицита рибофлавина у собак вызывали задержку роста, потерю веса, атаксию и неспособность пребывать в стоячем положении. Животные слабели, впадали в кому и умирали. При дефиците развивается дерматит наряду с потерей волос. Другие признаки включают помутнение роговицы, катаракту, синдром Уотерхауза-Фридериксена (острую недостаточность коры надпочечников), жировую дистрофию почек и печени и воспаление слизистой оболочки желудочно-кишечного тракта. В ходе посмертных исследований макак-резусов, находящихся на рибофлавин-дефицитной диете, выяснилось, что в их печени (основном органе для хранения рибофлавина у млекопитающих) присутствовало только около одной трети от нормального количества рибофлавина. Такие явные клинические признаки дефицита рибофлавина редко встречаются среди жителей развитых стран. Тем не менее, около 28 миллионов американцев имеют общий «субклинический» дефицит, характеризующийся изменением биохимических показателей (например, снижением в плазме уровней глутатионредуктазы эритроцитов). Хотя неизвестны эффекты долгосрочного субклинического дефицита рибофлавина, у детей этот недостаток приводит к снижению роста. Субклинический дефицит рибофлавина также наблюдается у женщин, принимающих оральные контрацептивы, у пожилых людей, у людей с расстройствами пищевого поведения и при болезненных состояниях, таких как ВИЧ, воспалительные заболевания кишечника, сахарный диабет и хронические болезни сердца. Тот факт, что дефицит рибофлавина не сразу приводит к грубым клиническим проявлениям, указывает на то, что системные уровни этого важнейшего витамина жестко регулируются.

Оценка статуса рибофлавина

Клиническое использование

На протяжении более 30 лет добавки рибофлавина используются как часть фототерапии желтухи у новорожденных. Свет, используемый для облучения младенцев, разрушает не только билирубин, токсин, вызывающий желтуху, а также естественный рибофлавин из крови младенцев, так что необходимым является использование дополнительных добавок.
Высокие дозы рибофлавина могут оказаться полезными отдельно или в сочетании с бета-блокаторами в профилактике мигрени. Доза 400 мг в день эффективно используется для профилактики мигрени, особенно в сочетании с ежедневным дополнением 500 мг цитрата магния, а в некоторых случаях – добавки коэнзима Q10.
Рибофлавин в сочетании с УФ-светом эффективен в снижении способностей вредных патогенных микроорганизмов в крови. При ультрафиолетовом облучении продуктов крови, содержащих рибофлавин, повреждаются нуклеиновые кислоты в патогене, что снижает их способность к репликации и вызову заболеваний. Рибофлавин и ультрафиолетовое облучение являются эффективными для инактивации патогенных микроорганизмов в тромбоцитах и плазме, и в настоящее время находится в разработке для применения в цельной крови. Так как тромбоциты и эритроциты не содержат ядра (то есть не имеют ДНК, который мог бы быть поврежден), метод хорошо подходит для разрушения нуклеиновой кислоты, содержащей патогенные организмы (в том числе вирусы, бактерии, паразиты и лейкоциты) в крови.
Недавно рибофлавин начали использовать в качестве нового средства для замедления или остановки прогрессирования расстройства роговицы кератоконуса. Рибофлавин в каплях наносится на поверхность роговицы больного. После этого применяется терапия ультрафиолетовым светом, или кроссликинг коллагена, что повышает прочность роговицы на разрыв. В ряде исследований было показано лечение по стабилизации кератоконуса.
Кроме того, рибофлавин используется для лечения синдрома Браун – Виалетто – ван Лаера (СБВЛ), синдрома Фацио-Лонде и миопатический формы дефицита кофермента Q10 у взрослых.

Промышленное использование

Так как рибофлавин флуоресцирует под воздействием УФ-света, его разбавленные растворы (0.015-0.025% масса/массу) часто используются для обнаружения утечек или демонстрации покрытий в промышленных системах, таких как баки для химических смесей или биореакторы.

Источники

Рибофлавин естественным образом сожержится в спарже, жареной кукурузе, бананах, хурме, бамие, мангольде, твороге, молоке, йогурте, мясе, яйцах, рыбе, фасоли и зеленых бобах (особенно на концах), и каждый источник содержит по меньшей мере 0,1 мг витамина на порцию в 3-10.5 унций (85-300 г). Рибофлавин также содержится в сыре, листовых зеленых овощах, печени, почках, бобовых, помидорах, дрожжах, грибах и миндале.
Рибофлавин разрушается под воздействием ультрафиолетового света, поэтому молоко, продающееся в прозрачных бутылках (из стекла или пластика), скорее всего, будет содержать меньше рибофлавина, чем молоко в непрозрачных контейнерах.

Токсичность

Рибофлавин при пероральном применении не токсичен, так как его низкая растворимость предотвращает его поглощение в пищеварительном тракте в опасных для жизни количествах. Несмотря на это, инъекционный путь все же может быть токсичным, при этом любой избыток в дозах, соответствующих питательным, выводится с мочой, окрашенной в ярко-желтый цвет, при больших его количествах. Нет данных о токсичности рибофлавина в организме человека при чрезмерном его потреблении. Даже при пероральном введении 400 мг рибофлавина в день в течение трех месяцев в ходе одного из исследований изучения эффективности рибофлавина в профилактике мигрени, не сообщалось ни о каких краткосрочных побочных эффектах.

Промышленный синтез

Для биосинтеза рибофлавина в промышленных масштабах были разработаны различные биотехнологические процессы с использованием различных микроорганизмов, включая мицелиальные грибы, такие как Ashbya gossypii, Candida famata и Candida flaveri, а также бактерий Corynebacterium ammoniagenes и Bacillus subtilis. Последний организм был генетически модифицирован на увеличение производства рибофлавина бактерией и на ввод маркера устойчивости к антибиотику (ампициллин), и в настоящее время данный механизм успешно применяется в промышленности для производства рибофлавина в целях обогащения продуктов питания. Компания BASF имеет завод в Южной Корее, специализирующийся на производстве рибофлавина с использованием Ashbya gossypii. Концентрации рибофлавина в их модифицированных штаммах настолько высоки, что мицелий имеет красноватый / коричневатый цвет и накапливает кристаллы рибофлавина в вакуолях, который в конце концов разрывает мицелий. Рибофлавин иногда производится определенными бактериями в избыточном количестве, возможно, в качестве защитного механизма, в присутствии высоких концентраций углеводородов или ароматических соединений. Одним из таких организмов является Micrococcus luteus, который имеет желтый цвет за счет производства рибофлавина при взращивании на пиридине.

Доступность: