Рибофлавин и его роль в обмене веществ

Введение

Данный реферат посвящен теме участия витамина В2 в обмене веществ, в связи с эти м изначально я предлагаю рассмотреть 2 основных понятия: обмен веществ и определение витаминов.
Согласно философским представлениям, жизнь – это форма существования материи, характерной особенностью которой является обмен веществ с окружающей средой. Известно, что в  каждой клетке протекает множество химических реакций, совокупность которых называют обмен веществ (метаболизм). Однако клетка – это не мешок, в котором находятся реакции, а система. 
Обмен веществ (МЕТАБОЛИЗМ) – высоко координированная и целенаправленная клеточная активность, обеспечиваемая участием многих взаимосвязанных ферментных систем. 
Функции обмена веществ: 
1) снабжение организма химической энергией, которая образуется путем расщепления сложных биомолекул (у гетеротрофов) или благодаря улавливанию солнечного света (у автотрофов). 
2) превращение молекул пищи в строительные блоки, которые в дальнейшем используются для построения новых биомолекул. 
3) сборка из строительных блоков белков, нуклеиновых кислот, липидов и т.д. для существования организма. 
4) синтез и разрушение специфических биомолекул (биомолекул, которые выполняют специфические функции). 
Поступившие вещества в процессе обмена веществ подвергаются различным превращениям, образуя цепи биохимических реакций. Совокупность последовательных биохимических реакций, характеризующих определенный процесс, называется метаболическим путем. Молекулы, участвующие в процессах метаболизма, называют метаболитами.  
В классической биохимии метаболические пути разделяются на два типа: катаболические (катаболизм) и анаболические (анаболизм, биосинтез). 
КАТАБОЛИЗМ (диссимиляция у растений) – ферментативное расщепление сложных органических молекул до более простых конечных продуктов. Катаболизм всегда протекает с выделением энергии, значительная часть которой запасается в форме высокоэнергетических соединений (АТФ, ГТФ, креатининфосфат и т.д.). 
Макроэргические соединения – химические соединения, которые содержат в химических связях много энергии, при этом эти связи могут легко разрываться с высвобождением энергии (АТФ, ГТФ, креатининфосфат). 
АНАБОЛИЗМ (ассимиляция у растений) – ферментативный синтез крупных молекул из простых метаболитов. Поскольку в процессе биосинтеза усложняется структура, то процесс происходит с поглощением энергии.  
Таким образом, обмен веществ состоит из двух взаимно противоположных процессов, которые протекают в клетке одновременно, однако их скорости регулируются независимо друг от друга. Каждой ферментативной реакции сопутствует превращение энергии. 
Известно, что зеленые растения усваивают квант света – их называют автотрофы, а животные организмы нуждаются в готовой энергии – их называют гетеротрофы. При распаде крупных молекул выделяется свободная энергия, которая может быть использована для выполнении работы при постоянной температуре и давлении. Данная энергия обычно называется тепловой и не может быть использована для механической работы (мышечное сокращение), т.к. тепло может производить механическую работу при переходе от более нагретого тела к менее нагретому, а в организме таких условий нет из-за гомеостаза (изотермия – постоянная температура тела). В связи с этим свободная энергия частично используется для поддержания постоянной температуры тела, а частично превращается (преобразуется, аккумулируется, запасается) в химических связях макроэргических соединений  (ГТФ, АТФ и т.д.). Наиболее значимую роль играют молекулы АТФ – аденозинтрифосфорной кислоты, которые способны в двух макроэргических связях запасти более 60 кДж энергии, доступной для биосинтеза. 
Роль АТФ: 
1) поставляет энергию для биосинтеза. 
2) источник энергии для сокращения и движения. 
3) участвует в активном транспорте веществ через мембрану (против градиента концентрации). 
4) используется при передаче генетической информации. 
 Реакция образования (распада) АТФ. 
АТФ АДФ + Ф (фосфор неорганический) – 31 кДж 
Регуляция метаболизма 
Клеточный метаболизм основан на принципе максимальной экономии. В организме синтезируется столько веществ и с такой скоростью, какова потребность организма. Если в организме чего-то много, то это откладывается в запас. Существует три типа регуляции метаболических реакций: 
1) При помощи аллостерических ферментов (принцип обратной связи). Одну из стадий катаболизма или анаболизма катализирует аллостерический фермент, который активируется или ингибируется модулятором (часто – конечным продуктом). 
2) Гормональная регуляция. 
3) Путем изменения концентрации ферментов.  
Методы изучения обмена веществ
Различают три группы методов. 
I.На целом организме 
Изотопный метод: ввели радиоактивный йод и просмотрели. 
С помощью принципа нагрузки: при помощи датчиков и дополнительной нагрузки на организм. 
Метод балансовых опытов 
II.Аналитико-дезинтегрирующие 
Поэтапное упрощение структуры: удаление отдельных органов, метод тканевых срезов, гистохимический метод 
III. Синтезирующие. Наиболее часто используемый метод, объединяющий I и II. 
Витамины – органические низкомолекулярные соединения различной химической природы, не синтезирующиеся или частично синтезирующиеся организмом человека и высших животных, потребность в которых определяется очень маленькими величинами, но играющими важную роль в обеспечении жизнедеятельности [6].
Иными словами, витамины - это физиологически активные вещества различной химической природы, поступающие в организм с пищей и часто представляющие собой активные небелковые части ферментов — коферменты.
В 1880 г. Н. И. Лунин показал, что естественные пищевые продукты содержат дополнительные, еще не известные факторы питания. Именно это положение легло в основу создания теории витаминов [3].
Витамины — это группа веществ разнообразной химической природы, которая необходима для роста, выживания и размножения организмов.
Витамины имеют следующие общебиологические свойства.
1. Биосинтез витаминов происходит в основном вне организма. Эндогенный биосинтез некоторых из них, осуществленный кишечной микрофлорой, не в состоянии покрыть потребность организма, поэтому организм должен получать их извне, с пищей.
2. Витамины не являются пластическим материалом и неслужат источником энергии. Витамины совершенно необходимы для всех жизненных процессов и биологически активны уже в малых количествах.
3. При поступлении в организм витамины оказывают влияние на биохимические процессы, протекающие в различных тканях и органах [4].
4. Недостаточное поступление в организм отдельных витаминов или нарушение их усвоения ведет к развитию патологических процессов в виде специфических гипо- и авитаминозов. Для лечения этих процессов используется специфическое действие соответствующих витаминов.
5. В повышенных дозах витамины используются в лечебных целях в качестве мощных неспецифических фармацевтических средств.
Витамины необходимы организму в очень малых количествах, однако при их недостатке быстро развиваются болезни — авитаминозы, которые могут иметь смертельный исход. Некоторые витамины (В6, В12) могут синтезироваться бактериями, обитающими в толстом кишечнике

. Витамины делятся на водорастворимые (С, В и др.) и жирорастворимые (A, D, Е, К) [2].
Жирорастворимые витамины:
- влияют на проницаемость мембраны
- оказывают влияние на интенсивность и энергетическую эффективность окислительных процессов
- при их недостатке снижается процесс окислительного фосфолирования, не образуется АТФ
- способны депонироваться в организме (основное депо – печень)
- содержатся в основном в кормах животного происхождения, в растениях имеются провитамины
- при авитаминозах содержание калия стремится к нулю
- практически не синтезируются ни высшими животными, ни высшими органами ЖКТ [1].
Водорастворимые витамины:
- образуют Ко-ферментные формы
- входят в состав каталитических центров ферментов
- не депонируются организмом
- содержатся в кормах как животного, так в растительного происхождения
- синтезируются органами ЖКТ в рубце в достаточных количествах для удовлетворения потребностей хозяина
- при авитаминозах или летальном исходе в организме обнаруживается до 30% от нормы, благодаря Ко-ферментным форм
Витамины группы В, к которым и относится рибофлавин, (В1 В2, В6, В12 и др.) содержатся во многих продуктах растительного и животного происхождения (в зародышах и кожуре семян, в проростках ржи и пшеницы, в дрожжах, печени, яичном желтке и др.). Они оказывают влияние на обмен белков, жиров, углеводов, аминокислот и некоторых других веществ.
Недостаток этих витаминов служит причиной нарушений в нервной системе (болезнь бери-бери), в слизистых оболочках (изъязвления), в коже (сухость), в пищеварительной системе (понос) и др.
Витамины для человека — нормы
Витамин Название Растворимость (Ж жирорастворимый В водораство
римый)
Последствия авитаминоза Верхний допустимый уровень[2]
Суточная потребность[2]
A
Ретинол
Ж Куриная слепота, ксерофтальмия
3000 мкг 900 мкг
B1
Тиамин
В Бери-бери
нет данных 1,5 мг
B2
Рибофлавин
В Арибофлавиноз
нет данных 1,8 мг
B3 (PP)
Ниацин, никотиновая кислота, никотинамид
В Пеллагра
60 мг 20 мг
B4
Холин
В Расстройства печени 20 г 425-550 мг
B5
Пантотеновая кислота, кальция пантотенат
В боли в суставах, выпадение волос, судороги конечностей, параличи, ослабление зрения и памяти. нет данных 5 мг
B6
Пиридоксин
В анемия, головные боли, утомляемость, дерматиты и др.кожные заболевания, кожа лимонно-желтого оттенка, нарушения аппетита, внимания, памяти, работы сосудов 25 мг 2 мг
B7(H) Биотин
В поражения кожи, исчезновение аппетита, тошнота, отечность языка, мышечные боли, вялость, депрессия
нет данных 50 мкг
B8
Инозит
В нет данных нет данных 500 мг
B9
Фолиевая кислота
В фолиево дефицитная анемия, нарушения в развитии спинальной трубки у эмбриона 1000 мкг 400 мкг
B12
Цианокобаламин
Энзимовитамины В
Пернициозная анемия
нет данных 3 мкг
B13
Оротовая кислота
В различные кожные заболевания (экзема, нейродермит, псориаз, ихтиоз) нет 0,5-1,5 мг
B15
Пангамовая кислота
В нет данных нет данных 50-150 мг
C
Аскорбиновая кислота
В Цинга
2000 мг 90 мг
D1 D2 D3 D4 D5
Ламистерол Эргокальциферол Холекальциферол Дигидротахистерол 7-дегидротахистерол
Ж Рахит, остеомаляция
50 мкг 10-15 мкг[3]
E
α β γ токоферолы
Ж Нервно-мышечные нарушения: спинально-мозжечковая атаксия (атаксия Фридрейха), миопатии. Анемия.[4]
300 мг 15 мг
F
Смесь триглицеридов жирных кислот Омега-3 и Омега-6
Ж Атеросклероз, замедление развития, ускоренное старение тканей нет данных нет данных
K
Филлохинон, Фарнохинон
Ж Гипокоагуляция
нет данных 120 мкг
P
Биофлавоноиды, полифенолы
В Ломкость капилляров нет данных нет данных
N
Липоевая кислота
В необходима для нормального функционирования печени нет данных 30 мг

Как правило, суточная норма витаминов различается в зависимости от возраста, рода занятий, сезона года, беременности, пола и др. факторов.
Для животных рассмотрим нормы витамина В2 отдельно, где рибофлавин рассчитан на 1 кг готового корма.
Рибофлавин на 1 кг готового корма (В2) мг Гиповитаминоз Гипервитаминоз
Цыплята 3-6 Сухость кожи, ее шелушение. эритема, анемия, внезапная смерть, дистрофия красной каймы губ, воспаление языка, поверхностный диффузный сосудистый кератит, нарушение репродукции, гипоплазия семенников, жировое перерождение печени Не токсичен
Куры-несушки 5-8

Поросята 5-8

Свиньи на откорме 2-5

Кони 30-60


1. Химическая природа рибофлавина
Витамин В2 (рибофлавин, антисеборейный, витамин роста).
Витамин В2, также известный как рибофлавин, относится к водорастворимым витаминам группы В.
В зависимости от того источника из которого он был выделен его называли по-разному:
лактофлавин получен из молока,
гепатофлавин выделен из печени,
овофлавин - из белка яиц,
вердофлавин - из растений.
Основу молекулы составляет изоалоксозин - гетероциклическое соединение (система из трёх колец- бензольное, пиримидиновое и пиразиновое). К среднему кольцу присоединен остаток рибозы.


Витамин В2 - оранжевое кристаллическое вещество, хорошо растворимо в воде и дает желто-зеленые флуоресцирующие растворы. Устойчив в кислых растворах, но легко разрушается в нейтральных и щелочных растворах при кипячении и под действием УФ – лучей [8].

2. Биохимическая роль
В организме из рибофлавина происходит образование флавиновых коферментов – флавинмононуклеотида (ФМН) и флавинадениндинуклеотида (ФАД):
Биологическое значение рибофлавина обусловлено его окислительно-восстановительными свойствами. Флавиновые коферменты входят в состав окислительно-восстановительных ферментов – флавиновых дегидрогеназ (класс оксидоредуктазы). 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 [2,5,10].
Флавиновые ферменты занимают одно из центральных мест в процессах энергетического обмена, принимая участие в окислении жирных кислот, окислительном декарбоксилировании пирувата и α-кетоглутарата, окислении сукцината в цикле Кребса (сукцинатдегидрогеназа). К флавиновым ферментам относят моноаминооксидазы, участвующие в процессах катаболизма биогенных аминов; ксантиноксидазу, катализирующую окисление пуриновых нуклеотидов до мочевой кислоты; оксидазы D-аминокислот расщепляющие D-изомеры аминокислот; глутатионредуктазу и метгемоглобинредуктазу, которые поддерживают в восстановленном состоянии глутатион и гемоглобин соответственно. Кроме этого ФАД-зависимые ферменты участвуют в образовании коферментных форм витамина В6 и Вс [1].
В организм человека и животного рибофлавин поступает главным образом с мясными и молочными продуктами питания.
Содержится в дрожжах, молочной сыворотке, яичном белке, мясе, рыбе, зародышах и оболочках зерновых культур и др. Частично человек получает витамин В2 как продукт жизнедеятельности кишечной микрофлоры. Потребность в рибофлавине особенно велика в центральной нервной системе и рецепторном аппарате в связи с интенсивно протекающими процессами тканевого дыхания. Показано, что содержание рибофлавина в различных отделах мозга прямо пропорционально их дыхательному коэффициенту [4].
Поступивший с продуктами питания рибофлавин всасывается в тонком кишечнике, в клетках слизистой оболочки кишечника частично фосфорилируется с образованием ФМН и ФАД