Витамины, получаемые с помощью микробного синтеза. Витамин В12, химическое строение продуцентов

            Министерство образование и науки  Республики Казахстана Каспийский

       Государственный Университет технологии и инжиниринга имени Ш. Есенова.

                                                  

                                            Факультет нефти и газа

                                           Кафедра “Экология и БЖ”

                         

                             

                                  

                

 

    СРСП

            По дисциплине: ”Биотехнология”.

           На тему: ”Витамины, получаемые с помощью микробного синтеза.

                             Витамин В12, химическое строение продуцентов ”.

       

 

 

  

                                                               Подготовила: студентки группы Эк-11-01

                                                                                        Муратова А.

                                                                                        Саламат А.

                                                            Проверила: ст. предподаватель Джаналиева Н. Ш.

 

 

                                           Актау – 2013 г.

 

                                       План.

1. Введение.
2. Оснавная часть.

1. Витамины и их значение.

2. Витамин В12 (кобаламин).
1. . Продуценты витамина В12.
2. . Причины авитаминоза.
3. Производство витамина В12.
4. Применение витамина В12.

3. Вывод.
4. Список литературы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                        Введение.

      Витами́ны (от лат. vita — «жизнь») — группа низкомолекулярных органических соединений относительно простого строения и разнообразной химической природы. Это сборная по химической природе группа органических веществ, объединённая по признаку абсолютной необходимости их для гетеротрофного организма в качестве составной части пищи. Автотрофные организмы также нуждаются в витаминах, получая их либо путем синтеза, либо из окружающей среды. Так, витамины входят в состав питательных сред для выращивания организмов фитопланктона^[1]. Витамины содержатся в пище (или в окружающей среде) в очень малых количествах, и поэтому относятся к микронутриентам.

       Наука на стыке биохимии, гигиены питания, фармакологии и некоторых других медико-биологических наук, изучающая структуру и механизмы действия витаминов, а также их применение в лечебных и профилактических целях, называется витаминологией.

      Микробиологический синтез, промышленный способ получения химических соединений и продуктов (например, дрожжей кормовых), осуществляемый благодаря жизнедеятельности микробных клеток. Иногда к микробиологический синтез относят также промышленные процессы, основанные на использовании иммобилизованных клеток (см. Инженерная энзимология).

      Некоторые продукты микробиологического синтеза, например пекарские дрожжи, давно использовались человеком, однако широкое применение микробиологический синтез началось в 40-50-х гг. 20 в. в связи с освоением производства пенициллина. К этому же времени относится возникновение новой отрасли народного хозяйства - микробиологической промышленности.

      В микробиологическом синтезе сложные вещества образуются из более простых в результате функционирования ферментных систем микробной клетки. Этим он отличается от брожения. в результате которого также образуются различные продукты обмена веществ микроорганизмов (спирты, органические кислоты и др.), но преимущественно в результате ферментативного распада органическиех веществ.

      В и т а м и н ы, п р о в и т а м и н ы, к о ф е р м е н т ы. Методом микробиологический синтез производят в основном витамин В₁₂ и его коферментную форму. Продуцентами в этом процессе служат пропионовокислые бактерии. Для получения кормовых концентратов, содержащих витамин В₁₂, на отходах бродильной промышленности (послеспиртовые, ацетоно-бутиловые барды и др.) применяют комплекс метанообразующих бактерий. Разработаны способы получения витамина В₂, р-каротина и дрожжей, обогащенных эргостеринами. При использовании соответствующих метаболических предшественников возможен также микробиологический синтез никотинамидных коферментов. например никотинамидадениндинуклеотида.

      Б е л к о в о-в и т а м и н н ы е п р е п а р а т ы. Особое внимание как источник белка привлекает микробная биомасса.

      Производство такой биомассы на дешевом сырье рассматривают как одно из ср-в устранения растущего белкового дефицита в питании животных. Наиб. интенсивное развитие получили пром. методы микробиологического синтеза кормовых дрожжей, применяемых в виде сухой биомассы как источник белка и витаминов в животноводстве. Для выращивания кормовых дрожжей используют углеводороды, гидролизаты разл. отходов деревообрабатывающей пром-сти, непищевых растит. материалов (подсолнечная лузга, стержни кукурузных початков и т.п.), сульфитные щелока, разл. виды барды и т. д. Дрожжи, к-рые используют для получения белково-витаминных препаратов из углеводородов, обладают специфич. ферментными системами, позволяющими осуществлять акт первичного окисления углеводородов и затем ассимилировать их, накапливая значит. биомассу. Кроме жидких углеводородов в качестве ассимилируемых компонентов среды м. б. использованы газы (напр., метан), пропускаемые в среду, содержащую минер. компоненты, в к-рой происходит размножение клеток метанокисляющих микроорганизмов. Для получения кормовых микробных препаратов в качестве компонентов среды м. б. также использованы этанол, метанол, уксусная к-та. Культивирование дрожжей на углеводородах требует высокой культуры произ-ва. В частности, необходима надежная герметизация аппаратуры, исключающая вынос микробных клеток в окружающую среду.

 

                           Витамины и их значение.

      Витамины играют важнейшую роль в продлении здоровой, полноценной жизни. Прежде всего витамины – это жизненно необходимые соединения, т.е. без них невозможна нормальная работа организма. Заменить их ничем нельзя. При отсутствии витаминов или их недостатке в рационе обязательно развивается определенное, причем часто повторяющееся, заболевание или нарушается здоровье в целом.

      Все жизненные процессы протекают в организме при непосредственном участии витаминов. Витамины входят в состав более 100 ферментов, запускающих огромное число реакций, способствуют поддержанию защитных сил организма, повышают его устойчивость к действию различных факторов окружающей среды, помогают приспосабливаться к все ухудшающейся экологической обстановке. Витамины играют важнейшую роль в поддержании иммунитета, т.е. они делают наш организм более устойчивым к болезням.

      Витамины представляют собой органические соединения, которые необходимы для нормального функционирования организма, Витамины являются составным элементом многих ферментов. Это объясняет, какую важную роль играют витамины в обмене веществ. Витамины способствуют деятельности гормонов, а также увеличению сопротивляемости организма к пагубным воздействиям внешней среды (инфекциям, действиям высокой и низкой температуры и т.д.). Они нужны для ускорения роста, восстановления тканей и клеток после травм и операций.

      В отличие от ферментов и гормонов, чаще всего витамины не образуются в организме человека. Главный источник витаминов - это овощи, фрукты и ягоды, а также молоко, мясо, рыба. Витамины нужны в очень небольших количествах, но Их недостаток или отсутствие в пище нарушает выработку соответствующих ферментов.

      С нарушением поступления витаминов в организм связаны 3 принципиальных патологических состояния: недостаток витамина — гиповитаминоз, отсутствие витамина — авитаминоз, и избыток витамина — гипервитаминоз.

      Известно около полутора десятков витаминов. Исходя из растворимости, витамины делят на жирорастворимые — A, D, E, K и водорастворимые — все остальные (B, C и др.). Жирорастворимые витамины накапливаются в организме, причём их депо являются жировая ткань и печень. Водорастворимые витамины в существенных количествах не депонируются (не накапливаются) и при избытке выводятся с водой. Это объясняет то, что гиповитаминозы довольно часто встречаются относительно водорастворимых витаминов, а гипервитаминозы чаще наблюдаются относительно жирорастворимых витаминов.

      Витамины отличаются от других органических пищевых веществ тем, что не включаются в структуру тканей и не используются организмом в качестве источника энергии (не обладают калорийностью).

 

 

 

                          Витамин В12 (кобаламин).

      Витаминами B₁₂ называют группу кобальтсодержащих биологически активных веществ, называемых кобаламинами. К ним относят собственно цианокобаламин, гидроксикобаламин и две коферментные формы витамина B₁₂: метилкобаламин и 5-дезоксиаденозилкобаламин.

      В более узком смысле витамином B₁₂ называют цианокобаламин, так как именно в этой форме в организм человека поступает основное количество витамина B₁₂, не упуская из вида то, что он не синоним с B₁₂, и несколько других соединений также обладают B₁₂-витаминной активностью. Цианокобаламин — лишь один из них. Следовательно, цианокобаламин всегда витамин B₁₂, но не всегда витамин B₁₂ является цианокобаламином.

      Под термином псевдовитамин B₁₂ подразумевают похожие на этот витамин вещества, обнаруженные в некоторых живых организмах, например, в цианобактериях (ранее известны как сине-зелёные водоросли) рода Спирулина. Важно отметить, что подобные витаминоподобные вещества не оказывают витаминного действия на организм человека. Более того, эти вещества могут представлять определённую опасность для вегетарианцев, пытающихся с их помощью восполнить дефицит витамина, так как in vitro они блокировали метаболизм клеток молочной железы человека. Также их наличие в крови даёт нормальную концентрацию витамина B₁₂ при анализе, хотя эта форма не является активной, что может привести к ошибочному диагнозу и, следовательно, неправильному лечению пернициозной анемии.

      B₁₂ имеет самую сложную по сравнению с другими витаминами структуру, основой которой является корриновое кольцо. Коррин во многом аналогичен порфирину (сложной структуре, входящей в состав гема, хлорофилла и цитохромов), но отличается от порфирина тем, что два пиррольных цикла в составе коррина соединены между собой непосредственно, а не метиленовым мостиком. В центре корриновой структуры располагается ион кобальта. Четыре координационных связи кобальт образует с атомами азота. Ещё одна координационная связь соединяет кобальт с диметилбензимидазольным нуклеотидом. Последняя, шестая координационная связь кобальта остаётся свободной: именно по этой связи и присоединяется цианогруппа, гидроксильная группа, метильный или 5'-дезоксиаденозильный остаток с образованием четырёх вариантов витамина B₁₂, соответственно. Ковалентная связь углерод-кобальт в структуре цианокобаламина — единственный в живой природе пример ковалентной связи металл-углерод.

      В природе продуцентами этого витамина являются бактерии и археи. Химик Роберт Бёрнс Вудворд в 1973 году разработал схему полного химического синтеза витамина B₁₂, ставшую классикой для химиков-синтетиков.

      Связь с белками плазмы — 90 %. Максимальная концетрация после подкожного и внутримышечного введения — через 1 час. Период полувыведения — 500 дней. Из печени выводится с желчью в кишечник и снова всасывается в кровь.

      Ковалентная связь C-Co кофермента B₁₂ участвует в двух типах ферментативных реакций:

1. Реакции переноса атомов, при которых атом водорода переносится непосредственно с одной группы на другую, при этом замещение происходит по алкильной группе, спиртовому атому кислорода или аминогруппе.
2. Реакции переноса метильной группы (—CH₃) между двумя молекулами.

В организме человека есть только два фермента с коферментом B₁₂:

1. Метилмалонил-КоА-мутаза, фермент, использующий в качестве кофактора аденозилкобаламин и при помощи реакции, упомянутой выше в п.1, катализирует перестановку атомов в углеродном скелете. В результате реакции из L-метилмалонил-КоА получается сукцинил-КоА. Эта реакция является важным звеном в цепи реакций биологического окисления белков и жиров.
2. 5-метилтетрагидрофолат-гомоцистеин-метилтрансфераза, фермент из группы метилтрансфераз, использующий в качестве кофактора метилкобаламин и при помощи реакции, упомянутой выше в п. 2, катализирует превращение аминокислоты гомоцистеина в аминокислоту метионин.

Потребление витамина B₁₂

Пол	Возраст	Суточная норма потребления  витамина B12,  мкг/день
Младенцы	до 6 месяцев	0,4
Младенцы	7—12 месяцев	0,5
Дети	1—3 года	0,9
Дети	4—8 лет	1,2
Дети	9—13 лет	1,8
Мужчины и женщины	14 лет и старше	2,4
Беременные женщины	Любой возраст	2,6
Кормящие женщины	Любой возраст	2,8