维生素B2

维生素B2生理功能和目前的状况2004-10-2410:161928年，研究证实，维生素B复合物受热失去抗脚气病的功能以后，还存在着促进生长的特性，这种可促进生长的对热稳定的物质被人们称为维生素B2。后来有发现，这种对热稳定的物质是由好几种维生素组成的。1932年，德国科学家Warburg和Christian发现了可促进细胞生长的活性物质——黄蛋白素。后经分析发现，这种物质由两部分组成，其中一种成分是蛋白质成分，另一部分为具有黄绿色荧光的色素，成为黄素。1933年Kuhn从牛奶中分离出了纯维生素B2，1935年又确定了其结构并合成了它。由于其分子中含有1个五碳糖核糖，故被命名为核黄素。一．维生素B2的化学性质维生素B分子是有异咯嗪与核糖所组成，纯维生素B2为黄棕色针状晶体，味苦，几乎无气味。它微溶于水而不溶于丙酮、苯、氯仿和乙醚等有机溶剂。在水中，他会发出略带黄色的荧光。二．维生素B2在体内的吸收和代谢维生素B2主要由胃肠的上部吸收，其吸收量有一定的限度，人一次最多摄入量为40mg。摄入量为40mg以下时，其吸收量随摄入量的增加而增加。若超过40mg即使增加剂量，其吸收率也不会下降而呈饱和状态。与膳食一起摄入的B2其吸收率大约在60%，而单维生素B2则仅有15%被吸收，而且老年人要比年轻人吸收的多。维生素B2的排泄途径主要通过尿液，也有部分通粪便排泄（主要指没被吸收的食物中所含的维生素B2）。维生素B2的排泄量与其摄入的量有关，摄入量增加，经尿液排泄的量也增加，反之，则降低。所有哺乳动物均可由其乳汁分泌维生素B2。三．维生素B2的生理功能维生素B2在机体的生物氧化的过程中起递氢的作用。维生素B2在黄素激酶催化下与ATP作用转化为黄素单核苷酸（FMN），又在黄素腺嘌呤二核苷酸过磷酸化酶的作用下经ATP磷酸化形成黄素嘌呤二核苷酸(FAD),它们都是多种酶的辅酶，对机体物质与能量代谢的意义十分重大。维生素B2为碳水化合物，氨基酸和脂肪酸的代谢所必不可少。一些黄素蛋白，例如在三羧酸循环中极为重要的琥珀酸脱氢酶。另一些黄素蛋白作为烟酰胺核苷酸系统和细胞色素之间的连接物，是还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸和还原型烟酰腺嘌呤二核苷酸磷酸重新氧化的氢受体。维生素B2是许多氧化酶系统的辅酶。黄嘌呤氧化酶参与了肝脏中黄嘌呤转变为尿酸的过程，其分子中含有非血红素铁和钼，以FAD为辅基，作用于醛和N-杂环的底物，具有双重的专一性。能将包刮维生素A在内的许多醛氧化为相应的羧酸。氨基酸氧化酶能将α-氨基酸氧化为亚氨基酸，进而分解为氨和酮酸。存在于肝脏和肾脏国的D-氨其酸氧化酶以FAD为辅基，催化非天然的D-氨基酸的氧化脱氢，其底物还包刮甘氨酸、D-乳酸、L-脯氨酸。L-氨基酸氧化酶是连接FMN的酶，存在于肾脏，对天然的L-氨基酸有有普遍的特异性。以上这些酶又与激素密切相关，并且维生素B2也参与了叶酸转化为各种辅酶及其存储在人体的过程，这些叶酸辅酶为合成脱氧核糖核酸所必需。因此可以肯定的认为，维生素B2对细胞的增殖及机体的生长起着间接的作用。如果没有维生素B2，那细胞的生长就会停滞。维生素B2还有许多同系物，它们具有不同的生物活性。有的同系物具有的活性相当于维生素B2的15%，有的对其有拮抗作用，还有的可代替一部分天然维生素B2。四．生素B2与疾病的关系由于我国人民膳食结构的特点，维生素B2缺乏在我国一直是一种常见的缺乏病。1982年全国营养调查表明，维生素B2缺乏病的患病率为5.0%，我国成人每日维生素B2的摄入量一般为0.7mg左右，仅为供给量的一半，体内维生素B2储存的量经常处于不足状态，因此也易出现缺乏症状。人类缺乏维生素B2的表现形式主要有以下方面：（1）口角炎口角乳白、裂开、出血、结痂。（2）唇炎初期，唇粘膜水肿、皲裂、直纹增加。严重时，唇黏膜萎缩。（3）舌炎舌中部出现红斑，边缘清楚，舌尖部蕈状乳头和后部的轮廓乳头肥大，引起舌肿胀，呈青紫色，并出现皱摺和裂纹。长期缺乏可引起中部萎缩，包刮乳头消失和舌列席加深。（4）阴囊炎阴囊皮肤出现渗液、糜烂、脱屑、结痂、皲裂及合并感染，另外还会有浸润、增厚及皱摺深厚等变化，可分为干性、湿性和化脓性3种。女子可能会有阴瘙痒、阴唇皮炎和白带过多等。（5）皮肤表现为脂溢性皮炎，长发于皮脂腺分泌旺盛处，如鼻沟、脸颊眉间、胸部及身体各皱摺处等。（6）眼视力模糊，角膜充血，血管增生，眼睛怕光、发红发痒、流泪易疲劳。肿瘤与缺乏维生素B2密切相关，摄入足够的维生素B2，具有防癌变的作用。经研究表明，维生素B2缺乏时，癌症的发病率比正常人要高。动物实验表明，即使维生素B2的摄入量达30g/kg（体重），也不会是大鼠中毒，其腹腔注射的LD50为560mg/kg。因此，维生素B2的毒性是极低的，但这也并不意味着滥用维生素B2有任何好处。六.维生素B2的生产维生素B2的制备有化学合成和微生物合成两种方法，但相对来说，微生物法更有前景。Takeda,Hoffmann-LaRoche及BASF等大多数生产厂家用化学合成方法来合成维生素B2，且工艺路线基本相同BASF和CoorsBiotech已能用微生物法来生产，且其分离和纯化工艺发展很快，利用微生物法生产实用级的维生素B2已不在困难。(一)化学合成法制备维生素B2将D-核糖与3，4-二甲基苯胺缩合，在氢化还原得一仲胺此仲胺与苯氯化重氮化物反应，生成一种偶氮染料化合物——3，4二甲基-6-苯偶氮-D–核糖胺最后与巴比妥酸在乙酸存在下缩合即可得到维生素B2。此维生素B2的生产工艺已经实现工业化生产，其产率可达95.3%，纯度达96.8%。其中合成所用的D-核糖目前是以D-葡萄糖为原料，经芽孢杆菌属细菌发酵而成的，它代替了原先用D-葡萄糖经4步反应合成D-核糖的方法。因为后者需要用到钠汞齐，从而带来了很严重的环境污染问题。化学法合成维生素B2可以利用传统的分批反应的设备，但在纯化精制阶段，偶氮燃料中间物和维生素B2均会生成细小晶体，给有效地过滤和洗涤带来了较大的困难。同时由于这2种化合物的颜色都比较深，也使工厂的车间管理较困难。（二）微生物法合成维生素B2维生素B2的微生物发酵生产采用三级发酵法。将在25℃培养成熟的维生素B2产生菌的斜面孢子用无菌水制成孢子悬浮液，接种于种子培养基中培养（30+℃），30~40h），最后将二级发酵液移种至三级发酵罐发酵（30+℃，160h），得到维生素B2发酵液。工业上使用的维生素B2的产生菌主要有阿氏假囊酵母（Eremoteciumashbyii）和棉病囊菌（Ashbyagossypii）2种菌。经过菌种改良后，维生素B2生产的最高水平可达到10000U/ml.第二节主要维生素及辅酶类药物生产工艺一、核黄素1．核黄素的发现1928年，研究证实，维生素B复合物受热丧失抗脚气病特性(维生素B1被破坏)以后，还存在着促进生长的特性。这种可促进生长的对热稳定的物质被人们称为维生素B2。后来又发现，这种对热稳定物质是由几种维生素组成的。1932年，德国科学家Warburg和Christian发现了可促进细胞生长的活性物质——黄素蛋白(实际上是酵母水溶液中提出的黄色酶)。后来分析发现，这种物质由两部分组成，其中一部分是蛋白质成分，另一部分为具有黄绿色荧光的色素，称为黄素。1933年Kuhn及其同事从蛋中分离出来一种黄色的，具强烈的黄绿色荧光的化合物，称为蛋黄素(Ovoflvavin)，另外一些工作者则由乳品，乳清及肝中将它们分离出来。1935年他们又确定了维生素B2的结构并合成了它。由于其分子中含有1个五碳糖核糖，故被命名为核黄素。2．核黄素的结构特点核黄素又名维生素B2，维生素G或乳黄素，是一种人体必需的一种维生素，为水溶性B族维生素。它是核醇与7,8-二甲基异咯嗪的缩合物，在化学上定名为7,8-二甲基-10-(D-1-核糖酰)－异咯嗪，是一种平面结构，天然核黄素的结构有很大不同。核黄素的分子式为C17H20NO6，结构式如图9-1。在核黄素分子中一部分是具有黄绿色的异咯嗪族黄色素，在第7和8的位置上各有一甲基；另有一部分是戊糖基，与第10位置的氮原子相连，作为整个分子的侧链部分。如果去掉这两个甲基所得的化合物，具有毒性，侧链如不是戊糖基则无维生素的功效。CH2OH(CHOH)3CH2NCH3CH3NNNHOO图9-1核黄素的结构式3．核黄素的理化性质核黄素为黄褐色或橙黄色针状结晶粉末，味微苦，几乎无气味，它微溶于水，几乎不溶于乙醇和氯仿，也不溶于丙酮，乙醚和苯。在水溶液中它会发出略带绿色的黄色荧光。核黄素在240℃变暗色，其熔点为275～282℃，并在此温度下被破坏。核黄素在干燥状态下性质稳定。在中性和酸性溶液中，核黄素对热稳定，120℃下加热lh也仅有少量破坏，但在碱性溶液中加热则容易被破坏，降解为无生物活性的光黄素(Lumiflavin)。核黄素对大多数氧化剂(如过氧化氢)稳定，但可被铬酸和高锰酸钾所氧化。游离核黄素对光很敏感，在光照尤其是紫外线照射下，极易引起不可逆分解而被破坏，且被破坏速度随温度和pH升高而加速。但大多数食物中的核黄素是以结合形式(与磷酸，蛋白质等结合成复合化合物)存在的。此种结合型的维生素B2对光比较稳定。4．核黄素的生理功能⑴作为辅酶和辅助因子核黄素的主要生理功能是构成黄素酶的辅酶。己知黄素酶有100多种。其中黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)和黄素单核苷酸(FMN)是最重要的两种辅酶形式。FMN和FAD是多种酶的辅酶，在生物氧化过程中起传递氢的作用。此外，这两种辅酶在蛋白质、糖、脂类和核酸代谢中也具有重要作用。FMN和FAD与蛋白质紧密结合后形成黄素蛋白，并作为机体的递氢体参与机体的生物氧化过程。最重要的黄素蛋白包括有:NADH脱氢酶(以FMN为辅基)、琥珀酸脱氢酶、酰基辅酶A脱氢酶、二氢硫辛酸脱氢酶(参与形成丙酮酸脱氢酶和α-酮戊二酸脱氢酶复合体系)。此外，还有D-氨基酸氧化酶、黄嘌呤氧化酶、乳清酸还原酶、醛氧化酶等。核黄素及其辅酶衍生物和所有其他组织黄素均为异咯嗪类(Isoslloxazines)，其代谢转化关系见图9-2。黄素激酶FAD合成酶转化核黄素FMNFAD与组织蛋白共价结合PO43-焦磷酸化酶图9-2核黄素及其辅酶在机体内的转化关系⑵增强机体免疫力核黄素作为许多酶的辅助因子参与机体代谢，通过影响机体对养分的吸收与利用，从而间接参与免疫细胞增殖、分化和DNA、RNA及抗体的合成等。超氧化物是白细胞杀菌功能中的必需因子，核黄素作为一种酶的作用与产生超氧化物(O2-)的NAPDH活性有关。研究小鼠发现，核黄素通过刺激产生中性白细胞，增强了抗各种感染的非特异宿主防御机理，并可增强中性白细胞的功能，提高非特异性免疫能力，在一定程度上还能增强特异性免疫功能。Satoshi等首次给牛肌肉注射核黄素(10mg/kg)不仅增加了中性白细胞的数目，而且增强了中性白细胞NBT还原活性以及对金黄色葡萄球菌的吞噬活性。⑶防止细胞脂质过氧化动物机体内谷胱甘肽还原酶(GSH)在清除自由基、修复抗氧化损伤和维持细胞的结构方面都起着重要的作用。核黄素作为GSH的辅基成分，参与维持细胞内还原型谷光甘肽的浓度。据研究表明，核黄素缺乏，大鼠晶状体脂质过氧化增强，谷光甘肽氧化还原循环和抗氧化防御机制受损，而补充核黄素能减轻维持晶状体透明的GSH和蛋白质的氧化损伤。⑷影响铁代谢铁吸收进入小肠粘膜后，首先与铁蛋白结合，形成铁蛋白，贮存于粘膜细胞中，机体需要时，铁就从铁蛋白中释放出来，与运铁蛋白结合，进入血液循环，运往需要铁的组织。机体核黄素的缺乏，可能导致小肠粘膜NADH-FNN氧化还原酶(即铁蛋白还原酶)活力降低，其辅酶为FMN，机体的FMN来源于核黄素，该酶可将结合型的铁蛋白中的三价铁还原为游离型的二价铁，因此其活性降低，将影响肠粘膜中铁蛋白中铁的动员，使结合于铁蛋白中的三价铁不能释放入血液。如果这一解释能进一步得到证实，则核黄素缺乏在实际上并不影响铁的吸收，而是影响其吸收后粘膜贮存的水平，使进入血循环的铁减少。⑸抗肿瘤作用核黄素依赖的谷光甘肽还原酶对还原