Міністерство освіти і науки України

Національний Авіаційний університет

Інститут заочного та дистанційного навчання

Кафедра біотехнології

Курсова робота

З дисципліни «Теоретичні основи біотехнології»

З теми: «Опис технологічної схеми вітаміну В₁₂»

Виконала

студентка IV курсу ІЗДН

напрям 6.051401(біотехнологія)

Остапенко Олеся Вікторівна

Київ, 2012

Національний Авіаційний Університет

Інститут заочного та дистанційного навчання

Кафедра біотехнології

Дисципліна «Теоретичні основи біотехнології»

Спеціальність 6.051401 (Біотехнологія)

Курс ________IV________ Група _____ 401з_______ Семестр _____8_____

Завдання

На курсову роботу

Остапенко Олесі Вікторівни

Тема роботи «Опис технологічної схеми вітаміну В₁₂»

Термін виконання курсової роботи : з „__”_____ до „__”_____ 2010 р.

Завдання видав _____________ (Косоголова Л.О.)

Завдання прийняв до виконання _____________(_______________)

Курсова робота захищена з оцінкою_____________ „__”__________ 2013 р.

Зміст

Вступ………………………………………………………………………………..4

1.Опис вітаміну…………………………………………………………………….6

1.1.Хімічна структура………………………………………………………..6

1.2 Біологічні функції…………………………………………..…………….8

1.3. Джерела вітаміну………………………………………….……………..8

2.Синтез………………………………………………………………………...…..10

2.1. Продуценти вітаміна В12……………………………………………….10

2.2.Технологічна схема …………………………………………….………..12

2.3.Біосинтез вітаміну В12 ( продуцент Propionibacterium shermanii)….….14

3. Очистка вітаміна……………………………………………………….………16

3.1.Відділення та кристалізація вітаміна………………..…………………16

4.Використання препарату………………………………………………..………18

4.1. Використання препарату у лікуванні анемії………………….………..20

4.2.Захворювання, пов’язані з недостачею вітаміну……………….……….20

Висновки…………………………………………………………………………….22

Список використаної літератури…………………………….…………………….23

Додатки………………………………………………………………………………24

Вступ

У природі вітамін В₁₂ і споріднені кориноїдні сполуки знаходять у клітинах мікроорганізмів, в тканинах тварин і деяких вищих рослинах (горох, лотос, пагони бамбука, листя і стручки квасолі). Проте походження вітаміну В₁₂ у вищих рослинах остаточно не встановлено. Такі нижчі еукаріоти, як дріжджі і міцеліальні гриби, кориноїди, мабуть, не утворюють. Організм тварин і людини не здатний до самостійного синтезу вітаміну. Серед прокаріотів здатність до біосинтезу кориноїдів широко розповсюджена. Світова продукція вітаміну В₁₂ становить 9-11 тис. кг в рік, з них 6500 кг використовують на медичні цілі, а іншу частину – для тваринництва. Виробництво вітаміну В₁₂ засновано головним чином на культивуванні пропіоновокис-лих бактерій (в Україні, Великобританії, Угорщині), мезофільних і термофільних меганогенних бактерій (Україна, Угорщина), а також актиноміцетів і споріднених форм (Італія). У нашій країні в якості продуцента вітаміну В₁₂ використовують Propionibacterium freundenreichii var. shermanii. Для потреб тваринництва вітамін  В₁₂ отримують, використовуючи змішану культуру, що містить термофільні метаноутворюючі бактерії. Встановлено утворення кориноїдів не тільки в змішаній, але і в чистій культурі метаноутворюючих бактерій [4]. Сухий концентрат КМБ-12, крім вітаміну В₁₂ (100 мг/кг препарату), містить ряд інших рістстимулюючих речовин. Особливо гарні результати в тваринництві отримують при поєднанні вітаміну В₁₂ з малими дозами антибіотиків, зокрема з біоміцином. Реалізація в нашій країні описаного способу і одержання концентрату вітаміну В₁₂ дозволили повністю забезпечити тваринництво цим вітаміном. У США майже всі вироблювані  комбікорми для свиней і птахів збагачують вітаміном В₁₂. Показано, що білок тваринного походження можна замінити рослинним білком за умови збагачення кормових сумішей вітаміном В₁₂ в дозі 60 мкг/кг. Враховуючи все вище сказане, дуже важливо розглянути шляхи біосинтезу даного вітаміну та вибрати найкращий штам із найвищою продуктивністю. Крім того, з даного вітаміну виготовляють ще й лікарські лікувальні препарати в ампулах: камполон, антианемін і гепавіт - містять водний екстракт печінки великої рогатої худоби

1. Опис вітаміну

Вітамінами B12 називають групу кобальтвмісних біологічно активних речовин, названих кобаламінами. До них відносять власне цианокобаламін — продукт, що отримується при хімічному очищенні вітаміну ціанідами, гідроксикобаламін і дві коферментні форми вітаміну B12: метилкобаламін і 5-дезоксиаденозілкобаламін. Зазвичай вітаміном B12 називають ціанокобаламін, оскільки саме в цій формі в організм людини потрапляє основнеа кількість вітаміну B12, не забуваючи те, що він не синонім B12 і дещо інших з'єднань також володіють B12 вітамінною активністю. Ціанокобаламін лише один з них. Отже, ціанокобаламін завжди вітамін B12, але не завжди вітамін B12 являєтся ціанокобаламіном.

Під терміном псевдовітамін B12 мають на увазі схожі на цей вітамін речовини, виявлені в деяких живих організмах, наприклад, в ціанобактеріях(раніше відомі як синьо-зелені водорості) роду Spirulina.

Треба відзначити, що подібні вітаміноподібні речовини не надають вітамінної дії на організм людини. Більш того, ці речовини можуть представляти певну небезпеку для вегетаріанців, що намагаються з їх допомогою заповнити дефіцит вітаміну, оскільки вони блокують метаболізм кліток молочної залози людини. Також їх наявність в крові дає нормальну концентрацію вітаміну B12 при аналізі, хоча ця форма не є активною, що може привести до помилкового діагнозу і, отже, неправильному лікуванню анемії.

1. Хімічна структура

B12 має найскладнішу в порівнянні з іншими вітамінами структуру, основою якої є коррінове кільце. Коррін багато в чому аналогічний порфірину(складній структурі, що входить до складу гема, хлорофілу і цитохромів), але відрізняється від порфірину тим, що два піррольних цикли у складі корріна сполучені між собою безпосередньо, а не метиловим містком. В центрі коррінової структури розташовується іон кобальту. Чотири координаційні зв'язки кобальт утворює з атомами азоту. Ще один координаційний зв'язок сполучає кобальт з диметилбензимідазольним нуклеотидом. Останній, шостий координаційний зв'язок кобальту залишається вільним: саме по цьому зв'язку і приєднується ціаногруппа,гідроксильна група, метильний або 5''-дизоксиаденозильний залишок з утворенням чотирьох варіантів вітаміну B12, відповідно. Ковалентний зв'язок вуглець-кобальтній структурі ціанокобаламіна — єдиний в живій природі приклад ковалентного зв'язку метал-вуглець

Формула вітаміну В12

1.2 Біологічні функції

Ковалентний зв'язок C-co кофермента B12 бере участь в двох типах ферментативних реакцій:

1. Реакції перенесення атомів, при яких атом водню переноситься безпосередньо з однієї групи на іншу, при цьому заміщення відбувається по алкільній групі, спиртному атому кисню або аміногрупі

2. Реакції перенесення метильної групи (-CH3) між двома молекулами.В организмі людини є лише два фермента з коферментом B₁₂:

Метилмалоніл-КоА-мутаза, фермент, що використовуєть як кофактор аденозилкобаламін і за допомогою реакції, згаданої вище в п.1, каталізує перестановку атомів у вуглецевому скелеті. В результаті реакції із l-метилмалоніл-КоА виходить сукциніл-КоА. Ця реакція є важливою ланкою в ланцюзі реакцій біологічного окислення білків і жирів.5-метилтетрагідрофолат-гомоцистєїн-метилтрансфераза, фермент з групи меилтрансфераз, метилкобаламін, що використовує як кофактор, і за допомогою реакції, згаданої вище в п.2, каталізує перетворення амінокислоти гомоцистеїну в амінокислоту метіонін.

1.3 Джерело вітаміна

Ні тварини, ні рослини не здатні синтезувати вітамін В12. Це єдиний вітамін, що синтезується майже виключно мікроорганізмами: бактеріями, актиноміцетами і синьо-зеленими водоростями. З тваринних тканин найбільш багаті вітаміном В12 печінка і нирки. Цей вітамін виробляється мікроорганізмами в травному тракті будь-якої тварини, включаючи людину, як продукт діяльності мікрофлори. Проте більшість людей, за виключенням вегітаріанців і йогів, із-за неправильного живлення або патологій організму позбавлені можливості отримувати цей вітамін природним чином від бактерій свого кишечника, оскільки не мають в клубовій кишці, де цей вітамін може засвоюватися, мікрофлори, що виробляє його, яка регулярно гине унаслідок порушення кислотно-лужного балансу травного тракту. У таких людей В12 утворюється лише в товстій кишці, з якої не може попасти в тонку кишку. Тому люди з порушеною мікрофлорою тонкого кишечника вітамін B12 отримують в основному з тваринною їжею, у тому числі з м'ясом, рибою, яйцями і молочними продуктами. Джерелом кобаламінів також можуть бути збагачені ними продукти: наприклад, для вегетаріанців і веганів, таким джерелом є сухі сніданки, пивні дріжджі і харчові дріжджі, штучно збагачені вітаміном В12; вітамінізовані пластівці і вироби з роздробленого зерна, а також спеціальні добавки. У харчовій промисловості багатьох країн вітамін додають в такі продукти, як сухі сніданки, шоколадні батончики, енергетичні напої. Веганам рекомендується особливо уважно відноситися до достатності вжитку цього вітаміну

.

2. Синтез вітаміну

У природі продуцентами цього вітаміну є бактерії і архєї. Хімік Роберт Бернс Вудворд в 1973 році розробив схему повного хімічного синтезу вітаміну B12, що стала класикою для химіков-синтетиків.

Зараз вітамін В12 виробляють такими методами:

- з культуральної рідини відходів виробництва антибіотиків;

- біосинтезом;

- з активного мулу стічних вод;

- з печінки великої рогатої худоби.

2.1. Продуценти вітаміну в12

У природі вітамін В₁₂ і споріднені кориноїдні сполуки знаходять у клітинах мікроорганізмів, в тканинах тварин і деяких вищих рослинах (горох, лотос, пагони бамбука, листя і стручки квасолі). Проте походження вітаміну В₁₂ у вищих рослинах остаточно не встановлено. Такі нижчі еукаріоти, як дріжджі і міцеліальні гриби, кориноїди, мабуть, не утворюють. Організм тварин не здатний до самостійного синтезу вітаміну. Серед прокаріотів здатність до біосинтезу кориноїдів широко розповсюджена. Активно продукують вітамін В₁₂ представники роду Propionibacterium. Природні штами пропіоновокислих бактерій утворюють 1,0 - 8,5 мг/л кориноїдів, але отриманий мутант Р. shermanii М-82, за допомогою якого отримують до 58 мг/л вітаміну [7]. У сімействі Propionibacteriaceae є й інші представники, здатні до високого накопичення вітаміну В₁₂ в клітинах. Це перш за все Eubacterium limosum (Butyribacterium rettgerii). Як продуценти вітаміну практичний інтерес мають багато представників актиноміцетів і споріднених мікроорганізмів. Істинний вітамін В₁₂ в значних кількостях синтезує Nocardia rugosa. Шляхом мутацій і відбору отримано штам N. rugosa, що накопичує до 18 мг/л вітаміну В₁₂. Активні продуценти вітаміну виявлені серед представників роду Micromonospora: M. purpureae, M. echinospora, M. halofitica, M. fusca, M. halceae. Високою кобаламінсинтезуючою активністю володіють метаногенні бактерії , наприклад, Methanosarcina barceri, M. vacuolata і окремі штами галофільного виду Methanococcus halophilus. Останній організм синтезує більше 16 мг кориноїдів на грам біомаси. Настільки високого вмісту кориноїдів не визначено в жодного іншого з вивчених мікроорганізмів. Причина високого вмісту кориноїдів у метаногенних бактерій не встановлена. Кориноїди синтезують суворо анаеробні бактерії з роду клостридій. У Clostridium tetanomorphum і Cl. sticklandii аденозилкобаламін входить до складу ферментних систем, що каталізують специфічні реакції ізомеризації таких амінокислот, як глутамат, лізин та орнітин. У значних кількостях утворюють вітамін В₁₂ ацетогенні клостридії Cl. thermoaceticum, Cl. formicoaceticum та Acetobacter woodi, які синтезують ацетат із СO₂. Відомі активні продуценти вітаміну В₁₂ у псевдомонад, серед яких краще за інших вивчений штам Pseudomonas denitrificans. МВ-2436 – мутант, який дає на оптимізованому середовищі до 59 мг/л кориноїдів. Штам застосовують для промислового отримання вітаміну В₁₂ на фірмі Мерк в США. Інтерес представляють термофільні бацили, а саме Bacillus circulans і Bac. stearothermophilus, які ростуть відповідно при 60 і 75 ° С і за 18 годин культивування без дотримання стерильних умов дають високі (2,0-6,0 мг/л) виходи вітаміну. Кориноїди синтезують Rhodopseudomonas palustris, фототрофні пурпурні бактерії Rhodobacter sphericus, Rh. capsulatus, Rhodospirillum rubrum, Chromatium vinosum і ряд інших видів. Поряд з вітаміном В₁₂ вони утворюють безкобальтові кориноїди, роль яких для продуцентів не встановлена. Значні кількості вітаміну В₁₂ утворює ціанобактерія Anabaena cylindrica, одноклітинні зелені водорості Chlorella pyrenoidosae і червоні водорості Rhodosorus marinus [3]. Продуценти вітаміну В₁₂ культивують в середовищах, приготованих на основі харчової сировини: соєвого борошна, рибного борошна, м'ясного та кукурудзяного екстракту. В останні роки виявлені мікроорганізми, що утворюють кориноїди високої якості при утилізації нехарчової сировини. Achromobacter sp., використовуючи ізопропіловий спирт як джерело вуглецю та енергії, накопичує до 1,1 мг/л провітаміну, Pseudomonas sp. синтезує вітамін В₁₂ в середовищі з метанолом або пропандіолом (до 160 мкг/л), факультативний метилотроф (FМ = 02Т) утворює в середовищі з метанолом до 2,6 мг/л вітаміну. Виділено штам Klebsiella 101, утворюючий велику кількість кориноїдів в клітинах тільки при рості на середовищі з метанолом як єдиному джерелі вуглецю і енергії.