Vitamine liposolubile– vitamina C– vitamina D

Curs 4

Vitamina C

Vitamina C

• Este cea mai răspândită vitamină naturală• Producţia mondială de vitamină C este pe primul loc în

ierarhia vitaminelor produse pe cale biotehnologică• Comercializat sub forma unui amestec de acid ascorbic,

ascorbat de sodiu şi/sau alţi ascorbaţi• Foarte instabil la modificări de temperatură, pH, oxigen

dizolvat şi atmosferic, enzime, săruri, glucide, ionii metalelor grele

Vitamina C

• Prezentă în toate celulele animale şi vegetale• Majoritatea organismelor animale sunt capabile de sinteza

vitaminei C- excepţii: organismul uman, unele primate, porcii de guineea, microorganisme

• Surse: plante verzi (ardei gras roşu şi verde, roşii, varză de Bruxelles) şi fructe (citrice, kiwi, căpşune, pepene galben)

Cătina- conţinut de 10x mai mare decât portocalele

Funcţiile vitaminei C în organism

• cofactor pentru diverse reacţii metabolice:– catabolismul tirozinei– biosinteza epinefrinei– catabolismul acizilor biliari– biosinteza catecholaminelor– hidroxilarea prolinei– steroidogeneza

• esenţială pentru sinteza colagenului• agent de reducere în reacţii de hidroxilare• facilitează absorbţia fierului în organism• antioxidant

Procedee industriale de obţinere a vitaminei C

• Se bazează pe semisinteză: etape fermentative cuplate cu transformări biochimice şi cu reacţii chimice

• Etapa biotehnologică de bioconversie a L-sorbitolului în L-sorboză este realizată de Gluconobacter oxydans subsp. suboxydans şi

Acetobacter suboxydans

1. Reducerea chimică D-Glucoză L-sorbitol2. Bioconversie L-sorbitol L- sorboză3. Acetonare L-sorboză diacetonsorboză4. Oxidarea diacetonsorboză acid diaceton

2 cetoL-gulonic5. Hidroliza acid 2 cetogulonic6. Enoliza acid 2 cetogulonic7. Formarea acidului L- ascorbic

1. Reducerea chimică D-Glucoză L-sorbitol2. Bioconversie L-sorbitol L- sorboză3. Acetonare L-sorboză diacetonsorboză4. Oxidarea diacetonsorboză acid diaceton

2 cetoL-gulonic5. Hidroliza acid 2 cetogulonic6. Enoliza acid 2 cetogulonic7. Formarea acidului L- ascorbic

Etapele producerii industriale a vitaminei C

Sinteza vitaminei C

1. Cultivare în sistem submers, discontinuu, cu aerare şi agitare randament L-sorboză 98% după 20 – 40ore

- Activitatea metabolică a bacteriei Gluconobacter oxydans este inhibată de ionii de nichel.

Procedee industriale de obţinere a vitaminei C

2. Cultivare în sistem continuu, sistem format din mai multe bioreactoare legate în serie sau dintr-un singur bioreactor care prezintă curgere laminară, dispus pe verticală.

+ Asigură obţinerea unor randamente superioare de bioconversie, întrucât iniţial este stimulată formarea de biomasă, care participă ulterior la bioconversie, ca sursă de enzime.Pentru îmbunătăţirea productivităţii de L-sorboză se adaugă exogen L-sorbitol, astfel încât în etapa de bioconversie concentraţia de substrat să fie de 33-50%.

3. Utilizarea tulpinilor modificate geneticde Gluconobacter oxydans capabile să producă un nou complex de enzime implicate în bioconversia directă (într-o singură etapă) a D-sorbitolului în acid 2-ceto L-gulonic:

sorboz-dehidrogeneza (SDH) şisorbozon-dehidrogenaza (SNDH).

Mecanismul de bioconversie a D-sorbitolului în acid 2 ceto L- gulonic

Membrana

Spaţiul periplasmic

L- sorbozăL- sorbozonă

L- sorbozonăAcid 2 ceto L-gulonic

Citoplasma

D- sorbitol

SLDH SDH

SNDH

SLDH

SDH

SNDH

D sorbitol dehidrogeneza

D sorboz dehidrogeneza

D sorbozon dehidrogeneza

4. Conversia directă a glucozei în acid 2,5-diceto D gulonic cu Erwinia mutantă (70%)

Conversia acidului 2,5 diceto D gulonic în acid 2 ceto L gulonic se face de către mutanţi de Corynebacterium sau Brevibacterium

4´. Tulpină de Erwinia modificată genetic cu genele ce codifică biosinteza enzimelor implicate în formarea acidului 2 ceto L- gulonic.

Vitaminele D

• vitamina D1 (combinaţie a vitaminei D2cu lumisterol)

• vitamina D2 (colecalciferol, ergocalciferol)

• vitamina D3 (colecalciferol, 7dehidrocolesterol activat)

• vitamina D4 (22,23 dihidroergocalciferol)• calcitriolul (1,25-dihidrocolecalciferol)

Principalele provitamine D

• Ergosterolul şi 7dehidrocolesterolul iradiere cu UVvitamina D2 (ergocalciferol)

1,25dihidroxivitamina D2 (plante) vitamina D3 (colecalciferol)

1,25dixidroxivitamina D3 (piele)

Deeb et al (2007) Nature Reviews Cancer 7 684-700

24-Ohase (CYP24A1)

1α-OHase

25-OHase

Osteoporoza

Surse de vitamina D• Cea mai importantă pentru oameni:

radiaţii solare UVB (1000 UI/ min)• Lămpi cu UV• Surse alimentare naturale: peşte gras (somon,

ton, macrou), ficat de vită, ciuperci, gălbenuş de ou

• Produse alimentare fortifiate: lapte, iaurt, unt, margarină, cereale, produse din soia

• Suplimente de vitamină D

DRZ: 5μg/ zi sau 400UI/zi

Raze ultraviolete de tip B

Particularităţile biotehnologice ale obţinerii ergosterolului şi vitaminei D2

• Surse industriale pentru obţinerea ergosterolului:fungi, alge verzi şi brune

Drojdii: Saccharomyces ellipsoideus, S. cerevisiaeRhodotorula glutinis

Mucegaiuri: Penicillium weslingii, Aspergillus sp.

Bacterii: Mycobacterium rubrum

Biotehnologia obţinerii ergosterolului cu tulpini fungice

• Producători industriali: Saccharomyces carlsbergensis, S. cerevisiae

(>10g ergosterol/100g s.u.biomasa)Aspergillus sp., Penicillium sp.

Factori limitativi la cultivarea drojdiilor* Acumulare intracelulară de scualen (precursorul

ergosterolului) are loc în anaerobioză, dar transformarea lui în ergosterol are loc în prezenţa a 0,03-2% oxigen

* Compoziţia mediului de cultură:carbon în exces şi azot în concentraţii minime (substrat: N-alcanii)

Metode de stimulare a procesului de biosinteză a ergosterolului

• adaos de acid pantotenic, derivat structural al coenzimei A

• iradierea biomasei cu raze Roentgen (inhibarea aminării, implicate în biosinteza lipidelor)

• adaos de antibiotice (nistatina şi filipina) la S. cerevisiae

• concentraţia ridicată de inocul folosită la amorsarea procesului fermentativ

• adaos de acid pantotenic, derivat structural al coenzimei A

• iradierea biomasei cu raze Roentgen (inhibarea aminării, implicate în biosinteza lipidelor)

• adaos de antibiotice (nistatina şi filipina) la S. cerevisiae

• concentraţia ridicată de inocul folosită la amorsarea procesului fermentativ

Biotehnologia obţinerii ergosterolului cu tulpini fungice

• Biosinteza sterolilor nu este în corelaţie directă cu creşterea celulelor şi acumularea de biomasă. La drojdii acumularea maximă de steroli începe la sfârşitul fazei exponenţiale şi continuă pe parcursul fazei staţionare.

• După obţinerea biomasei şi separarea de lichidul cultural urmează prelucrarea pentru conversia ergosterolului în vitamina D2, urmată fie de extracţia şi purificarea vitaminei, fie de prelucrarea biomasei brute, pentru obţinerea concentratelor furajere (preparate comerciale de “drojdii furajere bogate în vitamina D2”)

Resurse video suplimentare

• Understanding Vitamin Dhttp://www.youtube.com/watch?v=onSPZ0aBUKM• Dr. Oz on The Importance of Vitamin Dhttp://www.youtube.com/watch?v=6D9aANoN0-Y• Vitamin D: UV The Original Source - How to

Use It 43 minhttp://www.youtube.com/watch?v=uMiswBTjNls• Vitamin D Synthesis (extras din filmul

anterior)http://www.youtube.com/watch?v=xwNhd2pQL0k

Produs comercial Apă fortifiată