Produkcja witaminy C

Produkcja witaminy

Błasiak Ewa

Duda Katarzyna

- podejście biotechnologiczne

Witamina C = L-

askorbinowy

tzn.: "bez szkorbutu"

( "

" = brak, "

scorbutus

" = szkorbut)

Dawniej szkorbut był chorobą popularną wśród

marynarzy, którym podczas długich rejsów

brakowało świeżych warzyw i owoców, czyli

źródła witaminy C. To właśnie dzięki tej chorobie

uświadomiono sobie ogromne znaczenie witamin

dla zdrowia, i życia człowieka.

1932 r. Albert von Szent Gyorgyi

Witamina C …



Udział w wytwarzaniu kolagenu



Właściwości antyoksydacyjne,



Zapewnia sprawne funkcjonowanie

układu krwionośnego, a co za tym idzie

– serca, obniża poziom cholesterolu.



Wpływa na podnoszenie odporności

organizmu (być może właściwości

antywirusowe) - pobudza system

immunologiczny

…

Witamina C



Do produkcji hormonów

zwalczających stres.



Pomaga we wchłanianiu Fe,

Mn, oraz zmniejsza

toksyczność Se, Cu, V, Co i Hg.



Niezbędna dla cukrzyków

(wpływ na poziom glukozy we

krwi)



Kosmetyki



Chroni skórę przed działaniem

słońca i przed starzeniem.



…

UWAGA! W niektórych

przypadkach witamina C ma

właściwości prooksydacyjne –

duże stężenie metali, odpow.

pH.

Witamina C – jako antyoksydant

Właściwości antyoksydacyjne posiada

forma jonowa witaminy C -

przejmuje ona elektron z wolnego

rodnika – tworzy się wolny rodnik

askorbowy, który jest następnie :

- utleniany przez oksydazę

askorbinową do

dehydroksyaskorbinianu (DHA),

które reduktaza

dehydroksyaskorbinowa redukuje

do formy jonowej witaminy,

- redukowany przez reduktazę

semidehydroaskorbinianowej do

formy jonowej witaminy

Synteza witaminy C



ROŚLINY – każda komórka roślina ma zdolność do jej

syntezy, aczkolwiek większe jej ilości są znajdowane

w tkankach merystematycznych, znajduje się w

obrębie całej komórki – najwięcej jest jej w

chloroplastach

wit C

w liściach , 25mM w chloroplastach



ZWIERZĘTA – zachodzi w wątrobie i/lub w nerkach,

nie wszystkie potrafią ją syntetyzować, nie robią

tego: naczelne - w tym człowiek, świnka gwinea,

niektóre ryby i ptaki – u nich gen kodujący L –

glukonolaktono oksydazę jest zmutowany – nie

prowadzi do syntezy prawidłowego enzymu

zwierzęta

kontra

rośliny

Biosynteza L-AA

Gdzie ją znaleźć?

W Polsce:

Owoce dzikiej róży - jedna z odmian zawiera w 100 g, ok.

2400mg wit. C (minimalna dzienna dawka to ok. 60 mg)

Natka pietruszki.

Inne produkty bogate w witaminę C to: truskawki, czarne

porzeczki, cytryny, pomarańcze, kiwi, grejpfruty, chrzan,

papryka, rzeżucha, koperek zielony.

Znaczące ilości są w warzywach

i owocach. Zboża, mleko i mięso

zawierają tylko śladowe

ilości albo nie zawierają jej wcale.

Czy nie za mało?



75 mg/

dzień

dla kobiet



90 mg/

dzień

dla mężczyzn



100 mg/

dzień

dla polaczy

Produkcja



80 000 ton rocznie = koszt $600 mln

(produkcja wzrasta 3-4% rocznie) – 50%

farmakologia, 25% - żywność, 15% przemysł

kosmetyczny, 10% - przemysł rolniczy;



Obecnie standardową jest proces Reichsteina

obejmujący 7 etapów

Witaminy C nie otrzymujemy z roślin ponieważ:

- za droga metoda (HPLC),

- za małe ilości witaminy się otrzymuje,

- Nie ma sensu ponieważ lepiej zjeść warzywko!

Proces Reichsteina

 Wynalezienie procesu ok. 60
lat temu
 Wydajność 50% (od D-
glukozy do kwasu L-
askorbinowego),
 Proces wieloetapowy
wymagający różnych
odczynników organicznych i
nieorganicznych oraz różnych
temperatur dla poszczególnych
reakcji,

WNIOSEK: Proces trudny do
przeprowadzenia i kosztowny!

Biosynteza L-AA w roślinach



Główny szlak biosyntezy

wymaga

L-galaktozy



Prekursorem jest

L-

galaktono-1,4-lakton



Droga przebiega przez

GDP-D-mannozę

GDP-L-

galaktozę

(pathway 1 in

figure).



Alternatywny szlak

biosyntezy zawiera

kwas

D-galakturonowy

jako

prekursor

L-galaktono-1,4-

laktonu

Główne enzymy tego szlaku

poznano dopiero w 1998 r.

GLOaza – L- glukonolaktono

oksydaza



GLOaza – utlenia L- gulonolakton

do kwasu askorbinowego u zwierząt (2000)



Lactuca sativa

Nicotina tabacum

Zwiększona ilość produkcji witaminy C w
roślinach przyczyniła się do: wzrostu ich
odżywczych właściwości oraz do zapobiegania
ich brązowieniu.

Chlorella pyrenoidosa

Chlorella pyrenoidosa próbowano
wykorzystać jako źródło witaminy C
ponieważ:
 łatwo dostępna,
 prosta do hodowli,
 zawiera stosunkowo dużo witaminy
C (tzn. więcej aniżeli owoce czy
warzywa).

Produkcję przeprowadzano w
bioreaktorze uzyskując początkowo
40mg/l L-AA, po przypadkowej
mutagenezie i optymalizacji
warunków udało się otrzymywać 2g/l
(na początkowo dodanej 80g/l
glukozy => wydajność procesu 2,5%)

(1996 patent na otrzymywanie
wit. C z zielenicy)

Drożdże & D-EAA



D-Ara DH, D-arabinose dehydrogenase

D-AL Ox, D-arabinono-1,4-lactone oxidase;

L-Gal DH, L-galactose dehydrogenase;

GDPME, GDP-D-mannose-3,5-epimerase;

GDPM PPase, GDP-D-mannose
pyrophosphorylase

L-GL DH, L-galactono-1,4-lactone
dehydrogenase

HK, hexokinase

PGI, phosphoglucose isomerase

PMI, phosphomannose isomerase

PMM, phosphomannose mutase

D-EAA (Kwas D-erytroaskorbinowy) ma podobnie do L-AA
właściwości antyoksydacyjne, ale nie pełni pozostałych funkcji,
które normalnie spełnia witamina C w organiźmie (jka np.
stymulacja syntezy kolagenu).

Co się stanie gdy.....?

Do hodowli

S.cerevisiae

dodano

prekursory witaminy C.

Wnioski



D –arabinozo dehhydrogenaza i D –arabinozo

oksydaza nie są bardzo specyficzne, ich substratem

mogą być zarówno prekursor L-AA i D-EAA

(identyczna wydajność procesu) – współzawodnictwo

pomiędzy nimi o miejsce aktywne enzymu

Doświadczenie wskazuje na nową, alternatywną

metodę produkcji witaminy C. Na tym etapie nie jest

ona opłacalna bo L- galaktoza jest bardzo rzadkim i

drogim cukrem.

Obecnie pracuje się nad utworzeniem nowego szczepu drożdży,

które posiadałyby enzymy mogące przekształcać D- glukozę w

L-galaktozę (projekt wspierany przez firmę Roche).

Bakterie



Stosowane głównie do otrzymywania intemediantów procesu

Reichsteina, co pozwoli skrócić i usprawnić proces

Otrzymywanie 2 – keto L- glukonu
poprzez:

- Oksydacja l-glukozy do 2-KLG przez
Pantoea citrea (120g/l w czasie 120h),

- Oksydację D-sorbitolu / D-sorbozy di
2-KLG przez Gluconobacter oxydans

Zastosowanie
ukladu z NADP /
NADPH

Podsumowanie



Obecnie są trzy kierunki w

biotechnologii, które mają na

ulepszenie produkcji witaminy C:



Otrzymanie większej ilości L –AA za

pomocą manipulacji biosyntezą L- AA,



Produkcja witaminy C przez drożdże,



Produkcja intermediatów (2- KLG)

procesu Reichsteina przez bakterie

Document Outline