Рибофлавин мононуклеотид — коферментная форма витамина B2¶

Рибофлавин мононуклеотид (сокращённо ФМН, от англ. flavin mononucleotide; также рибофлавин-5'-фосфат) — фосфорилированное производное рибофлавина (витамина B2), одна из двух основных коферментных форм этого витамина наряду с флавинадениндинуклеотидом (ФАД). Представляет собой жёлтое кристаллическое вещество, относящееся к классу флавиновых коферментов. В живых организмах ФМН служит простетической группой ряда окислительно-восстановительных ферментов — флавопротеинов, участвующих в переносе электронов и протонов.

¶Химическое строение

Молекула ФМН построена на основе изоаллоксазинового (флавинового) трициклического ядра, к которому присоединён остаток пятиатомного спирта рибита. Конечная гидроксильная группа рибита этерифицирована фосфорной кислотой. Именно наличие фосфатной группы отличает ФМН от исходного рибофлавина и обеспечивает связывание кофермента с белковой частью фермента.

Брутто-формула — C₁₇H₂₁N₄O₉P, молекулярная масса около 456,4 г/моль. Реакционноспособным центром является изоаллоксазиновое кольцо, способное обратимо присоединять два атома водорода (два электрона и два протона), переходя между окисленной и восстановленной формами.

¶Биосинтез

В клетках ФМН образуется путём фосфорилирования рибофлавина под действием фермента рибофлавинкиназы (АТФ:рибофлавин-5'-фосфотрансферазы). Донором фосфатной группы служит молекула АТФ. Реакция протекает в цитоплазме большинства клеток, а у эукариот — также в митохондриях.

Из ФМН далее синтезируется ФАД: фермент ФМН-аденилилтрансфераза присоединяет к нему остаток АМФ, используя АТФ. Таким образом, метаболические пути рибофлавина выстраиваются в цепочку: рибофлавин → ФМН → ФАД.

¶Биологическая роль

ФМН выступает коферментом в составе флавопротеинов, катализирующих разнообразные окислительно-восстановительные реакции. К числу процессов, в которых участвуют ФМН-зависимые ферменты, относятся:

• перенос электронов в дыхательной цепи (например, в составе NADH-дегидрогеназного комплекса);
• окисление жирных кислот, аминокислот и других субстратов;
• восстановление рибонуклеотидов в дезоксирибонуклеотиды (фермент рибонуклеотидредуктаза);
• обезвреживание ксенобиотиков и лекарств в печени;
• фотохимические реакции у растений и микроорганизмов (например, в криптохромах и фототропинах).

Флавиновое ядро способно принимать участие как в одноэлектронных, так и в двухэлектронных переносах, что делает ФМН универсальным посредником в окислительно-восстановительных превращениях.

¶Отличие от ФАД

ФМН и ФАД близки по функциям, но различаются строением и местом в метаболизме. ФМН содержит одну фосфатную группу и не включает адениновый нуклеотид, тогда как ФАД представляет собой динуклеотид — соединение ФМН с АМФ. Большинство флавопротеинов использует в качестве кофермента именно ФАД, однако часть ферментов специфична к ФМН. Обе формы взаимопревращаемы в клетке.

¶Применение

Как лекарственное средство ФМН применяется ограниченно, чаще в составе комбинированных витаминных препаратов. Основное практическое значение имеет рибофлавин, из которого в организме образуется ФМН. Показания к применению препаратов рибофлавина и его коферментных форм включают гипо- и авитаминоз B2, некоторые заболевания кожи и слизистых оболочек, нарушения зрения.

В лабораторной практике ФМН используется как реагент в биохимических исследованиях, в частности при изучении флавопротеинов и в аналитических методиках, основанных на флуоресценции флавинов.

¶Пищевые источники и дефицит

Поскольку ФМН не поступает с пищей в готовом виде, потребность организма обеспечивается за счёт рибофлавина. Богатыми источниками витамина B2 служат молоко и молочные продукты, яйца, печень, мясо, рыба, дрожжи, бобовые, зелёные овощи. Рибофлавин водорастворим и разрушается под действием света, особенно ультрафиолетового.

Недостаток рибофлавина, а следовательно и его коферментных форм, проявляется поражением слизистых оболочек, трещинами в углах рта, воспалением языка, светобоязнью, нарушением сумеречного зрения. Суточная потребность взрослого человека в рибофлавине составляет примерно 1,3–1,8 мг и возрастает при повышенных нагрузках, беременности и некоторых заболеваниях.

¶Методы определения

Количественное определение ФМН и родственных соединений основано на их флуоресцентных свойствах: флавины интенсивно флуоресцируют в жёлто-зелёной области спектра, причём восстановленные формы практически не флуоресцируют. Применяются флуориметрические, спектрофотометрические и хроматографические методы (в том числе высокоэффективная жидкостная хроматография), позволяющие разделять рибофлавин, ФМН и ФАД в биологических образцах.

¶История изучения

Флавины были выделены в 1930-х годах в ходе исследований витамина B2 и «жёлтого дыхательного фермента» — первого известного флавопротеина. Установление структуры рибофлавина и его коферментных форм стало важным этапом в понимании механизмов клеточного дыхания и ферментативного катализа. За работы по витаминам и окислительным ферментам ряд учёных был удостоен Нобелевских премий по химии и физиологии или медицине.