Витамин B12

Витами́намиB12называют группу биологически активных веществ, называемыхкобаламинамии относящиеся ккорриноидам, содержащим в структуре атомкобальта(III) и являющиесяхелатнымисоединениями.
В научной литературе под витамином B12обычно подразумевают цианокобаламин, который свободно преобразуется в одну изкоферментныхформ в человеческом организме. В форме цианокобаламина в организм человека поступает основное количество витамина B12, при этом он не является синонимом B12, несколько других соединений также обладают B12-витаминной активностью. Витамин B12также называетсявнешнимфактором Касла.
В природе продуцентами этого витамина являютсябактериииархеи, в растениях и животных не синтезируется.
Впервые влияние на развитие анемии недостатка какого-то вещества обнаружил исследовательУильям Мёрфив эксперименте на собаках, у которых была искусственно вызвана анемия. Подопытные собаки, которым давали в пищу большое количествопечени, излечивались от анемии. Впоследствии учёныеДжордж УиплиДжордж Майнотпоставили перед собой задачу выделить из печени фактор, непосредственно отвечающий за это лечебное свойство. Это им удалось, новый противоанемийный фактор получил название витамина B12, и все трое учёных в 1934 году были удостоеныНобелевской премии по медицине.
Молекулярную химическую структуруцианокобаламина установилаДороти Кроуфут-Ходжкинв 1956 году по даннымрентгеноструктурного анализа.
К кобаламинам относятся:
В природе обнаружены либо искусственно синтезированы кобаламины и с другимилигандами: сульфатокобаламин (SO3-), хлорокобаламин (Cl-), бромокобаламин (Br-), тиоцианатокобаламин (SHC-), дицианокобаламин [(RCo—CN)CN]-. Возможно образование гексаперхлората цианокобаламина. Витамин B12собразуется из витамина B12bпод воздействием азотистой кислоты, также синтезируетсяStreptomyces griseus. Все производные кобаламина проявляют биологическую активность витамина B12. При взаимодействии с CN, производные превращаются в цианокобаламин. В кислой среде из цианокобаламина образуется биологический низкоактивный циано-13-эпикобаламин (неовитамин B12) в котором пропионамидная группа в кольце «C» (с метильной группой) коррина пространственно расположена с другой стороны. При одноэлектронном восстановлении молекулы цианокобаламина образуется устойчивый в кристаллическом состояниивитамин B12tc двухвалентным атомом кобальта, при двухэлектронном восстановлении получаетсявитамин B12sустойчивый в водных растворах и под воздействием кислорода воздуха превращающегося в витамин B12a/B12bв зависимости от pH раствора. Для получения меченых радиоизотопных молекул цианокобаламина либо добавляют радиоактивный изотопCoпри культивировании микроорганизмов, либо к оксикобаламину добавляют синильную кислоту с изотопомС.
B12имеет самое сложное по сравнению с другими витаминами химическое строение, основой которого являетсякорриновоекольцо. Коррин во многом похож напорфирины(сложные химические структуры, входящие в составгема,хлорофиллаицитохромов), но отличается от порфиринов тем, что два пятичленныхгетероциклав составе коррина соединены между собой непосредственно, а неметиленовыммостиком. В центре корриновой структуры располагаетсяионкобальта, образующий четырекоординационные связис атомамиазота. Ещё одна координационная связь соединяет кобальт сдиметилбензимидазольнымнуклеотидом. Последняя, шестая координационная связь кобальта остаётся свободной: именно по этой связи и присоединяетсяцианогруппа,гидроксильная группа,метильныйили5'-дезоксиаденозильныйостаток с образованием четырёх вариантов витамина B12, соответственно.Ковалентная связьуглерод-кобальтв структуре цианокобаламина — единственный известный в живой природе пример ковалентной связипереходный металл-углерод.
До освоения синтеза витамина B12 он мог добываться экстракцией из печени животных. Сначала печень, а затем её экстракт использовались в лечениипернициозной анемии.
Полный химический синтез цианокобаламинавпервые был осуществлён в 1972 году в результате многолетней совместной работы двух исследовательских групп (одна из которых, руководимаяРобертом Вудвордом, работала вГарварде, а другая, возглавляемаяАльбертом Эшенмозером, вШвейцарском федеральном технологическом институтевЦюрихе). Первые работы над синтезом витамина В12были начаты ещё в начале 60-х годов 20 века. На разработку общей стратегии синтеза и саму работу ушло более 10 лет. В ходе планирования синтеза, молекула была условно разделена на два основных фрагмента, синтезом которых и занимались группы, руководимые Вудвордом и Эшенмозером. Особая сложность синтеза биологически активного витамина В12была обусловлена, в частности, наличием в корриновом кольце 9хиральных(оптически активных) атомовуглерода. В общей сложности в работах по синтезу, на протяжении ряда лет, участвовали порядка 100 учёных из примерно 20 стран, а сама разработанная схема синтеза включала 95 стадий. Успешный полный синтез соединения столь сложной структуры явился выдающимся достижениемсинтетической органической химиии на практике продемонстрировал принципиальную возможность химического синтеза "любого" природного соединения, вне зависимости от сложности строения его молекулы.
Для получения препаратов витамина B12(в основном цианокобаламина) в промышленных масштабах для нужд медицины и сельского хозяйства используется микробиологическое производство. Для производства применяют микроорганизмы и ихштаммы-мутанты, такие как:
Промышленное производство витамина B12 с помощьюпропионовокислыхбактерий включает следующие технологические стадии:
Из-за того, что витамин B12 неустойчив при тепловой обработке, особенно в щелочной среде, в метановую бражку перед выпариванием добавляютхлордо оптимального значения pH 5,0—5,3, что делает среду кислой, также добавляетсясульфит натриядо оптимального содержания 0,07—0,1%.
В желудке желудочный сок растворяет связанный с белками пищи B12. Формы в таблетках могут проходить через желудок, но для всасывания свободного B12(не связанного с белками пищи) желудочный сок не нужен. В желудке вырабатывается внутренний фактор Кастла (в некоторых источниках — «Касла»), необходимый для всасывания B12в кишечнике. R-протеин (другие названия — гаптокоррин и кобалофилин) — связывающий B12белок слюны, но действовать он начинает в желудке после того, как желудочный сок высвободит B12из белкового комплекса, тогда этот протеин связывается с ним для того, чтобы сам B12также не был разрушен желудочным соком. Затем B12соединяется с внутренним фактором Кастла — ещё одним связывающим белком, который синтезируется париетальными клетками желудка, его выработка стимулируется гистамином, гастрином, пентагастрином и непосредственно пищей. Вдвенадцатиперстной кишкепротеазы высвобождают B12из комплекса с R-пептидом, затем B12связывается с внутренним фактором, и только в таком связанном с внутренним фактором виде он распознается рецепторами поглощающих энтероцитов подвздошной кишки. Внутренний фактор защищает B12от поедания кишечными бактериями.
Закись азота нарушает метаболизм витамина B12, поэтому при использовании закиси азота для анестезии (например, при стоматологических операциях) и пограничном уровне витамина B12развиваетсяполинейропатия, вызванная дефицитом B12. Также в зоне риска находятся люди, постоянно работающие с закисью азота, в случае плохого уровня проветривания помещений. Подобный дефицит требует терапии фолатами и B12.
Ковалентная связь C—Co кофермента B12участвует в двух типах ферментативных реакций:
В организме человека есть только два фермента с коферментом B12:
Недостаток в организме витамина В12вследствие снижения его поступления в первую очередь из-за пониженной секрециивнутреннего фактора Касла, нарушения абсорбции витамина из просвета кишечника при ряде заболеваний, при глистных инвазиях и дисбактериозах,синдроме слепой петли, реже вследствие алиментарной недостаточности из-за неполноценного питания или отсутствиятранскобаламина IIприводит к развитиюB12-дефицитной анемии.
Цианокоболамин для лечебных целей выпускается промышленностью в виде растворов для парентерального введения, для целей профилактики его дефицита включается в состав рядаполивитаминныхпрепаратов.
Оксикобаламин, кроме тех же показаний как и цианокобаламин, так же применяется в качествеантидотапри отравленияхцианидамии при передозировкенатрия нитропруссида, так как цианистое основание более тропно к кобальту в молекуле оксикоболамина, связывает цианистое основание в безвредную форму — цианокобаламин.
Связь с белками плазмы —90 %. Максимальная концентрация после подкожного и внутримышечного введения — через 1час. Период полувыведения — 500дней. Из печени выводится с желчью в кишечник и снова всасывается в кровь.
При недостатке витамина В12развиваются некоторые неврологические состояния и заболевания, например,анемия,подострая комбинированная дегенерация спинного мозга, полинейропатия.
Обычно дефицит витамина B12лечат внутримышечными инъекциями препарата цианокобаламина. В последнее время была доказана достаточная эффективность пероральной компенсации дефицита пищевыми добавками в достаточной дозе. Суточный расход витамина B12организмом человека оценивается примерно в2—5 мкг.
Поскольку не существует золотого стандарта теста на дефицит витамина В12, для подтверждения предполагаемого диагноза проводится несколько различных лабораторных исследований.
Сывороточное значение витамина B12является довольно неподходящим, поскольку оно изменяется поздно, а также относительно нечувствительным и неспецифичным.
Метилмалоновая кислотав моче или плазме крови считается функциональным маркером витамина В12, который повышается при истощении запасов витамина В12. Часто для более точной оценки наряду с метилмалоновой кислотой определяютгомоцистеин. Однако повышенный уровень метилмалоновой кислоты может также указывать на часто упускаемое из виду метаболическое расстройство -комбинированную малоновую и метилмалоновую ацидурию(КМАММА).
Самым ранним маркером дефицита витамина В12является низкий уровень холотранскобаламина, который представляет собой комплекс витамина В12и его транспортного белка.
Обогащение кормов (включение в рацион) сельскохозяйственных животных витамином B12способствует увеличению их продуктивности до 15 %.
Витамин B12не синтезируется в организме человека и поступает в организм вместе с пищей животного происхождения или с добавкой. Растительная пища практически не содержит витамина B12. Всасывается витамин внижнем отделе тонкой кишки. Несмотря на то, что он вырабатывается бактериями в толстой кишке, следующей за тонкой,толстая кишкане способна его всасывать, а в тонкой бактерии практически отсутствуют. Мало того, витамин B12бактериями также поглощается, поэтому при заболеваниях, из-за которых втонкой кишкерезко увеличивается количество бактерий, у больных может возникнуть B12-ассоциированная анемия в результате соперничества в поглощении витамина между бактериями, обитающими в тонкой кишке и их носителем. Непоглощённые бактериями остатки витамина B12выводятся вместе с калом.
Многие травоядные животные также не могут синтезировать, и в их кишечнике не всасывается вырабатываемый обитающими там бактериями витамин B12. Однако жвачные животные, включая крупный рогатый скот, имеют специальный отдел желудка —рубец, заселённый производящими витамин B12симбиотическими бактериями, что позволяет всасывать его в тонкой кишке. После всасывания в кишечнике витамин попадает в кровь, а затем накапливается в печени и мышцах животного или попадает в молоко дойного скота. Другие травоядные животные, — кролики, мыши, крысы и некоторые видыприматовдля получения витамина используюткопрофагию. Свиньи и куры всеядны, поэтому витамин поступает к ним вместе с животной пищей, однако его содержание в сыром мясе этих животных ниже, чем в мясе жвачных животных.
В водоёмах витамин B12производится бактериями иархеями, поглощаетсяфитопланктономи попадает взоопланктон. В конечном итоге, попищевой цепи, витамин переносится в тела хищных рыб и его концентрация в мясе крупных рыб оказывается выше, чем в мясе мелких. Большое количество витамина B12накапливается в печени и почкахтунцаилосося. При этом потери витамина в филе рыбы при различных видах кулинарного приготовления оказываются достаточно небольшими —от 2,3 %до 14,8 %.
Хорошими источниками витамина B12для человека являются говяжья, свиная и куриная печень, мясо и молоко жвачных животных, рыба, а также ферментированные молочные продукты, такие как сыр и йогурт. Тем не менее при кулинарном приготовлении мяса (за исключением вакуумной обработки) значительное количество витамина разрушается. Потребление же яиц практически не увеличивает содержание витамина B12в крови(из яиц усваивается менее9 %витамина). В целом у здоровых людей из пищи усваивается лишь примерно половина содержащегося в ней витамина, при этом с увеличением потребления витамина B12при приёме пищи его усвояемость уменьшается.
Большинству растений витамин B12для нормальной жизнедеятельности не требуется, и они его не синтезируют. Фрукты, овощи и зерновые культуры практически не содержат витамина B12. Лишь небольшое количество,менее 0,1 мкг на 100 г, обнаружили в некоторых растениях: его содержатброкколи,спаржа,Белокопытник японскийи пророщенныймаш, что может объясняться способностью растений всасывать витамин из некоторых органических удобрений. Так, исследования показали, что удобрение почвы коровьим навозом увеличивает содержание B12в листьяхшпинатапримернона 0,14 мкг на 100 г. Некоторое количество витамина присутствует в таких ферментированных продуктах, кактемпеинатто, однако в самих соевых бобах, из которых эти продукты изготовлены, его обнаружить не удаётся. Небольшое количество B12может также накапливаться в растениях в результате взаимодействия с бактериями.
Витамин B12обнаруживался и вплодовых телахвысших грибов, не способных его синтезировать, что тоже может объясняться взаимодействием с бактериями. Обычно в съедобных грибах содержится незначительное количество витамина B12(менее 0,1 мкг на 100 гусушёных грибов), однако некоторые грибы являются исключением. Так, в высушенныхвороночнике рожковидномилисичке обыкновеннойсодержание B12варьируетсяот 1,09 до 2,65 мкг на 100 г, а в высушенномшиитакесодержится примерно5,6 мкг на 100 г. При этом считается, что, несмотря на значительное содержание, в шиитаке витамин также попадает извне, предположительно, в результате взаимодействия с синтезирующими B12бактериями.
В пищевой промышленности витамином B12иногда обогащают такие продукты, каксухие завтраки, пищевые дрожжи, соевое молоко и вегетарианские заменители мяса.
Длявегановсуществуют рекомендации наладить регулярный приём препаратов кобаламина либо употреблять пищу, обогащённую B12, так как растительная пища или не содержит в себе этого витамина, или содержит в слишком малых количествах, а организм человека синтезировать его не может. Дефицит B12у веганов ведёт к риску развития заболеваний сердца и осложнений при беременности.
Важный источник витамина — пищевые добавки. Рынок пищевых добавок предлагает большое количество разнообразных вариантов: мультивитамины с обычным содержанием B125—25 мкг; комплексы витаминов группы B с обычным содержанием 50—500 мкг; добавки только с витамином B12 могут содержать 500—1000 мкг. Такие высокие количества обусловлены различиями форм B12 (цианкобаламин, аденозилкобаламин, метилкобаламин, гидроксикобаламин) и различиями в количестве усваиваемого витамина (например, для форм 500 мкг в одной таблетке абсорбция составляет около 2%). Маркировка добавок должна содержать наименование формы, количество на дозу и процент от рекомендованного суточного потребления.
Норма потребления, установленная в США, соответствует 2,4мкгв день для взрослого человека, а верхний предел пока не установлен. Однако расход организма соответствует2—5 мкгв день, что может превышать установленную суточную норму потребления. Одно из исследований показало, что потребление 6мкгв день является достаточным для поддержания нормального уровня B12в плазме крови.
В выводах, сделанных по результатам статистического анализа под руководством Theodore M. Brasky, значится, что ежедневное употребление B12как отдельного витамина в течение 10 лет в повышенных дозах более 55 мкг в день увеличивает риск развития рака лёгких у мужчин на30—40 %. Следует также обратить внимание, что существенная доля заболевших имела долгий анамнез табакокурения. У женщин данная закономерность не выявлена, хотя по результатам исследования отмечается, что в рационе исследуемых женщин витаминов группы B содержалось больше. Аналогичные же результаты выявлены и при употреблении в повышенных дозах витаминовB6иB9.
Под термином «псевдовитамин B12» подразумевают похожие на этот витамин вещества, обнаруженные в некоторых живых организмах, например, вцианобактериях(ранее известны как сине-зелёные водоросли) родаСпирулина. Такие витаминоподобные вещества не обладают витаминной активностью для организма человека. Более того, эти вещества могут представлять определённую опасность для вегетарианцев, пытающихся с их помощью восполнить дефицит витамина, так как показано в опытахin vitro, что они блокируют метаболизм клеток молочной железы человека. Также их наличие в крови показывает при анализе нормальную концентрацию витамина B12, хотя эти соединения не имеют витаминной активности, что может привести к ошибочному диагнозу и, в результате — к неправильному лечению пернициозной анемии.
Псевдовитамины B12синтезируются бактериями в анаэробных условиях в кишечнике некоторых животных, в частности жвачных, в канализационномшламе. Не являются витаминами для животных, но являютсяфакторами ростадля некоторых бактерий, как и сами витамины B12. Структурно соответствуют цианокобаламину, но вместо 5,6-диметилбензимидазолнуклеозида содержат другие основания. К ним относятся:
Псевдовитамины продуцируемые микроорганизмами одновременно с витаминами и обладая схожими физико-химическими свойствами, представляют определённую трудность для очистки витаминов при промышленном производстве, в частности для этих целей может применятьсяэлектрофоретическое разделение.