Витамин B12 довольно хорошо растворим в воде (около 1,2% при комнатной температуре), а также в низших спиртах, в низших алифатических кислотах и в фенолах, но нерастворим во многих других органических жидкостях. Он практически не растворяется в пиридине и других третичных аминах, но растворим в некоторых жидких или расплавленных амидах, например в ацетамиде и диметилформамиде. Витамин является левовращающим веществом, но интенсивная, окраска затрудняет измерение оптического вращения. Витамин B12 обладает диамагнитными свойствами, что указывает на трехвалентное состояние кобальта.

Обычно витамин выделяют из микробной массы или животных тканей, используя растворы, содержащие цианид-ионы, играющие роль шестого лиганда кобальта. Однако сам цианкобаламин метаболически не активен. В состав ферментов входит соединение, в котором цианогруппа замещена остатком 5-дезоксиаденозина или метильным радикалом.

2. Строение

Признанная формула витамина B12 — C₆₃H₈₈O₁₄N₁₄PCo. Молекулу можно подразделить на две основные части, известные как «планарная группа» и «нуклеотид»; вторая часть лежит в плоскости, почти перпендикулярной к плоскости первой части, которая обладает очень большим, хотя и неполным, сходством с порфиринами Центральный атом кобальта соединен с четырьмя восстановленными пиррольными кольцами, образующими макрокольцо. Три из четырех соединений между кольцами образованы мезоуглеродным атомом (углеродным мостиком), характерным для порфиринов. Однако в четвертом месте соединения существует прямая связь между двумя б-углеродными атомами колец D и А. Макрокольцо содержит 6 сопряженных двойных связей, образующих единую сопряженную систему.

У 13 из 19 углеродных атомов, составляющих макрокольцо, водород полностью замещен метильными группами или длинными боковыми цепями — либо ацетамидными, либо пропионамидными радикалами

В отличие от нуклеотидов нуклеиновых кислот так называемый нуклеотид витамина B12 не содержит пурина или пиримидина. Вместо них основанием служит 5,6-диметилбензиминазол. Сахар представлен рибозой, но с б-гликозндпой связью, опять-таки в отличие от в-связи в нуклеиновых кислотах. Рибоза фосфорилирована при 3-м атоме углерода. Фосфат образует эфирную группу с 1-амино-2-пропиловым спиртом, который, кроме того, соединен амидной связью с цепью пропионовой кислоты при кольце D. Наконец, атом кобальта несет CN-группу (в цианкобаламине) и соединен координационной связью с одним из атомов азота в бензиминазоле, образуя, таким образом, второй мостик между двумя частями молекулы. Полагали, что третий гидроксил фосфатной группы тоже этерифицирован, пока не стало ясно, что неустойчивость триэфиров фосфорной кислоты исключает такую структуру. Витамин B12 является по существу внутренней солью; отрицательный заряд на атоме фосфора нейтрализован положительным зарядом на координационном комплексе кобальта.

3. Механизм действия

Недостаток в пище витамина B12 приводит к макроцитарной мегалобластической анемии. Нарушается работа нервной системы, наблюдается резкое снижение кислотности желудочного сока. Впрочем, авитаминоз В12 может развиться даже при полноценном питании, т.к. для процесса всасывания витамина в тонкой кишке обязательно наличие в желудочном соке особого белка — гастромукопротеина (фактор Касла). В полном соответствии с буквальным переводом своего латинского названия, этот белок выделяется стенками желудка, теми же клетками, которые выделяют кислоту. Фактор Касла специфически связывает витамин В12. Точная роль этого фактора не выяснена. Полагают, что в составе комплекса с гастромукопротеином витамин всасывается в тонком кишечнике и поступает в кровь портальной системы в комплексе с транскобаламинами I и II, при этом фактор Касла гидролизуется.

Когда биохимики привыкли к мысли, что витамин В12 не просто специфический антипернициозный фактор, а один из витаминов группы В, они стали предполагать, что он подобно другим водорастворимым витаминам окажется кофактором по крайней мере в одной ферментной системе. Но вопреки ожиданию функции, приписываемые витамину B12 различными исследователями, оказались столь многочисленными и разнообразными, что трудно было представить себе, как все они могли быть связаны с такой ролью кофактора. Поэтому стали искать его основную функцию. Например, казалось вероятным, что он каким-то образом ответствен за поддержание сульфгидрильных соединений в восстановленном реактивном состоянии; он мог бы, скажем, «активировать» различные SH-ферменты, препятствуя их окислению в неактивные S-S-формы. Или если он связан с синтезом белка, он был бы необходим для синтеза белковой части (апофермента) ряда ферментов.

Позднейшие исследования, особенно с применением изотопов, поставили под сомнение некоторые из приписываемых витамину В12 функций и выдвинули на первый план другие. Однако ряд новейших результатов еще не подтвержден.

4. Обмен жиров и каротина

витамин анемия гемопоэз биохимический

Утверждали, что витамин В12 помимо действия на сульфгидрильные соединения поддерживает в восстановленном состоянии другие важные вещества. Так, Уилл и сотр. установили, что в плазме больных пернициозной анемией содержание аскорбиновой кислоты понижено; кроме того, при инъекции таким больным аскорбиновой кислоты она быстро окисляется в дегидроаскорбиновую. После лечения витамином B12 эти явления исчезают, а инъекции аскорбиновой кислоты ведут к повышению ее концентрации в плазме. Чоу и сотр. нашли, что в печени крыс с недостаточностью витамина В12 общее содержание дифосфопиридиннуклеотида повышено, но количество его восстановленной формы (ДПН-Н) понижено. Ненормально высокое отношение ДПН/ДПН-Н снижалось вдвое после введения витамина B12.

Было высказано предположение, что витамин B12 способен играть роль восстановителя, когда его трехвалентный кобальт восстановлен до двухвалентного состояния. Однако нужны сильные восстановители, чтобы вызвать эту реакцию, которая в присутствии атмосферного кислорода идет в обратном направлении. Предположение о том, что соединение с белком могло бы сдвинуть окислительно-восстановительный потенциал в область физиологических величин, не вполне убедительно, так как способность связывать белок после восстановления, возможно, утрачивается.

6. Белковый обмен

Очевидно, что благодаря своему влиянию на синтез метионина витамин B12 оказывает какое-то действие на белковый обмен. Например, можно ожидать, что цианкобаламин будет улучшать использование белка из рационов, в которых этой аминокислоты недостаточно. Таким образом объясняли некоторые из отмеченных выше благотворных эффектов витамина. Значительную прибавку в весе тела, даже если она связана с увеличением количества не только жира (как часто бывает), но и белка, обычно можно объяснить просто повышенным потреблением пищи животными, получающими витамин B12. Не было обнаружено никакого влияния витамина B12 на баланс азота и эффективность использования белков у крыс. Различные исследования, однако, указывали на более прямую роль этого витамина в синтезе белка. Так, было установлено, что у крыс с гипертиреозом (гиперфункцией щитовидной железы) витамин B12 способствует удержанию азота. У кур при недостаточности витамина B12 концентрация аминокислот в крови повышена, а белков в плазме — понижена; у человека также показано обратное отношение между концентрациями аминокислот и витамина B12 в крови, что объясняется стимулирующим действием витамина на синтез белков. Сообщается об избыточном выведении с мочой аминокислот, особенно лизина (но также и таурина) при обострении пернициозной анемии и дегенерации спинного мозга. Нарушение нормального обмена тирозина и триптофана могло бы вести к избыточному выделению фенольных веществ, тоже отмеченному при пернициозной анемии, и, возможно, к образованию токсичных веществ, вызывающих гемолиз, которым иногда сопровождается это заболевание; все эти обменные нарушения быстро исчезают после введения витамина B12. Было отмечено, что при дегенерации спинного мозга, часто сопровождающей пернициозную анемию, поражаются некоторые крупные аксоны, нормальное состояние которых поддерживается быстрым обновлением белка. Поэтому исследователи предположили, что витамин B12, специфически излечивающий это состояние, косвенным образом контролирует синтез белка; полагая, что прямое действие витамина направлено на синтез нуклеиновых кислот, они связали свое предположение с гипотезой о том, что РНК служит «шаблоном» для синтеза белка; их данные было бы логичнее истолковать в пользу прямого действия витамина B12 на синтез белков.

Изучалось влияние витамина B12 на включение меченого серина или меченой глюкозы в белки печени и в некоторые отдельные аминокислоты у свиней и крыс. Во всех опытах полученные величины были заметно ниже у животных с авитаминозом. Исследователи приводят соображения в пользу того, что это не было следствием одного лишь пониженного потребления пищи. Данные наблюдения были дополнены исследованиями, проведенными in vitro на препаратах микросом из печени и селезенки нормальных крыс и крыс с авитаминозом. Как показано, между этими группами животных обнаружились большие различия во включении меченых аминокислот; кроме того, при добавлении витамина B12 к препаратам микросом, полученных от животных с авитаминозом, включение аминокислот заметно возрастало.

Ученые пошли дальше и показали, что в надосадочной жидкости после центрифугирования микросом печени находится содержащий витамин B12 «рН 5-фермент», катализирующий включение меченых аминокислот в белок. Интересно было бы выяснить, не обладает ли ферментативной активностью комплекс витамина B12 с пептидом, выделенный ранее из печени. Позднее было показано, что «рН 5-фермент» содержит большую часть витамина В12, первоначально находившегося в микросомах печени. Этот фермент подвергли дальнейшему фракционированию; он, по-видимому, катализировал как активацию аминокислот аденозинтрифосфатом, так и их последующее включение в белковую фракцию микросом. Кроме того, оба процесса подавлялись антагонистами витамина В12 содержащими остаток анилида вместо одной из амидных групп. Исследователи высказали гипотезу, что витамин В12-фермент действует как активатор-переносчик: он переносит аминокислоты (после активации их карбоксильных групп аденозинтрифосфатом) на «шаблон», возможно, путем транспептидирования, в котором участвуют 6 карбоксамидных групп молекулы витамина. Некоторые ученые приводят соображения, позволяющие предполагать, что некоторые из карбоксамидных групп являются биохимически активными частями молекулы. Другим исследователям пока не удалось подтвердить эти данные; они указывают также, что включение аминокислот в белок микросом не обязательно представляет собой нормальный синтез белка. Таким образом, эти результаты нельзя считать окончательным доказательством прямого действия цианкобаламина на белковый синтез. Однако это привлекательная гипотеза; контролем синтеза апоферментов можно было бы объяснить влияние витамина В12 на ряд, казалось бы, не связанных между собой ферментных систем. В пользу этого можно привести и другие данные; различные исследователи утверждали, что недостаточность витамина B12 у крыс ведет к уменьшению содержания в их печени некоторых ферментов, а именно трансметилазы, рибонуклеазы, цитохромоксидазы и различных дегидрогеназ. Другие авторы установили, что при отсутствии витамина B12 не происходит регенерации ткани печени после частичной гепатэктомии. Все эти данные говорят в пользу прямого или косвенного влияния витамина на синтез белка.

7. Другие возможные функции