Витамин в12 химическое строение

Витамин В₁₂

Витамин В₁₂ (кобаламин; антианемический витамин) выделен из печени в кристаллическом виде в 1948 г. Задолго до этого было известно, что в печени животных содержится особое вещество, регулирующее процесс кроветворения и оказывающее лечебный эффект при пернициозной (злокачественной) анемии у людей. Однако только в 1955 г. Д. Ходжкин расшифровала его структуру, включая трехмерную пространственную конфигурацию, главным образом при помощи физических методов исследования (рентгенографическая кристаллография). На основании этих данных, а также результатов изучения химического состава для витамина В₁₂ было предложено следующее строение:

В молекуле витамина В₁₂ центральный атом кобальта соединен с атомами азота четырех восстановленных пиррольных колец, образующих порфириноподобное корриновое ядро, и с атомом азота 5,6-диметил-бензимидазола . Кобальтсодержащая часть молекулы витамина представляет собой планарную (плоскостную) фигуру; по отношению к ней перпендикулярно расположен нуклеотидный лиганд, который, помимо 5,6-диметилбензимидазола, содержит рибозу и остаток фосфата у 3-го атома углерода. Вся структура получила название «кобаламин». Были получены производные витамина В₁₂, содержащие ОН-группу (оксикобаламин), хлор (хлоркобаламин), Н₂О (аквакобаламин) и азотистую кислоту (нитрито-кобаламин). Из природных источников были выделены, кроме того, аналоги В₁₂, которые вместо 5,6-диметилбензимидазола содержали 5-окси-бензимидазол, или аденин, 2-метиладенин, гипоксантин и метилгипок-сантин. Все они обладали меньшей биологической активностью, чем ко-баламин. Обычно витамин В₁₂ выделяют из микробной массы или животных тканей, используя растворы, содержащие ионы цианида, которые выполняют роль 6-го лиганда кобальта. Однако цианокобаламин метаболически неактивен. В состав В₁₂-коферментов вместо CN входит остаток 5-дезоксиаденозина или метильная группа.

У человека и животных недостаток витамина В₁₂ приводит к развитию злокачественной макроцитарной, мегалобластической анемии. Помимо изменений кроветворной функции, для авитаминоза В₁₂ специфичны также нарушения деятельности нервной системы и резкое снижение кислотности желудочного сока. Оказалось, что для активного процесса всасывания витамина В₁₂ в тонкой кишке обязательным условием является наличие в желудочном соке особого белка – гастромукопротеина, получившего название внутреннего фактора Касла, который специфически связывает витамин В₁₂ в особый сложный комплекс. Точная роль этого фактора во всасывании В₁₂ не выяснена. Предполагают, что в связанном с этим фактором комплексе витамин В₁₂ поступает в клетки слизистой оболочки подвздошной кишки, затем медленно переходит в кровь портальной системы, а внутренний фактор подвергается гидролизу (распаду). Следует указать, что В₁₂ поступает в кровь портальной системы не в свободном состоянии, а в комплексе с двумя белками, получившими название транскобаламинов I и II, один из которых выполняет функцию депо В₁₂ (I), поскольку он более прочно связывается с витамином В₁₂. Поэтому нарушение синтеза внутреннего фактора в слизистой оболочке желудка приводит к развитию авитаминоза В₁₂ даже при наличии в пище достаточного количества кобаламина. В подобных случаях витамин с лечебной целью обычно вводят парентерально или с пищей, но в сочетании с нейтрализованным желудочным соком, в котором содержится внутренний фактор. Подобный метод лечения эффективен при пернициозной анемии. Это указывает на существование определенной связи между развитием злокачественной анемии у человека и нарушением функций желудка. Можно, вероятно, утверждать, что пернициозная анемия, хотя и является следствием авитаминоза В₁₂, но развивается на фоне органических поражений желудка, приводящих к нарушению синтеза в клетках слизистой оболочки желудка внутреннего фактора Касла, или после тотального удаления желудка хирургическим путем.

Витамин В₁₂ используется в клинике для лечения не только перни-циозной анемии, но и других ее форм – мегалобластических анемий с неврологическими нарушениями, которые обычно не поддаются лечению другими витаминами, в частности фолиевой кислотой.

Биологическая роль. Выявлены ферментные системы, в составе которых в качестве простетической группы участвуют не свободный витамин В₁₂, а так называемые В₁₂-коферменты, или кобамидные коферменты. Последние отличаются тем, что содержат 2 типа лигандов: метильную группу и 5′-дезоксиаденозин. Соответственно различают метилкобаламин СН₃-В₁₂ и дезоксиаденозилкобаламин. Превращение свободного витамина В₁₂ в В₁₂-коферменты, протекающее в несколько этапов, осуществляется в организме при участии специфических ферментов в присутствии в качестве кофакторов ФАД, восстановленного НАД, АТФ и глутатиона. В частности, при образовании 5-дезоксикобаламинового кофермента АТФ подвергается необычному распаду с отщеплением три-фосфатного остатка по аналогии еще с одной единственной реакцией синтеза 5-аденозилметионина из метионина и АТФ (см. главу 12). Впервые В₁₂-коферменты были выделены Г. Баркером и сотр. в 1958 г. из микроорганизмов, позже было доказано их существование в тканях животных.

Химические реакции, в которых витамин В₁₂ принимает участие как кофермент, условно делят на 2 группы в соответствии с его химической природой. К первой группе относятся реакции трансметилирования, в которых метилкобаламин выполняет роль промежуточного переносчика метильной группы (реакции синтеза метионина и ацетата).

Синтез метионина требует, помимо гомоцистеина, наличия N 5 -метил-ТГФК и восстановленного ФАД и протекает согласно уравнению:

Фермент, катализирующий эту реакцию, был открыт в печени человека и ряда животных, а также у микроорганизмов. Получены доказательства, что механизм реакции включает перенос метильной группы N 5 -СН₃-ТГФК на активный центр фермента с образованием метил-В₁₂-фермента и последующий перенос этой группы на гомоцистеин. Блокирование этой реакции, наблюдаемое при авитаминозе В₁₂, приводит к накоплению N 5 -СН₃-ТГФК и соответственно выключению из сферы химических реакций еще одного важного кофермента.

Вторая группа реакций при участии В₁₂-коферментов заключается во внутримолекулярном переносе водорода в реакциях изомеризации. Механизм этих реакций соответствует схеме:

Видно, что протон водорода движется (перемещается) между двумя соседними атомами углерода и не обменивается с протонами воды. Предполагают, что сначала водород от субстрата переносится на 5-дезокси-кобаламин, а затем обратно на субстрат, меняя местоположение. Например, глутаматмутазная реакция (взаимопревращения глутаминовой и β-метиласпарагиновой кислот), метилмалонилмутазная реакция (обратимое превращение метилмалонил-КоА в сукцинил-КоА), глицерол- и диол-дегидратазные реакции, ферментативные реакции восстановления рибо-нуклеотидов до дезоксирибонуклеотидов и др. В организме человека из указанных процессов открыта только реакция изомеризации метил-малонил-КоА в сукцинил-КоА.

Следует подчеркнуть, что реакция изомеризации метилмалонил-КоА требует наличия 5′-дезоксиаденозилкобаламина в качестве кофермента, в то время как реакция метилирования (см. ранее) нуждается в метилкобала-мине. Этими обстоятельствами могут быть объяснены некоторые биохимические симптомы недостаточности витамина В₁₂, в частности метил-малонилацидурия и гомоцистинурия. Кроме того, описаны болезни, обусловленные наследственными дефектами синтеза только дезоксиаденозил-кобаламина или обоих В₁₂-коферментов; в этих случаях даже 1000-кратная доза витамина В₁₂ не оказывала лечебного эффекта. В настоящее время высказывается предположение о более широком участии В₁₂-коферментов в ферментативных реакциях трансметилирования, дезаминирования (например, этаноламиддезаминазная реакция) и др. Предстоит, однако, приложить немало усилий, чтобы выяснить молекулярные механизмы действия витамина В₁₂ на процесс кроветворения. Положительный эффект при лечении пернициозной анемии полусырой печенью обусловлен, как стало известно, наличием витамина В₁₂, хотя следует указать, что большего лечебного эффекта можно добиться при одновременном введении внутреннего фактора слизистой оболочки желудка.

Распространение в природе и суточная потребность. Витамин В₁₂ является единственным витамином, синтез которого осуществляется исключительно микроорганизмами; ни растения, ни ткани животных этой способностью не наделены. Основные источники витамина В₁₂ для человека – мясо, говяжья печень, почки, рыба, молоко, яйца. Главным местом накопления витамина В₁₂ в организме человека является печень, в которой содержится до нескольких миллиграммов витамина. В печень он поступает с животной пищей, в частности с мясом, или синтезируется микрофлорой кишечника при условии доставки с пищей кобальта. Суточная потребность в витамине В₁₂ для взрослого человека составляет около 3 мкг (0,003 мг).

Источник

Витамин B12

Витами́нами B₁₂ называют группу кобальтсодержащих биологически активных веществ, называемых кобаламинами. К ним относят собственно цианокобаламин, гидроксокобаламин и две коферментные формы витамина B₁₂: метилкобаламин и кобамамид.

Иногда в более узком смысле витамином B₁₂ называют цианокобаламин, так как именно в этой форме в организм человека поступает основное количество витамина B₁₂, не упуская из вида то, что он не синоним с B₁₂, и несколько других соединений также обладают B₁₂-витаминной активностью [1] . Витамин B₁₂ также называется внешним фактором Касла .

Содержание

Химическое строение

B₁₂ имеет самое сложное по сравнению с другими витаминами химическое строение, основой которого является корриновое кольцо. Коррин во многом похож на порфирины (сложные химические структуры, входящие в состав гема, хлорофилла и цитохромов), но отличается от порфиринов тем, что два пятичленных гетероцикла в составе коррина соединены между собой непосредственно, а не метиленовым мостиком. В центре корриновой структуры располагается ион кобальта, образующий четыре координационные связи с атомами азота. Ещё одна координационная связь соединяет кобальт с диметилбензимидазольным нуклеотидом. Последняя, шестая координационная связь кобальта остаётся свободной: именно по этой связи и присоединяется цианогруппа, гидроксильная группа, метильный или 5′-дезоксиаденозильный остаток с образованием четырёх вариантов витамина B₁₂, соответственно. Ковалентная связь углерод-кобальт в структуре цианокобаламина — единственный известный в живой природе пример ковалентной связи переходный металл-углерод.

Синтез

В природе продуцентами этого витамина являются бактерии и археи. Химический синтез этого соединения в лаборатории весьма сложен; в 1973 году химик Роберт Бёрнс Вудворд разработал схему полного химического синтеза витамина B₁₂, ставшую классикой для химиков-синтетиков.

Фармакокинетика

Связь с белками плазмы — 90 %. Максимальная концентрация после подкожного и внутримышечного введения — через 1 час . Период полувыведения — 500 дней [ источник не указан 1110 дней ] . Из печени выводится с желчью в кишечник и снова всасывается в кровь.

Биологические функции

Ковалентная связь C—Co кофермента B₁₂ участвует в двух типах ферментативных реакций:

1. Реакции переноса атомов, при которых атом водорода переносится непосредственно с одной группы на другую, при этом замещение происходит по алкильной группе, спиртовому атому кислорода или аминогруппе.
2. Реакции переноса метильной группы (—CH₃) между двумя молекулами.

В организме человека есть только два фермента с коферментом B₁₂:

1. Метилмалонил-КоА-мутаза, фермент, использующий в качестве кофактора аденозилкобаламин и при помощи реакции, упомянутой выше в п. 1 , катализирует перестановку атомов в углеродном скелете. В результате реакции из L-метилмалонил-КоА получается сукцинил-КоА. Эта реакция является важным звеном в цепи реакций биологического окисления белков и жиров.
2. 5-метилтетрагидрофолат-гомоцистеин-метилтрансфераза, фермент из группы метилтрансфераз, использующий в качестве кофактора метилкобаламин и при помощи реакции, упомянутой выше в п. 2, катализирует превращение аминокислотыгомоцистеина в аминокислоту метионин.

Применение препарата в лечении анемии

Дефицит витамина B₁₂ является причиной некоторых видов анемий. Впервые это обнаружил исследователь Уильям Мёрфи в эксперименте на собаках, у которых была искусственно вызвана анемия. Подопытные собаки, которым давали в пищу большое количество печени, излечивались от анемии.

Впоследствии учёные Джордж Уипл и Джордж Майнот поставили 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 удостоены Нобелевской премии по медицине.

Заболевания, связанные с недостатком витамина

Витамин B₁₂ всасывается в основном в нижней части подвздошной кишки. На всасывание витамина в сильной степени влияет выработка желудком внутреннего фактора Касла. Мегалобластическая анемия может быть вызвана недостаточным потреблением витамина B₁₂ с пищей, недостаточным производством в организме внутреннего фактора Касла (пернициозная анемия), патологическими процессами в терминальной части подвздошной кишки с нарушением всасывания или конкуренцией за витамин B₁₂ со стороны ленточных червей или бактерий (например, при синдроме слепой петли). При дефиците витамина B₁₂ на фоне анемической клинической картины или без неё могут возникнуть и неврологические расстройства, в том числе демиелинизация и необратимая гибель нервных клеток. Симптомами такой патологии являются онемение или покалывание конечностей и атаксия.

В 2000 и 2002 году американская ассоциация психиатров в своём журнале American Journal of Psychiatry опубликовала результаты исследований, говорящие о влиянии дефицита витамина B₁₂ на появление клинических депрессий у пожилых пациентов.

Обычно дефицит витамина B₁₂ лечат внутримышечными инъекциями препарата цианокобаламина. В последнее время была доказана достаточная эффективность пероральной компенсации дефицита пищевыми добавками в достаточной дозе. Обычное суточное потребление витамина B₁₂ средним человеком из развитой страны составляет примерно 5—7 мкг. Если же давать витамин в количестве 1000—2000 мкг в день, он будет всасываться и при патологии подвздошной кишки, и при дефиците внутреннего фактора Касла. Разработана специальная диагностическая методика по выявлению недостаточности внутреннего фактора Касла, так называемый тест Шиллинга, но нужный для её выполнения реактив пока остаётся очень дорогим и редким.

Потребление витамина B₁₂

Источники витамина

Этот витамин вырабатывается микроорганизмами в пищеварительном тракте любого животного, включая человека, как продукт деятельности микрофлоры, однако он не может усваиваться, так как образуется в толстой кишке и не может попасть в тонкую кишку для усвоения организмом.

Витамин, синтезируемый исключительно микроорганизмами: бактериями, актиномицетами. Из животных тканей наиболее богаты витамином B₁₂ печень и почки, где он накапливается.

В пищевой промышленности многих стран витамин добавляют в такие продукты как сухие завтраки, шоколадные батончики, энергетические напитки.

Содержание в продуктах [2] :

Веганам надо особенно относиться к достаточности потребления этого витамина, так как ввиду отсутствия его в растительной пище им необходимо употреблять витаминные добавки или обогащённые витамином продукты [3] .

Абсорбция и распределение

Всасывание B₁₂ в организме происходит двумя путями — с использованием внутреннего фактора Кастла может всасываться из кишечника 1—2 мкг в течение нескольких часов, второй путь — путём диффузии, при этом поглощается примерно 1 % не использованного по первому пути B₁₂.

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, необходимый для всасывания B₁₂ в кишечнике. R-протеин (другие названия — гаптокоррин и кобалофилин) — связывающий B₁₂ белок слюны, но действовать он начинает в желудке после того, как желудочный сок высвободит B₁₂ из белкового комплекса, тогда этот протеин связывается с ним для того, чтобы сам B₁₂ также не был разрушен желудочным соком. Затем B₁₂ соединяется с внутренним фактором Кастла — ещё одним связывающим белком, который синтезируется париетальными клетками желудка, его выработка стимулируется гистамином, гастрином, пентагастрином и непосредственно пищей. В двенадцатиперстной кишке протеазы высвобождают B₁₂ из комплекса с R-пептидом, затем B₁₂ связывается с внутренним фактором, и только в таком связанном с внутренним фактором виде он распознается рецепторами поглощающих энтероцитов подвздошной кишки. Внутренний фактор защищает B₁₂ от поедания кишечными бактериями.

Поражение любого звена этой цепи может приводить к нарушению всасывания и дефициту B₁₂. При злокачественной анемии существует недостаток внутреннего фактора из-за аутоимунного атрофического гастрита, при котором организм вырабатывает антитела против париетальных клеток. У пожилых из-за снижения кислотности желудочного сока, снижения функции обкладочных клеток высок риск развития дефицита B₁₂. При этом до 100 % B₁₂, поступившего с пищей, выводится с калом, тогда как в норме этот процент не более 60 %.

После того, как комплекс B₁₂/внутренний фактор распознан специальными рецепторами энтероцитов подвздошной кишки, он поступает в портальный кровоток. Здесь он соединяется с транскобаламином II, обслуживающим транспорт по плазме. Наследственные дефекты выработки транскобаламина, а также рецепторов к нему могут также быть причиной дефицита B₁₂, таких как мегалобластная анемия — и в некоторых случаях при этом в крови может определяться нормальный уровень B₁₂. Далее из плазмы комплекс транскобаламин II/B₁₂ захватывается рецепторами клеток, поступает внутрь клетки и тут наконец B₁₂ высвобождается, а транскобаламин идёт в лизосомы.

Верхний предел поглощения B₁₂ в нормальных условиях составляет 1,5 мкг при поступлении с пищей 5—50 мкг.

Общее количество B₁₂, содержащегося в теле человека, равно 2—5 мг у взрослых. Около 50 % хранится в печени. Примерно 0,1 % в день от этого количества теряется через выделение в кишечнике, в основном с желчью, и большая часть (но не всё) реабсорбируется.

При поступлении B₁₂ выше связывающей способности избыток выводится с мочой.

Благодаря чрезвычайно эффективной энтерогепатической циркуляции печень может хранить запас B₁₂ на 3—5 лет. Поэтому недостаток этого витамина встречается редко. Скорость изменения уровня B₁₂ зависит от того, сколько B₁₂ поступает из рациона, сколько секретируется (выводится) и сколько поглощается. У детей раннего возраста дефицит B₁₂ может проявиться гораздо быстрее.

Псевдовитамин B₁₂

Под термином «псевдовитамин B₁₂» подразумевают похожие на этот витамин вещества, обнаруженные в некоторых живых организмах, например, в цианобактериях (ранее известны как сине-зелёные водоросли) рода Спирулина. Важно отметить, что подобные витаминоподобные вещества не обладают витаминной активностью для организма человека [4] [5] . Более того, эти вещества могут представлять определённую опасность для вегетарианцев, пытающихся с их помощью восполнить дефицит витамина, так как показано в опытах in vitro, что они блокируют метаболизм клеток молочной железы человека [5] . 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.

Источник