Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 9 февраля 2023 года; проверки требуют 10 правок.
Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 9 февраля 2023 года; проверки требуют 10 правок.
Витамин B12
Запрос «B12» перенаправляется сюда; см. также другие значения.
Витами́нами B12 называют группу биологически активных веществ, называемых кобаламинами и относящиеся к корриноидам, содержащим в структуре атом кобальта (III) и являющиеся хелатными соединениями[1][2].
В научной литературе под витамином B12 обычно подразумевают цианокобаламин, который свободно преобразуется в одну из коферментных форм в человеческом организме[3]. 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[4]. Витамин B12 также называется внешним фактором Касла[5].
В природе продуцентами этого витамина являются бактерии и археи, в растениях не синтезируется[6].
Впервые влияние на развитие анемии недостатка какого-то вещества 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[7].
собственно цианокобаламин (Со-α-[α-(5,6-диметил-бензимидазолил)]-(Со-β-циано)кобамид; CN-Cbl; С63H89O14N14PCo) в котором с кобальтом связывается CN–-группа, наиболее устойчивое соединение, синтезируемое или образующееся при искусственном выделении из живых организмов, в естественных условиях не встречается;
гидроксокобаламин (или оксикобаламин, или витамин B12a: Со-α-[α-(5,6-диметил-бензимидазолил)]-(Со-β-гидроксо)кобамид; OH-Cbl; С62H90O15N13PCo) в котором CN– заменена на OH–-группу, природная активная форма витамина B12 присутствующая в организмах животных, обратимо превращается в кислой среде в аквакобаламин[10];
аквакобаламин (или витамин B12b: Со-α-[α-(5,6-диметил-бензимидазолил)]-(Со-β-аква)кобамид; aq-Cbl; С62H91O15N13PCo) продуцируется микроорганизмами, обратимо превращается в щелочной среде в гидроксокобаламин;
нитрокобаламин (или витамин B12c) в котором CN– заменена на ONO–-группу;
В природе обнаружены либо искусственно синтезированы кобаламины и с другими лигандами: сульфатокобаламин (SO3-), хлорокобаламин (Cl-), бромокобаламин (Br-), тиоцианатокобаламин (SHC-), дицианокобаламин [(RCo—CN)CN]-. Возможно образование гексаперхлората цианокобаламина. Витамин B12с образуется из витамина B12b под воздействием азотистой кислоты, также синтезируется Streptomyces 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 состоянии витамин B12t c двухвалентным атомом кобальта, при двухэлектронном восстановлении получается витамин B12s устойчивый в водных растворах и под воздействием кислорода воздуха превращающегося в витамин B12a/B12b в зависимости от pH раствора. Для получения меченых радиоизотопных молекул цианокобаламина либо добавляют радиоактивный изотоп 60Co при культивировании микроорганизмов, либо к оксикобаламину добавляют синильную кислоту с изотопом 14С[2].
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 ионкобальта, образующий четыре координационные связи с атомами азота. Ещё одна координационная связь соединяет кобальт с диметилбензимидазольнымнуклеотидом. 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 связьуглерод-кобальт в структуре цианокобаламина — единственный известный в живой природе пример ковалентной связи переходный металл-углерод.
До освоения синтеза витамина B12 он мог добываться экстракцией из печени животных. Сначала печень, а затем её экстракт использовались в лечении пернициозной анемии[13].
Полный химический синтез цианокобаламина впервые был осуществлён в 1972 году в результате многолетней совместной работы двух исследовательских групп (одна из которых, руководимая Робертом Вудвордом, работала в Гарварде, а другая, возглавляемая Альбертом Эшенмозером, в Швейцарском федеральном технологическом институте в Цюрихе). Первые работы над синтезом витамина В12 были 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 В12 была обусловлена, в частности, наличием в корриновом кольце 9 хиральных (оптически активных) атомов углерода. 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[14][15]. Успешный полный синтез соединения столь сложной структуры явился выдающимся достижением синтетической органической химии и 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 их штаммы-мутанты, такие как[9][16]:
для кормовых концентратов витамина B12 — Methanococcushalophilus (с выходом продукта 16-42 мг/л, в питательные среды также добавляются пивные или кормовые дрожжи в качестве источника некоторых питательных веществ и создания благоприятной культуральной среды для метанобразующих бактерий, а также для обогащения кормов витаминами B2, B6, PP). Используется метод ферментации. При производстве так же образуются сопутствующие балластные продукты как фактор А, фактор B (предшественник витамина — кобинамид), фактор III (5-оксибензилиндазол), псевдовитамин B12 и ряд подобных.
Промышленное производство витамина B12 с помощью пропионовокислых бактерий включает следующие технологические стадии[17]:
в течение года в железобетонных ферментерах происходит непрерывное сбраживание барды комплексом бактерий;
полученная метановая бражка сгущается;
сгущенная масса сушится на распылительной сушилке.
Из-за того, что витамин B12 неустойчив при тепловой обработке, особенно в щелочной среде, в метановую бражку перед выпариванием добавляют хлор до оптимального значения pH 5,0—5,3, что делает среду кислой, также добавляется сульфит натрия до оптимального содержания 0,07—0,1%[17].
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 B12 в кишечнике[18]. 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[19]. 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[20].
Закись азота нарушает метаболизм витамина B12, поэтому при использовании закиси азота для анестезии (например, при стоматологических операциях) и пограничном уровне витамина B12 развивается полинейропатия, вызванная дефицитом B12[21][22]. Также в зоне риска находятся люди, постоянно работающие с закисью азота, в случае плохого уровня проветривания помещений[22]. Подобный дефицит требует терапии фолатами и B12.
Ковалентная связь C—Co кофермента B12 участвует в двух типах ферментативных реакций:
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.
Реакции переноса метильной группы (—CH3) между двумя молекулами.
В организме человека есть только два фермента с коферментом B12[19]:
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.
Инъекционный препарат витамина В12 набранный в шприц из ампулы
Недостаток в организме витамина В12 вследствие снижения его поступления в первую очередь из-за пониженной секреции внутреннего 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 отсутствия транскобаламина II приводит к развитию B12-дефицитной анемии[23].
Цианокоболамин для лечебных целей выпускается промышленностью в виде растворов для парентерального введения, для целей профилактики его дефицита включается в состав ряда поливитаминных препаратов.
Оксикобаламин, кроме тех же показаний как и цианокобаламин[24], так же применяется в качестве антидота при отравлениях цианидами и при передозировке натрия 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 1 час. Период полувыведения — 500 дней. Из печени выводится с желчью в кишечник и снова всасывается в кровь[25].
Обычно дефицит витамина B12 лечат внутримышечными инъекциями препарата цианокобаламина. В последнее время была доказана достаточная эффективность пероральной компенсации дефицита пищевыми добавками в достаточной дозе. Суточный расход витамина B12 организмом человека оценивается примерно в 2—5 мкг[28].
Поскольку не существует золотого стандарта теста на дефицит витамина В12, для подтверждения предполагаемого диагноза проводится несколько различных лабораторных исследований.
Сывороточное значение витамина B12 является довольно неподходящим, поскольку оно изменяется поздно, а также относительно нечувствительным и неспецифичным[29].
Метилмалоновая кислота в 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 определяют гомоцистеин[29]. Однако повышенный уровень метилмалоновой кислоты может также указывать на часто упускаемое из виду метаболическое расстройство - комбинированную малоновую и метилмалоновую ацидурию (КМАММА) [30][31].
Самым ранним маркером дефицита витамина В12 является низкий уровень холотранскобаламина, который представляет собой комплекс витамина В12 и его транспортного белка[29].
Витамин B12 не 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 в нижнем отделе тонкой кишки. Несмотря на то, что он вырабатывается бактериями в толстой кишке, следующей за тонкой, толстая кишка не способна его всасывать, а в тонкой бактерии практически отсутствуют[33]. Мало того, витамин B12 бактериями также поглощается, поэтому при заболеваниях, из-за которых в тонкой кишке резко 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[34]. Непоглощённые бактериями остатки витамина B12 выводятся вместе с калом[35].
Многие травоядные животные также не могут синтезировать, и в их кишечнике не всасывается вырабатываемый обитающими там бактериями витамин B12. Однако жвачные животные, включая крупных рогатый скот, имеют специальный отдел желудка — рубец, заселённый производящими витамин B12 симбиотическими бактериями, что позволяет всасывать его в тонкой кишке[33]. После всасывания в кишечнике витамин попадает в кровь, а затем накапливается в печени и мышцах животного или попадает в молоко дойного скота[36]. Другие травоядные животные, — кролики, мыши, крысы и некоторые виды приматов для получения витамина используют копрофагию[33]. 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[36].
В водоёмах витамин B12 производится бактериями и археями, поглощается фитопланктоном и попадает в зоопланктон. В конечном итоге, по пищевой цепи, витамин переносится в тела хищных рыб и его концентрация в мясе крупных рыб оказывается выше, чем в мясе мелких. Большое количество витамина B12 накапливается в печени и почках тунца и лосося[37]. При этом потери витамина в филе рыбы при различных видах кулинарного приготовления оказываются достаточно небольшими — от 2,3 %до 14, 8 %[38].
Хорошими источниками витамина B12 для человека являются говяжья, свиная и куриная печень, мясо и молоко жвачных животных, рыба, а также ферментированные молочные продукты, такие как сыр и йогурт[36]. Тем не менее при кулинарном приготовлении мяса (за исключением вакуумной обработки) значительное количество витамина разрушается[39]. Потребление же яиц практически не увеличивает содержание витамина B12 в крови[36] (из яиц усваивается менее 9 % витамина)[40]. В целом у здоровых людей из пищи усваивается лишь примерно половина содержащегося в ней витамина[41], при этом с увеличением потребления витамина B12 при приёме пищи его усвояемость уменьшается[40].
Большинству растений витамин B12 для нормальной жизнедеятельности не требуется, и они его не синтезируют[42]. Фрукты, овощи и зерновые культуры практически не содержат витамина B12[32]. Лишь небольшое количество, менее 0,1 мкг на 100 г, обнаружили в некоторых растениях: его содержат брокколи, спаржа, Белокопытник японский и пророщенный маш, что может объясняться способностью растений всасывать витамин из некоторых органических удобрений[43]. Так, исследования показали, что удобрение почвы коровьим навозом увеличивает содержание B12 в листьях шпината примерно на 0,14 мкг на 100 г[44]. Некоторое количество витамина присутствует в таких ферментированных продуктах, как темпе и натто, однако в самих соевых бобах, из которых эти продукты изготовлены, его обнаружить не удаётся[45]. Небольшое количество B12 может также накапливаться в растениях в результате взаимодействия с бактериями[41].
Витамин B12 обнаруживался и в плодовых телахвысших грибов, не способных его синтезировать, что тоже может объясняться взаимодействием с бактериями[42]. Обычно в съедобных грибах содержится незначительное количество витамина B12 (менее 0,1 мкг на 100 г у сушёных грибов), однако некоторые грибы являются исключением. Так, в высушенных вороночнике рожковидном и лисичке обыкновенной содержание B12 варьируется от 1,09 до 2,65 мкг на 100 г, а в высушенном шиитаке содержится примерно 5,6 мкг на 100 г. При этом считается, что, несмотря на значительное содержание, в шиитаке витамин также попадает извне, предположительно, в результате взаимодействия с синтезирующими B12 бактериями[46].
В пищевой промышленности витамином B12 иногда обогащают такие продукты, как сухие завтраки[47], пищевые дрожжи, соевое молоко и вегетарианские заменители мяса[48].
Для веганов существуют рекомендации наладить регулярный прием препаратов кобаламина, либо употреблять пищу, обогащённую B12, так как растительная пища или не содержит в себе этот витамин, или содержит в слишком малых количествах, а организм человека синтезировать его не может. Дефицит B12 у веганов ведёт к риску развития заболеваний сердца и осложнений при беременности[49].
Норма потребления, установленная в США, соответствует 2,4 мкг в день для взрослого человека[50], а верхний предел пока не установлен[32]. Однако расход организма соответствует 2—5 мкг в день, что может превышать установленную суточную норму потребления. Одно из исследований показало, что потребление 6 мкг в день является достаточным для поддержания нормального уровня B12 в плазме крови[50].
В выводах сделанных по результатам статистического анализа под руководством Theodore M. Brasky значится, что ежедневное употребление B12 как отдельного витамина в течение 10 лет в повышенных дозах >55 мкг в день увеличивает риск развития рака лёгких у мужчин на 30—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 витаминов B6 и B9[52].
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. Такие витаминоподобные вещества не обладают витаминной активностью для организма человека[53][54]. 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[54]. 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 B12 синтезируются бактериями в анаэробных условиях в кишечнике некоторых животных, в частности жвачных, в канализационном шламе. Не являются витаминами для животных, но являются факторами роста для некоторых бактерий, как и сами витамины B12. Структурно соответствуют цианокобаламину, но вместо 5,6-диметилбензимидазолнуклеозида содержат другие основания. К ним относятся[2]:
«псевдовитамин B12» (или псевдовитамин B12b, циан-β-кобаламин, циан-γ-кобаламин) — 7α-аденилкобамид цианид;
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 применяться электрофоретическое разделение.
↑ 12Волкова С. А., Боровков Н. Н. Основы клинической гематологии // Н. Новгород: Издательство Нижегородской государственной медицинской академии, 2013. — 400 с. (С. 36-38). ISBN 978-5-7032-0882-3.
↑ 123Березовский В. М. Химия витаминов. / Изд. 2-е перераб. и доп. // М.: Пищевая промышленность, 1973 — 632 с., илл. (Стр.577-620). УДК 577.16.
↑Herbert V. Vitamin B-12: plant sources, requirements, and assay (фр.) // The American Journal of Clinical Nutrition : magazine. — 1988. — Vol. 48, no 3Suppl. — P. 852—858. — PMID 3046314.
↑ 123Под ред. Столяровой В. А. Новый справочник химика и технолога. Часть 2: Сырьё и продукты промышленности органических и неорганических веществ // СПб.: АНО НПО «Профессионал», 2005, 2007 — 1142 с. (С. 1014-1019). ISBN 5-98371-028-1
↑Докучаева Е. А.Витамины // Общая биохимия / под ред. С. Б. Бокутя. — Минск: ИВЦ Минфина, 2017. — 52 с. — ISBN 978-985-7142-97-2.
↑Polina N. Kucherenko, Denis S. Salnikov, Thu Thuy Bui, Sergei V. Makarov. Interaction of Aquacobalamin and Diaquacobinamide with Cyanamide / Ivanovo State University of Chemistry and Technology // Статья в журнале Macroheterocycles, 2013, № 6 (3). ISSN 1998-9539. С. 262-267, DOI: 10.6060/mhc120952m.
↑Под ред. Грачёвой И. М. Теоретические основы биотехнологии. Биохимические основы синтеза биологический активных веществ // М.: Элевар, 2003 — 554 с., илл. (С. 292-293). ISBN 5-89311-004-8.
↑ 12Филимонова В. В., Тарабрин В. В.Производство витамина B12 (рус.) // Молодой учёный : международный научный журнал / под ред. И. Г. Ахметова. — 2017. — 30 апреля (№ 17 (151)). — С. 9. — ISSN2072-0297. Архивировано 3 февраля 2021 года.
↑NIH Intramural Sequencing Center Group, Jennifer L Sloan, Jennifer J Johnston, Irini Manoli, Randy J Chandler, Caitlin Krause, Nuria Carrillo-Carrasco, Suma D Chandrasekaran, Justin R Sysol, Kevin O'Brien, Natalie S Hauser, Julie C Sapp, Heidi M Dorward, Marjan Huizing, Bruce A Barshop, Susan A Berry, Philip M James, Neena L Champaigne, Pascale de Lonlay, Vassilli Valayannopoulos, Michael D Geschwind, Dimitar K Gavrilov, William L Nyhan, Leslie G Biesecker, Charles P Venditti.Exome sequencing identifies ACSF3 as a cause of combined malonic and methylmalonic aciduria (англ.) // Nature Genetics. — 2011-09. — Vol. 43, iss. 9. — P. 883–886. — ISSN1546-1718 1061-4036, 1546-1718. — doi:10.1038/ng.908.
↑Monique G. M. de Sain-van der Velden, Maria van der Ham, Judith J. Jans, Gepke Visser, Hubertus C. M. T. Prinsen, Nanda M. Verhoeven-Duif, Koen L. I. van Gassen, Peter M. van Hasselt.A New Approach for Fast Metabolic Diagnostics in CMAMMA // JIMD Reports, Volume 30 / Eva Morava, Matthias Baumgartner, Marc Patterson, Shamima Rahman, Johannes Zschocke, Verena Peters. — Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg, 2016. — Т. 30. — С. 15–22. — ISBN 978-3-662-53680-3, 978-3-662-53681-0. — doi:10.1007/8904_2016_531.
↑Watanabe, 2007, Vitamin B12 in Plant Food : Vitamin B12–Fortified Cereals, p. 1270.
↑Healthdirect Australia.Foods high in vitamin B12(англ.). www.healthdirect.gov.au (30 сентября 2019). Дата обращения: 12 октября 2019. Архивировано 12 октября 2019 года.