Витамин B₁₂

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.

Молекулярную химическую структуру цианокобаламина установила Дороти Кроуфут-Ходжкин в 1956 году по данным рентгеноструктурного анализа[6].

Пространственная структура цианокобаламина, отмечены: зелёным кобальт, оранжевым фосфор, синим азот, серым углерод, розовым углерод образующий корриновое кольцо, красным кислород

К кобаламинам относятся[1][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 B_12a: 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[8];
• аквакобаламин (или витамин B_12b: Со-α-[α-(5,6-диметил-бензимидазолил)]-(Со-β-аква)кобамид; aq-Cbl; С₆₂H₉₁O₁₅N₁₃PCo) продуцируется микроорганизмами, обратимо превращается в щелочной среде в гидроксокобаламин;
• нитрокоболамин (или витамин B_12c) в котором CN^– заменена на ONO^–-группу;
• коферментные формы витамина B₁₂: метилкобаламин и кобамамид;
• диаквакобинамид[9].

В природе обнаружены либо искусственно синтезированы кобаламины и с другими лигандами: сульфатокобаламин (SO₃-), хлорокоболамин (Cl-), бромокоболамин (Br-), тиоцианатокобаламин (SHC-), дицианокобаламин [(RCo—CN)CN]-. Возможно образование гексаперхлората цианокобаламина. Витамин B_12с образуется из витамина B_12b 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 B_12t c двухвалентным атомом кобальта, при двухэлектронном восстановлении получается витамин B_12s устойчивый в водных растворах и под воздействием кислорода воздуха превращающегося в витамин B_12a/B_12b 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 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.

Кристаллы метилкобаламина и его водный раствор

До освоения синтеза витамина B12 он мог добываться экстракцией из печени животных. Сначала печень, а затем её экстракт использовались в лечении пернициозной анемии[10].

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 аутоиммунного 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.

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[15][16]. Также в зоне риска находятся люди, постоянно работающие с закисью азота, в случае плохого уровня проветривания помещений[16]. Подобный дефицит требует терапии фолатами и B₁₂.

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[17].

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[18], 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.

В России витамин В₁₂, как и другие витамины группы В, назначают при любом неврологическом состоянии вне зависимости от его этиологии, что противоречит современным научным данным. В частности, лечение витаминами инсульта, деменции и боли в спине не имеет научных оснований[19].

Обогащение кормов (включение в рацион) сельскохозяйственных животных витамином B₁₂ способствует увеличению их продуктивности до 15 %[7].

Витамин B₁₂ не синтезируется в организме человека и поступает в организм вместе с пищей животного происхождения. 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[24]. 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[25]. Непоглощённые бактериями остатки витамина B₁₂ выводятся вместе с калом[26].

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[24]. После всасывания в кишечнике витамин попадает в кровь, а затем накапливается в печени и мышцах животного или попадает в молоко дойного скота[27]. Другие травоядные животные, — кролики, мыши, крысы и некоторые виды приматов для получения витамина используют копрофагию[24]. Свиньи и курицы всеядны, поэтому витамин поступает к ним вместе с животной пищей, однако его содержание в сыром мясе этих животных ниже, чем в мясе жвачных животных[27].

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[28]. При этом потери витамина в филе рыбы при различных видах кулинарного приготовления оказываются достаточно небольшими — от 2,3 % до 14, 8 %[29].

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[27]. Тем не менее при кулинарном приготовлении мяса (за исключением вакуумной обработки) значительное количество витамина разрушается[30]. Потребление же яиц практически не увеличивает содержание витамина B₁₂ в крови[27] (из яиц усваивается менее 9 % витамина)[31]. В целом у здоровых людей из пищи усваивается лишь примерно половина содержащегося в ней витамина[32], при этом с увеличением потребления витамина B₁₂ при приёме пищи его усвояемость уменьшается[31].

Большинству растений витамин B₁₂ для нормальной жизнедеятельности не требуется, и они его не синтезируют[33]. Фрукты, овощи и зерновые культуры практически не содержат витамина B₁₂[23]. 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[34]. Так, исследования показали, что удобрение почвы коровьим навозом увеличивает содержание B₁₂ в листьях шпината примерно на 0,14 мкг на 100 г[35]. 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[36]. Небольшое количество B₁₂ может также накапливаться в растениях в результате взаимодействия с бактериями[32].

Витамин B₁₂ обнаруживался и в плодовых телах высших грибов, не способных его синтезировать, что тоже может объясняться взаимодействием с бактериями[33]. 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[37].

В пищевой промышленности витамином B₁₂ иногда обогащают такие продукты, как сухие завтраки[38], пищевые дрожжи, соевое молоко и вегетарианские заменители мяса[39].

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[40].

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[44][45]. 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[45]. 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 B_12b, циан-β-кобаламин, циан-γ-кобаламин) — 7α-аденилкобамид цианид;
• «B₁₂-фактор» — 7α-(2-метилмеркаптоаденил)кобамид цианид;
• «Фактор III» — α-(5-оксибензимидазолил)кобамид цианид;
• «Фактор A» (или псевдовитамин B_12d, псевдовитамин B_12f, псевдовитамин B_12m, циан-ω-кобаламин) — 7α-(2-метиладенил)кобамид цианид;
• «Фактор С» — 9β-гуанозил-5пирофосфокобинамид дицианид;
• «Фактор G» — 7α-гипоксантилкобамид цианид;
• «Фактор H» — 7α-(2-метилгипоксантил)кобамид цианид;
• α-бензимидазолилкобамид цианид;
• α-(5-метилбензимидазолил)кобамид цианид;
• 7α-гуанозилкобамид 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.

• Кобамамид
• Витамины группы B
• CLYBL
• Гомоцистеин

• Fumio Watanabe, Tomohiro Bito. Vitamin B12 sources and microbial interaction : [англ.] // Experimental Biology and Medicine (Maywood, N.J.). — 2018. — Vol. 243, no. 2 (January). — P. 148–158. — ISSN 1535-3699. — doi:10.1177/1535370217746612. — PMID 29216732. — PMC 5788147.
• Fumio Watanabe. Vitamin B12 sources and bioavailability : [англ.] // Experimental Biology and Medicine (Maywood, N.J.). — 2007. — Vol. 232, no. 10 (November). — P. 1266–1274. — ISSN 1535-3702. — doi:10.3181/0703-MR-67. — PMID 17959839.
• Carol A. Rowley, Melissa M. Kendall. To B12 or not to B12: Five questions on the role of cobalamin in host-microbial interactions (англ.) // PLoS pathogens. — 2019. — January (vol. 15). — ISSN 1553-7374. — doi:10.1371/journal.ppat.1007479. — PMID 30605490.
• ГОСТ Р 57201-2016 «Витамин В₁₂ кормовой. Технические условия». // М.: Стандартинформ, 2016 г.