Витамин В12
Предварительный просмотр:
Подписи к слайдам:
Витаминами B12 называют группу биологически активных веществ, называемых кобаламинами и относящиеся к корриноидам , содержащим в структуре атом кобальта (III) и являющиеся хелатными соединениями.
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 B12 также называется внешним фактором Касла . В природе продуцентами этого витамина являются бактерии и археи, в растениях не синтезируется.
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.
К кобаламинам относятся: 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 ; 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 ; нитрокоболамин (или витамин B12c) в котором CN– заменена на ONO–-группу; коферментные формы витамина B12: метилкобаламин и кобамамид ; диаквакобинамид .
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 B12с образуется из витамина B12b под воздействием азотистой кислоты, также синтезируется Streptomyces griseus [ en ]. 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
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.
До освоения синтеза витамина B12 он мог добываться экстракцией из печени животных. Сначала печень, а затем её экстракт использовались в лечении пернициозной анемии.
Полный химический синтез цианокобаламина (англ.)рус. 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. 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: для медицинских препаратов — Propionibacterium [ en ] shermanii (штамм М-82 с выходом продукта до 58 мг/л), Propionibacterium freudenreichii [ en ], Pseudomonas denitrificans [ en ] (штамм MB 2436 с выходом продукта до 59 мг/л). Используется глубинное культивирование; для кормовых концентратов витамина B12 — Methanococcus [ en ] halophilus (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: 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%
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 реакциипереноса атомов, при которых атом водорода переносится непосредственно с одной группы на другую, при этом замещение происходит по алкильной группе, спиртовому атому кислорода или аминогруппе, 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 переноса метильной группы (—CH3) между двумя молекулами, катализирует превращение аминокислоты гомоцистеина в аминокислоту метионин.
При недостатке витамина В12 развиваются некоторые неврологические состояния и заболевания, например, анемия, подострая комбинированная дегенерация спинного мозга, полинейропатия . 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.
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. 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. Непоглощённые бактериями остатки витамина B12 выводятся вместе с калом
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
Норма потребления, установленная в США, соответствует 2,4 мкг в день для взрослого человека, а верхний предел пока не установлен. 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
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
Благодарю за внимание.