Витамин Б12. Биологическая роль

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВИТАМИНА B12

Витаминами B12 называют группу кобальтсодержащих биологически активных веществ, называемых кобаламинами, относящихся к т.н. корриноидам, древним природным биокатализаторам. К ним относят собственно цианокобаламин, гидроксикобаламин и две коферментные формы витамина B12: метилкобаламин и 5-дезоксиаденозилкобаламин. 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. Цианокобаламин — лишь один из них. Следовательно, цианокобаламин всегда витамин B12, но не всегда витамин B12 является цианокобаламином.

В12 — это комплекс из нескольких веществ, оказывающих сходное биологическое действие. Основным среди них является цианокобаламин — твёрдые кристаллы темно-красного цвета. Такая окраска обусловлена содержанием в каждой большой молекуле цианокобаламина атома кобальта. Именно этот атом и создаёт всю уникальность витамина В12. Ни один другой витамин в живой природе не содержит атомов металлов. Кроме того, только в молекуле данного витамина имеется особая химическая связь между атомами кобальта и углерода, не встречающаяся больше нигде в живой природе. Молекула цианокобаламина — самая большая среди молекул всех витаминов. В каждой молекуле витамина В12 имеется участок, в котором могут находиться разные атомы. В зависимости от типа этих атомов различают разные виды витамина В12 — уже известный нам цианокобаламин, а также гидроксикобаламин, метилкобаламин и дезоксиаденозинкобаламин. При этом все эти вещества в организме человека превращаются в активную форму витамина — аденозилкобаламин, или кобамамин. В дальнейшем всех их мы будем называть собирательными именами «витамин В12» или цианокобаламин.

Химическая формула цианокобаламина: C63H88CoN14O14P

ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ ВИТАМИНА В12

Витамин B12 (цианокобаламин) является одним из наиболее спорных членов семьи витаминов B-комплекса. Хотя полная химическая структура витамина В12 была выявлена только в 1960-х годах, уже исследования с участием этого витамина отмечены двумя Нобелевскими премиями. Первой Нобелевской премией в 1934 году было награждено открытие, которое заключалось в том, что продукты питания (в частности – печень, очень богатый источник витамина В12) могут быть использованы для лечения злокачественной анемии (неспособность крови переносить кислород). Второй премией, спустя тридцать лет, награждены химики за открытие точной химической структуры этого важного витамина.

 

СИНТЕЗ ВИТАМИНА В12

Витамин В12 является необычным в отношении своего происхождения. Практически все витамины могут быть извлечены из разнообразных растений или конкретных животных но, ни одно растение или животное не способно производить витамин B12. Исключительным источником этого витамина, по современным данным, являются крошечные микроорганизмы: бактерии, дрожжи, плесень и водоросли… Однако несмотря на то, что продуцируют В12 лишь немногие микроорганизмы, сам витамин требуется всему микробному сообществу благодаря своим уникальным свойствам. Подробнее об этом см. в статье: Витамин В12 – ключевое звено в регуляции метаболизма фолиевой кислоты, убихинона и метионина.

Пропионовокислые бактерии синтезируют большое количество витамина В12, который регулирует основные обменные процессы в организме, способствуют повышению иммунного статуса организма, улучшают общее самочувствие за счет активизации белкового, углеводного и жирового обмена, повышают устойчивость к инфекционным заболеваниям, улучшает качество крови, участвует в синтезе различных аминокислот, нуклеиновых кислот. Однако синтез витамина В12  собственной кишечной флорой человека незначителен.  При недостатке витамина В12 возникают желудочно-кишечные заболевания, дисбактериоз, анемия. Поэтому важную роль в профилактике и лечении этих заболеваний могут играть пробиотические продукты, содержащие пропионовокислые бактерии – продуценты витамина В12.

ПРИМ.: Следует особо отметить, что содержание витамина В12 в продуктах,ферментированных разработанными заквасками пропионовокислых бактерий в тысячи раз превышает его количество в продукции на традиционных заквасках, содержащих аналогичные культуры, но с добавлением молочнокислых бактерий. Среди современных способов обогащения кисломолочных продуктов витаминами, именно такой микробный сверхсинтез витамина В12 является самым оправданным, так как последние исследования врачей и микробиологов подтвердили, что наиболее эффективно использование витаминов в коферментной (связанной с белком микробной клетки) легкоусвояемой форме.

 

Молекулярная структура кобаламинов (витамина В12)

Витамин B12 – первое органометаллическое соединение, выделенное из биологической системы. Из неполимерных органических соединений имеет наиболее сложное строение, изображенное на рисунке. Молекула состоит из двух почти планарных циклических структур и линейного участка. Металл Со+3 связан с макроциклом, сильно напоминающим порфириновое ядро гема. Это тетрапиррольная структура, но имеющая ту особенность, что вместо метановых мостиков, связывающих 4 пиррольных кольца, кольца А и D непосредственно связаны. Вторая кольцевая структура – азотистое основание – 5,6-диметилбен-зимидазол (5,6 ДМБ}. 5,6 ДМБ соединен с первой кольцевой системой гетерогенной боковой цепью, состоящей из N-амино-2-пропанола (изопропанола), этерифицированного фосфатом 3-мононуклеотида, связанного с основанием 5,6 ДМБ Na-гликозидной связью.

Структура витамина В12 не только очень сложная, но содержит некоторые необычные части: 1) корриновая структура ранее не была известна в органической химии (до открытия витамина В12 в 1948 г. независимо Риксом и Смитом); 2) Na-гликозидная связь встречается в природе очень редко и обнаружена лишь в нескольких соединениях, содержащих рибозо-3-фосфат; 3) 5,6 ДМБ тоже принадлежит к уникальным соединениям и встречается в природе только в составе кобаламинов.

Атом кобальта имеет 6 координационных связей; 4 из них заняты пиррольными кольцами. Одна – N-3-5,6 ДМБ и последняя – верхним лигандом (У), природа которого может варьировать. В коммерческом витамине В12 (цианкобаламине) лиганд -CN-группа (артефакт процесса выделения).

In vivo чаще всего встречаются дезоксиаденозильная группа (Co-B12-I), метильная группа (метилкобаламии, СН3-B12-CoB-II) или оксогруппа (оксокобаламин). Кроме этих соединений, известных как кобаламины, есть другие корриноидные соединения с иным нуклеотид-аным основанием.

Нижний лиганд (х) -5,6 ДМБ может быть заменен на аденин {псевдовитамин В12), на гуанин (фактор С), 2-метиладенин (фактор А) и др. Они могут проявлять активность для некоторых микроорганизмов, но неактивны для людей. Из всех витамин В12-подобных соединений только Со-В12-I и Со-В12-II (СНз-В12) активны на клеточном уровне и как кофакторы вовлекаются в катализ двух типов реакций. Аденозил B12 используется в реакциях, в которых имеет место перестройка углерод-углеродных связей. Метил В12 вовлекается в реакциях переноса метильных групп, например в синтезе метионина из гомоцистеина.

Продуценты витамина B12.

В природе витамин В12 и родственные корриноидные соединения находят в клетках микроорганизмов, в тканях животных и некоторых высших растениях (горох, лотос, побеги бамбука, листья и стручки фасоли). Однако происхождение витамина В12 в высших растениях окончательно не установлено. Такие низшие эукариоты, как дрожжи и мицелиальные грибы, корриноиды, по-видимому, не образуют. Организм животных не способен к самостоятельному синтезу витамина. Среди прокариот способность к биосинтезу корриноидов широко распространена. Активно продуцируют витамин В12 представители рода Propionibacterium. Природные штаммы пропионовокислых бактерий образуют 1,0—8,5 мг/л корриноидов, но получен мутант P. shermanii M.- 82, с помощью которого получают до 58 мг/л витамина. В семействе Propionibacteriaceae есть и другие представители, способные к высокому накоплению витаминами В12 в клетках. Это, прежде всего, Eubacterium limosum (Batyribacterium retteerii). Как продуценты витамина практический интерес имеют многие представители актиномицетов и родственных микроорганизмов. Истинный витамин В12 в значительных количествах синтезирует Nocardia rugosa. Путем мутаций и отбора получен штамм N. rugosa, накапливающий до 18 мг/л витамина В12. Активные продуценты витамина обнаружены среди представителей рода Micromonospora: M. purpureae, M. echinospora, M. halophitica, M. fusca, M. chalceae.

Высокой кобаламинсинтезирующей активностью обладают метаногенные бактерии, например, Methanosarcina barkeri, M. vacuolata и отдельные штаммы галофильного вида Methanococcus halophilus. Последний организм синтезирует более 16 мг корриноидов на грамм биомассы. Столь высокого содержания корриноидов не отмечено ни у одного другого из изученных микроорганизмов. Причина высокого содержания корриноидов у метаногенных бактерий не установлена. Корриноиды синтезируют строго анаэробные бактерии из рода клостридий. У Clostridium tetanomorphum и Cl. Sticklandii аденозилкобаламин входит в состав ферментных систем, катализирующих специфические реакции изомеризации таких аминокислот, как глутаминовая, лизин и орнитин. В значительных количествах образуют витамин В12 ацетогенные клостридии Cl. thermoaceticum, Cl. formicoaceticum и Acetobacter woodi, синтезирующие ацетат из СО2. Известны активные продуценты витамина B12 у псевдомонад, среди которых лучше других изучен штамм Pseudomonas denitrificans MB-2436 – мутант, дающий на оптимизированной среде до 59 мг/л корриноидов. Корриноиды синтезируют Rhodopseudomonas, фототрофные пурпурные бактерии Rhodobacter sphericus , Rh. Capsulatus, Rhodospirillum rubrum, Chromatium vinosum и ряд других видов. Наряду с витамином В12 они образуют бескобальтовые корриноиды, роль которых для продуцентов не установлена. Значительные количества витамина В12 образует цианобактерия Anabaena cylindrica, одноклеточные зеленые водоросли Chlorella pyrenoidosae и красные водоросли Rhodosorus marinus. Продуценты витамина B12 культивируют в средах, приготовленных на основе пищевого сырья: соевой муки, рыбной муки, мясного и кукурузного экстракта. В последние годы выявлены микроорганизмы, образующие высокие качества корриноидов при утилизации непищевого сырья.

 

Получение и применение витамина В12

Мировая продукция витамина В12 составляет 9 – 11 тыс. кг в год; из них 6,5 тыс кг используют на медицинские цели, а остальное – для животноводства. Производство витамина В12 основано главным образом на культивировании пропионовокислых бактерий (Великобритании, Венгрии), мезофильных и термофильных меганогенных бактерий (Венгрия), а также актиномицетов и родственных форм (Италия).

В СНГ в качестве продуцента витамина В12 используют пропионовокислые бактерии P. shermanii. Для получения витамина B12 бактерии культивируют периодическим методом в анаэробных условиях в среде, содержащей кукурузный экстракт, глюкозу, соли кобальта и сульфат аммония. Образующиеся в процессе брожения кислоты нейтрализуют раствором щелочи, который непрерывно поступает в ферментер. Через 72 ч. в среду вносят предшественник – 5,6-ДМБ. Без искусственного введения 5,6-ДМБ бактерии синтезируют фактор В и псевдовитамин В12(азотистым основанием служит аденин), не имеющие клинического значения. Ферментацию заканчивают через 72 ч. Витамин B12 сохраняется в клетках бактерий. Поэтому после окончания брожения биомассу сепарируют и экстрагируют из нее витамин водой, подкисленной до рН 4,5 – 5,0 при 85 – 90°С в течение 60 мин. с добавлением в качестве стабилизатора 0,25 % NaNO2.

Водный раствор витамина В12 охлаждают, доводят рН до 6,8 – 7,0 50 %-ным раствором NaOH. К раствору добавляют Al2(SO4)3* 18Н2О и безводный FeCl3 для коагуляции белков и фильтруют через фильтр – пресс. Очистку раствора проводят на ионообменной смоле СГ-1,с которой кобаламины элюируют раствором аммиака. Далее проводят дополнительную очистку водного раствора витамина органическими растворителями, упаривание и очистку на колонке с А12О3, с окиси алюминия кобаламины элюируют водным ацетоном. К водно-ацетоновому раствору витамина добавляют ацетон и выдерживают 24 – 48 ч. при 3 – 4°С. Выпадающие кристаллы витамина отфильтровывают, промывают сухим ацетоном и серным эфиром и сушат в вакуум-эксикаторе над Р2О5. Для предотвращения разложения В12 все операции необходимо проводить в сильно затемненных помещениях или при красном свете. Таким образом можно получить не только смесь CN- и оксикобаламинов, но и коферментную форму, которая обладает высоким терапевтическим эффектом.

Промышленность выпускает различные формы лечебных препаратов кобаламинов: ампулы со стерильным раствором CN – B12, приготовленного на 0,9 % растворе NaCl, таблетки CN – В12 и в смеси с фолиевой кислотой, таблетки, (муковита), содержащие CN – B12 и мукопротеид. Лечебные препараты в ампулах: камполон, антианемин и гепавит содержат водный экстракт печени крупного рогатого скота. Перспективны исследования по мутагенезу пропионовокислых бактерий как один из способов повышения продуктивности штамма, а также проверки и внедрения в производственные условия других продуцентов, растущих на дешевом непищевом сырье.

Промышленное получение витамина В12 с помощью пропионовокислых бактерий позволяет полностью удовлетворить потребности медицины. Для обогащения кисломолочных продуктоввитамином В12 используют пропионовокислые бактерии как в чистом виде, так и в виде концентрата, приготовленного на молочной сыворотке. Для нужд животноводства витамин В12 получают, используя смешанную культуру, содержащую термофильные метанообразующие бактерии.

Установлено образование корриноидов не только в смешанной, но и в чистой культуре метанобразующих бактерий Methanosarcina barkeri, Methanobacterium formicumпри росте в присутствии Н2 и СО2. Содержание корриноидов у метанобразующих бактерий составляет 1,0 – 6,5 мг/г сухой биомассы. С помощью смешанной культуры метанобразующих бактерий разработан метод получения кормового препарата витамина В12 – КМБ12. Субстратом для метанового брожения служит ацетоно-бутиловая и спиртовая барда. Ацетоно-бутиловую барду получают в результате удаления растворителей из культуральной жидкости Clostridium acetobutylicum , сбраживающей паточно-мучные заторы. Для метанового брожения используют декантат барды, содержащий 2,0 – 2,5 % сухих веществ. К декантированной барде добавляют 4 г/м3 СоС1и 0,5 % метанола как стимуляторов синтеза кобаламинов. В качестве биостимуляторов вносят также карбамид и диаммонийфосфат, 5,6-ДМБ не вносят, поскольку CN= B12 и фактор III, обладающие биологической активностью, составляют до 80 % от суммы всех корриноидов.

Исходная барда имеет температуру около 100°С и практически стерильна. Перед поступлением в ферментеры барда охлаждается до 55 – 57°С. В качестве исходной культуры используют смешанную культуру метанообразующих бактерий, осуществляющих термофильное метановое брожение сточных вод. Получение концентрата витамина В12 включает следующие технологические стадии: непрерывное сбраживание барды комплексом бактерий, сгущение метановой бражки и сушку сгущенной массы на распылительной сушилке. Брожение проводят в железобетонных ферментерах непрерывным способом в течение года.

Важное условие нормального процесса брожения – контроль уровня жирных кислот и аммонийного азота. Витамин В12 неустойчив при тепловой обработке, особенно в щелочной среде. Поэтому перед выпариванием к метановой бражке добавляют НСl до оптимального значения рН 5,0 – 5,3 и сульфит (оптимальное содержание 0,07 – 0,1 %). Перед поступлением на установку выпаривания метановая бражка дегазируется путем нагревания до 90 – 95°С при атмосферном давлении. Бражку сгущают до 20% сухих веществ в четырехкорпусных выпарных аппаратах. Сгущенная метановая бражка высушивается на распылительной сушилке.

Сухой концентрат КМБ-12, помимо витамина В12 (100 мг/кг препарата), содержит ряд других ростстимулирующих веществ. Особенно хорошие результаты в животноводстве получают при сочетании витамина В12 с малыми дозами антибиотиков, в частности, с биомицином.

ВЛИЯНИЯ СОЛЕЙ ХЛОРИСТОГО КОБАЛЬТА НА БИОСИНТЕЗ ВИТАМИНА В12 БАКТЕРИЯМИ ВИДА PROPIONIBACTERIUM FREUDENREICHII

Физиология прокариот – одно из центральных направлений в микробиологии, формирующее целостное представление о жизнедеятельности организма. Изучение физиолого-биохимических свойств практически значимых микроорганизмов актуально в плане решения общечеловеческой задачи – улучшения качества жизни.

Пропионовокислые бактерии (ПКБ) интересны как организмы, неоднозначно относящиеся к молекулярному кислороду и образующие в норме большие количества корриноидов – соединений группы витамина В12. Так, пропионовокислые бактерии вида Propionibacterium freudenreichii практически значимы как пробиотики, как источники консервантов, а так же как продуценты биологически активных веществ и прежде всего витамина В12.

Изучение физиологии Propionibacterium freudenreichii в связи с её удивительной способностью к образованию корриноидов в больших количествах – ключ к пониманию новых особенностей биологии организма, его статуса в эволюции, расширению представления о биологическом разнообразии в мире прокариот и целенаправленному их использованию.

Прим.: Корриноиды — группа веществ, в основе которых лежит углеродный скелет коррина, который состоит из четырёх пиррольных колец. Коррин является родительской структурой корриноидов и ряда коферментов. К наиболее известным веществам этой группы относятся кобаламины (витамины B12).

 

Корриноиды (соединения группы витамина В12) – особые тетрапирролы древнего происхождения, отличающиеся химической и биохимической полифункциональностью. Являясь древними полифункциональными биокатализаторами они вовлечены в центральные метаболические процессы современных прокариот. Ионы металлов в этих соединениях находятся в комплексе с органическими лигандами, а в коферментах В12 атом кобальта связан с углеродом. Ко-В12 – единственное металлорганическое соединение, обнаруженное в живых организмах, которое является уникальным биокатализатором. К настоящему времени открыто и изучено более тридцати биохимических реакций, катализируемых корриноидсодержащими ферментами. Открытие новых функций корриноидов продолжается. Но, несмотря на обнаружение всё новых биохимических реакций, протекающих при участии корриноидов, актуален вопрос о физиологическом значении их высокого естественного уровня образования в клетках некоторых бактерий и архей.

Новый взгляд на роль кобальта и корриноидов в жизнедеятельности Propionibacterium freudenreichii неизбежно ускорил бы изучение этого явления у других прокариотических организмов. Однако известно, что в естественных питательных средах содержание кобальта минимально. Поэтому целью нашей работы являлось изучение влияния различных концентраций солей хлористого кобальта на биосинтез витамина В12 пропионовокислыми бактериями вида Propionibacterium freudenreichii.

На начальном этапе работы производилось изучение влияния различных концентраций кобальта на содержание кобаламина в биомассе ПКБ. Для исследования накопления биомассы и витамина В12, использовалась глюкозоминеральная среда с разным содержанием солей кобальта: 0,5 мкг/л, 1,0 мкг/л, 1,5 мкг/л. Контролем служила среда, не содержащая солей кобальта. При проведении экспериментальных исследований использовались общепринятые и современные методы анализов. Содержание витамина В12 определяли спектрофотометрическим методом; среднюю удельную скорость роста бактерий – по приросту биомассы. Результаты зависимости биосинтеза витамина В12 от дозы солей хлористого кобальта представлены на рисунке 1.

Рисунок 1– Влияние дозы солей кобальта на синтез витамина В12

 

Как видно из рисунка 1, максимальное накопление витамина В12 было достигнуто на третьи сутки культивирования бактерий при концентрации ионов кобальта в среде 1,5 мкг/л и составило – 381,5 мкг/л.

Так же было изучено влияние различных концентраций солей кобальта на накопление биомассы пропионовокислых бактерий. В ходе эксперимента определялась абсолютно сухая биомасса (АСБ) ПКБ. Результаты представлены на рисунке 2.

Рисунок 2 – Влияние дозы солей кобальта на накопление биомассы Propionibacterium freudenreichii

 

Из рисунка 2 видно, что во всех средах с внесением ионов кобальта наблюдалось наращивание биомассы бактерий, по сравнению с контролем. При дозе солей кобальта 1,5 мкг/л содержание сухой биомассы бактерий достигло 3,54 г/л.

В дальнейшей работе для наглядного сравнения влияния концентраций солей кобальта в среде на рост исследуемых бактерий были изучены средние удельные скорости роста культур. Результаты эксперимента приведены на рисунке 3.

Рисунок 3 – Влияние содержания различных концентраций солей кобальта на среднюю удельную скорость роста Propionibacterium freudenreichii

Как видно из рисунка 3 внесение в глюкозоминеральную среду солей хлористого кобальта в количестве 1,5 мкг/л позволяет повысить темпы наращивания биомассы Propionibacterium freudenreichii в 1,7 раза, по сравнению с безкобальтовой средой.

Таким образом, полученные результаты исследований свидетельствуют о том, что содержание корриноидов в клетках Propionibacterium freudenreichii напрямую зависит от концентрации ионов кобальта в среде. Так же установлено, что во всех опытах, наибольший выход витамина В12 и наибольшее накопление биомассы наблюдается на третьи сутки культивирования. В результате эксперимента была подобрана оптимальная доза солей хлористого кобальта в количестве 1,5 мкг/л, которая позволяет повысить темпы наращивания биомассы Propionibacterium freudenreichii в 1,7 раза по сравнению с контролем и увеличить содержание витамина В12 до 381,5 мкг/л.

 

ФАКТОРЫ КАСЛА

Как и большинство витаминов, В12 может существовать в различных формах и принимать различные наименования. Названия для витамина B12 содержат словоформу «кобальт», так как кобальт – минерал, найденный в центре витамина: кобринамид, кобинамид, кобамид, кобаламин, гидрокскобаламин, метилкобаламид, аквакобаламин, нитрокобаламин, и цианокобаламин.

 

 

 

ФАКТОРЫ КАСЛА И ВИТАМИН В12

Витамин В12 необычен тем, что он зависит от второго вещества, называемого «внутренним фактором Касла», который позволяет поступать витамину из желудочно-кишечного тракта в остальные части организма. Без внутреннего фактора, которым является уникальный белок (точнее, соединение, состоящее из белковой части и мукоидов – секрета, выделяемого клетками слизистой оболочки желудка), вырабатываемый в желудке, витамин В12 не может получить доступ к тем частям тела, где он необходим.

Факторы Касла (Прим.: Названы в честь американского физиолога и гематолога У.Б.Касла)  – это вещества, необходимые для поддержания нормального кроветворения. Витамин В12 (цианокобаламин) относится к внешним факторам Касла. Внутренний же фактор Касла связывает витамин В12 и способствует его адсорбции кишечной стенкой (всасывании эпителиальными клетками подвздошной кишки). Секреция внутреннего фактора Касла может снизиться (или даже полностью прекратиться) при поражении желудочно-кишечного тракта (например, при воспалительном процессе, при атрофическом гастрите, раке), при удалении части желудка или тонкой кишки и т. д. Выделение его усиливается под влиянием инсулина и уменьшается под влиянием алкоголя. При нарушении выделения внутреннего фактора нарушается связывание и всасывание витамина B12, что приводит к развитию B12-дефицитной мегалобластной, или пернициозной, анемии.

 

ФУНКЦИИ ВИТАМИНА В12

Витамин В12 участвует в переводе фолиевой кислоты в активную форму, в синтезе метионина, коэнзима А, антиоксиданта глутатиона, янтарной кислоты, миелина. Он контролирует синтез ДНК (следовательно, деление клеток), созревание эритроцитов, увеличивает уровень Т-супрессоров, что способствует ограничению аутоиммунных процессов.

Формирование эритроцитов.

 

 

 

Пожалуй, наиболее хорошо известной функцией B12 является его роль в развитии эритроцитов. Как было уже отмечено выше, витамин В12 относится к внешним факторам Касла, которые отвечают в организме за поддержание нормального кроветворения.

 

Когда красные кровяные клетки созревают, им требуется информация, содержащаяся в молекулах ДНК (ДНК или дезоксирибозы нуклеиновые кислоты, вещество в ядре нашей клетки, которое содержит генетическую информацию). Без витамина B12, синтез ДНК выходит из строя, и невозможно получить информацию, необходимую для образования красных кровяных телец. Клетки становятся плохих негабаритных форм, и начинают функционировать неэффективно, такое состояние называется злокачественной анемией. Чаще всего, злокачественная анемия вызвана не отсутствием B12, а уменьшением его поглощения из-за отсутствия внутреннего фактора.

 

Витамин В12 и нервная система

 

 

 

Второй большой задачей витамина В12 является его участие в развитии нервных волокон. Витамин В12 участвует в строительстве белковых и жировых структур защитного миелинового слоя. Миелиновая оболочка, которая покрывает нейроны, формируется менее успешно при дефиците витамина В12.

 

Хотя витамин играет косвенную роль в этом процессе, была отмечена эффективность в облегчении боли и других симптомов расстройств нервной системы при введении витамина В12 пищевыми добавками.

Одной из главных задач витамина B12 является участие в процессах  производства метионина – аминокислоты, которая влияет на умственную деятельность и формирование эмоционального фона человека. Витамин B12, фолиевая кислота и метионин (а также витамин С) образуют своего рода рабочую группу, которая специализируется, главным образом, на работе мозга и всей нервной системы. Эти вещества участвуют в выработке так называемых моноаминов — стимуляторов работы нервной системы, определяющих состояние нашей психики.

Также, витамин В12 и фолиевая кислота способствуют выработке холина (витамина В4), который существенно влияет на умственную деятельность и психику. В процессе обмена веществ из него в т.н. холинэргических волокнах вырабатывается нейротрансмиттер ацетилхолин – вещество, передающее нервные импульсы. Когда человеку необходимо сосре­доточится, накопленный холин преобразуется в ацетилхолин, который активизирует работу мозга.

Нехватка холина грозит самым настоящим распадом психики. Холестерин при дефиците холина окисляется, соединяется с белковыми отходами и закупоривает «проходы» в клеточных мембранах, поэтому в клетку не могут попадать необходимые вещества. Мозг пытается передавать сигналы, но проходные каналы закупориваются, и человек теряет способность ясно мыслить, «впадает в депрессию». При этом сон нарушается, а клетки мозга и нервные окончания начинают быстро отмирать: чем больше холестерина накапливается в крови, тем быстрее происходит этот процесс.  Поскольку при нехватке холина отмирают целые колонии холинергических нейронов, в конце концов, возникает опасность неизлечимой болезни Альцгеймера, которая сопровождается абсолютной потерей памяти и распадом личности. Современные нейрофизиологи придерживаются мнения, что значительная часть людей старше 40 лет в западных странах уже вплотную подошла к этой болезни.

 

Витамин В12 и костно-мышечная система

 

В самое последнее время получены данные, что витамин B12 имеет большое значение и для образования костей. Рост костей может происходить лишь в том случае, когда в остеобластах (клетках, из которых создаются кости) имеется достаточный запас витамина B12.

 

Это особенно важно для детей в период активного роста, а также для женщин в климактерическом периоде, у которых происходит гормонально обусловленная потеря костной массы — остеопороз.

Витамин В12 влияет на рост мышц, поскольку участвует в процессах белкового обмена и синтеза аминокислот. Он активизирует энергообмен в организме. Немаловажно и то, что он поддерживает жизнедеятельность нервных клеток спинного мозга, через которые происходит централизованное управление мускулатурой тела.

 

Витамин В12 и обмен веществ

 

 

Для циркуляции по телу белков, необходимых для роста и восстановления клеток, требуется витамин В12. Многие из ключевых компонентов белка, так называемые аминокислоты, становятся недоступными для использования в отсутствие В12. Витамин В12 оказывает влияние на движение углеводов и жиров в организме.

 

В сочетании с фолиевой кислотой (витамином В9) и пиридоксином (витамином В6) витамин В12 нормализует обмен метионина и холина, тем самым оказывает благоприятное воздействие на печень, предупреждая ее жировое перерождение. Это связано с тем, что холин и незаменимая аминокислота метионин относятся к очень сильными липотропным веществам. Липотропные вещества – это очень важные факторы, способствующие нормализации обмена липидов и холестерина в организме, стимулирующие мобилизацию жира из печени и его окисление, что ведёт к уменьшению степени выраженности жировой инфильтрации печени.

Также, по последним данным, дефицит витамина B12 приводит к нехватке карнитина, так называемого квазивитамина (витамина Вт или В11) – вещества, являющегося кофактором метаболических процессов, обеспечивающих поддержание активности КоА. Карнитин способствует проникновению через мембраны митохондрий и расщеплению длинноцепочных жирных кислот (пальмитиновой и др.) с образованием ацетил-КоА, мобилизует жир из жировых депо. Иными словами, карнитин участвует в транспортировке молекул жира из крови в митохондрии — «энергетические станции» клеток, где жир окисляется и дает энергию всему организму. Без карнитина содержание продуктов распада в крови повышается, так как жир остается непереработанным. Также, это вещество оказывает нейротрофическое действие, тормозит апоптоз (процесс программируемой клеточной гибели), ограничивает зону поражения и восстанавливает структуру нервной ткани, нормализует белковый и жировой обмен, в т.ч. повышенный основной обмен при тиреотоксикозе, восстанавливает щелочной резерв крови, способствует экономному расходованию гликогена и увеличению его запасов в печени и мышцах.

 

СУТОЧНЫЕ НОРМЫ ПОТРЕБЛЕНИЯ ВИТАМИНА В12

Физиологические потребности в витамине В12 согласно  Методическим рекомендациям МР 2.3.1.2432-08 о нормах физиологических потребностей в энергии и пищевых веществах для различных групп населения Российской Федерации:

  • Верхний допустимый уровень не установлен.
  • Физиологическая потребность для взрослых – 3 мкг/сутки

Таблица 1. Рекомендуемые минимальные суточные нормы потребления цианокобаламина (витамина В12) в зависимости от возраста (мкг):

 

ВозрастСуточная потребность в витамине B12, (мкг)
Грудные дети0 – 3 мес.0,3
4 – 6 мес.0,4
7 – 12 мес.0,5
Дети

от 1 года до 11 лет

1 — 30,7
3 — 71,5
7 — 112
Мужчины

(мальчики, юноши)

11 — 143
14 — 183
> 183
 Женщины

(девочки, девушки)

11 — 143
14 — 183
> 183
Беременные и кормящие3,5

ДЕФИЦИТ ВИТАМИНА В12

Симптомы потенциально связанные с дефицитом витамина В12: перхоть, снижение свертывания крови, онемение ног, снижение рефлексов, красный язык, трудности при глотании, язвы языка, усталость, покалывание в ногах, нарушение менструального цикла.

Признаки дефицита витамина В12 очень разные. Его недостаточное количество проявляется как сложный синдром, который включает в себя физические, неврологические и психические расстройства. Физические расстройства проявляются как слабость, быстрая утомляемость, нарушение памяти, головные боли, тахикардия, бледность кожных покровов, головокружение, перхоть, снижение свертывания крови, онемение ног, снижение рефлексов, красный язык, трудности при глотании, язвы языка, усталость, покалывание в ногах, нарушение менструального цикла. Они также включают проблемы с пищеварением: отсутствие ощущения вкуса, потеря аппетита и в конечном итоге потеря веса. Неврологические расстройства часто появляются в первую очередь. К ним относятся:

  • парестезия пальцев;
  • постоянная слабость;
  • нарушения чувствительности;
  • мышечная слабость и понижение мышечного тонуса;
  • атрофия зрительного нерва (ослабление зрение, что может закончиться слепотой);
  • пирамидальный синдром.

 

Психическими расстройствами являются когнитивные нарушения, слабоумие, нарушения поведения, апатия, раздражительность, спутанность сознания, или депрессия. Дефицит витамина В12 выявляется более часто у людей, подверженных депрессиям, нежели у «нормальных» (т. е. не склонных к депрессиям). Хотя дефицит B12 не единственная причина возникновения перечисленных симптомов, недостаток B12 нужно рассматривать как возможный основной фактор всякий раз, когда любой из упомянутых симптомов присутствует.

 

 

ФАКТОРЫ, СПОСОБСТВУЮЩИЕ ДЕФИЦИТУ ЦИАНОКОБАЛАМИНА

Проблемы с желудком. Как было уже указано, нарушения в работе желудка могут способствовать недостатку витамина В12. Это может произойти по двум причинам:

 

Во-первых, заболевания желудка могут вызвать нарушение функционирования клеток желудка. Клетки могут прекратить производство веществ, необходимых для поглощения B12 называемых «внутренним фактором Касла» Без внутреннего фактора витамин В12 не может всасываться из желудочно-кишечного тракта в клетки организма.

 

Во-вторых, недостаточная секреция желудочного сока. Отсутствие желудочного сока (состояние, которое называется гипохлоргидрия) снижает поглощение витамина В12, так как большинство B12 в продуктах питания крепится к белкам пищи, и желудочные кислоты необходимы для отделения В12 от этих белков.

 

В-третьих, синдром избыточного бактериального роста в тонком кишечнике (СИБР), который вызывается снижением секреции соляной кислоты в желудке и нарушением моторики тонкой кишки. При развитии СИБР различные анаэробные и факультативные грамотрицательные аэробы конкурентно утилизируют пищевой кобаламин. Внутренний фактор ингибирует утилизацию кобаламина грам­отрицательной аэробной флорой, но не способен противодействовать грамотрицательной анаэробной флоре, поглощающей этот витамин.

 

Вегетарианство. Способность строгой вегетарианской диеты на поставку достаточного количества витамина В12 остается спорным, несмотря на все больше доказательства в поддержку вегетарианства и его питательной адекватности.

 

Во-первых, большинство животных, включая человека, способно накапливать и хранить витамин B12. Главным местом накопления витамина В12 в организме человека является печень, в которой содержится до нескольких миллиграммов данного витамина. В печень он поступает с животной пищей, в частности с мясными продуктами, или синтезируется микрофлорой кишечника при условии доставки с пищей кобальта (Co). Суточная потребность в цианокобаламине для взрослого человека (с 14 лет) составляет примерно 0,003 миллиграмм.

 

Во-вторых, ненадежность растения как источника витамина В12. Поскольку ни одно растение не содержит B12, количество витамина B12 в растительной пище зависит от микроорганизмов (бактерий, дрожжей, плесени и грибков), которые производят витамин.
Ферментированные продукты из бобов (тофу, темпе, мисо, тамари, сею) могут содержать значительное количество витамина В12 или не содержать его совсем, в зависимости от бактерий, плесени, грибков и используемых для их производства. Содержание В12 в водорослях также варьируется в зависимости от распределения микроорганизмов в окружающей морской среде. В зависимости от среды, в которой они выращены, пивные и пищевые дрожжи могут быть важными источниками витамина В12 в строгой вегетарианской диете. Поэтому сегодня в растительной диете рекомендовано потреблять витаминизированные (ферментированные продуцентами В12) продукты.

 

Какие лекарства влияют на витамин В12?
К категории препаратов, которые могут снизить поставки витамина В12 в организм, относятся: антибиотики (канамицин, неомицин), противоопухолевые препараты (метотрексат), противосудорожные средства (фенитоин, примидон), анти-подагровые препараты (колхицин), гипотензивные средства (метилдопа), препараты для лечения болезни Паркинсона (леводопа), нейролептики (аминазин), противотуберкулезные препараты (изониазид), препараты понижающие холестерин (клофибрат), и хлористый калий.

Источники витамина В12

Итак, что мы имеем? Человек и животные обычно обеспечивают себя витамином В12 в результате потребления продуктов питания животного происхождения и продуцирования его микрофлорой пищеварительного тракта (см.: Витамин В12). Однако, учитывая, что синтез витамина В12 кишечной флорой незначителен, витамин должен поступать в организм извне.

Поскольку витамин В12 не может быть произведен растениями, его содержание зависит от их связи с микроорганизмами (например, с бактериями в почве). Из-за своей способности хранить витамин В12, животные содержат больше витамина, чем растения.

Следовательно, отличные источники витамина B12, ограничиваются лишь животной пищей? Нет. И здесь, к сожалению, не всегда можно получить достаточное количество витамина В12. Это прежде всего связано с качеством продуктов и их промышленной обработкой. Если говорить о надежных пищевых источниках В12, то на сегодняшний день таковыми являются продукты ферментированные микроорганизмами – продуцентами кобаламина (В12). Разработанные технологии позволяют в настоящее время получать В12-содержащие продукты практически из любых видов пищевого сырья, как растительного так и животного происхождения. При этом в качестве мощных продуцентов В12 используются пропионовокислые бактерии.

Например, проведенные исследования показали, что при производстве хлеба из ржаной и смеси ржаной и пшеничной муки, применение концентрата закваски с пропионовокислыми бактериями способствует увеличению количества витаминов группы В, особенно витамина В12, как в ржаной закваске, так и в готовом хлебе – установлено, что при выпечке сохраняется более половины витаминов, содержащихся в полуфабрикате. (Показатели готового хлеба: В1 – 0,53-0,57 мкг/100г, В2 – 0,40-0,43 мкг/100г, В12 – 0,65-0,85 мкг/100г).

Отмечено, что пропионовокислые бактерии являются бесспорными лидерами по синтезувитамина В12, а также основными поставщиками цианокобаламина в фармакологии Ферментирование пищевого сырья с использованием пропионовокислых бактерий стало перспективным и доступным направлением в создании витаминизированных пробиотических продуктов, благодаря исследованиям проведенным в ВСГУТУ. Если конкретно говорить о еде, то идеальными, по содержанию витамина В12, являются приготовленные на наших бактериальных (пробиотических) заквасках, т.е. ферментированные именно пропионовокислыми бактериями, следующие биопродукты: кисломолочные напиткиквасные напиткитвердые сорта сырахлебобулочные изделияколбасные изделия и др. продукты, как растительного так и животного происхождения. Сферы применения пробиотиков – продуцентов витаминов группы В постоянно расширяются.

 

БОЛЕЗНЬ АЛЬЦГЕЙМЕРА, ВИТАМИН В12 И КИШЕЧНАЯ МИКРОФЛОРА

АЛЬЦГЕЙМЕРА БОЛЕЗНЬ, дегенеративное заболевание головного мозга, проявляющееся прогрессирующим снижением интеллекта. Впервые описанное немецким врачом А.Альцгеймером в 1907, заболевание является одной из распространенных форм приобретенного слабоумия (деменции). Только в США болезнью Альцгеймера страдают примерно 1,5 млн. человек. Из общего числа в 1,3 млн. человек, находящихся в США в домах престарелых, 30% составляют лица с болезнью Альцгеймера.

В этой же связи следует рассмотреть роль микрофлоры кишечника в развитии старческого слабоумия (болезни Альцгеймера). Как известно, деменция является одной из серьезнейших проблем пожилых людей в развитых странах, 10% людей в возрасте старше 65 лет, 20% лиц старше 75 лет и 30% пожилых людей в возрасте старше 85 лет страдают в той или иной степени этим заболеванием.

Имеются указания на взаимосвязь деменции с дефицитом витамина В12. В клетках макроорганизма витамин В12 превращается в метилкобаломин и аденозилкобаламин. Последний является коэнзимом L-метилмалонил-СоА мутазы, фермента, катализирующего первый этап метаболизма пропионовой кислоты, во время которого метилмалонил-СоА трансформируется в сукцинил-СоА. В случае дефицита витамина В12 резко возрастает количество метилмалоновой кислоты. Метилкобаломин является коэнзимом метионин-синтетазы, участвующей в превращении гомоцистеина в метионин. В отсутствие необходимого количества витамина В12 количество гомоцистеина резко возрастает. Хотя до настоящего времени нет ясности, в какой энзиматической системе или в обеих одновременно это приводит к нейрологическим нарушениям, нет сомнения, что дефицит витамина В12, и, возможно, фолиевой кислоты ответствен за болезнь Альцгеймера, а также других более легких форм неврологических нарушений (повышенной раздражительности, бессонницы и др.).

Поскольку пул витамина В12 в организме в значительной степени определяется жизнедеятельностью определенных кишечных микроорганизмов, не приходится сомневаться, что дисбаланс кишечной микрофлоры, наблюдаемый в пожилом возрасте у подавляющего большинства людей, затрагивает и те группы микроорганизмов, которые участвуют в синтезе, транспорте и метаболизме витамина В12.

Қажетті материалды таппадың ба? Онда KazMedic авторларына тапсырыс бер

Витамин Б12. Биологическая роль

error: Материал көшіруге болмайды!