Witamina B12: kłopotliwa spuścizna ewolucji (1)

Ten cykl czterech wpisów podzieliłem na cztery tematy:

1. Czym jest witamina B₁₂ i jaka jest historia jej odkrycia?
2. Dlaczego potrzebujemy witaminy B₁₂ i jak ją wchłaniamy?
3. Jak powstaje witamina B₁₂ i czym grozi jej brak?
4. Skąd się wzięła i dlaczego można powiedzieć, że jest kłopotliwą spuścizną ewolucji?

Czym jest witamina B₁₂?

Roztwór witaminy B₁₂. Fot. Marcin Czerwiński

Witamina B₁₂, znana też jako kobalamina, wyróżnia się wśród innych witamin pięknym czerwonym kolorem. Podobnie jak inne witaminy, musi być dostarczana do organizmu z pokarmem, ale różni się od nich złozonym systemem wchłaniania i transportu w naszym organizmie.  Żeby ją przyswoić, potrzebujemy 13  różnych białek. Ponadto, o ile inne witaminy są syntetyzowane przez większość organizmów (np. witaminy C nie produkują tylko ludzie i małpy oraz niektóre nietoperze i gryzonie), to B₁₂ powstaje wyłącznie w mikroorganizmach, a i to nie wszystkich.  Dlaczego ewolucja stworzyła taki osobliwy system?

O istnieniu witaminy B₁₂ wiedziano od lat 20. ubiegłego wieku, kiedy George Minot i William H. Murphy (Harvard University) wykazali, że można wyleczyć poważną chorobę krwi zwaną anemią złośliwą za pomocą ekstraktów z wątroby. Zagadkową substancję nazwali „czynnikiem zewnętrznym”, bo do jej działania potrzebne było jeszcze coś, co wydzielają komórki żołądka, a co nazwali „czynnikiem wewnętrznym”. Za odkrycie leczenia anemii za pomocą wyciągów z wątroby badacze ci otrzymali Nagrodę Nobla z fizjologii/medycyny w 1934 r. Trzecim laureatem był George Whipple (Uniwersity of Rochester), specjalista od fizjologii wątroby.

„Czynnik zewnętrzny” pozostawał zagadką przez następne 20 lat, kiedy badaczom z firm Merck w USA i Glaxo w Wielkiej Brytanii udało się wyizolować z wątroby czerwoną krystaliczną substancję, która była skuteczna w leczeniu anemii złośliwej. Nazwano ją witaminą B₁₂, a  strukturę wyjaśniła Dorothy Crowfoot Hodgkin (Cambridge University) pod koniec lat 50. ubiegłego wieku. W 1964 r. otrzymała Nagrodę Nobla z chemii „za wyjaśnienie struktury ważnych związków biochemicznych” (Ryc. 1)

Ryc. 1. Laureaci nagrody Nobla za badania nad witaminą B₁₂. Źródło; Wikipedia, domena publiczna.

Struktura witaminy B₁₂

Witamina B₁₂ jest syntetyzowana tylko przez mikroorganizmy (bakterie i archeony), a jej struktura jest najbardziej złożona wśród wszystkich witamin. W centrum cząsteczki znajduje się jon kobaltu na III stopniu utlenienia (Co³⁺). Jest on związany koordynacyjnie przez cztery atomu azotu wchodzące w skład wielopierścieniowego układu nazywanego układem korynowym. Ten rodzaj pierścienia znamy np. z hemoglobiny, białka przenoszącego tlen w krwinkach. Cząsteczką wiążącą tlen jest pierścieniowy związek o nazwie hem, i to właśnie on wiąże tlen w płucach i oddaje go w tkankach (a także nadaje krwinkom czerwoną barwę). Inną podobną cząsteczką jest chlorofil, a jego rola polega na wychwytywaniu kwantów światła i generowaniu z nich energii chemicznej w postaci adenozynotrifosforanu (ATP). W centralnej części pierścieni tych związków jest przeważnie jon metalu: w hemie jest to żelazo, a w chlorofilu magnez. „Szkielet” pierścieni wchodzących w skład kobalaminy, hemu i chlorofilu nosi nazwę uroporfirynogenu III (Ryc. 2).

W kobalaminie pierścień jest związany z cząsteczką α-ryboazolu (który jest pochodną rybonukleotydu) za pomocą łącznika o nazwie aminopropanol. Obecny w witaminie B₁₂ jon kobaltu może dodatkowo związać grupę metylową, cyjanową (bardziej prawidłowo: nitrylową), hydroksylową albo 5’-deoksyadanozynową. Najbardziej stabilna jest cyjanokobalamina, i to ona właśnie występuje w preparatach handlowych (np. w suplementach diety). Tę cechę można wykorzystać w terapii zatruć cyjankami, ponieważ kobalamina ma wysokie powinowactwo wobec grupy cyjanowej i może służyć jako odtrutka.

O zatruciach cyjankami pisał Lucas Bergowsky

W organizmie cyjanokobalamina ulega przekształceniu do adenozylokolabaminy, która jest aktywną biologicznie formą witaminy B₁₂.

Ryc. 2.

A. Struktura kobalaminy i jej cztery formy. Grupą R może być: -CN (cyjanokobalamina), -OH (hydroksykobalamina), -CH₃ (metylokobalamina), -Ado (adenozylokobalamina). Pokazano też wzór adenozyny. Źródło: Wikipedia, Alsosaid 1987. Licencja CC BY 4.0.

B. Struktury uroporfirynogenu, hemu i chlorofilu. Źródło: Wikipedia, domena publiczna.

Witamina B₁₂ ma więc skomplikowaną budowę, jest produkowana wyłącznie przez mikroorganizmy, ale jednocześnie jej brak grozi nam poważnymi chorobami, takimi jak anemia złośliwa czy zaburzenia neurologiczne. Dlaczego tak się dzieje? O tym w następnym odcinku.