Witamina B12: kłopotliwa spuścizna ewolucji (2)

W poprzednim wpisie napisałem o strukturze witaminy B12 oraz o historii jej odkrycia. Teraz wyjaśnienie jej roli w naszym organizmie.

Do czego służy B12?

Większość enzymów zawierających witaminę B12 występuje w mikroorganizmach, gdzie pełnią ważną rolę w zmianach struktury cząsteczek, usuwaniu atomów należących do grupy halogenów (jak np. chlor) oraz (przede wszystkim) przenoszeniu grup metylowych (-CH3) z jednej cząsteczki na drugą. Reakcje te mają duże znaczenie dla metabolizmu tych organizmów.

U człowieka kobalamina wchodzi w skład tylko dwóch enzymów:

  1. Mutazy metylomalonylo-CoA;
  2. Syntazy metioninowej.

Mutaza metylomalonylo-CoA bierze udział w przekształcaniu metylomalonylo-CoA (czyli kwasu metylomalonylowego związanego z koenzymem A jako nośnikiem) w bursztynylo-CoA, co jest ważnym krokiem w rozkładzie aminokwasów (Ryc. 1). Dzięki tej reakcji możemy włączyć niektóre aminokwasy (na przykład izoleucynę, treoninę czy walinę) do cyklu Krebsa.

Jest to ważne zwłaszcza w okresie głodu, bo wtedy jedynym źródłem energii dla organizmu mogą być aminokwasy z naszych własnych mięśni.

Ryc. 1. Reakcja katalizowana przez mutazę metylomanylo-CoA. Grupa C(O)-S-CoA (zaznaczona niebieskim kolorem) zostaje przeniesiona na grupę metylową, powstaje w ten sposób kwas bursztynowy. Opracowanie własne.

Ten sam enzym bierze udział w rozkładzie kwasów tłuszczowych o nieparzystej liczbie atomów węgla. Są to na przykład obecne w mleku kwas heptadekanowy (17 atomów węgla) czy pentadekanowy (15 atomów węgla), a także kwas propionowy (3 atomy węgla), który powstaje z kwasu mlekowego w ramach fermentacji propionowej. Sery dojrzewające, jak np. ementaler, powstają właśnie w wyniku tej fermentacji. Kwas propionowy nadaje żółtym serom charakterystyczny gorzkawy smak, a powstający przy okazji dwutlenek węgla skutkuje powstaniem dziur (Ryc. 2).

Ryc. 2. Ser żółty (ementaler) i kwas propionowy. Źródło: Wikipedia, Maunel 2. Licencja CC BY 4.0 i domena publiczna.

Niedobór witaminy B12 powoduje obniżenie aktywności mutazy metylomalonylo-CoA. Może spowodować nadmiar kwasu metylomalonowego, który działa toksycznie na układ nerwowy. Dlatego objawy niedoboru witaminy B12 mogą mieć charakter neurologiczny: drętwienie palców, zaburzenia chodu czy osłabienie siły mięśniowej.

Syntaza metioninowa katalizuje przekształcenie homocysteiny (która należy do aminokwasów niewchodzących w skład białek) w metioninę. Metionina jest jednym z 20 aminokwasów wchodzących w skład białek i zalicza się ją do aminokwasów egzogennych (po angielsku essential amino acid). Oznacza to, że podobnie jak u wszystkich zwierząt, musimy dostarczać metioninę w pożywieniu. Jest w tym pewien paradoks, ponieważ u zwierząt metionina jest syntetyzowana przez syntazę metioninową. Wydajność tego enzymu jest jednak na tyle niska, że ok. 80% metioniny zostaje zużyte w metabolizmie jednostek jednowęglowych.

Czym jest metabolizm jednostek jednowęglowych? Wszystkim, co jest związane z przyłączaniem jednowęglowych jednostek (czyli grup metylowych) do wielu rodzajów cząsteczek, takich jak nukleotydy, które wchodzą w skład kwasów nukleinowych (DNA, RNA). Tak więc bez stale dostarczanych grup metylowych nie mamy jak produkować nukleotydów niezbędnych do syntezy DNA i RNA. Nie możemy też przyłączać grup metylowych do nukleotydów w DNA (czyli metylować DNA), co jest ważnym czynnikiem regulującym ekspresję genów. Tak więc brak „dostarczyciela” grup metylowych czyli metioniny grozi poważnymi konsekwencjami.

Jedynym związkiem, który może takich grup dostarczyć, jest pochodna metioniny o nazwie adenozylometionina, produkowana z metioniny przez syntetazę adenozylometioninową (Ryc. 3).  I to właśnie ten enzym jest głównym konsumentem metioniny produkowanej w organizmach zwierząt przez syntazę metioninową.

Ryc. 3. Adenozylometionina. Źródło: Wikipedia, domena publiczna.

Metabolizm jednostek jednowęglowych jest zależny od dwóch witamin: B12 i kwasu foliowego, czyli witaminy B9. Kwas foliowy jest dostarczycielem grupy metylowej w reakcji katalizowanej przez syntazę metioninową, i tylko ten enzym może „odblokować” kwas metylofoliowy (ściśle: N-5-metylo-tetrahydrofoliowy), czyli pozbawić go grupy metylowej. Jeżeli syntaza metioninowa  nie działa (np. z powodu braku witaminy B12), to kwas foliowy nie może brać udziału w metabolizmie jednostek jednowęglowych. Tak więc witamina B12 i kwas foliowy współpracują ze sobą, dostarczając grup metylowych do licznych niezbędnych do życia cząsteczek.  Kwas foliowy jest ważny zwłaszcza w okresie ciąży, ponieważ w przypadku jego niedoboru może dojść do wad cewy nerwowej, która we wczesnym okresie płodowym przekształca się w mózgowie i układ nerwowy. Skutkiem może być m. in. rozszczepienie kręgosłupa u dziecka. Dlatego kobiety w ciąży powinny przyjmować dodatkowo kwas foliowy (Ryc. 4).

Ryc. 4. Reakcja katalizowana przez syntazę metioninową. Grupa metylowa (kolor czerwony) zostaje przeniesiona przez witaminę B12 z N-5-metylo-tetrahydrofolianu na homocysteinę z wytworzeniem metioniny. Pokazano fragment pierścienia kobalaminy z jonem kobaltu i fragment tetrahydrofolianu. Według: Wikipedia, BorisTM. Licencja CC BY 4.0.

Skąd bierzemy witaminę B12?

Zwierzęta (a więc i ludzie) nie syntetyzują witaminy B12 i muszą ją przyjmować w pokarmie. U roślin i grzybów syntaza metioninowa działa na trochę innej zasadzie i nie wymaga kobalaminy, więc produkty roślinne nie zawierają witaminy B12. Dla człowieka jedynym dostępnym źródłem witaminy B12 są więc produkty zwierzęce, a zwłaszcza tkanki aktywne metabolicznie, takie jak wspomniana wątroba czy mięśnie. Witamina B12 jest też obecna (w mniejszych ilościach) w jajach czy mleku. I tu pojawia się problem: witamina B12 jest wrażliwa na kwaśne środowisko i łatwo rozkłada się w żołądku, a ponadto nie wchłania się bezpośrednio w przewodzie pokarmowym. Dlatego u zwierząt (i człowieka) powstał skomplikowany system białek transportujących witaminę B12. Żeby ochronić witaminę przed zniszczeniem przez kwas żołądkowy, nasze gruczoły ślinowe wydzielają białko o nazwie kobalofilina (zwana też haptokoryną), które w żołądku wiąże witaminę B12 uwolnioną z pokarmu przez kwas żołądkowy i pepsynę. Kobalofilina ulega strawieniu w dwunastnicy, i tam witamina B12 zostaje związana przez wspomniany czynnik wewnętrzny. Białko to jest wydzielane przez komórki żołądka. W końcowej części jelita cienkiego (nazywanej jelitem krętym) kompleks witamina B­12 – czynnik wewnętrzny wiąże się do receptora o nazwie cubam, który składaja się z dwóch białek (o angielskich nazwach cubilim i amnionless). Receptor ten umożliwia przeniesienie witaminy B12 z jelita do krwiobiegu, gdzie zostaje ona związana przez trzecie już z kolei białko o nazwie transkobalamina. Krew rozprowadza kompleks B12-transkobalamina  po całym organizmie. Aby kobalamina mogła wniknąć do komórek, potrzebny jest jeszcze jeden receptor o nazwie CD320.  Najwięcej takich receptorów jest w wątrobie, i dlatego wątroba jest swoistym magazynem tej witaminy (co odkryli Minot i Murphy). Obecne w komórkach enzymy przetwarzają ją w pochodne metylowe lub adenozylowe, które są aktywnymi formami kobalaminy (Ryc. 5).

Ryc. 5. Transport witaminy B12 w organizmie oraz białka, które biorą udział w tym procesie. A. Kobalofilina jest wydzielana przez gruczoły ślinowe. B. Białka pokarmowe ulegają degradacji w żołądku, a uwolniona z białek pokarmowych witamina B12 ulega związaniu przez kobalofilinę. Komórki okładzinowe żołądka wydzielają czynnik wewnętrzny, który wiąże witaminę B12 w dwunastnicy. C. Kompleks czynnik wewnętrzny-witamina B12 wiąże się do receptora Cubam na powierzchni komórek jelita krętego. Witamina B12 zostaje przetransportowana do naczynia krwionośnego, gdzie wiąże się z transkobalaminą. D. W komórce wątroby kompleks transkobalamina-witamina B12 wiąże się do receptora CD320, co umożliwia jej wniknięcie do komórki. Wewnątrz zostaje zmodyfikowana przez dodanie grupy metylowej lub adenylowej.  Według: Oh S. et al., Fr. Plan Sci. 2021, 12: 668819. Licencja CC BY 4.0.

Trzeba jeszcze wspomnieć o białku znajdującym się w komórkach nerki o nazwie megalina. Dzięki niej witamina B12 utracona w wyniku filtracji osocza zostaje „przechwycona” przez komórki kłębuszków nerkowych i wprowadzona z powrotem do krwiobiegu. Dlatego utrata witaminy B12 z moczem przebiega stosunkowo wolno.

Tak więc w sumie mamy dwa enzymy, które wymagają witaminy B12, (mutaza metylomalonylo-CoA i syntaza metioninowa) oraz 13 białek, które ją wiążą, przenoszą przez błonę komórkową lub aktywują. Posiadanie tak szerokiego zestawu białek odpowiedzialnych za wiązanie jednej cząsteczki może mieć skutki kliniczne. Znanych jest 8 genów, których mutacje mogą wpływać na metabolizm witaminy B12. Choroby żołądka (np. o charakterze autoimmunizacyjnym) też mogą powodować utratę zdolności przyswajania witaminy B12. Jeżeli suplementacja wysokimi dawkami (ponad 1 mg dziennie) nie pomoże, konieczne jest jej dostarczanie witaminy w postaci zastrzyków domięśniowych.

Literatura dodatkowa

Enzymy zależne od kobalaminy

https://www.annualreviews.org/content/journals/10.1146/annurev.biochem.72.121801.161828

Metabolizm jednostek jednowęglowych

https://www.mdpi.com/2072-6643/12/9/2867

Transport witaminy B12 w organizmie

https://www.nature.com/articles/nrgastro.2012.76

https://www.mdpi.com/2072-6643/16/5/648

https://www.frontiersin.org/journals/plant-science/articles/10.3389/fpls.2021.668819/full

8 thoughts on “Witamina B12: kłopotliwa spuścizna ewolucji (2)

  1. Ciekawy artykuł. Dużo surrealistycznych nazw :).

    BTW: Jest jakaś różnica między syntetazą a syntazą?

    Pozdrawiam

    • Dziękuję za miłe uwagi:). Co do syntetazy i syntazy, to do niedawna syntetazą nazywano enzym korzystający z energii w postaci ATP (lub innych trifosforanów nukleozydów). Syntaza to enzym, który nie korzystał z tych form energii. Ale ostatnio to zmieniono, i teraz każdy enzym, który coś syntezuje, jest nazywany syntazą, a syntetaza to inaczej ligaza, czyli enzym który łączy dwie różne cząsteczki (np. dwie cząsteczki DNA, ale nie tylko)

  2. Bardzo ciekawe opracowanie. Przeczytałem bardzo uważnie i spostrzegłem, że:
    1. W opisie Ryc. 5 we fragmencie “kompleks czynnik zewnętrzny-witamina B12” chodziło prawdopodobnie o czynnik wewnętrzny.
    2. Oprócz zastrzyków domięśniowych, w opisanych sytuacjach trwałego zaburzenia wchłaniania, można też skutecznie zapobiegać niedoborowi przez codzienną suplementację doustną wysokimi dawkami (>= 1000 mcg), co zazwyczaj jest znacznie bardziej komfortowe dla chorych.

    • Dziękuję za uważne czytanie! Oczywiście chodziło o czynnik wewnętrzny, poprawiłem! Uwagę o suplementacji dodałem na końcu:).

  3. Ciekawy materiał, dziękuję.
    Jak wyglądają źródła i przyswajanie b12 u innych naczelnych?

    • Dziękuję za słowa uznania! Inne naczelne, podobnie jak ludzie, też muszą zjadać witaminę B12 w pożywieniu; problem w tym, że przeważnie są wegetarianami, a rośliny witaminy B12 nie zawierają. Radzą sobie łapiąc małe ssaki i ptaki, a także owady (najczęściej termity). Obserwowano też zjadanie własnych odchodów, które są bogatym źródłem B12 ze względu na bakterie.

      1

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *