Vitamina B12 – cobalamina

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La vitamina B12, también conocida como cobalamina, es una vitamina soluble en agua que participa en el metabolismo de todas las células del cuerpo humano. Es una de las ocho vitaminas B. Es un cofactor en la síntesis de ADN, y en el metabolismo de los ácidos grasos y aminoácidos. Es particularmente importante en el funcionamiento normal del sistema nervioso a través de su papel en la síntesis de mielina, y en la maduración de los glóbulos rojos en desarrollo en la médula ósea.

Estructura química de la vitamina B12 (cobalamina).
Estructura química de la vitamina B12 (cobalamina).

La vitamina B12 es la vitamina más grande y estructuralmente compleja. La vitamina existe en cuatro formas químicas casi idénticas: cianocobalamina, hidroxocobalamina, adenosilcobalamina y metilcobalamina. La cianocobalamina y la hidroxocobalamina se utilizan para prevenir o tratar la deficiencia de vitaminas; una vez absorbidas se convierten en adenosilcobalamina y metilcobalamina, que son las formas que tienen actividad fisiológica. Todas las formas de vitamina B12 contienen el elemento bioquímicamente raro cobalto (símbolo químico Co) situado en el centro de un anillo. Los únicos organismos que producen vitamina B12 son ciertas bacterias y archaea. Las bacterias se encuentran en las plantas que comen los herbívoros; se introducen en el sistema digestivo de los animales, proliferan y forman parte de su flora intestinal permanente, produciendo vitamina B12 internamente


La causa más común de la deficiencia de vitamina B12 en los países desarrollados es el deterioro de la absorción debido a la pérdida del factor intrínseco gástrico, que debe estar ligado a una fuente alimentaria de B12 para que se produzca la absorción. Una segunda causa importante es la disminución de la producción de ácido gástrico (aclorhidria) relacionada con la edad, porque la exposición a los ácidos libera la vitamina ligada a las proteínas. Por la misma razón, las personas en terapia antiácida a largo plazo, que utilizan inhibidores de la bomba de protones, bloqueadores H2 u otros antiácidos, corren un mayor riesgo. La deficiencia puede caracterizarse por una neuropatía de las extremidades o un trastorno de la sangre llamado anemia perniciosa, un tipo de anemia megaloblástica. Los niveles de folato en el individuo pueden afectar el curso de los cambios patológicos y la sintomatología de la deficiencia de vitamina B12.

Historia de la vitamina B12

La historia del descubrimiento de la vitamina B12 esta ligada a los efectos que causa su déficit. Entre 1849 y 1887, Thomas Addison describió un caso de anemia perniciosa, William Osler y William Gardner describieron por primera vez un caso de neuropatía, Hayem describió grandes glóbulos rojos en la sangre periférica en esta condición, a los que llamó “glóbulos sanguíneos gigantes” (ahora llamados macrocitos), Paul Ehrlich identificó megaloblastos en la médula ósea, y Ludwig Lichtheim describió un caso de mielopatía.

La identificación del hígado como un alimento contra la anemia

En los años 20, George Whipple descubrió que la ingestión de grandes cantidades de hígado parecía curar más rápidamente la anemia producida por la pérdida de sangre en los perros, y formuló la hipótesis de que comer hígado podría tratar la anemia perniciosa. Edwin Cohn preparó un extracto de hígado que era de 50 a 100 veces más potente en el tratamiento de la anemia perniciosa que los productos naturales del hígado. William Castle demostró que el jugo gástrico contenía un “factor intrínseco” que cuando se combinaba con la ingestión de carne resultaba en la absorción de la vitamina en esta condición.


En 1934, George Whipple compartió el Premio Nobel de Fisiología o Medicina de 1934 con William P. Murphy y George Minot por el descubrimiento de un tratamiento efectivo para la anemia perniciosa usando concentrado de hígado, que más tarde se descubrió que contenía una gran cantidad de vitamina B12.

Identificación del compuesto activo

Mientras trabajaba en la Oficina de Industria Lechera del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos, a Mary Shaw Shorb se le asignó el trabajo sobre la cepa bacteriana Lactobacillus lactis Dorner (LLD), que se utilizaba para hacer yogur y otros productos lácteos cultivados. El medio de cultivo para la LLD requería un extracto de hígado. Shorb sabía que el mismo extracto de hígado se utilizaba para tratar la anemia perniciosa (su suegro había muerto a causa de la enfermedad), y concluyó que la LLD podía desarrollarse como un método de ensayo para identificar el compuesto activo.

Estructura química de la vitamina B12 (cobalamina).
Estructura 3D de la vitamina B12 (cobalamina).

Mientras estaba en la Universidad de Maryland recibió una pequeña subvención de Merck, y en colaboración con Karl Folkers de esa empresa, desarrolló el ensayo LLD. Este identificó el “factor LLD” como esencial para el crecimiento de la bacteria. Shorb, Folker y Alexander R. Todd, en la Universidad de Cambridge, utilizaron el ensayo LLD para extraer el factor anti-anemia perniciosa de los extractos de hígado, purificarlo y denominarlo vitamina B12.

En 1955, Todd ayudó a dilucidar la estructura de la vitamina, por la que fue galardonado con el Premio Nobel de Química en 1957. La estructura química completa de la molécula fue determinada por Dorothy Hodgkin, basada en datos cristalográficos en 1956, por lo que por ese y otros análisis cristalográficos le fue concedido el Premio Nobel de Química en 1964. Hodgkin continuó descifrando la estructura de la insulina.

Cinco personas han sido galardonadas con el Premio Nobel por estudios directos e indirectos de la vitamina B12: George Whipple, George Minot y William Murphy (1934), Alexander R. Todd (1957) y Dorothy Hodgkin (1964).


Producción comercial

La producción industrial de vitamina B12 se logra mediante la fermentación de microorganismos seleccionados. La síntesis completamente sintética de B12 en el laboratorio fue lograda por Robert Burns Woodward y Albert Eschenmoser en 1972. Ese proceso no tiene potencial comercial, ya que requiere cerca de 70 pasos y tiene un rendimiento muy por debajo del 0,01%.

Química y síntesis de la vitamina B12

La vitamina B12 se deriva de un marco estructural tetrapirrolico creado por las enzimas deaminasa y cosintetasa, que transforman el ácido aminolevulínico por medio de porfobilinógeno e hidroximetilbilano en uroporfirinógeno III. Este último es el primer intermediario macrocíclico común al hemo, la clorofila, el siroheme y el propio B12.

La metilcobalamina (mostrada) es una forma de vitamina B12. Físicamente se asemeja a las otras formas de vitamina B12, se presenta como cristales de color rojo oscuro que forman libremente soluciones transparentes de color cereza en el agua.
La metilcobalamina (mostrada) es una forma de vitamina B12. Físicamente se asemeja a las otras formas de vitamina B12, se presenta como cristales de color rojo oscuro que forman libremente soluciones transparentes de color cereza en el agua.

La metilcobalamina (mostrada) es una forma de vitamina B12. Físicamente se asemeja a las otras formas de vitamina B12, se presenta como cristales de color rojo oscuro que forman libremente soluciones transparentes de color cereza en el agua.

Los pasos posteriores, especialmente la incorporación de los grupos metilos adicionales de su estructura, se investigaron utilizando la S-adenosilmetionina etiquetada con el 13C metilo. No fue sino hasta que se utilizó una cepa de Pseudomonas denitrificans creada mediante ingeniería genética, en la que se habían sobreexpresado ocho de los genes que intervienen en la biosíntesis de la vitamina, que se pudo determinar la secuencia completa de metilación y otros pasos, estableciendo así plenamente todos los intermediarios de la ruta.


Producción industrial

La producción industrial de la vitamina B12 se logra mediante la fermentación de microorganismos seleccionados. Streptomyces griseus, una bacteria que en su día se pensó que era un hongo, fue la fuente comercial de vitamina B12 durante muchos años. Las especies Pseudomonas denitrificans y Propionibacterium freudenreichii subsp. shermanii se utilizan más comúnmente hoy en día.

Se cultivan en condiciones especiales para mejorar el rendimiento. Rhone-Poulenc mejoró el rendimiento a través de la ingeniería genética de la cepa P. denitrificans. El Propionibacterium, la otra bacteria comúnmente utilizada, no produce exotoxinas o endotoxinas y es generalmente reconocida como segura (se le ha concedido el estatus GRAS) por la Administración de Drogas y Alimentos de los Estados Unidos.

Laboratorio

La síntesis completa de laboratorio de B12 fue lograda por Robert Burns Woodward y Albert Eschenmoser en 1972, y sigue siendo una de las hazañas clásicas de la síntesis orgánica, que requirió el esfuerzo de 91 becarios postdoctorales (la mayoría en Harvard) y 12 estudiantes de doctorado (en la ETH Zurich) de 19 naciones. La síntesis constituye una síntesis total formal, ya que los grupos de investigación sólo prepararon el conocido ácido cobírico intermedio, cuya conversión química en vitamina B12 se informó anteriormente.

Aunque constituye un logro intelectual del más alto calibre, la síntesis Eschenmoser-Woodward de la vitamina B12 no tiene ninguna consecuencia práctica debido a su duración, ya que realiza 72 pasos químicos y da un rendimiento químico total muy por debajo del 0,01%. Y aunque ha habido esfuerzos esporádicos de síntesis desde 1972, la síntesis Eschenmoser-Woodward sigue siendo la única síntesis total completada (formal).

Para más información The discovery of vitamin B(12)


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