Витамин В12 оказался красным веществом. Этот цвет был необычен, и поначалу ученые были уверены, что он присутствует только у недостаточно очищенного вещества. Однако и в процессе очищения цвет витамина оставался неизменным.
Это удивило исследователей. Витамин напоминал по цвету некоторые известные соединения, содержащие кобальт (металл, сходный по свойствам с железом). Казалось, что это простое совпадение, потому что кобальт никогда не был обнаружен в веществах, выделенных из живой ткани. Тем не менее некоторое количество витамина В12 было сожжено (медленно, но интенсивно нагревалось, пока не остался лишь легкий минеральный осадок). Произвели анализ пепла и пришли к выводу, что он содержал кобальт!
Поскольку витамин В12 необходим для функционирования всех клеток, а кобальт входит в его состав, значит, он принадлежит к жизненно важным элементам. Так как человеку требуется ничтожное количество кобальта, он называется незаменимым микроэлементом. В организме взрослого мужчины содержится не более 12 миллиграммов кобальта. Это эквивалентно кубику из кобальта, грани которого едва превышают миллиметр. Столь незначительное количество элемента так необходимо для жизни.
С другой стороны 12 миллиграммов — это не так мало, как вы можете подумать. В них содержится более 100 000 000 000 000 000 000 (100 миллионов триллионов) атомов. Если все эти атомы распределить равномерно между всеми клетками человеческого тела, то на каждую клетку придутся сотни тысяч атомов кобальта.
В процессе изучения витамина В12 выяснилось, что на его основе можно приготовить несколько сходных между собою соединений. Они получили название витаминов В12a, В12b и так далее. Вместе они получили имя «кобаламинов», потому что все содержали кобальт (буква «т» в слове «кобальт» была опущена в целях благозвучия). В состав витамина В12 также входит цианогруппа, поэтому он называется цианокобаламином. Цианиды ядовиты, но в цианокобаламине цианогрупп слишком мало, чтобы нанести вред, к тому же они так прочно прикреплены к молекуле витамина, что не могут оторваться и присоединиться к атомам железа.
Как только удалось выделить цианокобаламин в чистом виде, ученые предприняли попытки выяснить его структуру. Какие еще атомы помимо кобальта находились в молекуле? Их было много, и они соединялись в сложную структуру, настолько сложную, что для ее установления понадобилось еще восемь лет.
Сначала молекулу цианокобаламина обрабатывали сильнодействующими химическими веществами для расщепления ее на более мелкие фрагменты. Была выявлена более простая структура отдельных фрагментов. В результате в начале 1950-х годов химикам стало почти точно известно, что молекула цианокобаламина состоит из 63 атомов углерода, 88 атомов водорода, 14 атомов кислорода, 14 атомов азота, 1 атома фосфора и 1 атома кобальта. Большинство атомов удалось расположить в определенном порядке, однако общая модель всей молекулы оставалась неясной.
Доктор Дороти Ходжкин из Оксфорда изучала поведение рентгеновских лучей при пропускании их сквозь кристаллы цианокобаламина. Некоторые из этих лучей преломлялись. То, как они преломлялись, — степень и угол преломления — можно было определить, дав лучу попасть на фотопластинку после его прохождения через кристалл. Если бы кристаллов не было, то на месте попадания луча появилось бы одно затемнение. Но когда на пути находились кристаллы, на всей пластинке появлялись очаги затемнения в тех местах, куда попали преломленные лучи.
По расположению этих точек можно представить электронную плотность молекулы. То есть вычислить, в какой части молекулы, скорее всего, находился электрон, а в какой — нет. (Электроны — это крохотные частицы, они намного меньше атомов и являются частью их структуры.) Затем можно начертить линии, соединив все точки одинаковой электронной плотности, прямыми линиями начертить график, так же как на графике погоды чертят линии для обозначения перепадов температуры или атмосферного давления. Линии электронной плотности представляют собой призрачное изображение атомов в молекуле. Исходя из этого графика и из того, что уже известно о структуре отдельных участков молекулы, можно определить ее структуру.
Однако вычисление электронных плотностей по преломлению рентгеновских лучей — долгий, утомительный и довольно сложный процесс. Доктору Ходжкин удалось разрубить этот гордиев узел при помощи компьютера. Информация была загружена в Национальное бюро стандартов западных автоматических компьютеров, и вскоре был получен ответ.
В итоге в 1956 году была установлена структура молекулы цианокобаламина. Она состоит из несимметричного порфиринового кольца (в нем не хватает одного атома), как в геме, а в центре кольца, на месте атома железа (как у гема), находится атом кобальта. На разном расстоянии к кольцу прикрепляются группы атомов, более сложные по строению, чем аналогичные группы в составе гема.
Молекула цианокобаламина слишком сложна, чтобы ее можно было синтезировать в лаборатории, но для медицинских целей большие количества витамина В12 можно получать из печени. Именно в этом органе откладываются запасы питательных веществ на случай голода, поэтому печень вылечивала больных злокачественной анемией и полезна даже для здоровых людей. Сегодня во многих коммерческих мультивитаминных комплексах содержится небольшое количество цианокобаламина.
Одна из загадок цианокобаламина заключается в том, что он необходим организму в очень малых количествах. В случае с другими витаминами группы В организму их требуется около миллиграмма в день или больше. А один или два микрограмма цианокобаламина в день — вполне достаточная доза (одна тысячная часть от количества комплекса витамина В).
Но если это так, то почему тогда возникает злокачественная анемия? Этот витамин содержится во многих продуктах, правда, в очень малых количествах, но его вполне должно хватить, чтобы создать запасы. Практически невозможно представить диету, в которой не содержалось бы цианокобаламина.
Чтобы разобраться во всем, обратимся к другому виду анемии, причиной которого является недостаток меди в диете. Медь, как и кобальт, незаменимый микроэлемент. Она входит в состав молекул группы белков — ферментов, которые необходимы в малых количествах для осуществления различных химических реакций. Некоторые медьсодержащие ферменты были выделены. Один из них, который выделить пока не удалось, необходим организму для контроля химических реакций (тоже пока неизвестных), способствующих правильному обмену железа. Из-за недостатка меди в организме атомы железа не используются по назначению, это приводит к снижению уровня гемоглобина, и в результате — меднодефицитная анемия. Однако в пище так много меди, что меднодефицитная анемия никогда не встречается у людей. Ученые могут изучать ее только на животных, например на молодых собаках, месяцами держа их на особой диете, из которой ценой больших усилий удаляется вся медь.
Почему же дела обстоят совсем не так, как со злокачественной анемией, обусловленной недостатком кобальта? Еще удивительнее, что многие бактерии, в том числе и те, которые живут в кишечнике человека, могут вырабатывать цианокобаламин из простых веществ. По этой причине даже если кобальт в пище находится не в виде цианокобаламина и таким образом является бесполезным для нас, то бактерии могут использовать его для синтеза витамина В12. Так и происходит, и бактерии синтезируют цианокобаламина больше, чем мы способны усвоить, часть его не всасывается стенкой кишечника, проходит неизменной через пищеварительный тракт и выводится из организма.
Это и есть ключ к разгадке. Наличие цианокобаламина в кишечнике — не то же самое, что его наличие в организме. При самых благоприятных обстоятельствах у здоровых людей только малая часть этих больших молекул (у других витаминов В молекулы значительно меньше) усваивается организмом, хотя этого количества хватает для удовлетворения наших потребностей. У больных злокачественной анемией цианокобаламин почти не усваивается. Это выражается в том, что экскременты у таких больных содержат больше цианокобаламина, чем у здоровых людей (именно из-за его отсутствия в организме больные умирают).
