叶酸经叶酸还原酶的还原作用和维生素B12的催化作用后变成四氢叶酸，后者是DNA合成过程中必需的辅酶。当维生素B12或叶酸缺乏后，使四氢叶酸减少，导致DNA合成减少。幼稚红细胞内的DNA合成减少使其分裂和增殖时间延长，出现细胞核的发育落后于细胞质的发育，而血红蛋白的合成不受影响，使红细胞的胞体变大，形成巨幼红细胞。由于红细胞生成速度变慢，巨幼红细胞在骨髓内易被破坏，进入血循环的红细胞寿命也较短，从而出现贫血。

　DNA合成不足也导致粒细胞核成熟障碍，出现巨大幼稚粒细胞和中性粒细胞分叶过多现象。而且，亦可使巨核细胞的核发育障碍而致巨大血小板。

　维生素B12能促使脂肪代谢产生的甲基丙二酸转变成琥珀酸而参与三羧酸循环，此作用与神经髓鞘中脂蛋白形成有关，因而能保持中枢和外周髓鞘神经纤维的功能完整性；当其缺乏时，可导致中枢和外周神经髓鞘受损，因而出现神经精神症状。叶酸缺乏主要引起情感改变，偶见深感觉障碍，其机制尚未明了。

　维生素B12缺乏还可使中性粒细胞和巨噬细胞吞噬细菌后的杀灭细菌作用减弱，使组织、血浆及尿液中甲基丙二酸堆积，后者是结核杆菌细胞壁成分的原料，有利于结核杆菌生长，故维生素B12缺乏者易伴结核病。

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