8.6.1. Vandopløselige vitaminer fungerer som coenzymer
Tabel 8.9 opregner de vandopløselige vitaminer – askorbinsyre (C-vitamin) og en serie kendt som B-vitaminkomplekset (figur 8.32). Ascorbat, den ioniserede form af ascorbinsyre, fungerer som et reduktionsmiddel (en antioxidant), som det vil blive diskuteret om lidt. B-vitamin-serien består af komponenter af coenzymer. Bemærk, at i alle tilfælde undtagen vitamin C skal vitaminet modificeres, før det kan udfylde sin funktion.
Figur 8.32
Strukturer af nogle vandopløselige vitaminer.
Vitaminmangel kan forårsage en lang række patologiske tilstande (se tabel 8.9). Mange af de samme symptomer kan dog skyldes andre tilstande end mangel på et vitamin. Af denne grund, og fordi vitaminer er nødvendige i relativt små mængder, er patologiske tilstande, der skyldes vitaminmangel, ofte vanskelige at diagnosticere.
Behovet for C-vitamin viste sig at være relativt ligetil at påvise. Dette vandopløselige vitamin anvendes ikke som et coenzym, men er stadig nødvendigt for proylhydroxylasens fortsatte aktivitet. Dette enzym syntetiserer 4-hydroxyprolin, en aminosyre, der er nødvendig i kollagen, det vigtigste bindevæv hos hvirveldyr, men som sjældent findes andre steder. Hvordan dannes denne usædvanlige aminosyre, og hvad er dens rolle? Resultaterne af radioaktive mærkningsundersøgelser viste, at prolinrester på aminosiden af glycinrester i spirende kollagenkæder bliver hydroxyleret. Det iltatom, der bliver knyttet til C-4 i prolin, kommer fra molekylær ilt, O2. Det andet iltatom af O2 optages af α-ketoglutarat, som omdannes til succinat (Figur 8.33). Denne komplekse reaktion katalyseres af prolylhydroxylase, en dioxygenase. Den assisteres af en Fe2+-ion, som er tæt bundet til den og er nødvendig for at aktivere O2. Enzymet omdanner også α-ketoglutarat til succinat uden at hydroxyle prolin. Ved denne delreaktion dannes der et oxideret jernkompleks, som inaktiverer enzymet. Hvordan regenereres det aktive enzym? Ascorbat (C-vitamin) kommer til undsætning ved at reducere jern-ionen i det inaktiverede enzym. I gendannelsesprocessen oxideres ascorbat til dehydroascorbinsyre (figur 8.34). Ascorbat tjener altså her som en specifik antioxidant.
Figur 8.33
Bildelse af 4-hydroxyprolin. Prolin hydroxyleres ved C-4 ved virkningen af prolylhydroxylase, et enzym, der aktiverer molekylær oxygen.
Figur 8.34
Form af askorbinsyre (C-vitamin). Ascorbat er den ioniserede form af C-vitamin, og dehydroascorbinsyre er den oxiderede form af ascorbat.
Primater er ikke i stand til at syntetisere ascorbinsyre og må derfor tilegne sig det gennem kosten. Betydningen af ascorbat bliver slående tydelig i forbindelse med skørbug. Jacques Cartier gav i 1536 en levende beskrivelse af denne sygdom, der skyldes mangel på kost, og som ramte hans mænd, da de udforskede Saint Lawrence-floden:
Som nogle mistede alle deres kræfter og kunne ikke stå på benene. … Andre fik også alle deres skind plettet med blodpletter af lilla farve; derefter steg det op til deres ankler, knæ, lår, skuldre, arme og nakke. Deres munde blev stinkende, deres tandkød blev så råddent, at alt kødet faldt af, selv til tandrødderne, som også næsten alle faldt ud.
James Lind, en skotsk læge, belyste midlerne til at forebygge skørbug i en artikel med titlen “A Treatise of the Scurvy”, der blev offentliggjort i 1747. Lind beskrev en kontrolleret undersøgelse, der fastslog, at skørbug kunne forebygges ved at inkludere citrusfrugter i kosten. Royal Navy begyndte til sidst at uddele kalkrationer til søfolk, hvilket gav de britiske søfolk tilnavnet “limeys”. Linds forskning blev inspireret af den vanskelige situation, som en ekspedition under kommando af kommandør George Anson befandt sig i. Anson forlod England i 1740 med en flåde på seks skibe og mere end 1000 mand og vendte tilbage med en enorm mængde skatte, men af hans besætning var det kun 145 mand, der overlevede og nåede hjem. Resten var døde af skørbug.
Hvorfor har nedsat hydroxylering så ødelæggende konsekvenser? Kollagen, der syntetiseres i mangel af ascorbat, er mindre stabilt end det normale protein. Undersøgelser af den termiske stabilitet af syntetiske polypeptider har været særligt informative. Hydroxyprolin stabiliserer collagens triple helix ved at danne hydrogenbindinger mellem strengene. De unormale fibre, der dannes af utilstrækkeligt hydroxyleret kollagen, bidrager til de hudlæsioner og den skrøbelighed i blodkarrene, der ses ved skørbug.