8.6.1. Vesiliukoiset vitamiinit toimivat koentsyymeinä

Taulukossa 8.9 on lueteltu vesiliukoiset vitamiinit – askorbiinihappo (C-vitamiini) ja B-vitamiinikompleksina tunnettu sarja (kuva 8.32). Askorbaatti, askorbiinihapon ionisoitu muoto, toimii pelkistävänä aineena (antioksidanttina), kuten jäljempänä käsitellään. B-vitamiinisarja koostuu koentsyymien komponenteista. Huomaa, että C-vitamiinia lukuun ottamatta kaikissa tapauksissa vitamiinin on muututtava, ennen kuin se voi palvella tehtäväänsä.

Kuva 8.32

Joidenkin vesiliukoisten vitamiinien rakenteet.

Vitamiinien puutokset voivat aiheuttaa erilaisia patologisia tiloja (ks. taulukko 8.9). Monet samoista oireista voivat kuitenkin johtua muista tiloista kuin vitamiinin puutteesta. Tästä syystä ja koska vitamiineja tarvitaan suhteellisen pieniä määriä, vitamiinien puutteesta johtuvia patologisia tiloja on usein vaikea diagnosoida.

C-vitamiinin tarve osoittautui suhteellisen helpoksi osoittaa. Tätä vesiliukoista vitamiinia ei käytetä koentsyyminä, mutta sitä tarvitaan silti proyylihydroksylaasin toiminnan jatkumiseen. Tämä entsyymi syntetisoi 4-hydroksiproliinia, aminohappoa, jota tarvitaan kollageenissa, selkärankaisten tärkeimmässä sidekudoksessa, mutta jota esiintyy harvoin muualla. Miten tämä epätavallinen aminohappo muodostuu ja mikä on sen tehtävä? Radioaktiivisen merkinnän tutkimusten tulokset osoittivat, että syntyvien kollageeniketjujen glysiinijäämien aminopuolella olevat proliinijäämät hydroksyloituvat. Happiatomi, joka kiinnittyy proliinin C-4:ään, on peräisin molekulaarisesta hapesta, O2:sta. O2:n toisen happiatomin ottaa vastaan α-ketoglutaraatti, joka muuttuu sukkinaatiksi (kuva 8.33). Tätä monimutkaista reaktiota katalysoi prolyylihydroksylaasi, joka on dioxygenaasi. Sitä avustaa Fe2+-ioni, joka on tiukasti sitoutunut siihen ja jota tarvitaan O2:n aktivoimiseksi. Entsyymi muuntaa myös α-ketoglutaraatin sukkinaatiksi hydroksyloimatta proliinia. Tässä osittaisreaktiossa muodostuu hapettunut rautakompleksi, joka inaktivoi entsyymin. Miten aktiivinen entsyymi regeneroidaan? Askorbaatti (C-vitamiini) tulee apuun pelastaen inaktivoituneen entsyymin rautaionin. Palautumisprosessissa askorbaatti hapettuu dehydroaskorbiinihapoksi (kuva 8.34). Askorbaatti toimii tässä siis spesifisenä antioksidanttina.

Kuva 8.33

4-Hydroksiproliinin muodostuminen. Proliini hydroksyloidaan C-4:stä prolyylihydroksylaasin, molekyylihappea aktivoivan entsyymin, vaikutuksesta.

Kuva 8.34

Askorbiinihapon (C-vitamiini) muodot. Askorbaatti on C-vitamiinin ionisoitu muoto, ja dehydroaskorbiinihappo on askorbaatin hapettunut muoto.

Primaatit eivät kykene syntetisoimaan askorbiinihappoa, joten niiden on hankittava sitä ravinnosta. Askorbaatin merkitys tulee silmiinpistävän selvästi esiin keripukissa. Jacques Cartier antoi vuonna 1536 elävän kuvauksen tästä ravinnon puutostilasta, joka vaivasi hänen miehiään heidän ollessaan tutkimassa Saint Lawrence -jokea:

Jotkut menettivät kaikki voimansa, eivätkä pystyneet seisomaan jaloillaan. … Toisilla oli myös koko iho täynnä purppuranpunaisia veritahroja, jotka nousivat heidän nilkkoihinsa, polviinsa, reisiinsä, hartioihinsa, käsivarsilleen ja kaulaansa. Heidän suunsa muuttui haisevaksi ja ikenensä niin mädäntyneiksi, että kaikki liha putosi pois, jopa hampaiden juuria myöten, jotka myöskin putosivat melkein kaikki pois.”

James Lind, skotlantilainen lääkäri, valotti keripukin ennaltaehkäisyn keinoja vuonna 1747 julkaistussa artikkelissaan ”A Treatise of the Scurvy”. Lind kuvasi kontrolloidun tutkimuksen, jossa todettiin, että keripukki voidaan ehkäistä sisällyttämällä ruokavalioon sitrushedelmiä. Kuninkaallinen laivasto alkoi lopulta jakaa merimiehille kalkkiannoksia, mistä tavasta brittimerimiehet saivat lempinimen ”limeys”. Lindin tutkimuksen innoittajana oli kommodori George Ansonin komentaman retkikunnan ahdinko. Anson lähti Englannista vuonna 1740 kuuden aluksen ja yli 1 000 miehen laivaston kanssa ja palasi mukanaan valtava määrä aarteita, mutta hänen miehistöstään vain 145 jäi henkiin ja pääsi kotiin. Loput olivat kuolleet keripukkiin.

Miksi heikentyneellä hydroksylaatiolla on niin tuhoisia seurauksia? Askorbaatin puuttuessa syntetisoitu kollageeni on vähemmän stabiili kuin normaali proteiini. Synteettisten polypeptidien lämpöstabiilisuutta koskevat tutkimukset ovat olleet erityisen valaisevia. Hydroksiproliini vakauttaa kollageenin kolmoiskierteitä muodostamalla säikeiden välisiä vetysidoksia. Riittämättömän hydroksyloidun kollageenin muodostamat epänormaalit kuidut vaikuttavat keripukin aiheuttamiin ihovaurioihin ja verisuonten haurauteen.