8.6.1. A vízoldható vitaminok koenzimként működnek

A 8.9. táblázat felsorolja a vízoldható vitaminokat, az aszkorbinsavat (C-vitamin) és a B-vitamin-komplexként ismert sorozatot (8.32. ábra). Az aszkorbát, az aszkorbinsav ionizált formája redukálószerként (antioxidánsként) szolgál, amint arról rövidesen szó lesz. A B-vitamin-sorozat a koenzimek összetevőiből áll. Vegyük észre, hogy a C-vitamin kivételével minden esetben a vitamint módosítani kell, mielőtt betöltené a funkcióját.

8.32. ábra

Egyes vízoldható vitaminok szerkezete.

A vitaminhiány számos kóros állapotot képes okozni (lásd a 8.9. táblázatot). Számos azonos tünet azonban a vitaminhiánytól eltérő állapotokból is eredhet. Emiatt, és mivel a vitaminokra viszonylag kis mennyiségben van szükség, a vitaminhiányból eredő kóros állapotokat gyakran nehéz diagnosztizálni.

A C-vitamin szükségletének kimutatása viszonylag egyszerűnek bizonyult. Ezt a vízben oldódó vitamint nem koenzimként használják, de a proil-hidroxiláz folyamatos aktivitásához mégis szükséges. Ez az enzim szintetizálja a 4-hidroxiprolint, egy olyan aminosavat, amely a gerincesek fő kötőszövetében, a kollagénben szükséges, de máshol ritkán fordul elő. Hogyan képződik ez a szokatlan aminosav, és mi a szerepe? A radioaktív jelöléssel végzett vizsgálatok eredményei azt mutatták, hogy a születő kollagénláncok glicinmaradványainak aminooldalán lévő prolinmaradványok hidroxilálódnak. A prolin C-4-hez kötődő oxigénatom a molekuláris oxigénből, az O2-ből származik. Az O2 másik oxigénatomját az α-ketoglutarát veszi fel, amely szukcináttá alakul (8.33. ábra). Ezt a komplex reakciót a prolil-hidroxiláz, egy dioxigenáz katalizálja. Ezt egy Fe2+ ion segíti, amely szorosan kötődik hozzá, és az O2 aktiválásához szükséges. Az enzim az α-ketoglutarátot is átalakítja szukcináttá anélkül, hogy a prolin hidroxilálódna. Ebben a részleges reakcióban egy oxidált vaskomplex képződik, amely inaktiválja az enzimet. Hogyan regenerálódik az aktív enzim? Az aszkorbát (C-vitamin) a segítségünkre siet az inaktivált enzim vasionjának redukciójával. A helyreállítási folyamat során az aszkorbát dehidroaszkorbinsavvá oxidálódik (8.34. ábra). Az aszkorbát tehát itt specifikus antioxidánsként szolgál.

8.33. ábra

A 4-hidroxiprolin képződése. A prolin C-4-en hidroxilálódik a molekuláris oxigént aktiváló prolil-hidroxiláz enzim hatására.

8.34. ábra

Aszkorbinsav (C-vitamin) formái. Az aszkorbát a C-vitamin ionizált formája, a dehidroaszkorbinsav pedig az aszkorbát oxidált formája.

A főemlősök nem képesek aszkorbinsavat szintetizálni, ezért azt a táplálékból kell beszerezniük. Az aszkorbát jelentősége a skorbutban válik szembeötlően nyilvánvalóvá. Jacques Cartier 1536-ban szemléletes leírást adott erről a táplálékhiányos betegségről, amely a Szent Lőrinc-folyót felfedező embereit sújtotta:

Néhányan elvesztették minden erejüket, és nem tudtak lábra állni. … Másoknak az egész bőrén lilás színű vérfoltok jelentek meg: majd felszállt a bokájukra, térdükre, combjukra, vállukra, karjukra és nyakukra. A szájuk bűzlött, az ínyük annyira elrohadt, hogy az egész hús leesett, egészen a fogak gyökeréig, amelyek szintén majdnem mind kihullottak.”

James Lind skót orvos 1747-ben megjelent “A Treatise of the Scurvy” című cikkében megvilágította a skorbut megelőzésének módjait. Lind egy ellenőrzött vizsgálatot ismertetett, amely megállapította, hogy a skorbut megelőzhető a citrusfélék étrendbe való beiktatásával. A Királyi Haditengerészet végül elkezdte kiadni a tengerészeknek a lime-adagokat, amely szokásból a brit tengerészek a “limeys” becenevet kapták. Lind kutatását egy George Anson parancsnok által vezetett expedíció sanyarú sorsa inspirálta. Anson 1740-ben egy hat hajóból és több mint 1000 emberből álló flottával indult el Angliából, és hatalmas mennyiségű kincsekkel tért vissza, de legénységéből csak 145-en élték túl, hogy hazaérjenek. A többiek skorbutban haltak meg.

Miért van a károsodott hidroxilációnak ilyen pusztító következménye? Az aszkorbát hiányában szintetizált kollagén kevésbé stabil, mint a normál fehérje. A szintetikus polipeptidek hőstabilitásának vizsgálata különösen tanulságos volt. A hidroxiprolin a szálak közötti hidrogénkötések kialakításával stabilizálja a kollagén hármas spirált. Az elégtelenül hidroxilált kollagén által alkotott rendellenes rostok hozzájárulnak a skorbutban megfigyelhető bőrelváltozásokhoz és az erek törékenységéhez.