8.6.1. Le vitamine solubili in acqua funzionano come coenzimi

La tabella 8.9 elenca le vitamine solubili in acqua: l’acido ascorbico (vitamina C) e una serie nota come complesso vitaminico B (Figura 8.32). L’ascorbato, la forma ionizzata dell’acido ascorbico, serve come agente riducente (un antiossidante), come verrà discusso a breve. La serie della vitamina B comprende componenti di coenzimi. Si noti che, in tutti i casi eccetto la vitamina C, la vitamina deve essere modificata prima di poter svolgere la sua funzione.

Figura 8.32

Strutture di alcune vitamine idrosolubili.

Le carenze vitaminiche sono in grado di causare una varietà di condizioni patologiche (vedi Tabella 8.9). Tuttavia, molti degli stessi sintomi possono derivare da condizioni diverse dalla mancanza di una vitamina. Per questo motivo e perché le vitamine sono richieste in quantità relativamente piccole, le condizioni patologiche derivanti da carenze vitaminiche sono spesso difficili da diagnosticare.

Il requisito della vitamina C si è dimostrato relativamente semplice da dimostrare. Questa vitamina solubile in acqua non viene utilizzata come coenzima, ma è comunque necessaria per la continua attività della proilidrossilasi. Questo enzima sintetizza la 4-idrossiprolina, un aminoacido richiesto nel collagene, il principale tessuto connettivo dei vertebrati, ma che si trova raramente altrove. Come si forma questo insolito aminoacido e qual è il suo ruolo? I risultati degli studi di etichettatura radioattiva hanno mostrato che i residui di prolina sul lato amminico dei residui di glicina nelle catene nascenti di collagene diventano idrossilati. L’atomo di ossigeno che si attacca al C-4 della prolina proviene dall’ossigeno molecolare, O2. L’altro atomo di ossigeno di O2 è preso da α-chetoglutarato, che viene convertito in succinato (Figura 8.33). Questa complessa reazione è catalizzata dalla prolil idrossilasi, una diossigenasi. È assistita da uno ione Fe2+, che è strettamente legato ad essa e necessario per attivare l’O2. L’enzima converte anche l’α-chetoglutarato in succinato senza idrossilare la prolina. In questa reazione parziale, si forma un complesso di ferro ossidato, che inattiva l’enzima. Come si rigenera l’enzima attivo? L’ascorbato (vitamina C) viene in soccorso riducendo lo ione ferrico dell’enzima inattivo. Nel processo di recupero, l’ascorbato viene ossidato ad acido deidroascorbico (Figura 8.34). Quindi, l’ascorbato serve qui come antiossidante specifico.

Figura 8.33

Formazione della 4-idrossiprolina. La prolina è idrossilata a C-4 dall’azione della prolilidrossilasi, un enzima che attiva l’ossigeno molecolare.

Figura 8.34

Forme di acido ascorbico (vitamina C). L’ascorbato è la forma ionizzata della vitamina C, e l’acido deidroascorbico è la forma ossidata dell’ascorbato.

I primati non sono in grado di sintetizzare l’acido ascorbico e quindi devono acquisirlo dalla loro dieta. L’importanza dell’ascorbato diventa sorprendentemente evidente nello scorbuto. Jacques Cartier nel 1536 diede una vivida descrizione di questa malattia da carenza alimentare, che affliggeva i suoi uomini mentre esploravano il fiume San Lorenzo:

Alcuni persero tutte le loro forze, e non potevano stare in piedi. … Altri avevano la pelle macchiata di macchie di sangue color porpora, che saliva fino alle caviglie, alle ginocchia, alle cosce, alle spalle, alle braccia e al collo. Le loro bocche diventavano puzzolenti, le loro gengive così marce, che tutta la carne cadeva, fino alle radici dei denti, che cadevano quasi tutti.

James Lind, un medico scozzese, illuminò i mezzi di prevenzione dello scorbuto in un articolo intitolato “A Treatise of the Scurvy” pubblicato nel 1747. Lind descrisse uno studio controllato che stabiliva che lo scorbuto poteva essere prevenuto includendo gli agrumi nella dieta. La Royal Navy alla fine iniziò a distribuire razioni di lime ai marinai, da cui i marinai britannici acquisirono il soprannome di “limeys”. La ricerca di Lind è stata ispirata dalla situazione di una spedizione comandata dal commodoro George Anson. Anson lasciò l’Inghilterra nel 1740 con una flotta di sei navi e più di 1000 uomini e tornò con un’enorme quantità di tesori, ma del suo equipaggio solo 145 sopravvissero per raggiungere casa. Il resto era morto di scorbuto.

Perché l’idrossilazione compromessa ha conseguenze così devastanti? Il collagene sintetizzato in assenza di ascorbato è meno stabile della proteina normale. Gli studi sulla stabilità termica dei polipeptidi sintetici sono stati particolarmente istruttivi. L’idrossiprolina stabilizza la tripla elica del collagene formando legami idrogeno tra i filamenti. Le fibre anormali formate da collagene insufficientemente idrossilato contribuiscono alle lesioni cutanee e alla fragilità dei vasi sanguigni osservate nello scorbuto.