8.6.1. In water oplosbare vitaminen fungeren als co-enzymen
Tabel 8.9 geeft een lijst van de in water oplosbare vitaminen-ascorbinezuur (vitamine C) en een reeks die bekend staat als het vitamine B-complex (figuur 8.32). Ascorbaat, de geïoniseerde vorm van ascorbinezuur, fungeert als reductiemiddel (antioxidant), zoals zo dadelijk zal worden besproken. De vitamine B-reeks bestaat uit componenten van co-enzymen. Merk op dat, in alle gevallen behalve vitamine C, de vitamine moet worden gemodificeerd voordat het zijn functie kan vervullen.
Figuur 8.32
Structuren van enkele in water oplosbare vitamines.
Vitaminetekorten kunnen een verscheidenheid van pathologische aandoeningen veroorzaken (zie tabel 8.9). Veel van dezelfde symptomen kunnen echter ook het gevolg zijn van andere aandoeningen dan een vitaminetekort. Daarom, en omdat vitamines in betrekkelijk kleine hoeveelheden nodig zijn, zijn pathologische aandoeningen als gevolg van vitaminetekorten vaak moeilijk vast te stellen.
De behoefte aan vitamine C bleek betrekkelijk eenvoudig aan te tonen. Deze in water oplosbare vitamine wordt niet gebruikt als co-enzym, maar is toch nodig voor de voortdurende activiteit van proylhydroxylase. Dit enzym synthetiseert 4-hydroxyproline, een aminozuur dat nodig is in collageen, het belangrijkste bindweefsel van gewervelde dieren, maar dat zelden elders wordt aangetroffen. Hoe wordt dit ongewone aminozuur gevormd en wat is de rol ervan? De resultaten van radioactieve-labeling studies toonden aan dat proline residuen aan de aminozijde van glycine residuen in ontluikende collageen ketens gehydroxyleerd worden. Het zuurstofatoom dat aan C-4 van proline wordt gehecht is afkomstig van moleculaire zuurstof, O2. Het andere zuurstofatoom van O2 wordt opgenomen door α-ketoglutaraat, dat wordt omgezet in succinaat (figuur 8.33). Deze complexe reactie wordt gekatalyseerd door prolylhydroxylase, een dioxygenase. Het wordt bijgestaan door een Fe2+-ion, dat er stevig aan gebonden is en nodig is om O2 te activeren. Het enzym zet ook α-ketoglutaraat om in succinaat zonder proline te hydroxyleren. Bij deze partiële reactie wordt een geoxideerd ijzercomplex gevormd, dat het enzym inactiveert. Hoe wordt het actieve enzym geregenereerd? Ascorbaat (vitamine C) schiet te hulp door het ferri-ion van het geïnactiveerde enzym te reduceren. In het herstelproces wordt ascorbaat geoxideerd tot dehydroascorbinezuur (figuur 8.34). Ascorbaat dient hier dus als een specifieke antioxidant.
Figuur 8.33
Vorming van 4-Hydroxyproline. Proline wordt gehydroxyleerd op C-4 door de werking van prolylhydroxylase, een enzym dat moleculaire zuurstof activeert.
Figuur 8.34
Vormen van Ascorbinezuur (Vitamine C). Ascorbaat is de geïoniseerde vorm van vitamine C, en dehydroascorbinezuur is de geoxideerde vorm van ascorbaat.
Primaten kunnen geen ascorbinezuur synthetiseren en moeten het dus uit hun voeding halen. Het belang van ascorbaat wordt treffend duidelijk bij scheurbuik. Jacques Cartier gaf in 1536 een levendige beschrijving van deze gebreksziekte die zijn mannen trof toen zij de Saint Lawrence rivier verkenden:
Sommigen verloren al hun kracht, en konden niet meer op hun voeten staan. … Anderen hadden ook al hun huiden bevlekt met bloedvlekken van een purperen kleur; daarna steeg het op tot in hun enkels, knieën, dijen, schouders, armen en nek. Hun monden werden stinkend, hun tandvlees zo rot, dat al het vlees eraf viel, zelfs tot aan de wortels van de tanden, die er ook bijna allemaal uitvielen.
James Lind, een Schotse arts, belichtte de middelen om scheurbuik te voorkomen in een artikel met de titel “A Treatise of the Scurvy”, gepubliceerd in 1747. Lind beschreef een gecontroleerde studie waaruit bleek dat scheurbuik kon worden voorkomen door citrusvruchten in het dieet op te nemen. De Royal Navy begon uiteindelijk met het uitdelen van limoenrantsoenen aan zeelieden, waaraan de Britse zeelieden de bijnaam “limeys” te danken hadden. Lind’s onderzoek was geïnspireerd door de benarde situatie van een expeditie onder bevel van Commodore George Anson. Anson vertrok in 1740 uit Engeland met een vloot van zes schepen en meer dan 1000 man en keerde terug met een enorme hoeveelheid schatten, maar van zijn bemanning overleefden slechts 145 het thuisfront. De rest was gestorven aan scheurbuik.
Waarom heeft verminderde hydroxylatie zulke verwoestende gevolgen? Collageen gesynthetiseerd in de afwezigheid van ascorbaat is minder stabiel dan de normale eiwit. Studies van de thermische stabiliteit van synthetische polypeptiden zijn bijzonder informatief geweest. Hydroxyproline stabiliseert de collageen drievoudige helix door de vorming van waterstofbruggen tussen de strengen. De abnormale vezels die door onvoldoende gehydroxyleerd collageen worden gevormd, dragen bij tot de huidletsels en de kwetsbaarheid van de bloedvaten die bij scheurbuik worden waargenomen.