8.6.1. Water-Soluble Vitamins Function As Coenzymes

Tabela 8.9 wymienia witaminy rozpuszczalne w wodzie – kwas askorbinowy (witamina C) i serię znaną jako kompleks witamin B (rysunek 8.32). Askorbinian, zjonizowana forma kwasu askorbinowego, służy jako czynnik redukujący (antyoksydant), co zostanie omówione w dalszej części artykułu. W skład serii witamin B wchodzą składniki koenzymów. Zauważ, że we wszystkich przypadkach, z wyjątkiem witaminy C, witamina musi zostać zmodyfikowana, zanim będzie mogła pełnić swoją funkcję.

Figure 8.32

Structures of Some Water-Soluble Vitamins.

Wybory witamin są w stanie wywołać wiele stanów patologicznych (patrz tabela 8.9). Jednak wiele z tych samych objawów może wynikać z innych stanów niż brak witaminy. Z tego powodu, a także dlatego, że witaminy są wymagane w stosunkowo niewielkich ilościach, stany patologiczne wynikające z niedoborów witamin są często trudne do zdiagnozowania.

Wymaganie witaminy C okazało się stosunkowo proste do wykazania. Ta rozpuszczalna w wodzie witamina nie jest używany jako koenzym, ale nadal jest wymagane dla ciągłej aktywności proyl hydroksylazy. Enzym ten syntetyzuje 4-hydroksyprolina, aminokwas, który jest wymagany w kolagenie, główny tkanki łącznej w kręgowców, ale rzadko występuje gdziekolwiek indziej. Jak powstaje ten niezwykły aminokwas i jaka jest jego rola? Wyniki badań nad znakowaniem radioaktywnym wykazały, że reszty proliny po stronie aminowej reszt glicyny w powstających łańcuchach kolagenu ulegają hydroksylacji. Atom tlenu, który przyłącza się do C-4 proliny pochodzi z tlenu molekularnego, O2. Drugi atom tlenu z O2 jest pobierany przez α-ketoglutaran, który jest przekształcany w bursztynian (rysunek 8.33). Ta złożona reakcja jest katalizowana przez hydroksylazę prolylowa, dioksygenazę. Jest ona wspomagana przez jon Fe2+, który jest z nią ściśle związany i potrzebny do aktywacji O2. Enzym ten przekształca również α-ketoglutaran w bursztynian bez hydroksylacji proliny. W tej częściowej reakcji powstaje utleniony kompleks żelaza, który inaktywuje enzym. Jak regenerowany jest aktywny enzym? Na ratunek przychodzi askorbinian (witamina C), który redukuje jon żelazowy nieaktywnego enzymu. W procesie regeneracji askorbinian jest utleniany do kwasu dehydroaskorbinowego (rysunek 8.34). Tak więc, askorbinian służy tutaj jako specyficzny antyoksydant.

Rysunek 8.33

Powstawanie 4-hydroksyproliny. Prolina jest hydroksylowana na C-4 przez działanie hydroksylazy prolylowej, enzymu, który aktywuje tlen cząsteczkowy.

Rysunek 8.34

Formy kwasu askorbinowego (witaminy C). Askorbinian jest zjonizowaną postacią witaminy C, a kwas dehydroaskorbinowy jest utlenioną postacią askorbinianu.

Primates nie są w stanie syntetyzować kwas askorbinowy, a zatem musi nabyć go z ich diety. Znaczenie askorbinianu staje się uderzająco oczywiste w szkorbut. Jacques Cartier w 1536 dał żywy opis tej choroby niedoboru żywieniowego, który dotknął jego ludzi, jak byli badania Saint Lawrence River:

Niektórzy stracili wszystkie swoje siły, i nie mógł stanąć na nogach. (…) Inni też mieli całą skórę upstrzoną plamami krwi o purpurowej barwie; krew ta podeszła do kostek, kolan, ud, ramion, barków, rąk i szyi. Ich usta stały się cuchnące, ich dziąsła tak zgniłe, że całe ciało odpadło, aż do korzeni zębów, które również prawie wszystkie wypadły.

James Lind, szkocki lekarz, naświetlił sposoby zapobiegania szkorbutowi w artykule zatytułowanym „A Treatise of the Scurvy” opublikowanym w 1747 roku. Lind opisał kontrolowane badania ustalające, że szkorbut może być zapobiegany przez włączenie owoców cytrusowych do diety. Królewska Marynarka Wojenna w końcu zaczęła wydawać marynarzom racje żywnościowe w postaci limonek, od czego brytyjscy marynarze zyskali przydomek „limonek”. Badania Linda zostały zainspirowane trudną sytuacją ekspedycji dowodzonej przez komodora George’a Ansona. Anson wyruszył z Anglii w 1740 roku z flotą sześciu statków i ponad 1000 ludzi i wrócił z ogromną ilością skarbów, ale z jego załogi tylko 145 osób przeżyło i dotarło do domu. Reszta zmarła na szkorbut.

Dlaczego upośledzona hydroksylacja ma takie niszczycielskie konsekwencje? Kolagen syntetyzowany w nieobecności askorbinianu jest mniej stabilny niż normalne białko. Badania stabilności termicznej syntetycznych polipeptydów były szczególnie pouczające. Hydroksyprolina stabilizuje potrójną helisę kolagenu poprzez tworzenie między pasmami wiązań wodorowych. Nieprawidłowe włókna utworzone przez niedostatecznie hydroksylowany kolagen przyczyniają się do zmian skórnych i kruchości naczyń krwionośnych widocznych w szkorbucie.

.