C-vitamin - BMI Sejtmetabolizmus Intézet
Aszkorbinsav (C-vitamin)
Az L-aszkorbinsav olyan anyag, amely számos anyagcsere-reakcióban vesz részt. Az emberi faj és a többi főemlős, valamint néhány más állat nem tudja szintetizálni, ezért számukra ez egy vitamin, és szükségszerűen az étrendben kell lenniük. Hiánya a mechanikai rendszer számos rendellenességét okozza, és különösen a skorbutot, amely betegség a 16. század óta ismert. Így történik, hogy a tengerimalac, a laboratóriumban széles körben használt állat, egyike azoknak az állatoknak, amelyek nem képesek szintetizálni az aszkorbinsavat, ezért jó kísérleti modellnek bizonyult a C-vitamin-hiány és a skorbut vizsgálatára.
1.ábra. Az L-aszkorbinsav (C-vitamin) szerkezete és oxidációs reakciója, amelyben dehidroaszkorbinsá válik. Az aszkorbin-dehidroaszkorbikus készlet egy redox pár.
Az aszkorbinsav szerepe az anyagcserében
Nehéz volt megérteni az aszkorbinsav metabolikus funkcióját, mert hatásmechanizmusa egyedülálló az anyagcserében és teljesen eltér a többi terméktől. Elvileg elvárható volt, hogy tekintettel a redox pár (oxidáció-redukáló szer) jellegére, koenzimként be kell avatkoznia az anyagcsere oxidációs reakcióiba. A 20. század első felében ismertté vált az összes ilyen típusú koenzim szerepe az anyagcserében, de az aszkorbinsav szerepe ismeretlen maradt.
Az 1960-as években ismert volt, hogy az aszkorbinsav részt vesz a kollagén szintézisében, amely kezdte magyarázni a skorbut mechanizmusát, de ennek a szintézisnek a funkciója és mechanizmusa csaknem harminc évvel később, 1989-ben volt ismert a Kari Kivirikko [1] csoportja az Oulu Egyetem (Finnország) Orvosi Biokémiai Tanszékén, és tudásuk nagy lépés volt a biokémia területén, mivel a koenzim fogalmának kibővítéséhez vezetett.
1. Kivirikko KI, Myllylä R, Pihlajaniemi T. (1989) Protein-hidroxilezés: prolil-4-hidroxiláz, egy enzim négy koszubsztráttal és egy multifunkcionális alegységgel. FASEB J. 3, 1609-1617.
A kollagén molekula szintézise (a szervezetben a legelterjedtebb fehérje és a naponta előállított fehérje) nagyon összetett: először a prokollagént szintetizálják, majd bizonyos számú prolin- és lizinmaradékát hidroxilezik, a molekula helyesen tud hajtogatni, így kialakul a hármas spirál (lásd a struktúrát és a kollagén szintézist ezen a weboldalon). A prolin hidroxilezési reakcióját a [prokollagén] -prolin-hidroxiláz enzim katalizálja, amely katalizálja a reakciót:
2. ábra. A prokollagén molekulába beépített prolin maradék hidroxilezésének normális reakciója, amelyet a [prokollagén] -prolin-hidroxiláz enzim katalizál. A prolin maradékot molekuláris oxigén oxidálja, és az a-k-glutársav (2-OG) koenzimként működik, borostyánkősavvá alakulva, aszkorbinsav közbeiktatása nélkül. Az enzimhez kofaktorként Fe 2+ is szükséges.
Az enzim azonban óhatatlanul katalizálja az a-k-glutarát hamis oxidatív dekarboxilezési reakcióját is, prolin-hidroxilezés nélkül szukcinává alakítja, majd az aszkorbinsavnak elektron-akceptorként kell működnie.
3. ábra. A [prokollagén] -prolin-hidroxiláz enzim által katalizált hamis reakció: a-k-glutársav (2-OG) oxidációja molekuláris oxigénnel borostyánkősavat eredményezve, prolin hidroxilezése nélkül. Ehhez a reakcióhoz aszkorbinsavra van szükség koenzimként. Az aszkorbinsav nélkül a reakció nem oldódik fel, és az enzim blokkolva van.
Az aszkorbinsav közreműködik, hogy ez a reakció sikeres véget érjen, megakadályozva az enzim blokkolását és a további működését. Továbbá, ugyanez a reakció átcsoportosíthatja a prolin hidroxilezését.
4. ábra. A fenti reakció alternatív formája a prolin hidroxilezésével.
Az aszkorbinsav (C-vitamin), mint „esetleges koenzim” vagy asszociációs koenzim funkciója példátlan újdonság volt az anyagcserében: az aszkorbinsav nem avatkozik be a fő reakcióba (2. ábra), de a közbenső terméket át kell irányítani hamis reakciók termékei (3. és 4. ábra). Mondhatnánk, hogy az aszkorbinsav hasonló szerepet játszik, mint egy bikaviadal-banda tagjai, akik közvetlenül nem vesznek részt a munkában, de akiknek ott kell lenniük, hogy kijöjjenek, ha probléma merül fel. Ezt követően azt tapasztalták, hogy az aszkorbinsav hasonló módon, segítő koenzimként avatkozik be (nem vesz részt a fő reakcióban, de szükséges az esetlegesen keletkező melléktermékek, például oxigén szabad gyökök átirányításához) sok más az oxidáció metabolikus reakciói (legalább húsz jelenleg ismert reakcióban).
Származás és aszkorbinsav szükségesség egyes állatcsoportokban. - Hogyan és miért alakult az aszkorbinsavból vitamin?
Az aszkorbinsav szintézisének metabolikus útja minden organizmusban (baktériumban, algában, gombában és állatban) azonos: glükózból indul ki, és tizenegy lépésből áll, amelyeket tíz enzim katalizál. A főemlősökben a teljes metabolikus útvonal zajlik, kivéve az L-gulonolakton-oxidáz enzimet. Ezen enzim hiányában ezek az állatok nem képesek aszkorbinsavat előállítani, és attól függenek, hogy az étrendben milyen mennyiségben vannak jelen.
Jól érthető annak magyarázata, hogy a főemlősök, köztük az emberi fajok és néhány más állat miért nem képes szintetizálni az aszkorbinsavat, és a természetes szelekció és az evolúciós adaptáció paradigmája.