Vitamina C - BMI Cell Metabolism Institute
Acid ascorbic (vitamina C)
Acidul L-ascorbic este o substanță care este implicată în multe reacții ale metabolismului. Specia umană și restul primatelor și alte câteva animale nu o pot sintetiza, așa că pentru ele este o vitamină și trebuie să fie neapărat în dietă. Deficiența sa produce numeroase tulburări ale sistemului mecanic și, în special, scorbutul, boală cunoscută încă din secolul al XVI-lea. Se întâmplă ca cobaiul, un animal utilizat pe scară largă în laborator, să fie unul dintre acele animale care nu pot sintetiza acidul ascorbic, așa că sa dovedit a fi un model experimental bun pentru a studia deficiența de vitamina C și scorbutul.
figura 1. Structura acidului L-ascorbic (vitamina C) și reacția de oxidare în care devine dehidroascorbic. Setul ascorbic-dehidroascorbic constituie o pereche redox.
Rolul acidului ascorbic în metabolism
A fost dificil de înțeles funcția metabolică a acidului ascorbic, deoarece mecanismul său de acțiune este unic în metabolism și total diferit de celelalte produse. În principiu, era de așteptat că, având în vedere caracterul său de cuplu redox (agent reductor de oxid), ar trebui să intervină ca o coenzimă în reacțiile de oxidare din metabolism. În prima jumătate a secolului 20, rolul tuturor coenzimelor de acest tip în metabolism a devenit cunoscut, dar cel al acidului ascorbic a rămas necunoscut.
În anii 1960, se știa că acidul ascorbic a fost implicat în sinteza colagenului, care a început să explice mecanismul scorbutului, dar funcția sa și mecanismul din această sinteză nu au fost cunoscute decât după aproape treizeci de ani mai târziu, în 1989, cu investigarea grupul lui Kari Kivirikko [1], în cadrul Departamentului de Biochimie Medicală al Universității din Oulu (Finlanda), și cunoștințele lor au reprezentat un pas important în biochimie, deoarece a dus la extinderea conceptului de coenzimă.
1. Kivirikko KI, Myllylä R, Pihlajaniemi T. (1989) Hidroxilarea proteinelor: prolil 4-hidroxilaza, o enzimă cu patru cosubstraturi și o subunitate multifuncțională. FASEB J. 3, 1609-1617.
Sinteza moleculei de colagen (cea mai abundentă proteină din organism și cea care se fabrică cel mai mult zilnic) este foarte complexă: mai întâi se sintetizează procolagen și apoi un anumit număr de reziduuri de prolină și lizină sunt hidroxilate la molecula se poate plia corect formând tripla helix (vezi structura și sinteza colagenului pe această pagină web). Reacția de hidroxilare a prolinei este catalizată de enzima [procolagen] -prolină hidroxilază, care catalizează reacția:
Figura 2. Reacție normală de hidroxilare a unui reziduu de prolină încorporat în molecula de procolagen, catalizată de enzima [procolagen] -prolină hidroxilază. Reziduul de prolină este oxidat de oxigen molecular, iar acidul a-k-glutaric (2-OG) acționează ca o coenzimă, transformându-se în acid succinic, fără intervenția acidului ascorbic. Enzima necesită și Fe 2+ ca cofactor.
Totuși, enzima catalizează, de asemenea, în mod inevitabil, reacția falsă de decarboxilare oxidativă a α-k-glutaratului, transformându-l în succinat fără hidroxilare prolină, iar apoi acidul ascorbic trebuie să acționeze ca un acceptor de electroni.
Figura 3. Reacție falsă catalizată de enzima [procolagen] -prolină hidroxilază: oxidarea acidului a-k-glutaric (2-OG) prin oxigen molecular dând acid succinic fără hidroxilarea prolinei. Această reacție necesită acid ascorbic ca coenzimă. Fără acid ascorbic, reacția nu poate fi rezolvată și enzima este blocată.
Acidul ascorbic intervine astfel încât această reacție să atingă un final reușit, împiedicând blocarea enzimei și putând continua să funcționeze. Mai mult, aceeași reacție se poate regrupa producând hidroxilarea prolinei.
Figura 4. Formă alternativă a reacției de mai sus, cu hidroxilare a prolinei.
Acest rol al acidului ascorbic (vitamina C) ca „eventuală coenzimă”, sau coenzimă de asistență, a fost o noutate fără precedent în metabolism: acidul ascorbic nu intervine în reacția principală (Fig. 2), dar este necesar să redirecționăm intermediarul produse de reacții false (figurile 3 și 4). Am putea spune că acidul ascorbic joacă un rol similar cu cel al membrilor unei bande de toreri, care nu sunt implicați direct în muncă, dar care trebuie să fie acolo pentru a ieși atunci când există o problemă. Ulterior, s-a văzut că acidul ascorbic intervine într-un mod similar, ca o coenzimă ajutătoare, (care nu este implicat în reacția principală, dar este necesar pentru a redirecționa subprodusele care pot fi produse, cum ar fi radicalii liberi de oxigen) în multe alte reacții metabolice de oxidare (în cel puțin douăzeci de reacții cunoscute în prezent).
Originea și necesitatea acidului ascorbic la unele grupuri de animale. - Cum și de ce acidul ascorbic s-a transformat într-o vitamină?
Calea metabolică pentru sinteza acidului ascorbic este aceeași în toate organismele (bacterii, alge, ciuperci și animale): începe de la glucoză și are unsprezece etape, catalizate de zece enzime. La primate există calea metabolică completă, cu excepția enzimei L-gulonolacton oxidază. Lipsind această enzimă, aceste animale nu sunt capabile să producă acid ascorbic și depind de aportul său din dietă.
Explicația de ce primatele, inclusiv specia umană și alte câteva animale nu pot sintetiza acidul ascorbic este bine înțeleasă și este o paradigmă a selecției naturale și a adaptării evolutive.