Author: Gianpiero Pescarmona Date: 23/10/2007
Description and Functions
(W)
Role of Vitamin C in Iron absorption
Vitamin C at Linus Pauling Institute
EU Project about AA
Papers BH4 Ascorbic Acid
Ascorbic acid administration produces an antidepressant-like effect: evidence for the involvement of monoaminergic neurotransmission. 2009
Ascorbic acid and ROS
Sintesi L’ascorbato è sintetizzato da molti vertebrati, ma nel tempo questa capacità biosintetica è stata persa da un certo numero di specie tra cui anche dai primati e dall’uomo, per il quale l’ascorbato è diventata una vitamina. Negli animali che hanno la capacità di sintetizzare la vitamina C, il processo parte dal D-glucuronato (fig. 1). Questo è formato attraverso un’idrolisi diretta dell’uridina di fosfato(UDP)-glucuronato attraverso l’azione di enzimi legati alla membrana del reticolo endoplasmatico che mostrano molte proprietà in comune con l’enzima UDP-glucuronosiltransferasi. Gli xenobiotici non-glucuronidabili (aminopirine, metirapone, chloretone e altri) stimolano l’idrolisi enzimatica dell’UDP-glucuronato, portando ad un aumento della formazione di vitamina C in vivo. Il glucuronato è convertito a L-gulonato da un’aldeide reduttasi, un enzima della superfamiglia delle aldo-cheto reduttasi. L’L-gulonato è poi convertito a L-gulono-1,4-lattone da una gattonasi identificata come SMP30, anche chiamata regucalcina, la cui assenza nei topi porta a deficienza di vitamina C. L’ultimo step del pathway della sintesi della vitamina C è l’ossidazione dell’ L-gulono-1,4-lattone a L-acido ascorbico ad opera della L-gulonolattone ossidasi (GLO), un enzima associato alla membrana del reticolo endoplasmatico. Si tratta di un enzima microsomiale che catalizza aerobicamente la produzione di L-ascorbato e contemporaneamente H2O2. L’immediata ossidazione produce 2-cheto-L-gulonolattone, un intermedio che isomerizza spontaneamente a L-ascorbato. Proprio a livello del gene che codifica per questo enzima, nell’uomo e in altre specie, si sono riscontrate delle mutazioni che si pensa causino la deficienza e l’incapacità di sintetizzare la vitamina C autonomamente. Invece, in tutte le specie animali esaminate, compresi i primati e l’uomo, il D-glucoronato può essere convertito nel pentosio L-xilulosio in un pathway conosciuto come “via dei pentosi” o “pathway dell’ossidazione dell’acido glucuronico” (fig. 2). In questo caso, l’L-gulonato è ossidato a 3-cheto-L-gulonatoda una deidrogenasi NAD-dipendente. Il 3-cheto-L-gulonatoé decarbossilato a L-xilulosio da una decarbossilasi conosciuta solo in parte e di cui non si conosce nemmeno l’identità molecolare.L’L-xilulosio è poi convertita a xilitoloda una L-xilulosio redattasi NADPH-dipendente. Questa redattasi mostra una preferenza marcata per il NADPH rispetto al NADH ed è espressa in modo ubiquitario in molti mammiferi. Lo xilitolo è ossidato a D-xilulosio da un enzima NAD-dipendente identico alla sorbitolo deidrogenasi. Infine, il D-xilulosio può entrare nella via dei pentosi dopo la sua fosforilazione da parte della D-xilulosio-chinasi.
Fig.1: sintesi della vitamina C e via dei pentosi
Le forme di risonanza possono anche essere scritte per la forma della vitamina C che ha perso un elettrone (fig. 2), creando il radicale semideidoascorbato (SDA), molto più stabile e molto meno reattivo rispetto agli altri radicali liberi. Il deidroascorbato (DHA), la forma totalmente ossidata di vitamina C (fig. 2), è ridotta spontaneamente dal glutatione o tramite reazioni enzimatiche che includono glutatione o NADPH.
Fig.2: ascorbato, SDA e DHA
Assorbimento e trasporto La vitamina C viene assorbita nella parte prossimale dell’intestino tenue. Questo processo diminuisce nella vecchiaia, nei casi di acloridria e di infezioni intestinali. La vitamina C viene trasportata nel plasma dall’albumina sotto forma di acido ascorbico, entra nelle cellule di mammifero attraverso un processo Na+-dipendente (fig.3) che richiede energia attraverso due cotrasportatori che mostrano una distinta distribuzione tissutale:
Il deidroascorbato (DHA) è trasportato dai trasportatori di glucosio, in particolare da GLUT1, GLUT3 e GLUT4 in un processo sodio indipendente. Intracellularmente, l’acido deidroascorbico viene ridotto ad acido ascorbico che si concentra prevalentemente nel citoplasma dove svolge la funzione di antiossidante (fig. 3).
Fig.3: trasporto dell’acido ascorbico all’interno delle cellule
Catabolismo Nei mammiferi la degradazione dell’ascorbato sembra procedere via DHA, una molecola instabile, e coinvolgere reazioni spontanee e catalizzate da enzimi. L’ascorbatoé ossidato a DHA in una varietà di reazioni enzimatiche o meno.Il DHA può essere riconvertito in ascorbato, ma può anche essere idrolizzato a 2,3-dicheto-L-gulonato (2,3-DKG). Quest’ultima reazioneé irreversibile e il 2,3-DKG, al contrario del DHA, è privo di attività antiscorbutica. Il DHA è instabile e può andare incontro rapidamente ad un’idrolisi non enzimatica a pH neutro a 37°C.L’incubazione del DHA o del 2,3-DKG in presenza di un buffer fosfato (pH 7) per alcune ore a 37°C porta alla formazione di L-eritrulosio e ossalato, indicando un clivaggio tra il secondo e terzo carbonio. Quando l’incubazione è eseguita in presenza di H2O2 (che si può formare durante l’ossidazione chimica dell’ascorbato), Il maggior prodotto di degradazione che si forma è l’L-treonato (fig. 4)
Fig.4: degradazione dell’acido ascorbico
La Vitamina C e l’evoluzione Perché il processo di sintesi dell’acido ascorbico, considerati i suoi numerosi effetti benefici, non è stato mantenuto durante l’evoluzione dall’uomo? Insieme alle scimmie e ai maiali di Guinea infatti, l’uomo non è più in grado di produrre da sé questa sostanza vitale, che deve quindi procurarsi dall’esterno per sopravvivere. Abbiamo effettuato delle ricerche e abbiamo scoperto che negli anni passati alcuni scienziati si sono adoperati per trovare una risposta a questo paradosso: si può considerare un “incidente di percorso” dei processi evolutivi. Tra gli esseri viventi in grado di sintetizzare l’acido ascorbico, in pesci, rettili e alcuni uccelli la produzione avviene nei reni. In vista dell’evoluzione verso mammiferi più attivi e quindi maggiormente sottoposti a stress, la natura doveva decidere dove far avvenire questa reazione, in base alle esigenze fisiologiche. La soluzione fu di trasferire gli enzimi coinvolti nel processo di produzione dai reni al fegato; oggi infatti tutti i mammiferi capaci di sintetizzare l’ascorbato hanno come sede di produzione il fegato. I primati, comparsi successivamente, avrebbero dovuto mantenere questa capacità, ma non fu così; è noto che da migliaia di anni l’uomo è soggetto allo scorbuto. Ripercorrendo una sorta di albero genealogico, la mutazione che ha determinato questo deficit risalirebbe all’era in cui molti invertebrati e vertebrati si estinsero, (teoria dell’esplosione di una supernova); l’assorbimento da parte dell’atmosfera terrestre di raggi gamma e raggi X potrebbe aver contribuito al danno genetico e quindi alla mutazione di geni come quello della L-gulonolattone ossidasi (GLO). A causa di questo gene difettoso l’uomo soffre di una malattia epato-enzimatica genetica, un vero errore innato nel metabolismo dei carboidrati. Riportiamo un lavoro dello scienziato Irwin Stone, The Natural History of Ascorbic Acid in the Evolution of the Mammals and Primates and Its Significance for Present Day Man
Michela Boi Rossella Parrotta
