Mechanisms of Action of Vitamin C

Vitamin C readily undergoes reversible oxidation and reduction and plays an important role as a redox agent in biological systems.1 Its best understood function is in the synthesis of collagen, which promotes the formation of hydroxyproline. 2 Nonhydroxylated collagen is unstable and cannot form the triple helix required for normal structure of subcutaneous tissue, cartilage, bone, and teeth. The failure of cells to deposit collagen fibrils and intracellular cement substance leads to delayed wound healing. The inability of osteoblasts to form new bone matrix between cells prevents ossification, which may lead to bone fractures, and prevent bone healing. A lack of intracellular cement substance and an inability to form collagen fibrils results in capillary fragility characterized by petechial, purpuric, ecchymotic skin and mucosal lesions, and subperiosteal and visceral hemorrhages, which lead to anemia.3 The anemia that accompanies scurvy is of multifactorial origin. It results from acute blood loss related to hemorrhage, decreased absorption of iron, and the concurrent folate deficiency that is seen in patients with scurvy.4

Molecular studies on platelets deficient in collagen-induced aggregation also suggest a possible role for platelet-related collagen receptors. These studies have shown the platelets, which lacked collagen-induced aggregation and adhesion, have significantly reduced levels of 62-kD membrane glycoprotein VI (GPVI). GPVI has been suggested to function as a platelet-related collagen receptor.5 It has also been reported the serum from an idiopathic thrombocytopenic pupura patient contained an antibody against a platelet protein, which was later identified as GPVI.6

Since many foods (mushrooms, broccoli, cereals fortified with folic acid, oranges, and cataloupe) that contain vitamin C also contain folic acid, a diet that causes scurvy may also cause folic acid deficiency. In addition, ascorbic acid deficiency increases the oxidation of tetrahydrofolate to inactive folate metabolites and predisposes the patient to macrocytic/megaloblastic anemia. Vitamin C also regulates iron distribution and storage by maintaining a normal ratio of ferritin to hemosiderin. Patients with vitamin C deficiency excrete incompletely oxidized products of tyrosine, although the clinical significance of this is not clear.

Vitamin C also appears to function as a buffer against cell damage from free radicals thought to be important in a number of disease processes. As a specific electron donor, vitamin C also appears to participate in the synthesis of brain neurotransmitters and pituitary peptide hormones.

Функции:

- антиоксидант

- в синтезе коллагена

- синтез норадреналина (NE)

- синтез карнитина

- в метаболизме холестерола в жёлчные кислоты

- необходим для всасывания железа.

Vitamin C uptake and recycling in mitochondria. Vitamin C in its oxidized form as dehydroascorbic acid (DHA) is transported into mitochondria isolated from human kidney cells via GLUT1. The transported DHA is reduced in the mitochondria. The respiratory chain can donate electrons for the reduction of DHA. The site of DHA reduction is complex III (Li et al., 2002). DHA is also reduced back to ascorbate (AA) by DHA reductase and reduced glutathione (GSH). The oxidized glutathione formed is reduced back by glutathione reductase at the expense of NADPH (Li et al., 2001). DHA reduction can also be mediated by lipoic acid-containing enzyme complexes (Xu and Wells, 1996). AA can leave the mitochondria and this is mediated by an, at present, unidentified transporter. AA quenches reactive oxygen species, in this way protecting the mitochondrial genome and preventing mitochondrial membrane depolarization.

Среди млекопитающих только у человека, обезьян и морской свинки отсутствует фермент L-гулонолактон оксидаза () – последний в цепочке синтеза витамина С. Ген GLO есть у примитивных приматов, но был потерян нашими предками 55 – 35 миллионов лет назад. Человек вынужден был получать аскорбиновую кислоту с пищей, т.е. аскорбиновая кислота стала витамином С. И если в результате эволюции эта мутация закрепилась, следовательно – это дало нашим предкам какое-то преимущество. По этому поводу есть несколько теорий:

1. Нобелевские лауреаты Лайнус Полинг и Альберт Сент-Дьёрди (открывший витамин С) считали, что произошедшее не отразилось на жизнеспособности, так как окружающая обстановка в достаточной мере компенсировала отсутствие эндогенной наработки. «Не только обезьяны проходили через джунгли, но и джунгли проходили через обезьян» А. Сент-Дьёрди (1978).

2. Другим возможным объяснением является то, что витамин С может играть роль фактора рождаемости. Повышение потребности в витамине С у пожилых членов сообщества повышает смертность в условиях ограничения пищевых источников. Этот отбор снижает продолжительность жизни, давая преимущество в выжывании более молодым особям, чтобы в случае появления новых источников питания быстро восстановить популяцию.

3. В реакции GLO, кроме аскорбата получается перекись водорода, тогда как потребление витамина С извне увеличивает уровень антиоксидантов. Кроме того продукция перекиси водорода требует окисления и расхода глутатиона. Потеря активности GLO сберегает восстановленный глутатион – основной эндогенный антиоксидант в клетке, к тому же доступность витамина С в пище была не ограничена. В качестве компенсации у приматов многие конечные продукты выполняют роль антиоксидантов – билирубин, мочевая кислота. Хотя большинство животных экскретируют биливердин и аллонтоин как конечные продукты катаболизма пурина и порфирина.

4. Есть мнение, из-отсутствия GLO антиоксидантная система человека не вполне компенсирована, однако преобладание свободных радикалов служило значительным преимуществом (ввиду роста мутаций) в ускорении темпов эволюции ранних приматов.

5. В 2008 году была выдвинута новая теория основанная на том, что потеря способности синтезировать аскорбат и повышение уровня мочевой кислоты при неблагоприятных условиях питания способствуют повышению артериального давления. Сейчас хорошо известно, что оксидантный стресс - причина гипертонии, а уровень аскорбиновой кислоты в крови имеет обратную корреляцию с величиной артериального давления. На основе этих результатов высказано предположение, что те виды, которые не могут синтезировать аскорбинат страдают от окислительного стресса и имеют более высокое кровяное давление, что, предоставляет им явное преимущество выживания в период экологического стресса.

Role of ascorbate in the destruction of HIF-1α in normoxia. During hypoxia, HIF-1α enters the nucleus, forms a dimer with HIF-1β and the dimer binds to DNA through the hypoxia response element (HRE). In this way, transcription of oxygen-dependent genes is initiated. In normoxia, in the presence of oxygen and ascorbate, two proline residues and one asparagine residue of HIF-1α are hydroxylated by Fe(II) and 2-oxo-glutarate (2OG)-dependent dioxygenases, as prolyl hydroxylase domain family members, and by asparaginyl hydroxylase factor inhibiting HIF-1, respectively. Hydroxylation of prolyl residues results in the binding of the von Hippel–Lindau protein, which is part of the E3 ubiquitine ligase complex. This is the precondition for ubiquitination, which leads to the degradation of HIF-1α. Alternatively, Asn-hydroxylation prevents the binding of p300 transcription coactivator protein to HIF-1α. Thus, it inhibits transactivation of HIF-1α and the transcription of oxygen-dependent genes.

Дневная норма витамина С – 70 мг (женщины) – 90 мг (мужчины).

При недостатке витамина С развивается цинга (скорбут от итал. scabroso - шершавый):

• - утомляемость
• - кровотечения
• - синяки, кровоподтёки
• - выпадение волос
• - выпадение зубов
• - болезненность и припухлость суставов.

В настоящее время цинга не распространена, но весной у многих людей наблюдается недостаток (гиповитаминоз) витамина "С", что проявляется, например, повышенной утомляемостью, понижением иммунитета.

Основные источники витамина С: свежие зеленые овощи и фрукты. Витамин С легко разрушается при нагревании, особенно в щелочной среде в присутствии кислорода, ионов железа и меди. Хорошо сохраняется в кислой среде (в квашеной капусте, в клюкве, в ягодах черной смородины и плодах шиповника). Источником витамина С является также хвоя ели и сосны.

Патология

Цынга или скорбут – классическое заболевание связанное с недостатком витамина С. Ранними симптомами являются:

· усталость;

· гиперкератоз волосяных фолликул;

· перифолликулярные геморрагии;

· петехии;

· покраснения кожи и синяки по задней поверхности нижних конечностей;

· сухость кожи (ксероз);

· кровоизлияния в мышцы ног и рук, суставы сопровождаются болью и флеботромбозами.

При значительной недостаточности витамина и в терминальную фазу:

· оральные проявления цинги включающие отёк дёсен, кровотечения и язвы, вторичные бактериальные инфекции, а также ослабление и выпадение зубов;

· кровоизлияния во внутренние органы сопровождаются появлением крови в рвотных и каловых массах;

· обмороки,

· кровоизлияние в мозг,

· высокая температура,

· судороги,

· шок и смерть может наступить внезапно.