ویتامینها و کوآنزیمها
ویتامینها ترکیبات آلی ضروری هستند که بسیاری از آنها پس از تبدیل شدن به فرم فعال، بهعنوان کوآنزیم یا کوفاکتور در واکنشهای متابولیک شرکت میکنند. اهمیت بیوشیمیایی هر ویتامین را میتوان با سه محور اصلی شناخت: فرم فعال آن، واکنشی که در آن شرکت میکند و اختلالی که در اثر کمبود آن ایجاد میشود.بخش مهمی از ویتامینهای گروه B در متابولیسم انرژی و اسیدهای آمینه نقش دارند، در حالی که ویتامینهایی مانند C، D و K بیشتر با ساختار کلاژن، تنظیم کلسیم و اصلاح پس از ترجمه پروتئینها ارتباط دارند.
ویتامینهای گروه B و متابولیسم انرژی
ویتامین B1 یا تیامین پس از تبدیل به تیامین پیروفسفات یا TPP در واکنشهای مهم تولید انرژی شرکت میکند. یکی از نقشهای اصلی آن، حضور در دکربوکسیلاسیون اکسیداتیو آلفا-کتواسیدها است. آنزیمهایی مانند پیروات دهیدروژناز و آلفا-کتوگلوتارات دهیدروژناز برای فعالیت طبیعی خود به TPP نیاز دارند.ترانسکتولاز نیز از آنزیمهای وابسته به تیامین است و به همین دلیل فعالیت ترانسکتولاز گلبول قرمز میتواند برای ارزیابی وضعیت ویتامین B1 مورد استفاده قرار گیرد. کمبود تیامین با اختلال عملکرد بافتهایی که نیاز انرژی بالایی دارند، بهخصوص قلب و سیستم عصبی، همراه است و تظاهر کلاسیک آن بریبری است.ویتامین B2 یا ریبوفلاوین پیشساز دو کوآنزیم FAD و FMN است. این ترکیبات در واکنشهای اکسیداسیون و احیا نقش دارند. وضعیت ریبوفلاوین را میتوان با فعالیت گلوتاتیون ردوکتاز گلبول قرمز ارزیابی کرد.ویتامین B3 یا نیاسین نیز در واکنشهای اکسیداسیون و احیا نقش دارد و پیشساز NAD و NADP است. کمبود آن باعث پلاگر میشود که تظاهرات اصلی آن شامل درماتیت، اسهال و دمانس است و در موارد شدید میتواند به مرگ منجر شود.
| ویتامین | فرم یا کوآنزیم مهم | تظاهر مهم کمبود ویتامین |
|---|---|---|
| B1، تیامین | TPP | بریبری |
| B2، ریبوفلاوین | FAD، FMN | آریبوفلاوینوز |
| B3، نیاسین | NAD، NADP | پلاگر |
بریبری با کمبود تیامین و پلاگر با کمبود نیاسین ارتباط دارد. NAD و NADP از نیاسین و FAD و FMN از ریبوفلاوین ساخته میشوند.
ویتامین B6 و متابولیسم اسیدهای آمینه
ویتامین B6 یا پیریدوکسین پس از تبدیل شدن به پیریدوکسال فسفات یا PLP، در متابولیسم اسیدهای آمینه نقش مهمی پیدا میکند. شاخصترین عملکرد آن شرکت در واکنشهای ترانسآمیناسیون است؛ واکنشهایی که طی آن گروه آمین میان یک اسید آمینه و یک آلفا-کتواسید جابهجا میشود.از آنجا که آنزیمهای ترانسآمیناز برای فعالیت خود به PLP وابستهاند، اندازهگیری فعالیت ترانسآمینازهای گلبول قرمز میتواند برای ارزیابی وضعیت عملکردی ویتامین B6 مورد استفاده قرار گیرد.ایزونیازید میتواند با ایجاد کمبود عملکردی B6 باعث نوروپاتی محیطی شود. این اثر با اختلال در عملکرد پیریدوکسال فسفات ارتباط دارد.
ویتامین B6 به شکل PLP کوآنزیم اصلی واکنشهای ترانسآمیناسیون است. فعالیت ترانسآمینازهای گلبول قرمز نیز ارتباط مستقیمی با وضعیت این ویتامین دارد.
ترانسآمیناز گلبول قرمز برای ارزیابی B6 به کار میرود، در حالی که ترانسکتولاز گلبول قرمز با B1 ارتباط دارد.
بیوتین و واکنشهای کربوکسیلاسیون
ویتامین B7 یا بیوتین کوآنزیم آنزیمهای کربوکسیلاز است. این آنزیمها با اضافه کردن CO₂ به سوبسترا، واکنشهای مهمی را در مسیرهای مختلف متابولیک انجام میدهند.پیروات کربوکسیلاز در مسیر گلوکونئوژنز، استیل-CoA کربوکسیلاز در سنتز اسیدهای چرب و پروپیونیل-CoA کربوکسیلاز در متابولیسم برخی اسیدهای چرب و اسیدهای آمینه از مهمترین آنزیمهای وابسته به بیوتین هستند.
| آنزیم وابسته به بیوتین | نقش متابولیک |
|---|---|
| Pyruvate carboxylase | شرکت در گلوکونئوژنز |
| Acetyl-CoA carboxylase | سنتز اسیدهای چرب |
| Propionyl-CoA carboxylase | متابولیسم پروپیونیل-CoA |
واکنشهای کربوکسیلاز معمولاً علاوه بر بیوتین به ATP نیز نیاز دارند. برای مثال، استیل-CoA کربوکسیلاز با مصرف ATP، استیل-CoA را به مالونیل-CoA تبدیل میکند و مرحله تنظیمی مهم سنتز اسیدهای چرب را انجام میدهد.
بیوتین با آنزیمهای کربوکسیلاز مرتبط است؛ این نقش با کربوکسیلاسیون وابسته به ویتامین K یکسان نیست.
ویتامین B12
ویتامین B12 یا کوبالامین عمدتاً از منابع غذایی حیوانی تأمین میشود. به همین دلیل افرادی که رژیم گیاهخواری مطلق دارند در معرض کمبود آن قرار میگیرند.کمبود B12 میتواند علاوه بر اختلالات خونی، سیستم عصبی را نیز درگیر کند. اندازهگیری سطح سرمی B12 و متیلمالونیک اسید از روشهای مورد استفاده برای ارزیابی این ویتامین هستند.
| ویژگی | ویتامین B12 |
|---|---|
| منبع عمده | مواد غذایی حیوانی |
| گروه در معرض کمبود | گیاهخواران مطلق |
| ارزیابی آزمایشگاهی | سطح B12 و متیلمالونیک اسید |
| تظاهرات مهم | اختلالات خونی و عصبی |
کمبود B12 با افزایش متیلمالونیک اسید همراه است و میتواند هم تظاهرات هماتولوژیک و هم نورولوژیک ایجاد کند.
ویتامین C و سنتز کلاژن
ویتامین C یا اسید آسکوربیک یکی از کوفاکتورهای ضروری در اصلاح پس از ترجمه کلاژن است. پس از ساخته شدن زنجیرههای پیشکلاژن، برخی باقیماندههای پرولین و لیزین باید هیدروکسیله شوند. این واکنشها توسط پرولیل هیدروکسیلاز و لیزیل هیدروکسیلاز انجام میشوند و برای عملکرد طبیعی آنها ویتامین C ضروری است.هیدروکسیلاسیون پرولین و لیزین باعث افزایش پایداری ساختمان کلاژن میشود. در کمبود ویتامین C این فرآیند مختل شده و کلاژن استحکام طبیعی خود را از دست میدهد. نتیجه این اختلال، بیماری اسکوربوت است که میتواند با خونریزی لثه، شکنندگی عروق و تأخیر در ترمیم زخم همراه باشد.
ویتامین C برای هیدروکسیلاسیون پرولین و لیزین در کلاژن ضروری است. اختلال این فرآیند، اساس ایجاد اسکوربوت را تشکیل میدهد.
هیدروکسیپرولین و هیدروکسیلیزین در نتیجه اصلاح پس از ترجمه ایجاد میشوند و مستقیماً هنگام ترجمه وارد زنجیره پروتئینی نمیشوند.
ویتامین D و تشکیل کلسیتریول
ویتامین D برای رسیدن به فرم فعال خود چند مرحله را طی میکند. تولید اولیه ویتامین D3 از 7-دهیدروکلسترول در پوست انجام میشود. سپس مولکول وارد کبد شده و در آنجا به 25-هیدروکسیویتامین D تبدیل میشود.مرحله نهایی فعالسازی در کلیه صورت میگیرد. آنزیم 1-آلفا هیدروکسیلاز در کلیه، 25-هیدروکسیویتامین D را به 1,25-دیهیدروکسیویتامین D یا کلسیتریول تبدیل میکند. کلسیتریول فرم فعال ویتامین D است و در تنظیم هومئوستاز کلسیم نقش دارد.فعالیت 1-آلفا هیدروکسیلاز تحت تأثیر عواملی مانند PTH، کلسیم و فسفات قرار میگیرد.
| محل | فرآورده مهم |
|---|---|
| پوست | Vitamin D3 |
| کبد | 25-hydroxyvitamin D |
| کلیه | 1,25-dihydroxyvitamin D یا Calcitriol |
کلسیتریول، یعنی 1,25-دیهیدروکسیویتامین D، فرم فعال ویتامین D است و مرحله نهایی ساخت آن در کلیه انجام میشود.
کبد محل تشکیل 25-هیدروکسیویتامین D است؛ فرم فعال نهایی در کلیه ساخته میشود.
ویتامین K و اصلاح پس از ترجمه پروتئینها
ویتامین K کوفاکتور آنزیم گاما-گلوتامیل کربوکسیلاز است. این آنزیم پس از ساخته شدن پروتئین، برخی باقیماندههای گلوتامات را به گاما-کربوکسیگلوتامات تبدیل میکند.ایجاد این گروههای کربوکسیل برای اتصال کلسیم و عملکرد طبیعی تعدادی از پروتئینها ضروری است. مهمترین این پروتئینها شامل فاکتورهای انعقادی II، VII، IX و X و همچنین پروتئینهای C و S هستند.وارفارین با اختلال در بازیافت ویتامین K، کربوکسیلاسیون این پروتئینها را کاهش میدهد و در نتیجه فعالیت پروتئینهای وابسته به ویتامین K کم میشود.
| پروتئینهای وابسته به ویتامین K |
|---|
| Factor II |
| Factor VII |
| Factor IX |
| Factor X |
| Protein C |
| Protein S |
ویتامین K برای گاما کربوکسیلاسیون گلوتامات و ایجاد قابلیت اتصال مناسب به کلسیم ضروری است.
بیوتین کوآنزیم Carboxylaseها است، در حالی که ویتامین K در γ-carboxylation باقیماندههای گلوتامات نقش دارد. شباهت نام این دو فرآیند نباید باعث یکی دانستن آنها شود.
جمعبندی ویتامینهای مهم
| ویتامین | ارتباط بیوشیمیایی شاخص |
|---|---|
| B1 | TPP و دکربوکسیلاسیون اکسیداتیو |
| B2 | FAD و FMN |
| B3 | NAD و NADP |
| B6 | PLP و ترانسآمیناسیون |
| B7 | کربوکسیلازها |
| B12 | متابولیسم متیلمالونیک اسید و عملکرد عصبی |
| C | هیدروکسیلاسیون پرولین و لیزین در کلاژن |
| D | هومئوستاز کلسیم و تشکیل کلسیتریول در کلیه |
| K | گاما کربوکسیلاسیون گلوتامات |