生物化學中的重要有機分子結構生物化學/化學/維生素C
維生素C（抗壞血酸）是人類和某些動物必需的營養素。它是許多酶促活性的輔因子，可以預防壞血病。它還可以作為抗氧化劑抵抗氧化應激。
維生素C最初由沃爾特·諾曼·霍沃思命名為“抗壞血酸”，因為它被發現是一種抗壞血病因子。“抗壞血酸”的意思是“抵抗壞血病”。卡西米爾·馮克在 1920 年左右引入了“維生素 C”一詞。
I-古洛糖酸內酯氧化酶（抗壞血酸生物合成途徑中的酶）編碼基因中的突變積累導致靈長類動物和一些其他動物物種無法合成抗壞血酸。關於這種情況發生原因的一種理論是，失去合成抗壞血酸的能力可能促進了更多的遺傳變異突變的發生，從而有助於進一步的進化。另一種理論是，水果和蔬菜中的維生素 C 足以彌補無法合成維生素 C 的缺陷。合成抗壞血酸的副產物是過氧化氫，因此失去合成能力可能是有利的。
壞血病是由抗壞血酸缺乏引起的。症狀包括視力問題、神經系統疾病以及血管、骨骼、皮膚、牙齦和肌腱中細胞外基質的改變。許多症狀可以用少數依賴抗壞血酸的酶失活來解釋。這些酶通常共享一種催化機制，該機制需要 Fe2+、2-酮戊二酸和抗壞血酸作為共底物。這些酶屬於 2-酮戊二酸依賴性雙加氧酶（2-ODDs）類。
不同的 2-ODDs 催化諸如羥基化、脫飽和以及氧化環閉合或擴充套件等反應。這些反應導致氧原子被新增到底物中。這些步驟對大量生化途徑至關重要。抗壞血酸被認為只是維持 Fe2+ 狀態，但許多電子給體似乎無法替代它來維持 2-ODDs 的活性形式。對肽醯脯氨醯-4-羥化酶（P4H）機制的研究顯示了該反應的複雜性。在沒有抗壞血酸的情況下，P4H 會迅速被自身氧化失活。由於缺乏抗壞血酸而導致的 P4H 失活是第一個被確定的壞血病原因。肽醯脯氨酸的羥基化對於膠原蛋白摺疊是必需的。在人類中，未羥基化的膠原蛋白更具柔韌性，最終會在內質網 (ER) 中降解。不同型別的膠原蛋白在維持皮膚、肌腱、軟骨、骨骼、牙齒、角膜、肌肉、血管、其他組織和器官方面具有特定功能。膠原蛋白是動物中最豐富的蛋白質。
維生素 C，也稱為抗壞血酸，遠不止是一種預防壞血病的抗氧化劑。它在細胞訊號傳導以及基因表達中起著非常重要的作用。除了 2-ODDs 有助於將氧氣摻入有機底物外，抗壞血酸還參與缺氧誘導因子 (HIF) 羥基化訊號傳導。該反應需要氧氣的存在，因為它是由雙加氧酶催化的 [1]。缺氧（低氧）條件顯然不利於該反應，因此動物細胞已經發展出一種迷人的方法來檢測氧氣的存在，並且實際上擁有抵禦缺氧的防禦機制。HIF1α 是一種轉錄因子，含有兩個被羥化的脯氨酸殘基。這是哺乳動物細胞中氧氣檢測背後的基礎 [3, 4]
HIF 家族包含轉錄啟用基因，HIF1 特別參與血管生成、代謝、營養物質轉運和細胞遷移 [5]。HIF1 是一種異二聚體，既包含 α 亞基也包含 β 亞基。HIF1α 的兩個脯氨酸殘基（Pro402 和 Pro564）被脯氨醯羥化酶 (HIF-P4H) 羥基化 [1]。HIF-P4H 複合體位於胞質溶膠中，它對氧氣的 Km 值高於大氣濃度。這表明 HIF-P4H 複合體能夠成功地感知氧氣水平。
常氧條件（當有氧氣可用時）允許 HIF1α 的脯氨酸殘基被羥基化。這是 von-Hippel-Lindau (pVHL) 蛋白結合的必要步驟。隨後，HIF1α 透過蛋白酶體介導的途徑發生降解。缺氧條件阻止羥基化發生，因此 HIF1α 無法與 pVHL 結合。因此，HIF1α 不能被降解，它被轉運到細胞核。在這裡，HIF1α 與 HIF1β 結合，形成一個二聚體，它結合各種各樣的缺氧誘導基因的啟動子區域中的缺氧反應元件。這些基因在癌症（如血管生成）中發揮著重要作用 [6]。抗壞血酸可能有助於某些癌症治療。這是一個高度爭論的話題，但其核心是 HIF1α 能夠刺激血管生成，血管生成在癌症生長中起著主要作用 [6]。研究還表明，癌症患者的抗壞血酸含量可能較低 [7]。
HIF1α 在缺氧條件下以及非缺氧刺激下都會積累。非缺氧刺激可能來自克雷布斯迴圈中的丙酮酸和草醯乙酸。HIF 的非缺氧啟用部分由抗壞血酸控制 [1]。
不同 HIF1 途徑取決於其羥基化所需的共底物的存在。
抗壞血酸被認為參與基因轉錄、RNA 穩定性、蛋白質翻譯後修飾、許多底物的羥基化、環氧化和脫飽和。該假設表明抗壞血酸似乎穩定某些 mRNA。觀察到膠原蛋白轉錄物的穩定性依賴於抗壞血酸。抗壞血酸是骨鈣蛋白表達所必需的，骨鈣蛋白是一種由成骨細胞產生的鈣結合蛋白。抗壞血酸如何控制基因表達的機制尚不清楚。還觀察到抗壞血酸誘導細胞分化。希望 ASC 可用於體外從胚胎幹細胞合成分化細胞。這在未來的臨床治療中可能有用。
抗壞血酸是一種眾所周知的抗氧化劑。它作為還原劑，逆轉液體中的氧化作用。氧化應激是由體內自由基多於抗氧化劑引起的。這種情況會影響心血管疾病、高血壓、糖尿病和慢性炎症性疾病。
抗壞血酸不僅是一種抗氧化劑，它還表現為一種“非抗氧化劑”（促氧化劑）。研究表明，它可以將過渡金屬（如鐵）從 Fe3+ 還原為 Fe2+
維生素 C 可以從水果和蔬菜中獲得。它也存在於某些肉類中，如肝臟。柑橘類水果是最常見的維生素 C 來源。澳大利亞的卡卡杜李子 (Kakadu plum) 和亞馬遜雨林的卡姆果 (camu camu fruit) 中維生素 C 的濃度最高。
- "Beyond the Antioxidant: The Double Life of Vitamin C - Springer." Home - Springer. N.p., n.d. Web. 6 Dec. 2012. <http://link.springer.com/chapter/10.1007/978-94-007-2199-9_4/fulltext.html>.
- "Vitamin C - Wikipedia, the free encyclopedia." Wikipedia, the free encyclopedia. N.p., n.d. Web. 6 Dec. 2012. <http://en.wikipedia.org/wiki/Vitamin_C>.
[3] Ivan M, Kondo K, Yang H, Kim W, Valiando J, Ohh M, Salic A, Asara JM, Lane WS, Kaelin WG Jr (2001) HIF 透過脯氨酸羥基化靶向 VHL 介導的降解：對 O2 感知的意義。科學。
[4] Jaakkola P, Mole DR, Tian YM, Wilson MI, Gielbert J, Gaskell SJ, Kriegsheim A, Hebestreit HF, Mukherji M, Schofield CJ, Maxwell PH, Pugh CW, Ratcliffe PJ (2001) HIFα 透過 O2 調節的脯氨酸羥基化靶向 von Hippel-Lindau 泛素化複合物。科學。
[5] Chun YS, Kim MS, Park JW (2002) HIF1α 的氧依賴性和非依賴性調節。J Kor Med Sci。
[6] Harris AL (2002) 缺氧——腫瘤生長的關鍵調節因素。自然癌症評論。
[7] Mayland CR, Bennett MI, Allan K (2005) 癌症患者的維生素 C 缺乏症。姑息治療。