結構生物化學/維生素C

簡介

維生素C被稱為抗壞血病維生素，由科學家發現。有些人甚至稱它為己糖醛酸或抗壞血酸。這種維生素可用於治療壞血病。對於那些不知道的人來說，壞血病是由缺乏維生素C引起的疾病；結果，它會導致過去癒合的傷口開啟，並導致牙齦腫脹甚至出血。壞血病還會導致視力問題、疲勞、出血、骨骼脆弱和神經問題。

壞血病

醫生建議我們透過攝入水果和蔬菜來為身體補充更多的維生素C。但有時這可能不足以彌補我們體內缺乏的維生素C。從化學角度來說，壞血病的發生是因為一些重要的雙加氧酶失活。這些酶依賴於抗壞血酸，屬於2-酮戊二酸依賴性雙加氧酶（2-ODDs）類。這種酶的機制需要Fe²⁺、2-酮戊二酸和ASC作為共底物來啟動反應過程。總體而言，2-ODDS將O₂轉化為有機底物。

ASC 機制

每個2-ODDS在機制中都有其自己的職責。因此，一些2-ODDS會催化羥基化，而另一些則會進行去飽和和環閉合或擴充套件。壞血病是一種可以透過使用這種抗壞血酸來治療的疾病。科學家通常將此過程稱為ASC給藥。它的作用是保持Fe²⁺恆定。肽基脯氨醯-4-羥化酶（P4H）的機制使用該酶進行翻譯前羥基化，位於多肽鏈內的脯氨酸殘基的第4個碳上。因此，這種酶會將氧氣分解為有機底物，以便它們可以用於2-酮戊二酸的脫羧和脯氨酸的氧化。ASC用於成為Fe²⁺離子機制的另一個受體，因此它可以在不需要羥基化的前提下驅動機制。由於鐵離子機制複雜且反應性強，ASC和2-ODDS可能需要進行分子協同進化才能進行反應。當體內缺乏ASC時，會導致P4H失活並導致壞血病。因此，膠原蛋白殘基不會被羥基化，膠原蛋白三聚體不會形成。具體來說，需要進行脯氨酸的羥基化，以確保膠原蛋白摺疊。結果，膠原蛋白的摺疊會形成三螺旋，然後形成有助於熱穩定性的纖維。這些膠原蛋白摺疊有助於維持皮膚、肌腱、軟骨、骨骼、牙齒、角膜、肌肉和血管。因此，這個過程非常重要。科學家已經發現了ASC缺乏與膠原蛋白摺疊問題之間的關係。例如，他們意識到，自由攝入ASC的豚鼠體內IV型膠原蛋白含量較低，這會導致羥基化脯氨酸含量較低。結果，豚鼠出現壞血病，導致血管缺陷。由於膠原蛋白消耗大量的ASC，而缺乏ASC會導致壞血病，我們可以得出結論，膠原蛋白的非摺疊在壞血病中起著重要作用。

維生素C的另一個作用

另一組依賴於ASC的雙加氧酶可以驅動DNA序列中甲基化鹼基的修復。而其他依賴於ASC的植物雙加氧酶可以幫助合成訊號分子激素，如赤黴素和乙烯。

HIF 羥基化訊號傳導

ASC在HIF羥基化訊號傳導中起著重要作用。HIF1被稱為HIF成員之一，它可以啟用數百個與營養物質轉運、細胞遷移、血管生成和能量代謝相關的基因。HIF 1 有 2 個亞基：α 亞基和 β 亞基。科學家們已經發現，由雙加氧酶催化的機制需要包含氧氣。驅動氧氣機制的是對 2 個脯氨酸殘基的羥基化。人類中有兩個脯氨酸殘基。它們是Pro402和Pro564，是HIF-α的一部分。它們被 3 種不同的羥化酶（HIF-P4H）羥基化，它們執行與膠原蛋白羥化酶相同的過程。然而，膠原蛋白羥化酶和HIF-P4H之間存在差異。HIF-P4H可以在胞質溶膠中找到，而膠原蛋白羥化酶位於內質網中。在HIF-P4H中，酶對O₂底物的親和力或O₂的K_m值高於大氣濃度，這意味著它們可以在機制中識別氧氣。當氧氣可用時，我們稱之為常氧條件。在這種情況下，2 個脯氨酸殘基將被羥基化。然後，它會導致多蛋白複合物結合，以攻擊蛋白pVHL並降解HIFα。氧氣含量較低的機制條件稱為缺氧，而沒有氧氣可用的條件稱為無氧。當這些條件發生時，羥基化無法進行。結果，HIFα不會附著到蛋白pVHL上，並導致HIFα和HIFβ在細胞核中結合。氧氣的存在可以用於啟用機制中的羥基化，它的存在可以使ASC的存在在反應中變得不那麼重要。科學家們已經發現，在常氧和缺氧條件下，ASC起著重要作用。ASC有助於降低HIF1蛋白的量，同時提高HIFα降解的速度。當向反應中新增ASC時，它可能有助於增加缺損細胞中的HIF羥基化。另一項研究表明，降低ASC濃度會導致HIFα羥基化速率降低，這會導致這種蛋白降解速率降低。總體而言，ASC發揮著多種作用，例如它可以透過減少Fe³⁺的量來啟用酶，它可以在作為底物的同時與酶結合。

癌症治療

科學家們對ASC在癌症治療中的作用進行了不同的實驗。他們發現，增加ASC的濃度會導致HIF下調。由於HIF1α在癌症治療中表達，有一些實驗表明，缺乏ASC在癌症患者中表達。科學家們一直在研究ASC的功能如何幫助患者體內免疫細胞。

基因表達

ASC在表達基因中發揮了多種作用。研究表明，維生素C可以幫助基因轉錄過程，從而可以穩定mRNA。例如，酪氨酸羥化酶的轉錄是由維生素C催化的。此外，ASC可以透過產生更多膠原蛋白來區分間充質細胞的成員。間充質細胞的成員是軟骨細胞、心肌細胞和成骨細胞。在成骨細胞中，由成骨細胞產生的結合蛋白骨鈣素可以透過ASC表達。當ASC增加導致骨鈣素基因轉錄時，該過程發生。此外，在Charcot Marie Tooth綜合徵的實驗中使用了一種小鼠模型。ASC有助於小鼠的神經髓鞘形成，從而找到治療該綜合徵的新途徑。

參考文獻

Tullio, Mario C. De. Beyond the antioxidant: The double life of Vitamin C.12/6/12