Ник Лэйн - Кислород. Молекула, изменившая мир

Но это еще не все. Витамин С нужен белым клеткам крови — лейкоцитам. При бактериальной инфекции первую линию защиты обеспечивает группа лейкоцитов, называемых нейтрофилами, которые высасывают из окружающей среды витамин С с помощью миниатюрных белковых насосов, встроенных в клеточные мембраны. За несколько минут концентрация витамина C внутри клеток повышается в 10 раз, а если инфекционной процесс продолжается, то и в 30 раз по сравнению с концентрацией в покоящихся нейтрофилах или в 100 раз по сравнению с концентрацией в плазме даже тех людей, которые принимают добавки витамина.

Вот в чем заключается антиоксидантное действие витамина С в соответствии с описанием Тома Кирквуда, которое я привел в начале главы. Нейтрофилам эта дополнительная защита нужна, чтобы пережить ими же затеянную битву. Их можно сравнить с солдатами, натягивающими противогазы, прежде чем выпустить во врага облако хлора. Вместо хлора нейтрофилы выпускают множество свободных радикалов и другие мощные окислители (включая хлорноватистую кислоту — производное хлора), уничтожающие бактерий [58] Мутация гена фермента NADH-оксидазы, генерирующего свободные радикалы кислорода в активированных нейтрофилах, приводит к патологическому состоянию, называемому хроническим гранулематозом. При этой патологии нейтрофилы не могут эффективно уничтожать бактерии, так что в коже, лимфатических узлах, легких, печени и костях возникают хронические гноящиеся гранулемы (зоны абсцесса). Больные часто страдают от оппортунистических инфекций. Болезнь часто проявляется в детском возрасте и отчасти контролируется приемом антибиотиков. . Витамин С предотвращает или замедляет гибель самих нейтрофилов и ускоряет гибель бактерий, которые не могут поглощать витамин С или продолжать пользоваться им в обедненном локальном окружении. Левайн отмечал, что поглощение витамина С нейтрофилами можно использовать в фармацевтических целях, учитывая распространение устойчивых к антибиотикам бактерий.

А что можно сказать об анемии? Она также является симптомом цинги, но в данном случае речь идет не о физиологическом нарушении, как обсуждалось выше. Витамин C действует на неорганическое железо, содержащееся в пище, в желудке и в кишечнике, превращая его из нерастворимой формы (Fe 3+) в растворимую (Fе 2+), которая может всасываться в кишечнике. (Это обратная реакция по отношениюк той, которая происходила во всепланетном масштабе в докембрийских океанах и приводила к образованию полосатых железных гор; см. главу 3.) При недостаточности витамина С всасывается слишком мало железа, чтобы снабжать эритроциты гемоглобином (который содержит железо), что и приводит к анемии.

Столь широкий спектр функций создает вокруг витамина C магическую ауру. Однако в каждом случае на молекулярном уровне витамин С выполняет одну и ту же работу, хотя результаты могут быть противоположными — как при подбрасывании монетки. Чтобы понять, что происходит, давайте более подробно рассмотрим синтез коллагена, на примере которого можно не только наблюдать за действием витамина C, но и объяснить его антиоксидантные свойства и потенциальную опасность.

Коллаген синтезируется лишь в присутствии кислорода (см. главу 4). Кислород, как и витамин C, нужен для модификации некоторых аминокислот в составе коллагена уже после их включения в белок. Модификация заключается в гидроксилировании (присоединении дополнительных ОН-групп) белковых молекул. Эти группы обеспечивают образование перекрестных сшивок между молекулами коллагена: сначала формирование тройных нитей коллагена, а затем их объединение в более толстые волокна. Именно эти перекрестные сшивки объясняют невероятную прочность коллагена. Если нет витамина С и кислорода, перекрестные сшивки не образуются, и соединительная ткань ослабевает. Кроме того, негидроксилированный коллаген не выводится, а удерживается в синтезирующих его клетках. Он менее стабилен, более чувствителен к нагреванию и легче расщепляется пищеварительными ферментами. Желе из такого коллагена вряд ли украсит праздничный стол.

Механизм гидроксилирования коллагена выдает секрет витамина С: он является донором электронов. Атом кислорода в гидроксильной группе происходит из молекулярного кислорода. Чтобы присоединить этот кислород, каждый из двух атомов в молекуле должен получить электрон. Они обычно передаются парами, и лишь немногие соединения могут отдать единственный электрон и при этом не потерять устойчивость и не стать чересчур реакционноспособными, например металлы, которые могут существовать в нескольких состояниях окисления, и витамин С. В биохимических реакциях витамин С всегда отдает электроны. И никак иначе. Нужно сказать, он не разбрасывается электронами направо и налево: в физиологических условиях он с наибольшей вероятностью отдает их железу или меди [59] Если выражаться наиболее наукообразно, витамин C имеет практически нейтральный восстановительный потенциал: он с большей вероятностью передает электроны сильным, нежели слабым окислителям, и поэтому не мешает нормальной работе клетки. . Именно это происходит при синтезе коллагена. Витамин C отдает электрон железу, находящемуся в активном центре фермента гидроксилирования. А железо передает электрон кислороду, который теперь может присоединяться к аминокислоте в молекуле коллагена. При этом железо окисляется и переходит в биологически неактивную форму (Fe 3+), в которой существует до тех поp, пока опять не получит электрон от витамина С.

Таким образом, роль витамина С состоит в регенерации биологически активной формы железа путем передачи электрона окисленной форме. Гидроксилирующий фермент действует как карусель, используя железо для присоединения кислорода к аминокислотным остаткам в белке. Снабжая железо электронами, витамин С обеспечивает безостановочное движение карусели.

Триумвират в составе железа (или меди), витамина С и кислорода является важнейшим элементом практически любого физиологического механизма с участием витамина C. Как минимум восемь ферментов используют витамин C в качестве кофактора, и все эти ферменты содержат железо или медь. Все они присоединяют кислород к аминокислотам с помощью железа или меди, и все используют витамин С для регенерации железа или меди в активной форме. По сути та же самая реакция обеспечивает всасывание железа в кишечнике. В этом случае витамин C передает электрон окисленному железу, переводя его в растворимую форму, которая может всасываться.

Почему витамин С так активно используется в качестве донора электронов? По двум причинам. Во-первых, витамин C очень хорошо растворяется в воде, поэтому он может концентрироваться в замкнутом пространстве, ограниченном мембранами (состоящими из непроницаемых для витамина липидов). Например, синтез норадреналина из дофамина происходит в окруженных мембранами везикулах в клетках коры надпочечников. Концентрация витамина С в везикулах может в 100 раз превышать его концентрацию в плазме крови. По мере расходования витамина С ферментом дофамин-монооксигеназой электроны проходят через мембрану (с помощью железосодержащего белка цитохрома b 6s), чтобы регенерировать витамин С в везикулах. Таким образом, на протяжении дней или недель клетки используют запасенный витамин С и не зависят от колебаний его концентрации в плазме, вызванных изменениями рациона питания.