Vitamín C zohráva veľmi dôležitú úlohu pri oprave spojivového tkaniva, najmä pri náročných športových a pracovných aktivitách, ktoré toto tkanivo najviac poškodzujú. Najčastejšou formou štrukturálneho proteínu v tele je kolagén, pričom kyselina askorbová sa považuje za látku, ktorá má nenahraditeľný význam pre syntézu kolagénu a môže skracovať dobu zotavenia, potrebnú na zahojenie narušených väzov a ďalších spojivových štruktúr. Téma suplementácie vitamínu C ako súčasti liečby porúch pohybového aparátu, napr. športových a iných úrazov pri ktorých je narušená integrita kolagénových štruktúr, je predmetom mnohých štúdií.
V časopise Amino Acids bola publikovaná štúdia, ktorá sa zaoberala overovaním niektorých detailov úlohy vitamínu C v syntéze kolagénu.(1) V tejto štúdii bol skúmaný vplyv prítomnosti vitamínu C na sekvenciu, interakciu a orientáciu aminokyselín pri tvorbe kolagénu. Pri výpočtoch bola využitá teória funkcie hustoty (density function theory, DFT). Cieľom tejto štúdie bolo preskúmať mechanizmus účinku vitamínu C z hľadiska termodynamiky a štruktúry reakcie prebiehajúcej pri syntéze kolagénu.
Kolagén je proteín, ktorý sa vyznačuje charakteristickou štruktúrou trojitej skrutkovice. Molekula kolagénu je tvorená hlavne aminokyselinami glycínom, prolínom, hydroxyprolínom a hydroxylyzínom. Syntéza kolagénu prebieha na polyribozómoch, ktoré sa viažu na membránu drsného endoplazmatického retikula (rough endoplasmatic reticulum, rER). Vzniknuté polypeptidové reťazce protokolagénu sú segregované v jeho cisternách, kde dochádza k iniciálnej glykozylácii a hydroxylácii. Hydroxylácia prebieha na aminokyselinových zvyškoch prolínu a lyzínu, vzniká tak hydroxyprolín a hydroxylyzín. Na konci každého reťazca protokolagénu sa nachádzajú registračné peptidy, ktoré zabraňujú predčasnej intracelulárnej polymerizácii vzniknutých molekúl. Zároveň napomáhajú vytvoreniu trojitej skrutkovice, kedy vždy z troch reťazcov protokolagénu vzniká prokolagén. Z endoplazmatického retikula je prokolagén transportovaný do Golgiho komplexu, kde je kondenzovaný a obalený membránou sekrečných vezikúl. Následne je procesom excocytózy uvoľňovaný do extracelulárneho priestoru. Enzým prokolagénpeptidáza odštepuje v extracelulárnom priestore od prokolagénu registračné peptidy a vznikne tak tropokolagén. Susedné bunky usporiadúvajú tropokolagén stupňovitým spôsobom a vytvárajú kolagénne fibrily, z fibríl ďalej utvárajú vlákna. Vlákna sú stabilizované enzýmom lyzyloxidázou pomocou vzájomných väzieb lyzínových a hydroxylyzínových zvyškov v susedných molekulách tropokolagénu.
V syntéze všetkých typov kolagénu je dôležité spojenie aminokyselín prolínu a glycínu za účasti vitamínu C a vzniku prokolagénu. Molekula kolagénu je trojskrutkovica tvorená tromi polypeptidovými reťazcami, tzv. alfa peptidmi. Vitamín C (askorbát) je nevyhnutným kofaktorom hydroxylačných enzýmov pri syntéze kolagénu. Je nevyhnutný pre hydroxyláciu prolínu a lyzínu na hydroxyprolín a hydroxylyzín. V hydroxylačnej reakcii premeny prolínu (resp. prolylu) na 5-hydroxyprolín za účasti enzýmu prolyl-5-prolylhydroxylázy dochádza v prolylhydroxylázovej doméne enzýmu prolylhydroxylázy indukovateľnej hypoxiou (HIF-PHD) k premene dvojmocného železa (Fe2+) na trojmocné (Fe3+) a potom na štvormocné železo (Fe4+) a oddelenie hydroxyprolínu od enzýmu. HIF-PHD je pritom redukovaná vitamínom C. Prítomnosť vitamínu C aktivuje katalytický cyklus enzýmov prolylhydroxylázy indukovateľnej hypoxiou (HIF-PHDs) a lysylhydroxylázy a zvyšuje stabilitu alfa reťazcov. Okrem týchto hydroxylačných reakcií je vitamín C potrebný na glykozyláciu pri tvorbe stabilnej trojitej skrutkovice prokolagénu.
Uvedená štúdia skúmala mechanizmus účinku vitamínu C v aminokyselinovej sekvencii na základe počítačového simulačného modelovania pomocou tzv. metódy DFT (density functional theory), ktorá využíva elektrónovú hustotu (electron density) na výpočet frekvencií atómov a molekúl. Výsledky štúdie ukázali, že prítomnosť vitamínu C je dôležitá pri syntéze kolagénu, a že mechanizmus tvorby aminokyselinovej sekvencie (Gly-Hyp-Pro) je lepší pri tvorbe kolagénu za prítomnosti vitamínu C ako bez prítomnosti tohto vitamínu. Vitamín C pôsobí ako kofaktor enzýmu prolyl-5-hydroxylázy a umožňuje premenu aminokyseliny prolín na hydroxyprolín. Pri nedostatku vitamínu C sa reakcia v tejto fáze zastaví a prolín sa nemôže premeniť na hydroxyprolín. Vitamín C ovplyvňuje nielen túto reakciu, ale umožňuje aj oddelenie hydroxyprolínu od enzýmu prolyl-5-hydroxylázy. Získané dáta ukazujú, že vitamín C zabraňuje nežiaducim interakciám a uľahčuje nasmerovanie aminokyselinovej reakcie na opravu spojivového tkaniva (kolagénu). Je to ďalší doklad významu dostatočnej suplementácie vitamínu C pre hojivé procesy v situáciách, keď sú štruktúry spojivového tkaniva narušené.(1)
Okrem svojej role v syntéze kolagénu, vitamín C pôsobí ako silný antioxidant tým, že neutralizuje reaktívne formy kyslíka (ROS) zodpovedné za bunkovú apoptózu počas zápalovej fázy. Navyše, ako ukazujú niektoré štúdie, vitamín C môže vyvolať mobilizáciu kmeňových buniek šliach, rast osteoblastov a diferenciáciu a stimuláciu fibroblastov. Preto je vitamín C stále viac skúmaný jeho význam pri liečbe porúch a úrazov pohybového aparátu. Ako ukázali predklinické štúdie zhrnuté v publikovanom systematickom prehľade, vitamín C má potenciál urýchliť hojenie kostí po fraktúrach, zvýšiť syntézu kolagénu typu I a znížiť parametre oxidačného stresu. Neboli hlásené žiadne nežiaduce účinky suplementácie vitamínom C na zvieracích modeloch ani na ľudských účastníkoch; perorálny vitamín C sa teda javí ako perspektívny a bezpečný doplnok liečby porúch pohybového aparátu.
---
Literatúra:
1. Chugaeva EY, Raouf M, et al. Effects of L-ascorbic acid (C6H8O6: Vit-C) on collagen amino acids: DFT study. Amino Acids 2023, doi: 10.1007/s00726-023-03339-5. Online ahead of print.
2. DePhillipo NN, Aman ZS, Kennedy MI, et al. Efficacy of vitamin C supplementation on collagen synthesis and oxidative stress after musculoskeletal injuries: A systematic review. Orthop J Sports Med 1918;6(10):2325967118804544.
MUDr. Pavel Kostiuk, CSc.
EDUKAFARM, PRAHA
06.02.2024
