Gra w zielone – liście życia – kwas foliowy

W ciemnozielonych liściach szpinaku odkryto kwas foliowy nazywany też folacyną. Jest to witamina rozpuszczalna w wodzie i nie kumulująca się w naszym organizmie, jak np. witamina B₁₂. Wspominam tu o B₁₂, ponieważ działanie metaboliczne kwasu foliowego i tej witaminy jest ze sobą powiązane.   

Wracając do liści szpinaku, to właśnie z nich w 1941 roku Herschel K. Mitchell, Esmond E. Snell i Roger J. Williams wyizolowali poprzez ekstrakcję substancję, którą nazwali „folic”. Po łacinie folium znaczy liść. Nazywana ona była też witaminą B₉, B_c (od badań prowadzonych na kurczakach – z ang. chicken) i M (od badań prowadzonych na małpach – z ang. monkey).    

Produkowana jest przez rośliny, ale występuje w żywności dla nas dostępnej pochodzenia roślinnego i zwierzęcego.  

Struktura

Kwas foliowy to grupa związków pochodnych pterydyny, kwasu para-aminobenzoesowego (PABA) i kwasu glutaminowego (aminokwasy tworzą „ogon” z polimeru), z których powstaje kwas pteroiloglutaminowy – PteGlu. Na poniższym schemacie pokazuję ten związek

W naszym organizmie aktywność metaboliczną ma kilka pochodnych terahydrofolianu (THF). Duże znaczenie dla aktywności metabolicznej THF ma długość łańcucha z reszt glutaminianu (od 2 do 12). Na przykład: penta- i heksaglutaminian jest przenośnikiem grupy metylowej, podczas gdy heptaglutaminian występuje głównie w postaci wolnego THF. Można przypuszczać, że istnieje określony związek między rodzajem przenoszonego fragmentu jednowęglowego a długością łańcucha poliglutami­nianowego (Moszczyński P., Pyć R, “Biochemia witamin”, Wydawnictwo Naukowe PWN, Łódź 1999).

Przetwarzanie w przewodzie pokarmowym

W żywności występuje forma pteroilo-poliglutaminianu (z „ogonem”od 3 do 7 cząsteczek kwasu glutaminianowego). Jest ona w jelicie hydrolizowana do monoglutaminianu. Folacyna jest wchłaniana w jelicie i duża jej część ulega redukcji do THF przy udziale enzymu reduktazy folianowej współdziałającej z NADPH (pochodna witaminy B₃). W osoczu najwyższe stężenie jest pochodnej 5-metyloTHF (5-MTHF). Ta substancja też występuje w suplementach diety w postaci soli wapnia. Nadmierna podaż tego produktu spożywczego może powodować zaburzenie wchłaniania witaminy z naturalnej żywności.

Dystrybucja ogólnoustrojowa

Foliany z nabłonka jelita z krwią dostają się do wątroby i tam ulegają przemianie w formę aktywną. Metabolicznie aktywne formy wydzielane są z żółcią do jelita (krążenie wątrobowo-jelitowe), w którym są wchłaniane, a następnie przenoszone przez krew do tkanek. Na poniższym schemacie pokazuję wędrówkę witaminy z przewodu pokarmowego do tkanek (Folate, Folinic Acid & Methyltetrahydrofolate | FX Medicine).

Poznano dwa transportery zaangażowane we wchłanianie do komórki docelowej pochodnych kwasu foliowego. Jeden transporter o wysokiej wydajności, ale małym powinowactwie RFC (folate reduced carrier – z ang.). Drugi transporter o wysokim powinowactwie dla 5-MTHF, który nazywa się folianowy receptor (FR – z ang folate receptor). RFC znajdowany jest w wielu tkankach, natomiast FR występuje w normalnie zróżnicowanej tkance nabłonkowej, w łożysku, nerce, nabłonku pigmentowym siatkówki, w mózgu (choroid plexus), w płucach. Wykrywany jest też w wielu tkankach nowotworowych pochodzenie nabłonkowego: macicy, jajników, sutka, jelita. (Michele M. Doucette M.M., Stevens V.L., Point Mutations Alter the Cellular Distribution of the Human Folate Receptor in  Cultured Chinese Hamster Ovary Cells,  J. Nutr., 2004, 134, 308 – 316).

Oddziaływanie w komórce docelowej – metabolizm

THF jest koenzymem enzymów należących do klasy Transferaz (zapraszam: „Działanie bez sił witalnych – enzymy”), które przenoszą fragmenty jednowęglowe.

Koenzymami są różne pochodne kwasu terahydrofoliowego. THF przyjmuje grupę jednowęglową i przenosi ją na odpowiednie akceptory. W organizmie występują następujące formy reaktywne THF : metylo-, metyleno-, metenylo-, formylo-, formimino- THF.) Forma metyleno-THF przekształcana jest w formę metenylo-THF, a ta druga przekształcana jest z kolei w formę metylo-THF przy udziale NADPH (witamina B₃). Z kolei metylo-THF jest przekształcany w THF pod wpływem działania syntazy metioniny (witaminaB₁₂). Jest to istotna dla ogólnoustrojowego metabolizmu droga regeneracji wolnego THF (Meisenberg G., Simmons W.H.„Principials of  Medical Biochemistry”, 2. wydanie , Mosby Elsevier, 2006).                                                                       Głównymi dawcami jednowęglowych grup, które przenoszą THF, są: glicyna, seryna (aminokwas egzogenny), cholina (amina czwartorzędowa), histydyna (aminokwas względnie egzogenny) oraz mrówczan (przy zatruciu alkoholem metylowym). Jednowęglowa grupa przenoszona przez THF ze względu na swą strukturę chemiczną występuje na jednym z trzech poziomów utlenienia — mrów­czanu, formaldehydu lub metanolu. Na poniższym schemacie pokazuję te zawiłe zależności.

Z lewej strony na schemacie znajdują się „dawcy” grupy jednowęglowej, a po prawej stronie „biorcy”. Zawsze w przenoszenie zaangazowany jest jeden z folianów.

Dla czytelników bardziej wnikliwych zamieściłam schemat bardziej „drobiazgowy” z Biochemii Harpera.

Na powyższej ilustracji zaznaczone jest, jak niedobór różnych substancji wpływa na metabolizm i dostępność folianów.

THF jest przenośnikiem jednowęglowych grup potrzebnych do syntezy puryn, pirymidyn i niektórych aminokwasów.

We wszystkich reakcjach, poza jedną, THF nie ulega degradacji i dezaktywacji. Tą jedyną przemianą jest utlenienie THF do dihydrofolianu podczas syntezy nukleotydu –deoksytymidylanu (dTTP), który jest niezbędny do powstania DNA. Reakcję tę katalizuje syntaza tymidylanowa, której koenzymem jest metyleno-THF. Do deoksyurydylanu zostaje przyłączona grupa jednowęglowa i jednocześnie następuje redukcja. W efekcie powstaje deoksytymidylan i dihydroterahydrofolian DHF. Następnie w celu zregenerowania THF działa na DHF reduktaza (z koenzymem będącym pochodną witaminy B₃). Istotną reakcją dla przeżywalności komórki jest regeneracja tetrahydrofolianu (THF), czyli redukcja dihydrofolianu (DHF à THF).

Działanie pozostałych enzymów z THF nie powoduje jego utlenienia – pozostaje zawsze tetrahydrofolian. Do tych enzymów należy hydroksymetylo transferaza serynowa, która katalizuje odwracalną przemianę seryny w glicynę (potrzebna jest też witaminaB₆) z wytworzeniem metyleno-THF.

Z kolei ważna dla metabolizmu metioniny i jej pochodnych jest aktywność syntazy metioninowej (metylotransferazy tetrahydropteroilo-glutaminianowej), katalizującej metylowanie homocysteiny do metioniny, przy czym dawcą grupy metylowej jest metylo-THF. W wyniku tej reakcji następuje też powstawanie wolnego THF (forma wolna od reszt jednowęglowych). Syntaza metioniny (zapraszam „Ciriminal story – aminokwasy” i „Czy jeść witaminy garściami? Witamina krwiotwórcza”) jest cytoplazmatycznym enzymem związanym z witaminą B₁₂. Forma aktywna tego enzymu powstaje w wyniku metylacji kobalminy przy udziale 5-metylo-THF. Produktami tej reakcji jest metylokobalamina związana z enzymem i wolny THF. Następnie syntaza metioniny wchodzi w reakcję z homocysteiną. Produktem przemiany są metionina i kobalamina połączona z enzymem. Ostatecznie na stężenie homocysteiny w osoczu wpływają trzy witaminy: folacyna, B₁₂ i B₆. Poniżej pokazuję te zależności (Proceedings of the Nutrition Society (2019), 78, 449–462). Ten schemat jest według artykułu naukowego z 2019 roku, okazuje się, że ciagle kwas foliowy jest w kręgu zainteresowań badaczy.

Na schemacie są cztery koła/cykle metaboliczne, a elementem wspólnym jest folian. Krąg fioletowy to opisana już przemiana homocysteiny w metioninę, która z kolei wchodzi w skład koenzymu S-adenozylo metioniny (SAM). SAM ostarcza do wielu metabolitów resztę jednowęglową, podobnie jak enzymy z folianami, ale tylko metylową (-CH₃). Pośrednio ma to wpływ na homeostazę oksydoredukcyjną komórki. Pewna ilość homocysteiny (nie zużyta do syntezy metioniny i jednocześnie regeneracji THF) będzie uczestniczyć poprzez kilka przemian w syntezie glutation (GSH). Istotnej dla naszych komórek substancji redukującej (GSH) i utleniającej (GSSG). W zielonym kole pokazany jest cykl folianowy. Należy zwrócić uwagę na wpływ metabolizmu folianów: jedna pochodnaTHF uczestniczy w syntezie deoksytymidylanu (substratu w syntezie DNA), a inne pochodne THF w syntezie puryn. Jak już wspomniałam tylko w syntezie deoksytymidylanu THF towarzyszący enzymowi syntazie tymidylanowej jest degradowany do DHF (THF ma 4 wodory, a DHF 2). Jest to kluczowa reakcja ograniczająca metabolizm folianów. Gdyby nie natychmiastowa regeneracja THF z DHF poprzez działanie enzymu reduktazy THF (DHFR – z ang. dihydro tetrafolic reductase) współpracującej z pochodną witaminy B₃ praca metaboliczna witaminy folacyny na naszą rzecz skończyłaby się. Działanie DHFR jest wykorzystane w leczeniu meteotrekastem osób z reumatoidalnym zapaleniem stawów. Metotreksat jest podobny w swej budowie do DHF i skutecznie hamuje kompetycyjnie działanie DHFR. Metabolizm komórek szybko dzielących się na rzecz patologii jest uszkadzany, a ich namnażanie jest zredukowane. Lek ten jest z powodzeniem stosowany od blisko czterdziestu lat.

W zielonym kole znajdują się też puryny, które są substratami w syntezy nukleotydów, a te z kolei substratami do powstawania DNA, RNA i wielu kofaktorów, między innymi też SAM i tetrahydrobiopteryny (HB₄). BH₄ jest substancją endogenną wyprodukowana przez nasz organizm z nukleotydu GTP. Bierze ona udział w następujących reakcjach enzymatycznych:

– hydroksylaza tryptofanu (TPH) – przekształcenie tryptofanu w 5-hydroksytryptofan – z niego powstaje serotonina – neuroprzekaźnik i hormon tkankowy,

– hydroksylaza fenyloalaniny PAH) – przekształcenie fenyloalaniny w tyrozynę – aminokwas o wielu zastosowaniach, między innymi bierze udział w powstawaniu hormonów jodowanych tarczycy,

– hydroksylaza tyrozyny (TH) – przekształcenie tyrozyny w DOPA – z niego powstaje neuroprzekaźnik dopamin, noradrenalina i barwniki naszego ciała,

– syntaza tlenku azotu (NOS) – powstanie z argininy tlenku azotu (zapraszam: „ Starzenie – a na co nam to? resweratrol rsv”) – regulatora metabolicznego,

– monoksygenaza alkiloglicerolu (AGMO) – przekształcenie alkiloglicerolu w hydroksy alkilo glicerol (przemiany lipidów).

 W reakcjach metabolicznych tetrahydrobiopteryna oddaje dwa z czterech wodorów (utlenia się), a jej regeneracja może być katalizowana przez specyficzny w stosunku do BH₂ enzym reduktazę dihydropterydyny (QDPR – z ang.: quinoid dihydropteridine reductase) (QDPR) (MedlinePlus Genetics). Drugi enzym katalizujacy tę reakcje to wspomniany już enzym regenerujący THF z DHF, czyli ten kluczowy dla przemian folianów DHFR. Co prawda DHFR ma większe powinowactwo do DHF (woli ten substrat), ale zawsze konkurencja pozostaje. Szczególnie w sytuacji nadmiernej suplementacji właśnie BH₄. Na poniższej ilustracji pokazuję tę zależność i znaczenie jej dla ogólnego metabolizmu.

Podkreślam, że powstanie tetrahydrobiopteryny zależy od syntezy puryny guaniny (składnik GTP, w syntezie puryn uczestniczą pochodne THF), a z kolei jej regeneracja jest konkurująca o enzym z dihydrofolianem. Z kolei BH₄ bierze udział w syntezie neuroprzekaźników. Łatwo więc o wniosek, że stosowanie folianów w depresji może być pomocne (Fava M, Mischoulon D. Folate in depression: efficacy, safety, differences in formulations, and clinical issues. J Clin Psychiatry 2009;70 Suppl 5:12-17). W tym miejscu, jak zawsze, pragnę przestrzec przed suplementami – odżywkami. Można zmierzyć we krwi stężenie homocysteiny, która podkreślam, jest wskaźnikiem niedoboru kwasu foliowego, a także oznaczyć kwas foliowy i witaminę B₁₂. Suplementowanie się BH₄ też jest dostępne, ale to temat na inny artykuł. Tu skupiam się na folianach.

Nawiązując do oznaczeń stężeń i popularnej używki etanolu, to stężenie witaminy B₁₂ u osób nadużywających alkoholu jest wyższe niż w grupie kontrolnej (gdzie średnie spożycie alkoholu nie przekraczało 20 g dziennie (poniżej 140 g/ tydzień). Nadużywanie alkoholu zwiększa też stężenie homocysteiny we krwi. Paradoksem jest to, że w takich przypadkach występuje dużo B₁₂ , ale za mało kwasu foliowego, aby przekształcić homocysteinę w metioninę i może to wiązać się ze znacznym niedoborem folianów w diecie. W opisanej sytuacji korzystnie poprawi stan zdrowia podaż folianów, która zmniejszy hyperhomocystynemię (http://kosmos.icm.edu.pl/PDF/2012/57.pdf). Jednak nie można pozostawić suplementacji bez kontroli stężenia homocysteiny we krwi.

Naturalne źródła pokarmowe folacyny

Folacyna w żywności występuje w postaci mono- i poliglutaminianów. Najbardziej wydajne naturalne źródła folacyny to: szpinak, jarmuż, brokuły, brukselka, kalafior, sałata, drożdże oraz żółtko jaj i wątroba.

Oczywiście warzywa są najlepszym i najważniejszym źródłem folianów dla naszego organizmu, a na szczególną uwagę zasługuje szpinak, który jest jednym z najbogatszych źródeł kwasu foliowego, ale jednocześnie zawiera bardzo aktywną koningazę — enzym, katalizujący rozkład poliglutaminianowych pochodnych folianu. Inaktywacja tego enzymu, np. przez blanszowanie mikro­falowe, w istotnej mierze zmniejsza straty folianów.

Podczas gotowania warzyw powstają straty kwasu foliowego, ponieważ jest on wypłukiwany do wody, w której się gotuje. Przykładowo: surowa kapusta zawiera 30 mg kwasu foliowego w 100 g surowca, a po ugotowaniu w wodzie już tylko 16 mg; brokuły surowe 170 mg, a po ugotowaniu już tylko 65 mg.

Uważa się, że w społeczeństwie mogą być niedobory folianów i tak, jak kiedyś zaczęto dodawać jod do soli spożywczej – NaCl (co obecnie jest zupełnie bez sensu), tak chciano je dodawać do mąki. Robi się tak w niektórych krajach. Należy pamiętać, że folacyna – jest doskonale rozpuszczalna w wodzie – w zależności od sposobu przygotowywania potraw do gotującej wody może przejść nawet ponad 90% kwasu foliowego. Należy gotować krótko w małej ilości wody i wykorzystywać ją do sporządzania np. zup, sosów. W czasie przemiału zbóż na jasną mąkę lub podczas produkcji kasz wysokooczyszczonych (kasza manna) tracone jest 60-80% witaminy.

W celu oceny spożycia folianów FAO i WHO wprowadziły pojęcie równoważnika folianów (DFE, ang. dietary folate equivalents). Przyjmuje się, że 1 μg syntetycznego kwasu foliowego, obecnego w spożytej żywności wzbogaconej, dostarcza 1,7 μg równoważnika folianów, a w formie suplementu diety pobranego na czczo – 2 μg równoważnika folianów (ROCZN. PZH 2011, 62, Nr 3, 247 – 256). Obecnie dla osób dorosłych proponuje się spożycie folianu na poziomie 400 mikrogramów dziennie. Zalecane jest zwracanie uwagi na kwas foliowy u osób planujących prokreację i to zarówno u przyszłych mam, jak i ojców. Kobiety w ciąży i karmiące też na ogół suplementują się tą witaminą w ilości zalecanej przez terapeutę.

Argumenty za zwracaniem uwagi nasz kwas foliowy

Istnieje kilka mechanizmów wyjaśniających skuteczność terapii kwasem foliowym (Kosmos Tom 68 2019 Numer 2 (323) Strony 249–257). Jak już wspomniałam foliany wpływają na metaboliz BH₄, niezbędnego kofaktora w mechanizmie produkcji tlenku azotu przez śródbłonkową syntazę tlenku azotu. Tlenek azotu jest odpowiedzialny za rozszerzenie tętnicy ramiennej (indukowanej przepływem) wyłącznie u ludzi. Ponad to kwas foliowy obniża stężenia homocysteiny (jest przekształcana przy jego udziale w metioninę), która może być czynnikiem rozwoju zmian miażdżycowych. Folacyna może przyczyniać się do poprawy funkcji śródbłonka. Mając na uwadze wielokierunkowe biologiczne działanie folianów, ich wpływ na nasze zdrowie oraz ryzyko niedoboru, ocena ich spożycia oraz oznaczanie stężenia we krwi, a szczególnie homocysteiny (wskaźnika niedoboru folianu) powinny być cyklicznie wykonywane w ramach monitoringu medycznego i dietetycznego.

Na zakończenie pytanie: „jesz zielone”? Odpowiedź: „jem zielone dla pozyskania folianu”