Energia – 2.część – witamina B3 nie tylko energia

Na początku podkreślam, że witamina B3 to nie tylko energia, ale także modyfikacje białek i „walka” z cholesterolem. Pijąc czarną kawę nie przypuszczamy, że jest bogatym źródłem witaminy B3, nazywanej niacyną, na którą składa się kwas nikotynowy i jego amid. Okazuje się, że w mocno uprażonej kawie zawartość B3 jest niemal dwudziestokrotnie większa niż w nasionach kawy nie poddawanych obróbce cieplnej (1). Przyrost zawartości kwasu nikotynowego w kawie prażonej wynika z przekształcenia trygoneliny (kwasu N-metylo-3-irydylokarboksylowego) w kwas nikotynowy, substancję dobrze rozpuszczalną w wodzie i dostępną z wodnych ekstraktów mielonej kawy. Pokazuję w tabeli zawartość B3 w kawie (1):

Kawa palona, w odróżnieniu od surowej, jest bogatym źródłem witaminy B3. Pijemy napar kawy, a więc witamina rozpuszczalna w wodzie, jaką ona jest, dostaje się do naszego napoju.

Szczęśliwie dla nas obok czarnej kawy jest jeszcze wiele innych składników naszej diety zawierających tę witaminę. Niacyną są nazywane dwa związki: kwas nikotynowy i amid kwasu nikotynowego (choć niektórzy naukowcy uważają, że powinny być badane i opisywane oddzielnie). Niacyna została pierwszy raz opisana przez Hugo Weidela w 1873 roku, w jego opracowaniach z badań nad nikotyną (organiczny związek chemiczny z grupy alkaloidów pirydynowych; naturalnie występuje w liściach i korzeniach tytoniu szlachetnego (Nicotiana tabacum))  (to proponuję jako odnośnik poza tekstem)  (2). Niacyna będąca również pirydyną została wyodrębniona z wątroby przez Konrada Elvehjema, który ją nazywał „czynnikiem zapobiegającym pelagrze„. Pelagra to rumień lombardzki – choroba wywołana niedoborem niacyny; nazwa pochodzi od łac. pellis aegra, co znaczy: chora skóra. Kiedy biologiczne znaczenie kwasu nikotynowego zostało odkryte, postanowiono zmienić nazwę. Zmiana ta, miała na celu podkreślenie, że nie ma związku pomiędzy bogatą w niacynę żywnością a nikotyną, a także pomiędzy nikotyną a witaminami. W rezultacie tego angielska nazwa niacyny – niacin – została złożona z nicotinic acid(z ang.: kwas nikotynowy) + vitamin (witamina). Niacyna jest również nazywana witaminą B3, ponieważ była odkryta jako trzecia witamina z grupy witamin B, a także witaminą PP od pierwotnej anglojęzycznej nazwy „Pellagra-Preventing factor” (z ang.: czynnik zapobiegający pelagrze)

Pirydyny

Do znaczacych biologicznie pirydyn należą kwas nikotynowy i amid kwasu nikotynowego. Dla podkreślenia budowy chemicznej kwas nikotynowy (nikotynian – forma zjonizowana w roztworze wodnym) nazywa się niacyną, a amid tego kwasu niacynamidem. Trochę jest z tymi nazwani zamieszania. W każdym razie chodzi o witaminę B3. Na poniższym schemacie pokazuję ich budowę obu substancji:

Jak widać na schemacie powyższe związki różnią się resztami karboksylową -COOH (kwas) i amidową -CONH2 (amid). 

Może to nie do końca witamina

Z definicji witamin wynika, że są to substancje egzogenne (z zewnątrz, z pokarmu). A tu niespodzianka: kwas nikotynowy powstaje w naszym organizmie w wyniku przekształcenia tryptofanu (aminokwas egzogenny; zapraszam: „Criminal story…”) w szlaku kynureniowym (4). Podkreślam, że pochodna witaminy B6 (zapraszam: „ Spokojne nerwy …”) jest niezbędna do syntezy NAD+(5). Okazuje się, że 60 mg tryptofanu), dostarczanego z dietą powstanie u nas około 1 mg kwasu nikotynowego. Dzienne zapotrzebowanie na B3 jest około 15-20 mg i połowa z tego może pochodzić z tryptofanu (3).

Mononukleotyd, dinukleotydy – koenzymy NAD+ i NADP+

Wspólną cechą kwasu nikotynowego i jego amidu jest ich skuteczność w leczeniu pelagry oraz innych stanów niedoboru witaminy B3. Z żywnością obok niacyny dostają się do naszego przewodu pokarmowego NAD i NADP (nukleotydy). Są one hydrolizowane. Także amid kwasu nikotynowego ulega deaminacji. Tylko niacynian jest substratem do biosyntezy NAD+ [3, 5]. W naszych komórkach następuje synteza koenzymów. Do niacynianu jest przyłączana fosforyboza z wytworzeniem mononukleotydu (NMN, z ang.: Nicotinamide adenine Mono Nucleotide ). Następnie do NMN jest przyłączany mononukleotyd adeninowy. Ten sam, który występuje w RNA, ATP. W efekcie otrzymujemy dinukleotyd nikotynadeninow (5). Teraz do reszty kwasu nikotynowego w dinukleotydzie przyłączana jest reszta amidowa pochodząca z glutaminy (aminokwasu Gln) i mamy NAD+ (z ang.: Nicotinamide Adenine Dinucleotide). Jego ufosforylowana forma to NADP+. Reszta fosforanowa jest przyłączona do rybozy w nukleotydzie adeninowym, a jej dawcą jest ATP. Bywają zapisywane akronimem razem: NAD(P)+, (NAD(P)H, H+). Może to być czasem mylące, ponieważ biorą udział w różnych reakcjach: forma zredukowana to NADH,H+, NADPH,H i forma utleniona NAD+, NADP+.

Każdy dinukleotyd wiąże jeden proton (jon H+) i dwa elektrony. Wtedy ulega redukcji, a związek, z którym reagował, ulega utlenieniu. Gdy oddaje to ulega utlenieniu, a związek, z którym reagowała ulega redukcji. W ten sposób NADH,H+ oddaje energię na „łańcuch oddechowy”. Można w uproszczeniu powiedzieć, że go redukuje.

Opisywane dinukleotydy są koenzymami i wiążą się przejściowo (nie są związane na stałe, jak grupy prostetyczne z białkiem enzymatycznym) z enzymami należącymi do dehydrogenaz z klasy Oksydoreduktaz (zapraszam: „Działanie bez sił witalnych…”).

Reakcje enzymatyczne

Witamina B3 uważana jest za „głównego rozgrywającego” w przemianach katabolicznych jako koenzym NAD (postać utleniona), a w przemianach anabolicznych jako koenzym NADPH (postać zredukowana).   

W wyniku działania związanych z nimi dehydrogenaz (enzymy należące do klasy Oksydoreduktaz; zapraszam: “Działanie bez sił witalnych …”) nie powstaje woda, ponieważ jony wodorowe są przenoszone na substrat, którym nie jest tlen. Duża liczba tych enzymów posiłkuje się pochodną witaminy B3, jako koenzymem. Koenzymy NAD+/NADH i z NADP+/NADPH pełnią dwie podstawowe funkcje:

– przenoszą jon wodoru i elektrony (energię) na substrat z wytworzeniem zredukowanego produktu utlenionego substratu lub odwrotnie – odbierają jon wodoru i elektrony od substratu i przenoszą je na produkt. Jak już wspomniałam takie reakcje są sprzężone z utlenieniem lub redukcją koenzymu.

–  koenzym NAD+/NADH jest elementem “łańcucha oddechowego” w mitochondriach.

Na poniższym schemacie pokazuję udział pochodnych witaminy B3 w naszym ogólnym metabolizmie (5):

Jak widać w degradacji (katabolizmie} w naszym organizmie bierze udział NAD+ ,a w powstawaniu nowych substancji, w anabolizmie bierze udział NADPH,H+. Z tego wynika, że NAD+ zbiera energię, którą następnie przekazuje na „łańcuch oddechowy”, a z kolei NADPH,H+ jest dawcą energii do syntez wielu substancji.

Dinukleotydy nikotynadeninowe są koenzymami w przemianach cukrów, związków azotowych, w syntezie cholesterolu, syntezie kwasów tłuszczowych, w detoksykacji wielu substancji w tym etanolu, redukcji kwasu foliowego (zapraszam: „Liście życia…”), cyklu Krebsa, „łańcuchu oddechowym” i jeszcze kilku. „Zasięg  metaboliczny” pochodnych witaminy B3 jest bardzo szeroki.

Ładowanie nukleotydów

W wielu reakcjach utleniania podczas katabolizmu nukleotyd NAD+ jest „ładowany” energią i powstaje NADH,H+. Ostatecznie ta energia jest utylizowana w „łańcuchu oddechowym” w mitochondriach z wytworzeniem ciepła i ATP (fosforylacja oksydacyjna) (zapraszam: „Energia – część 1 – witamina B2

Ładowanie nukleotydów

W wielu reakcjach utleniania podczas katabolizmu nukleotyd NAD+ jest „ładowany” energią i powstaje NADH,H+. Ostatecznie ta energia jest utylizowana w „łańcuchu oddechowym” w mitochondriach z wytworzeniem ciepła i ATP (fosforylacja oksydacyjna) (zapraszam: „Energia – część 1 – witamina B2”).

Inaczej jest z drugim nukleotydem, a mianowicie NADP+. Jest on dawcą energii do biosyntez wielu związków. Jego ładowanie następuje tylko w trzech przemianach. W cyklu heksozomonofosforanowym (cyklu pentozowym) w rekcjach utleniania i towarzyszy dehydrogenazie glukozo-6-fosforanu i dehydrogenazie 6-fosfoglukonianowej. Jednak cykl pentozowy nie występuje we wszystkich rodzajach tkanek, komórek. Jak one sobie radzą? Otóż mamy na terenie cytoplazmy dehydrogenazę jabłczanową dekarboksylującą („enzym jabłczanowy”). W odróżnieniu od tej dehydrogenazy jabłczanowej występującej w cyklu Krebsa w mitochondriach. Substratem dla „enzymu jabłczanowego” jest jabłczan, a produktem pirogronian i dwutlenek węgla. W wyniku tej reakcji ładowany jest nukleotyd i powstaje jego zredukowana forma NADPH,H+. Zdolna do udziału w biosyntezach. Istnieje też możliwość przekazywania energii z NADH,H+ na NADP+ i wtedy powstanie nukleotyd biorący udział w anabolizmie, czyli NADPH,H+ (6).

Wskaźnik NAD+/NADH i NADP+/NADPH

W komórce NAD najwięcej jest w mitochondriach aż do 70% jej zasobów (13). Proporcja między formą utlenioną tego koenzymu a zredukowaną (wskaźnik NAD+/NADH) jest istotna dla możliwości metabolicznych komórki, ponieważ zależy od niej aktywność wielu enzymów i „łańcucha oddechowego”. oraz dehydrogenaz kluczowych dla glikolizy, zachodzącej w każdej komórce. W cytoplazmie jest więcej NAD+, czyli ma być więcej utleniania różnych związków dającego korzyści energetyczne komórce – katabolizm (na przykład glikoliza). Z kolei wskaźnik NADP+/NADPH mówi nam o kierunku przemian w komórce (anabolizm czy katabolizm), ponieważ ten koenzym jest potrzebny do syntezy na przykład kwasów tłuszczowych, czyli anabolizmu. Zwracam uwagę na to, że bierze też udział w detoksykacji wielu substancji w wątrobie.    

Detoksykacja                                                                 Wiele substancji dostających się do naszego organizmu i zbędnych katabolitów jest przetwarzane w wątrobie przy udziale układu z NADPH. Związki źle rozpuszczalne w wodzie, zamieniane są w takie, które mogą nas opuścić z moczem. Również wiele leków jest „uzdatnianych” w takich przemianach. Bez witaminy B3 nie miałaby miejsca też detoksykacja, w której etanol przetwarzany jest przy udziale dehydrogenazy alkoholowej, a powstały z niego aldehyd dehydrogenaza aldehydowa zamienia w kwas octowy. Jednak oba enzymy zawierają pochodną NAD+, ponieważ jest to utlenianie etanolu. W odróżnieniu z NADPH,H jest hydroksylacja, jakby synteza związku lepiej rozpuszczalnego w wodzie. Przy bardzo dużym przewlekłym zatruciu etanolem też włącza się układ z tym koenzymem – MEOS (z ang.: microsomal ethanol oxidizing system – mikrosomalny system utleniajcy etanol) .

Modyfikacje białek
Ostatnie lata badań przyniosły informacje o tym, że NAD+ bierze udział w stabilizacji  struktury DNA. Chroni je przed niekorzystnymi modyfikacjami. NAD+ zawiera w swej cząsteczce dwa nukleotdydy ijest źródłem nukleotydu adeninowego w procesie nazywanym „ADP-rybozylacją” (7). Jest to modyfikacja obejmująca różne białka i w tym te będące składnikami chromosomów. W metabolicznych reakcjach utleniania i redukcji oba dinukleotydy (NAD i NADP) przenoszą energię i nie zmieniają zasadniczo swej budowy. Z kolei w reakcji ADP-rybozylacji substratem jest NAD+ i modyfikowane białko. Nukleotyd adeninowy z rybozą zostaje przeniesiony na modyfikowane białka i uwolniona jest amid kwasu nikotynowego. Dinukleotyd przestaje istnieć. Szeroko przebadaną grupą są enzymy PARP – polimerazy poli ADP-rybozy. Katalizują one przyłączenie wielu cząsteczek ADP-rybozy do białek docelowych. Zaangażowane są w mechanizmy naprawcze DNA, przekazywanie sygnału w komórce, transkrypcję, regulację apoptozy, modulowanie struktury chromatyny i szeroko rozumiane różnicowanie komórek.

Modyfikowane białka mogą ostatecznie zawierać jedną ADP-rybozę lub kilka, a także cykliczną formę ADP-rybozy. (7). Co ciekawe, niektóre chrobotwórcze bakterie również posługują się mechanizmem ADP-rybozylacji podczas inwazji. Przeprowadzają ją bakteryjne egzotoksyny ADP rybozylujace (z ang. : Bacterial ADP-ribosylating exotoxins). Dzieje się tak przy cholerze, krztuścu, błonicy i jadzie kiełbasianym.

Sirtuiny

Nazywane enzymami długowieczności sirtuiny (Białka Sir -z ang.: Silent information regulator) działają poprzez utrzymanie stabilności genomu i regulację transkrypcji (8)

Sirtuiny należą do NAD+-zależnych deacetylaz, enzymów katalizujących reakcję deacetylacji, czyli reakcję odszczepienia reszty kwasu octowego (-CH2COO) od białkowych substratów. Przedstawiam to schematycznie:                           Białka chromatyny-acetylowane + NAD+ > Białka chromatyny + acetylowane NAD+  

Dowiedziono, że pewne polifenole, takie jak składnik czerwonego wina, resweratrol (zapraszam: „Starzenie – a na co nam to? resweratrol rsv”) aktywują sirtuiny podobnie jak niskokaloryczna dieta.

Modulator

Podczas przemian metabolicznych powstaje z NAD+ pochodna cADPR (z ang.: cyclic ADP-ribose), a z NADP+ pochodna NAADP (z ang.: Nicotinic Acid Adenine Dinucleotide Phosphate) i P-cADPR (phospho-cyclic-ADP-Ribose). Są to cząsteczki regulatorowe istotne dla obronności naszego organizmu o ciągle wyjaśnianym działaniu (9).).

„Walka” z cholesterolem

Niacynę uważa się za najstarsze oręże w walce o właściwy profil lipidowy (zapraszam: „Polub swój cholesterol”). Zacytuję tytuł z pracy z 2019 roku: „ Niacyna stary lek na lipidy w nowej NAD+ sukni” (z ang: „Niacin: an old lipid drug in a new NAD + dress) (10). Lipidogram (profil lipidowy) obejmuje badanie następujących wskaźników: trójglicerydów (TG), cholesterolu całkowitego, lipoprotein o niskiej i wysokiej gęstości (frakcji cholesterolu zawierających odpowiednio LDL i HDL). Właściwości farmakologiczne nikotynamidu i kwasu nikotynowego są jednak różne. Według niektórych naukowców nie powinno się łączyć tych substancji w jednej nazwie niacyna. Kwas nikotynowy jest  lekiem obniżającym stężenie LDL-cholesterolu i triacylogliceroli, a podwyższającym zawartość HDL-cholesterolu we krwi, z kolei nikotynamid nie wpływa na stężenie lipidów we krwi (11). Poniżej pokazuję porównanie, jak kwas nikotynowy i różne terapeutyki mogą wpływać na zawartość HDL, LDL i TG (10):

Wyraźnie widać, że kwas nikotynowy może być skutecznie używany jako lek w leczeniu hiperlipidemii. W wysokich dawkach rozszerza obwodowe naczynia krwionośne, zmniejsza uwalnianie kwasów tłuszczowych z tkanki tłuszczowej i hamuje wytwarzanie VLDL w wątrobie. Te efekty farmakologiczne nie mają związku z działaniem dehydrogenaz, a więc z NAD i NADP jako koenzymy, czyli substancjami związanymi z enzymami. Poniżej pokazuję schemat obrazujący wpływ witaminy B3: kwasu nikotynowego na nasze lipidy osocza (12):

Jak wspomniałam dawka kwasu nikotynowego stosowana w terapii hiperlipidemii jest bardzo duża, a więc jej podawanie wymaga ze strony lekarza dużej ostrozności. Nie róbmy tego samodzielnie.

Dieta

W produktach roślinnych występuje głównie kwas nikotynowy. W produktach pochodzenia zwierzęcego dominuje nikotynamid. Witamina B3 jest rozpuszczalna wodzie, a więc dostaje się do wody podczas gotowania potraw. Uszkadza ją obecność substancji kwaśnych.

Górnym limitem podaży niacyny u osób dorosłych jest 35 mg na dobę. Jest to kolejna witamina rozpuszczalna w wodzie, której nadmiar jest szkodliwy (zapraszam: „Czy jeść witaminy…”). Naturalna żywność nie spowoduje zatruć witaminą B3, ale wysokie dawki kwasu nikotynowego i jego amidu mogą spowodować zaburzenia w funkcjonowaniu całego organizmu. Nie zawsze przemijają po odstawieniu i skutkują dysfunkcją ogólnoustrojową. Omawiana witamina nie jest magazynowana, ale związana jest ze znaczną liczbą enzymów w każdej komórce. W związku z tym jest jej dużo w naszym organizmie. Wiele multiwitamin (tabletek) zawiera 20 – 30 mg witaminy B3. Trzeba być ostrożnym w ich stosowaniu.                                         

Aminokwas leucyna jest inhibitorem enzymu (fosforybozylotrnsferazy chinolinowej) biorącego udział w ciągu przemian prowadzących do powstania nikotynianu z tryptofanu (5). Sorgo – proso afrykańskie zawiera dużo leucyny (egzogenny aminokwas) i spożywanie tego ziarna powodowało u jego konsumentów problemy ze zdrowiem.

Z kolei kukurydza zawiera duże ilości witaminy B3, ale jest ona w niej w formie niedostępnej dla człowieka. Jest to kwas nikotynowy w związany w formie niacytyny (1). W 1951 roku K.J. Carpenter odkrył, że niacynian z kukurydzy jest biologicznie niedostępny i może być uwolniony tylko w wysoko zasadowym roztworze o pH 11 (2). Opierając się na tym ziarna kukurydzy gotuje się w wodzie wapiennej lub w wodzie z dodatkiem popiołu drzewnego. Dzięki temu nie ma objawów pelagry w Meksyku, czy Gwatemali. W poniższej w tabeli pokazuję zawartość kwasu nikotynowego w ziarnach kukurydzy(1):

Dla „dobra” ludzkości kukurydzę atakuje grzyb głownia kukurydzy (Ustilago maydis) i co ciekawe tak chorobowo zdeformowana kukurydza stała się dla nas daniem bogatym w składniki odżywcze, a w tym i witaminy. Huitlacoche lub cuitlacoche, bo tak się nazywa danie, znane już przez Azteków. Nazywane jest też ‘trufla meksykańska”. Ale tę truflę uważam za przesadę, ponieważ spróbowałam. Nie ma aromatu, a smak zależy od dodanych przypraw. Okazuje się, ze są sposoby na wykorzystanie kukurydzy, jak naszego pożywienia.

W poniższej tabeli pokazuję zawartość B3 w wybranych produktach spożywczych (1):

Jak widać bardzo dobrym źródłem witaminy B3 są orzechy arachidowe. Sporo tej witaminy zawierają mięsa, ale także pszenica nie jest nisko witaminowa.

Można powiedzieć, że powstające z witaminy B3 pochodne – kiedyś umieszczane obok pochodnych witaminy B2 – „prześcignęły” ją w swoich możliwościach. Przyniosły tę wiedzę lata badań. Wykazano, że nie tylko występują w układach związanych z przenoszeniem energii, ale też służą do modyfikowania różnych białek. To z kolei wpływa na ogólny metabolizm w bardzo szerokim zakresie. Nawet mogą być użyte jako leki w celu poprawienia profilu lipidowego lub leczeniu osób z nowotworami złośliwymi.  

Literatura

  1. Moszczyński P., Pyć R, “Biochemia witamin”, Wydawnictwo Naukowe PWN, Łódź 1999). (6)
  2. Witamina B3 – Wikipedia, wolna encyklopedia
  3. Szostak W.B, Walczak A, „Witaminy w profilaktyce miażdżycy”, BIBLIOTECZKA LEKARZA FARMACEURTY, WYDAWNICTWO LEKARZA FARMACEUTY HOLBEX Sp. z o.o., Warszawa 2001
  4. Mol Psychiatry. 2020 Jan;25(1):131-147. The kynurenine pathway: a finger in every pie” doi: 10.1038/s41380-019-0414-4. Epub 2019 Apr 12).
  5. Murray et al.: Biochemia Harpera. 2012, PZWL
  6. DOI:10.1093/abbs/gmp029).
  7. Water Soluble Vitamins Clinical Research and Future Applications, ed. O.H. Stanger, Springer 2012 ; ISBN 978-94-007-2198-2
  8. tom 13, nr 3, 147–152 Gerontologia Polska PRACA POGLĄDOWA ISSN 1425–4956
  9. DOI:10.1074/jbc.REV119.009635
  10. DOI: 10.1194/jlr.S092007
  11. Metabolity nikotynamidu i ich rola w fizjologii i patologii człowieka – Pomorska Biblioteka Cyfrowa (pbc.gda.pl)
  12. Common problems in the management of hypertriglyceridemia – PubMed (nih.gov)
  13. Nicotinamide adenine dinucleotide – Wikipedia
    Liczba odwiedzin: 2218

Dodaj komentarz

Twój adres email nie będzie publikowany.