Wszechobecny zarówno w świecie roślin, jak i zwierząt jest kwas pantotenowy, inaczej witamina B5 (6). Jego nazwa wywodzi się z języka greckiego – „pantothen” oznacza „zewsząd”.
Skąd ta nazwa?
W pierwszej połowie XX wieku R.J. Wiliams nadał nazwę substancji, jak ustalił niezbędnej do wzrostu drożdży, kwas pantotenowy. Wielokrotnie wspominałam w poprzednich artykułach, że w organizmie występują jony i kwas ten jest anionem nazywanym w metabolizmie pantotenianem (1). F. Lipman odkrył, że pantotenian jest składnikiem kluczowego w naszym metabolizmie koenzymu A. W 1953 dostał on Nagrodę Nobla w dziedzinie Fizjologii lub Medycyny za odkrycie koenzymu A i jego znaczenia w metabolizmie.
Kwas pantotenowy – pantotenian
Na poniższej ilustracji jest kwas pantotenowy – witamina B5:
Składa się na niego reszta kwasu pantenowego i beta-alaniny.
Ogólnoustrojowa dystrybucja
Kwas pantotenowy jest dobrze rozpuszczalny wodzie. Wchłaniany jest w przewodzie pokarmowym przy udziale błonowych transporterów białkowych. Jest transportowany w osoczu w wolnej formie. Do erytrocytów przenika na drodze biernej, natomiast w innych tkankach obecne są nośniki białkowe (2). Największe stężenie witaminy B5 jest w wątrobie, nadnerczach, nerkach, mózgu, sercu i jądrach.
Kluczowy koenzym – koenzym A
W komórkach z kwasu pantotenowego, aminokwasu cysteiny, ATP i fosfo ATP jest syntetyzowany koenzym A (CoA). Współdziała on z enzymami należącymi do klasy Transfraz (zapraszam: „Działanie bez sił witalnych…”). Na poniższym schemacie pokazuję syntezę koenzymu A (3):
Biosynteza CoA obejmuje pięć etapów, w których wykorzystywane są 4 cząsteczki ATP. Jak zaznaczyłam na schemacie kinaza (wada) z pierwszej przemiany może być dotknięta wadą metaboliczną. Zwracam uwagę na to, że w trzeciej reakcji powstaje fosfopanteteina (4’-fosfopanteteina), która może być przyłączana do niektórych białek. Po degradacji takiego białka uwolniona fosfopanteina może ponownie służyć do syntezy CoA.
Zwracam uwagę na fakt, że koenzym A jest nukleotydem, ponieważ w jego cząsteczce znajduje się reszta AMP, czyli adenylo mono fosforanu (tutaj dodatkowo 3’fosfo AMP). Taki element występuje w RNA i innych nukleotydach. Na przykład takich, jak NAD+, FAD, FMN (zapraszam: Energia- 1. i 2. część”). Koenzym A współpracuje z enzymami transferazami (zapraszam: „Działanie bez sił witalnych…”), które przenoszą reszty acylowe na odpowiednie substraty.
Przyłączenie acylu do CoA wymaga nakładu energetycznego z ATP i jest katalizowane przez syntetazę. Z tej reakcji wychodzi AMP i pirofosforan, czyli utworzenie wiązania między acylem, a CoA wymaga energii aż z dwóch wiązań wysokoenergetycznych à ATP à AMP + PPi . Chodzi tu o to aby wytworzyć wysoko reaktywny substrat do acylacji, czyli przyłączenia acylu do substratu i w efekcie wytworzenia acylo-produktu.
Acylo-CoA
Acyle to inaczej różnorakie kwasy karboksylowe. Acylo-CoA to reszta kwasu połączona wiązaniem wysokoenergetycznym z CoA. Określane to jest mianem aktywacji kwasu, czyli przygotowaniem go do metabolizmu. Najmniejszą z tych reszt przyłączanych do CoA jest reszta kwasu octowego („jednostka dwuwęglowa”), czyli powstaje acetylo-CoA.
Acylokarnityna – „spalanie tłuszczu”
Szeroko rozpowszechniona w reklamach suplementów diety „spalających tłuszcz” jest karnityna (zapraszam: „Criminal story …”).. Zwracam uwagę na to, że koenzym A cytoplazmatyczny nie może dostać się do mitochondriów. Z kolei mitochondrialny nie może ich opuścić. Jest tak zwana zamknięta pula CoA w mitochondriach i na terenie cytoplazmy. Katabolizm kwasów tłuszczowych zachodzi w mitochondriach (beta-oksydacja, cięcie co dwa węgle). Kwasy tłuszczowe do wszelkich przemian, jak już wspomniałam, muszą być zaktywowane poprzez przyłączenie do CoA (wiązanie wysokoenergetyczne). Kwasy tłuszczowe połączone z koenzymem A, czyli acylo-CoA mogą poprzez transporter karnitynowy zostać przeniesione na CoA mitochondriów i tam ulec katabolizmowi (beta-oksydacji) lub wziąć udział w acylacji białek.
Na poniższym schemacie pokazuję podstawową funkcję karnityny, a mianowicie udział w transporcie kwasów tłuszczowych do mitochondriów, gdzie ulegają katabolizmowi (4):
Acyl jest zaktywowany na terenie cytoplazmy, a następnie poprzez połaczenie z kalrnintyną nazywane „wahadłem karnitynowym” przeniesiony na acyl w mitochondriach.
„Aktywny octan”
Pochodna acetylowa koenzymu A – acetylo-CoA (nazywany „aktywnym octanem”) jest centralnym związkiem w metabolizmie komórki, ponieważ bierze on udział w przemianach katabolicznych i anabolicznych organizmu.
Acetylo-CoA powstaje, a właściwie jest „uwalniany” w wyniku wielu przemian katabolicznych różnych kwasów karboksylowych w organizmie. Należy do tych przemian; oksydatywna dekarboksylacja kwasu pirogronowego (powstającego w procesie glikolizy i katabolizmu aminokwasów) i kwasu 2-oksoglutarowego (cykl Krebsa), koenzym A „przenosi” poprzez cykl Krebsa dalsze kwasy tłuszczowe. Występuje w powstawaniu i wykorzystania szkieletów węglowych aminokwasów.
Acetylo CoA bierze udział w wielu syntezach, między innymi kwasów tłuszczowych, cholesterolu i powstawaniu glukozy. Zachodzi u nas wiele acetylacji. Na przykład podczas syntezy melatoniny (regulatora rytmu dobowego), hemu i wielu innych związków.
Acetylacje
W wyniku acetylacji powstają u nas różne estry. Na przykład enzym aceylotransferaza cholinowa przenosi resztę acetylową z acetylo-CoA na cholinę i powstaje acetylocholina. Jest ona neuroprzekaźnikiem i przenosi sygnał na komórki mięśniowe (złącze mięśniowo-nerwowe, inaczej „płytka motoryczna”).
Podczas obróbki postranlacyjnej zachodzi acylacja wielu białek. Na przykład acetylacji ulegają białka w chromatynie (zapraszam: „Starzenie a…”) i to ma wpływ na regulację ekspresji genów. Z kolei acetylacja białek mięśnia sercowego ma znaczenie dla działania serca (5).
Acetylacji ulegają enzymy beta-oksydacji (katabolizm kwasów tłuszczowych), glikolizy, cyklu Krebsa, „łańcucha oddechowego”
Powstają też acetylowane cukry na przykład reszty N-acetyloglukozoaminy tak istotna w metabolizmie macierzy tkanki łącznej.
Fosfopantoteiny
Jak już wspomniałam podczas syntezy CoA powstaje 4’fosfopantoteinian, który może również przyłączany do kilku białek enzymatycznych. Pokazuje to na poniższym schemacie (6):
W ten sposób powstaje białkowy nośnik grup acylowych (z ang.: Acyl Carrier Protein – ACP) i enzym istotny dla metbolizmu aminokwasów i nukleotydów ( dehydrogenaza 10 metylotetrahydrofolianu) oraz enzym do degradacji aminokwasu lizyny (syntaza semialdehydu adypaminoadypinianowego),
ACP
ACP jest elementem wieloenzymatycznego kompleksu cytoplazmatycznego syntetyzujące go dla naszych potrzeb wyższe kwasy tłuszczowe. Nowo powstający łańcuch kwasu pozostaje kowalencyjnie związany z enzymem właśnie poprzez ACP. Biosynteza kwasów tłuszczowych zachodzi oczywiście przy udziale acetylo CoA. Zaczyna się od karboksylacji (zapraszam: „Włosy i paznokcie – biotyna”) acetylo-CoA i przyłąceniu powstałego malonylo-CoA do ACP. Kontynuowana jest poprzez dołączanie kolejnych jednostek dwuwęglowych dostarczanych przez acetylo-CoA.
Degradacja i losy katabolitów
Nerki są głównym narządem regulującym stężenie kwasu pantotenowego w ustroju. Wchłanianie zwrotne chroni organizm przed obniżeniem się stężenia tej witaminy w osoczu.
Efekty ogólnoustrojowe
Opisano niezwykle mało przypadków zaistniałej awitaminozy kwasu pantotenowego. Wykazano, że nie ma on wpływu na gojenie się skóry.
Opisano niedobory u ludzi leczonych antagonistą kwasu pantotenowego: kwasem omega-metylo-pantotenowym i w sytuacji niedożywienia dużego stopnia (7).
U człowieka nie są znane efekty toksyczne witaminy B5.
Zalecane dobowe spożycie witaminy B5 u różnych grup wiekowych człowieka (bez uwzględnienia ciąży) (7):
Najbardziej wydajne naturalne źródła witaminy (w kolejności malejącej zawartości): jaj kurze, brokuły, awokado, mięso, grzyby (drożdże).
Istnieją pewne sugestie, że kwas pantotenowy syntetyzowany przez bakterie flory jelitowej człowieka może być dla niego źródłem tej witaminy.
Pantotenol (suplement diety) jest alkoholem, który w ustroju jest przekształcany w kwas pantotenowy (7).
Są doniesienia, że panteteina syntetyczna pochodna kwasu pantotenowgo, obniża stężenie całkowitego cholesterolu w osoczu (8).
Generalnie acylacja, a szczególnie acetylacja ma znaczenie epigenetyczne (czyli poza kwasami nukleinowymi, które mają znaczenie genetyczne) i jest istotna dla wzrostu i podziału komórek (9). Rozregulowanie metabolizmu CoA i jego acylowych pochodnych oraz 4’-fosfopantotenianu może być przyczyną daleko idących stanów patologicznych nie tylko w naszych komórkach, ale także naszej flory jelitowej i może być przyczyną różnych chorób. Co więcej należy pamiętać, że metabolizm wielu leków i toksyn w wątrobie wymaga CoA. Okazuje się, że dalsze wyjaśnianie zależności metabolicznych związanych z pantotenianem – witaminą B5- jest wyzwaniem dla przyszłości.
Literatura
- Pantothenic acid – Wikipedia
- Szostak W.B, Walczak A, „Witaminy w profilaktyce miażdżycy”, BIBLIOTECZKA LEKARZA FARMACEURTY, WYDAWNICTWO LEKARZA FARMACEUTY HOLBEX Sp. z o.o., Warszawa 2001
- https://doi.org/10.1016/B978-0-323-66162-1.00016-0
- Biochemia. Ilustrowany przewodnik – J Koolman, K-H Röhm, PZWL, Warszawa 2005
- Front Cardiovasc Med. 2021; 8: 723996
- Pantothenic Acid | Linus Pauling Institute | Oregon State University
- Moszczyński P., Pyć R, “Biochemia witamin”, Wydawnictwo Naukowe PWN, Łódź 1999.
- Pantethine, a derivative of vitamin B5, favorably alters total, LDL and non-HDL cholesterol in low to moderate cardiovascular risk subjects eligible for statin therapy: a triple-blinded placebo and diet-controlled investigation (nih.gov)
- Biochem Soc Trans (2014) 42 (4): 1025–1032