Spolupráce vitaminů a život buněk

Vitaminy jsou přírodní organické sloučeniny, které již v nepatrném množství umožňují a usměrňují životně důležité chemické reakce v buňkách i v celém těle. Tyto děje souvisejí se získáváním energie ze živin, s přenosem nervových vzruchů, s regulací volných chemických radikálů a s odstraňováním škodlivých metabolických odpadů. Naše tělo si vitaminy (na rozdíl od hormonů) neumí vyrobit, a proto je musíme získávat z čerstvé potravy, popř. v podobě potravinových doplňků či léků.

Spolupráce vitaminů představuje zajímavý, složitě řízený děj, který vyžaduje souhru všech složek. Jestliže jsme zdrávi, podrobnosti souhry příliš nevnímáme, jakmile se však jedna ze složek porouchá, hned si toho všimneme. Mají-li vůbec malé molekuly vitaminů působit, musí se nejprve navázat na velkou bílkovinnou molekulu příslušného enzymu. Teprve potom se mohou uplatnit jako koenzymy v molekulárních operacích. Často se těchto dějů účastní volné elektrony atomů určitých kovů, které bývají vázány v molekule enzymu. Tyto složité souvislosti lze lépe pochopit, jestliže vitaminy logicky uspořádáme podle jejich rolí v metabolickém systému (viz obrázek).

Vitaminy a výroba energie

Základními živinami v potravě jsou cukry, škroby, tuky a bílkoviny. Molekuly živin a jejich produktů, vstřebávané do krve ze zažívacího traktu, jsou z hlediska buněčné energetiky strategickou surovinou. Obsahují totiž velké množství chemicky vázaných vodíkových atomů, které lze z těchto vazeb postupně uvolňovat v podobě protonů (H⁺), a ty pak využít jako čisté palivo při reakci s kyslíkem za vzniku energie v adenosintrifosfátu a odpadní vody. Pro bezpečné a plynulé uvolňování protonů mají buňky speciální biochemický provoz. Jeho základem je citrátový cyklus (viz Data a souvislosti), který probíhá v mitochondriích, nitrobuněčných částicích specializovaných na výrobu energie (viz též Homocystein a civilizační choroby, Vesmír 81, 624, 2002/11). Takto získaná energie je na rozdíl od energie tepelné skladovatelná a rychle využitelná v četných biochemických reakcích.

Řemeslníci upravující živiny

Vzhledem k odlišným stravovacím návykům přicházejí jednotlivé vstřebané meziprodukty trávení ke tkáňovým buňkám nepravidelně a v nestejných množstvích. Jde především o výchozí kyselinu pyrohroznovou z cukrů a škrobů, mastné kyseliny z tuků a aminokyseliny z bílkovin. Pro citrátový cyklus je nutno, aby nestejnorodá směs těchto molekul v cytoplazmě byla vhodně upravena a nasměrována. O to se stará vstupní kontrolor a pořadatel č. 1 pyridoxin (podle obvyklého značení vitamin B₆). K snazšímu zpracování jim pomůže č. 2 kyselina pantothenová (vitamin B₅). Potom č. 3 thiamin (vitamin B₁) rozhodne o cukrech a č. 4 biotin o mastných kyselinách, zda budou spáleny v citrátovém cyklu, nebo se uloží do zásob. Když se živiny dostanou do mitochondrií, ještě jim zmíněné čtyři vitaminy pomohou při odtržení protonu. Proto jsme je zařadili do skupiny řemeslníků a zprostředkovatelů. Jejich úkolem je standardně provádět jednoduché úkony nutné pro získávání protonů a elektronů.

Lapači a přenašeči protonů

V uzlových bodech cyklu kyseliny citronové se chemicky pozměňují molekuly účastníků podle toho, jak jim vitaminy přihrávají nebo odebírají potřebné stavební díly. Ty se za účasti uvedených vitaminů získávají výměnou a drobnými úpravami během oboustranně výhodné spolupráce v hraničním úseku mezi mitochondriemi a cytoplazmou. V ní totiž zároveň probíhají i jiné reakce, kterým se zase hodí některé meziprodukty procesů z mitochondrií. V každém uzlovém bodu cyklu se uvolňuje vodíkový atom, který se v reakci zbavil elektronu (e) a přeměnil se na proton (H⁺). Tuto akci hlídají vitaminy č. 5 niacin a č. 6 riboflavin (B₂), které fungují jako lapači a přenašeči protonů. Rodící se proton je touto vitaminovou stráží preventivně zajištěn již během svého vzniku. Bez přísného dozoru by totiž spolu s kyslíkem a s elektrony vytvářel volné radikály, které mohou buňku těžce poškodit. Proměnlivý a obtížně polapitelný elektron zůstane sice na svobodě, ale drží se blízko, přitahován svým záporným nábojem k pozitivním nábojům přenášených protonů.

Zajištěné protony i elektrony, které se vlní v jejich blízkosti, jsou pak předány koenzymu Q₁₀, jenž je umístí na začátek dýchacího cytochromového řetězce probíhajícího napříč mitochondriální membránou. Pro aktivaci kyslíku O₂, který je přinášen krví z plic do všech tkání, je důležitá přítomnost atomů síry, železa a mědi. Ty roztrhnou molekulu kyslíku za pomoci elektronů, jež jsou štafetově předávány dýchacím řetězcem. V řetězci jsou místa, kde se reakcí s kyslíkem uvolňuje dostatek energie k vytvoření molekul adenosintrifosfátu, jejichž chemické struktury slouží jako energetické konzervy. Je to podobné, jako když natáhneme ocelové péro v hodinovém strojku nebo deformujeme gumový předmět. Natažení, zajištění a uvolnění energie z adenosintrifosfátu v buňce provádějí a kontrolují bílkovinné molekuly příslušných enzymů. Tento způsob tvorby energie se nazývá oxidativní fosforylace.

Po očesání a odsunutí použitelných protonů během jednoho citrátového cyklu se zbylé živiny buď stanou začátkem dalšího okruhu, nebo vstoupí do cytoplazmy, kde jsou zpracovány jinak. Zhruba podle tohoto principu neustále probíhá řízené uvolňování a příprava vodíkového paliva ze živin pro buněčnou energetiku ve všech tkáních.

Koordinátoři regulující metabolizmus

Kromě uvedených vitaminových řemeslníků (pyridoxinu, kyseliny pantothenové, thiaminu, biotinu) i lapačů a přenašečů H⁺ (niacinu, riboflavinu) jsou pro zajištění plnohodnotného přežití složitého živého systému nezbytné další dva vitaminy rozpustné ve vodě: č. 7 kyselina listová a č. 8 kobalamin (vitamin B₁₂). Význam obou těchto úzce spolupracujících vitaminů je mnohostranný. Je spojen s metabolizmem síry, s recyklací odpadních jednouhlíkových zbytků, s tvorbou nukleových kyselin a všestranně využitelných metylových skupin, které jsou nezbytné pro práci svalů, přenášení nervových vzruchů a vstup mastných kyselin do mitochondrií. Oba vitaminy, jež se také zúčastňují transportu protonů a elektronů a regulace volných radikálů, jsme zařadili do skupiny metabolických koordinátorů. K nim patří a s nimi úzce spolupracuje také č. 9 kyselina askorbová (vitamin C), která koordinuje a reguluje koncentraci volných radikálů a ovlivňuje tvorbu bílkovin pojivových tkání. Její aktivita je závislá na reakcích s thiolátkami.

Tukomilní radové a strážník hlídající radikály

Vitaminy rozpustné v tucích mají význam pro stabilitu a fungování buněčných struktur (zejména membrán) obsahujících tukové složky. Také tyto vitaminy jsou schopny regulovat obsah nežádoucích kyslíkových radikálů, a to i za cenu sebeobětování, jak to dělá např. č. 10 tokoferol (vitamin E). Ovšem ani jeden z těchto lipofilních vitaminů se neobejde bez thiolátek, které mají operativní SH-skupiny, ochotné odevzdávat a přijímat proton. Z tohoto důvodu jsou všechny lipofilní vitaminy při své činnosti závislé na vitaminech rozpustných ve vodě. Zařadili jsme je do zvláštní skupiny, protože v některých případech se jejich funkce již blíží funkcím hormonů, i když nepocházejí ze specifických žláz s vnitřní sekrecí. Jejich účinek je, na rozdíl od předchozích vitaminů, zaměřen na určité orgány a na jejich funkci v zájmu organizmu jako celku. Například č. 11 menadion (vitamin K) kontroluje srážení krve, č. 12 retinol (vitamin A) se stará o množení pohlavních buněk. Významná je v tomto širším smyslu, pro zajištění života, i regulace iontů vápníku a fosfátu, na niž dohlíží č. 13 kalciferol (vitamin D). S ohledem na širší dosah jejich působnosti lze skupině vitaminů K, A a D udělit pracovní označení tukomilní radové.

Sehraný vitaminový tým

Takto sehraný tým vitaminů řemeslníků, koordinátorů a rádců vázaných na enzymy má základní roli. Rozebírá, třídí, čistí a přeměňuje molekuly živin získané z potravin. Vzniklé meziprodukty se pak během metabolizmu posunují k hlavnímu cíli tj. k získání energie nezbytné pro výstavbu, údržbu a obranu našeho těla v kontextu s vnějším prostředím.