V časopise Amino Acids byla publikována studie, která se zabývala ověřováním některých detailů role vitaminu C v syntéze kolagenu.1 V této studii byl zkoumán vliv přítomnosti vitaminu C na sekvenci, interakci a orientaci aminokyselin při tvorbě kolagenu. Při výpočtech byla využita teorie funkce hustoty (density function theory, DFT). Cílem této studie bylo prozkoumat mechanismus účinku vitaminu C z hlediska termodynamiky a struktury reakce probíhající při syntéze kolagenu.

Kolagen je protein, který se se vyznačuje charakteristickou strukturou trojité šroubovice. Molekula kolagenu je tvořena hlavně aminokyselinami glycinem, prolinem, hydroxyprolinem a hydroxylysinem. Syntéza kolagenu probíhá na polyribozomech, které se vážou na membránu drsného endoplazmatického retikula (rough endoplasmatic reticulum, rER). Vzniklé polypeptidové řetězce protokolagenu jsou segregovány v jeho cisternách, kde dochází k iniciální glykosylaci a hydroxylaci. Hydroxylace probíhá na aminokyselinových zbytcích prolinu a lysinu, vzniká tak hydroxyprolin a hydroxylysin. Na konci každého řetězce protokolagenu se nacházejí registrační peptidy, které zabraňují předčasné intracelulární polymerizaci vzniklých molekul. Zároveň napomáhají vytvoření trojité šroubovice, kdy vždy ze tří řetězců protokolagenu vzniká prokolagen. Z endoplasmatického retikula je prokolagen transportován do Golgiho komplexu, kde je kondenzován a obalen membránou sekrečních vezikul. Následně je procesem excocytózy uvolňován do extracelulárního prostoru. Enzym prokolagenpeptidáza odštěpuje v extracelulárním prostoru od prokolagenu registrační peptidy a vznikne tak tropokolagen. Sousední buňky uspořádávají tropokolagen stupňovitým způsobem a vytvářejí kolagenní fibrily, z fibril dále utvářejí vlákna. Vlákna jsou stabilizována enzymem lyzyloxidázou pomocí vzájemných vazeb lysinových a hydroxylysinových zbytků v sousedních molekulách tropokolagenu.

V syntéze všech typů kolagenu je důležité spojení aminokyselin prolinu a glycinu za účasti vitaminu C a vzniku prokolagenu. Molekula kolagenu je trojšroubovice tvořená třemi polypeptidovými řetězci, tzv. alfa peptidy. Vitamin C (askorbát) je nezbytným kofaktorem hydroxylačních enzymů při syntéze kolagenu. Je nezbytný pro hydroxylaci prolinu a lysinu na hydroxyprolin a hydroxylysin. V hydroxylační reakci přeměny prolinu (resp. prolylu) na 5-hydroxyprolin za účasti enzymu prolyl-5-prolylhydroxylázy dochází v prolylhydroxylázové doméně enzymu prolylhydroxylázy indukovatelné hypoxií (HIF-PHD) k proměně dvoumocného železa (Fe2+) na trojmocné (Fe3+) a poté na čtyřmocné železo (Fe4+) a oddělení hydroxyprolinu od enzymu. HIF-PHD je přitom redukována vitaminem C. Přítomnost vitaminu C aktivuje katalytický cyklus enzymů prolylhydroxylázy indukovatelné hypoxií (HIF-PHDs) a lysylhydroxylázy a zvyšuje stabilitu alfa řetězců. Kromě těchto hydroxylačních reakcí je vitamin C potřebný pro glykosylaci při tvorbě stabilní trojité šroubovice prokolagenu.

Uvedená studie zkoumala mechanismus účinku vitaminu C v aminokyselinové sekvenci na základě počitačového simulačního modelování pomocí tzv. metody DFT (density functional theory), která využívá elektronovou hustotu (electron density) pro výpočet frekvencí atomů a molekul. Výsledky studie ukázaly, že přítomnost vitaminu C je důležitá při syntéze kolagenu, a že mechanismus tvorby aminokyselinové sekvence (Gly-Hyp-Pro) je lepší při tvorbě kolagenu za přítomnosti vitaminu C než bez přítomnosti tohoto vitaminu. Vitamin C působí jako kofaktor enzymu prolyl-5-hydroxylázy a umožňuje přeměnu aminokyseliny prolin na hydroxyprolin. Při nedostatku vitaminu C se reakce v této fázi zastaví a prolin se nemůže na hydroxyprolin přeměnit. Vitamin C ovlivňuje nejen tuto reakci, ale umožňuje i oddělení hydroxyprolinu od enzymu prolyl-5-hydroxylázy. Získaná data ukazují, že vitamin C zabraňuje nežádoucím interakcím a usnadňuje nasměrování aminokyselinové reakce k opravě pojivové tkáně (kolagenu). Je to další doklad významu dostatečné suplementace vitaminu C pro hojivé procesy v situacích, kdy jsou struktury pojivové tkáně narušeny.¹ 

Kromě své role v syntéze kolagenu, působí vitamin C jako silný antioxidant tím, že neutralizuje reaktivní formy kyslíku (ROS) odpovědné za buněčnou apoptózu během zánětlivé fáze. Navíc, jak ukazují některé studie, vitamin C může vyvolat mobilizaci kmenových buněk  šlach, růst osteoblastů a diferenciaci a stimulace fibroblastů. Proto je vitamín C stále více zkoumán jeho význam při léčbu poruch a úrazů pohybového aparátu. Jak ukázaly preklinické studie shrnuté v publikovaném systematickém přehledu, vitamin C má potenciál urychlit hojení kostí po frakturách, zvýšit syntézu kolagenu typu I a snížit parametrů oxidačního stresu. Nebyly hlášeny žádné nežádoucí účinky suplementace vitaminem C na zvířecích modelech ani na lidských účastnících; perorální vitamin C se tedy jeví jako perspektivní a bezpečný doplněk léčby poruch pohybového aparátu.

---

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.

Autor

MUDr. Pavel Kostiuk, CSc.

Edukafarm, Praha