維生素的故事(二):維生素C怎麼被發現的?

有Follow海賊王的嗎?魯夫是個只憑一股熱誠出海的小屁孩,就曾經在海上,長期沒有補充維生素C,而差點掛掉!

事實上,這個橋段,還真的就是現實歷史的縮版!曾經在真實世界的大航海時代,不知道有多少人?就因為沒有補充到足夠的維生素C,就變成歷史的渣渣了?

壞血病,是一種長期無法獲得水果或蔬菜的人,罹患的疾病。一位科學家:Kazimierz Funk,就準備了一份名為維生素的營養因子清單,清單內的東西缺少了,會導致人類嚴重疾病。在他的名單中,Funk使用字母“C”來指定一個仍然未被識別的因素或成分?在新鮮的蔬果內宿乎都存在,只要船隻定期靠岸,讓船員吃到新鮮的飲食,就可以防止壞血病。

後來SzentGyörgyi和Haworth在化學上,成功將“C”鑑定,並且分離出來一個成分,並將其命名為因為抗壞血酸,意味著“抗壞血病的一種酸”。

諾貝爾生醫獎1937,Nobel Prize in Physiology or Medicine in 1937,也就貢獻給維生素C了。

在下個世紀,我們現在所知的維生素C成為人類歷史上最受歡迎的藥物之一。為什麼這個分子如此知名?除了缺乏導致人類壞血病外,維生素C對其他物種也非常重要。動物和植物都不能沒有維生素C。

但是,既然這麼重要,令人驚訝的是,一些動物,卻在進化過程中喪失了產生它的能力?包含你跟我(一些魚類和鳥類,以及一些哺乳動物,包括豚鼠和人類)。這怎麼發生的?

不是說用進廢退?有缺陷會被演化踢掉?實際上演化可沒有這麼簡單。

在生物合成途徑的每個步驟中,原料在酶催化的化學反應中,轉化為產物。第一反應的產物,會成為第二個反應的原料,按照一個個途徑的步驟順序,進行直至產生最終產物。 1957年,著名的生物化學家Albert Lehninger(我念的生化課本就是他掛名的耶)研究了動物體內的維生素C生物合成,並意識到:有許多物種,如貓和狗,它們可以生物合成自己需要的維生素C。而人類無法這樣做。但是人體細胞也不是整個維生素C合成途徑,都全部害了了,人體細胞的催化途徑,距離完成維生素C生物合成,也就只差最後關鍵最後一步:即是將1-古洛糖酸內酯轉化為維生素C,這個步驟由抗壞血酸由古龍內酯氧化酶催化。

幾年後,作為Lehninger工作的後續工作,Nishikimi及其同事觀察到:在我們人類的DNA編碼中,古洛糖酸內酯氧化酶的基因,實際上是存在於人類基因體中的,但由於幾個突變的累積,最後導致這個基因最後變為失去功能的假基因(Nishikimi&Yagi 1991)。值得注意的是,不僅所有人類,而且大猩猩,黑猩猩,猩猩和一些猴子都有這種先天的遺傳缺陷,這意味著維生素C生物合成的喪失,必定首先發生在一個靈長類的共同祖先中。

但是,如何通過進化過程中,消除這個重要的突變造成的影響呢?要注意維生素C可是對生存至關重要的事物呢?通常,根據達爾文老大,他簡單的進化論來看,我們的認知跟期望,是在進化過程中,保留有益於生存的特性,物競天擇適者生存。

以這一點來看,維生素C絕對是有利於生存的?但是卻在物競天擇的自然選擇中,消除了這種關鍵的東東,人體自行合成的能力?實際情況來看,失去能製造古洛糖酸內酯氧化酶的基因,突變的個體應該具有較少的存活和繁殖機會。然而,相反的情況發生了,那些失去維生素C生物合成的人倖免於難。我們如何解釋這個明顯的悖論?

為了更好地了解維生素C的流失方式和原因,我們需要了解維生素C的益處。壞血病是一種致命的疾病,所有的脊椎動物中,都會有共同的麻煩,只要當它們的飲食不包括新鮮水果和蔬菜,沒有足夠豐富的維生素C來源時,壞血病就來了。因為它們無法合成維生素C。這可是差點幹掉未來的海賊王的一種可怕的疾病,即使有著如此強壯的身體。

從歷史上看,壞血病這種疾病幹掉了無數個水手,也差點幹掉未來的海賊王魯夫,他們在海上長途航行中,沒有新鮮蔬果這種易腐沒辦法保存的食品。 所以沒有足夠的維生素C,發病後會有的症狀包括:倦怠,神經功能障礙,血管和骨完整性的顯著缺陷。然後,後期的種種症狀,最易被識別,因為長期缺乏,最後會導致皮膚斑點,牙齦出血,牙齒鬆動,以及骨骼和軟骨脆弱。

在20世紀50年代後期開始,很多生物化學的新研究工具的運用,讓我們開始了解代謝。其中一部分就是能確定維生素C在身體內的實際重要作用,這有助於解釋這些缺乏維生素後,讓身體發生症狀的原因。例如在1962年,通過摻入使用氚化版本的Hydroxyproline,透過放射性同位素的追蹤與分析,Stone and Meister兩位科學家發現,維生素C是被用作通過肽基脯氨酰羥化酶的原料之一,催化膠原蛋白的Proline變成Hydroxyproline。這種氨基酸上面的修飾反應,對於正確的膠原蛋白的立體結構折疊,至關重要。

因此,缺乏維生素C,會導致血管和骨骼中形成結構以及功能性有問題的膠原蛋白,這是造成嚴重的骨和血管相關症狀的主要原因。

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