chapter 11. 수용성 비타민(C, 티아민, 리보플라빈, 니아신, B6, 엽산, B12, 판토텐산, 비오틴, 콜린)

[문형철]

beyond reason

수용성 비타민은 vitamin C, B가 있으며 체내세포의 대사, 성장 및 유지를 위해 필요한 유기물질. 부족시 결핍증이 쉽게 발생하고 비타민을 공급하면 정상으로 회복되는 성분. 비타민C는 조효소로 작용하지는않지만 세포내에서 산화-환원반응에 참여함으로써 여러 대사과정에 참여함. 비타민 B복합체는 세포내의대사과정을 원활히 진행하도록 도와주어 체내에서 조효소의 형태로 불활성 효소를 활성형 효소로 전환시켜 에너지 대사 및 여러화학반응에 관여함. 

비타민 C

사람은 비타민 C합성의 마지막단계에서 필요한 글루노락톤 산화효소(gulonolactone oxidase)가 없어서 체내에서 이를 합성할 수 없음. 모든 식물과 대부분의 동물은 포도당으로부터 비타민 C를 합성함. 

환원형 ascorbic acid와 산화형 dehydroascorbic acid 두종류가 있음.

1. 비타민 흡수와 대사

식품에 들어있는 비타민 C는 대부분 환원형인 아스코르브산임. 비타민 C는 소장하부에서 나트륨 의존성 능동수송에 의해 흡수되며 비타민 C 농도가 높은 경우에서는 수동확산으로 흡수됨. 

하루에 200mg정도 복용할 경우 70-90% 흡수됨. 

하루에 1g이상 복용하면 흡수율은 50%이하로 감소함. 

흡수되지 않은 다량의 비타민C는 설사를 일으킴. 

흡수된 비타민 C는 각 조직으로 이동되며 디히드로아스코르브산은 촉진확산에 의해 세포로 이동되어 아스코르브산으로 환원되어 다시 활용함. 

각 조직은 각기 다른 비타민C 운반체가 있음. 

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Abstract

Sufficient uptake and whole body distribution of vitamin C (ascorbate) is essential for many biochemical processes, including some that are vital for tumor growth and spread. Uptake of ascorbate into cancer cells is modulated by availability, tumor blood flow, tissue diffusion parameters, and ascorbate transport proteins. Uptake into cells is mediated by two families of transport proteins, namely, the solute carrier gene family 23, consisting of sodium-dependent vitamin C transporters (SVCTs) 1 and 2, and the SLC2 family of glucose transporters (GLUTs). GLUTs transport the oxidized form of the vitamin, dehydroascorbate (DHA), which is present at negligible to low physiological levels. SVCT1 and 2 are capable of accumulating ascorbate against a concentration gradient from micromolar concentrations outside to millimolar levels inside of cells. Investigating the expression‎ and regulation of SVCTs in cancer has only recently started to be included in studies focused on the role of ascorbate in tumor formation, progression, and response to therapy. This review gives an overview of the current, limited knowledge of ascorbate transport across membranes, as well as tissue distribution, gene expression‎, and the relevance of SVCTs in cancer. As tumor ascorbate accumulation may play a role in the anticancer activity of high dose ascorbate treatment, further research into ascorbate transport in cancer tissue is vital.

Keywords: 

Front Oncol. 2017; 7: 74.

Published online 2017 Apr 24. doi: 10.3389/fonc.2017.00074

PMCID: PMC5402541

PMID: 28484682

Vitamin C Transporters in Cancer: Current Understanding and Gaps in Knowledge

Christina Wohlrab,¹ Elisabeth Phillips,¹ and Gabi U. Dachs^1,*

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Abstract

Sufficient uptake and whole body distribution of vitamin C (ascorbate) is essential for many biochemical processes, including some that are vital for tumor growth and spread. Uptake of ascorbate into cancer cells is modulated by availability, tumor blood flow, tissue diffusion parameters, and ascorbate transport proteins. Uptake into cells is mediated by two families of transport proteins, namely, the solute carrier gene family 23, consisting of sodium-dependent vitamin C transporters (SVCTs) 1 and 2, and the SLC2 family of glucose transporters (GLUTs). GLUTs transport the oxidized form of the vitamin, dehydroascorbate (DHA), which is present at negligible to low physiological levels. SVCT1 and 2 are capable of accumulating ascorbate against a concentration gradient from micromolar concentrations outside to millimolar levels inside of cells. Investigating the expression‎ and regulation of SVCTs in cancer has only recently started to be included in studies focused on the role of ascorbate in tumor formation, progression, and response to therapy. This review gives an overview of the current, limited knowledge of ascorbate transport across membranes, as well as tissue distribution, gene expression‎, and the relevance of SVCTs in cancer. As tumor ascorbate accumulation may play a role in the anticancer activity of high dose ascorbate treatment, further research into ascorbate transport in cancer tissue is vital.

Keywords: ascorbate, sodium-dependent vitamin C transporter 1, sodium-dependent vitamin C transporter 2, tumor, expression‎

조직에 따라 비타민C농도가 크게 차이가 있어 뇌하수체, 부신피질, 백혈구, 수정체, 뇌에 고용량으로 저장되어 있으며 혈장과 침에는 저농도로 존재함. 

아스코르브산의 반감기는 체내 보유량에 따라 8-40일임. 

혈장내에 있는 반감기는 30분.. 다른 논문자료

체내보유량이 300mg이하가 되면 괴혈병

최대 보유량은 2g

2. 비타민 C 체내작용

비타민 C는 주로 전자를 내주는 특성을 지니고 있으므로 효과적인 산화제로 작용하며 환원제로서의 역할을 함. 예) 비타민C는 산화형 Fe3+에 전자를 주어 Fe2+로 환원시킴. 비타민 C는 수소 또는 전자 운반자로서 탄수화물, 지질 및 단백질의 대사에 관여함. 

1) 콜라겐 합성

콜라겐은 결합조직을 강하게 해주는 섬유상 단백질로서 뼈, 혈관의 구조를 형성하는데 중요한 역할을 하며 상처 치료과정에 필수적임. 콜라겐 분자는 3개의 폴리펩티드 사슬로 나선형 구조를 이루고 있음. 이와 같은 구조를 이루기 위해 비타민 C가 필요함. 

아스코르브산은 프롤린수산화효소(prolyl hydroxylase)와 리신수산화효소(lysyl hydroxylase)의 조효소로프로콜라겐을 구성하는 프로린과 리신을 히드록시프롤린과 히드록시리신으로 수산화하여 콜라겐을 활성화함. 프롤신수산화효소는 철을 가지고 있고 리신수산화효소는 구리를 함유한 금속함유효소로 금속이온의 산화형태를 변화시키는 역할을 함. 비타민 C는 콜라겐뿐만 아니라 엘라스틴을 포함하는 다른 결합조직 단백질의 합성에도 관여함. 

2) 항산화 기능

비타민 C는 전자나 수소원자를 쉽게 주고받음으로써 환원제 또는 항산화제로 작용함.

유리라디칼에 전자를 줌으로써 비타민 E와 함께 유리라디칼 제거제로 작용함. 

3) 철의 흡수

식물성 식품에 함유되어 있는 비헴철은 제 2철(Fe3+)보다 제 1철(Fe2+)의 환원형일때 잘 흡수됨. 비타민 C는 비헴철을 환원시켜 소장의 약알칼리성 환경에서 쉽게 용해될 수 있도록 해서 철의 흡수를 도움. 

4) 세포 구성물 합성

카르니틴은 에너지 생성을 위해 지방산이 산화될때 세포질에서 미토콘드리아로 지방산을 이동시키는 운반물질임. 비타민 C는 트리메틸리신이 수산화반응에 의해 카르니틴으로 전환하는데 필요한 효소의 조효소로 작용하여 지방산의 산화를 도움. 비타민C가 부족하면 카르니틴 대사가 변화되어 근육약화 및 만성피로가 나타남. 

트립토판이 신경전달물질인 세로토닌으로 전환될때 신경전달작용을 하는 노르에피네프린과 에피네프린 합성, 티록신 합성, 코르티코이드와 알도스테론 합성, 콜레스테롤의 담즙산 전환 등에 관여함. 

5) 면역작용

신체에서 면역작용을 하는 백혈구는 체내 비타민 C가 가장 많은 조직중 하나임. 특히 백혈구는 감염이나 염증반응 중 대식세포와 호중구 백혈구가 활성화되어 방출하는 활성산소종으로부터 스스로를 보호하기 위하여 많은 양의 비타민 C가 필요함. 면역작용 수행 중 유리라디칼로부터 생기는 산화적 손상을 막아 면역작용을 향상시킬 수 있음. 이외에도 항균작용, 자연살해세포 활성, 림프구 증식 등 다양한 면역반응에 영향을 미침. 

6) 기타작용

감기나 호흡기계 질환의 증상은 혈중 히스타민의 상승에 대한 반응으로 일어나는데 비타민 C를 다량 복용하면 혈중 히스타민의 농도가 감소하게 되어 항히스타민제 복용효과를 나타내므로 증세를 완화시킬 수있음. 

3. 비타민C 결핍증과 과잉증

부족하면 괴혈병

티아민(비타민 B1)

티아민은 질소를 포함하는 6원자고리 피리미딘과 황을 포함하는 5원자고리 티아졸로 메틸렌으로 연결되어 있는 구조. 티아민이란 황을 의미하는 thio와 질소 화합물을 의미하는 amino와의 합성어

역사적으로 각기병은 19세기 이후 도정한 쌀을 먹기 시작하면서 대중적인 질병이 됨. 

1. 티아민 흡수와 대사

티아민은 유리형이나 인산과 결합한 형태로 식물이나 동물의 조직에 존재함. 

식품으로 섭취한 티아민은 소장상부 공장에서 능동운반에 의해 흡수됨. 고농도에서는 수동확산으로 흡수

흡수된 티아민은 혈액을 통해 간으로 이동하여 인산화되고 조효소 형태인 TPP(thiamin pyrophosphate)를 형성하고 체내 총 티아민의 80%는 TPP형태로 존재하며 10%가 티아민 3인산형태로 있음. 티아민 및티아민 대사물은 주로 소변으로 빠르게 배설됨. 티아민을 과량섭취할 경우 소량만 흡수되고 몇시간후 소변으로 배설됨. 

체내 저장량은 성인의 경우 25~30mg정도임. 

반감기는 9~18일

티아민은 혈액내에서 티아민으로 또는 적혈구 세포에 의해 조효소 형태로 운반되며 저장이 잘 되지 않아과잉섭취시 소변으로 배설됨. 

2. 티아민 체내작용

티아민은 인산과 결합하여 조효소 형태인 티아민피로인산으로 되어 탄수화물대사와 분지아미노산(류신, 이소류신, 발린)대사에서 이산화탄소를 제거하는 산화적 탈탄산반응에 탈탄산효소의 조효소로 관여함.  포도당의 분해대사에서 생기는 피루브산이 아세틸 CoA로 전환되는 탈탄산 반응에서도 조효소 TPP의 도움이 필요함. 또한 5탄당 대사경로에서 6탄당으로부터 케토기(-C=O)를 이전시켜 5탄당인 리보오스로 전환시키는 케토기 전이효소(transketolase)의 조효소로 관여함. 

1) 에너지 대사의 조효소

티아민은 피루브산탈수소 효소복합체(pyruvate dehydroxylase complex)의 조효소로 에너지 연소과정인 TCA 회로로 들어가기 전 피루브산으로부터 탄소 1개를 떼어내어 탄소 2개의 아세틸 CoA로 전환하는데 관여함. 이 과정은 포도당의 호기적 대사를 시작하는 중요한 단계이며 TCA회로에 아세틸 CoA를 전달하는 역할을 함. 이 단계에 판토텐산, 니아신, 리보플라빈, 리포산 등 비타민 B군을 함유하는 여러종류의 효소가 관여함. 

2) 신경전달과정

신경전달물질인 아세틸콜린의 합성과정에서 탈탄산효소의 조효소로 작용함으로써 신경계 작용에도 관여함. 이는 티아민 결핍시 나타나는 말초신경계 이상과도 관련됨

3) 오탄당인산경로

지방합성이 일어나는 피하조직에서 포도당은 오탄당인산경로를 통해 지방산과 스테로이드호르몬 합성에필요한 NADPH를 형성함. 또한 포도당의 일부가 5탄당인산경로를 통해 RNA와 DNA의 구성성분인 5탄당 리보오스를 형성하는데 TPP를 사용함. 

3. 티아민 결핍증과 과잉증

1) 결핍증

각기병

중추신경계와 관련된 기능들은 티아민 결핍증에서 빠른 시간내에 증상이 나타남. 이는 신경세포는 포도당을 에너지원으로 사용하는데 피루브산이 이산화탄소로 완전 산화될때 티아민이 필요하기 때문임.

리보플라빈(Vitamin B2)

리보플라빈은 3개의 육각고리가 연결된 구조로 중간고리의 질소에 당알콜인 리비톨(ribitol)이 부착된 형태임. 리보플라빈은 두가지의 조효소 형태인 플라빈모노뉴클레오티드(flavin mononucleotide FMN)와 플라빈아데닌디뉴클레오티드(flavin adenine dinucleotide FAD)의 구성성분임. 리보플라빈은 전자를 쉽게 잃거나 얻을 수 있는 화학구조로 산화형이나 환원형으로 체내에서 일어나는 여러가지 산화-환원반응 촉매역할을 함. 

많은 식품에 조효소 형태로 존재하며 특히 우유에 많음. 

리보플라빈은 수용성이지만 물에 잘 녹지 않으며 열에 안정성이 있으나 자외선에 쉽게 파괴됨. 

1. 리보플라빈의 흡수와 대사

식품내에 있는 리보플라빈은 주로 FAD형태로 단백질과 결합하여 존재함. 위장에서 위산에 의해 단백질과의 결합이 끊어지고 리보플라빈으로 전환된 후 소장에서 능동수송과 촉진확산으로 흡수. 

흡수된 혈액내의 리보플라빈은 운반단백질(알부민, 면역글로불린)에 의해 운반되어 FMN 혹은 FAD로 전환됨. 이러한 전환과정은 주로 소장, 간, 심장, 신장에서 수행됨. 리보플라빈은 조직내에서 대부분으 FMN, FAD형태로 존재하고 유리상태의 리보플라빈은 아주 적은 양이 있음. 

리보플라빈은 간에 적은 양을 저장할 수있으며 과다섭취하게 되면 대부분 리보플라빈 형태나 산화대사물로 신장을 거쳐 소변으로 배출됨. 보충제를 과량섭취하면 리보플라빈이 소변으로 많이 배설되므로 소변색깔이 밝은 노란색을 띰. 

2. 리보플라빈 체내작용

리보플라빈의 조효소인 FMN과 FAD는 여러대사과정에서 산화-환원반응의 조효소로 작용함. 특히 열량영양소가 산화되어 에너지를 발생하는 TCA 회로와 지방산의 베타-산화과정에서 FAD는 전자 또는 수소 수용체로 작용함. 예) 숙신산이 푸마르산으로 전환될때 FAD가 산화반응의 조효소로 작용하여 FADH2로 되어 미토콘드리아의 전자전달계에 수소를 전달함. 

다른 조효소인 FMN도 FMNH2로 상호전환될 수 있으므로 전자전달과정에 관여함. 포도당이 세포내 호기적 산화과정에 의해 분해되거나 지방산이 분해되는 과정에서 리보플라빈은 FAD함유 조효소로 작용하여 아세틸 CoA로 되어 TCA회로로 들어가는 화합물을 만듬. 

일부 비타민 및 무기질의 대사과정에서도 중요한 역할. 또한 리보플라빈은 산화된 글루타치온(GSSG)을 환원형 글루타치온(GSH)로 전환시키는 글루타티온환원효소(glutathione reductase)의 활성을 유지하는 과정에 관여하므로 체내에서 항산화기능도 함. 

3. 리보플라빈의 결핍증과 과잉증

1) 결핍증

설염, 구순구각염, 지루성 피부염, 구강염, 중추신경계 장애 등

또한 암이나 심혈관계 질환, 당뇨병 악화

시력이 약해짐. 광선공포증.

2) 과잉증

독성없음

니아신(Vitamin B3)