生物化学中的重要有机分子结构生物化学/化学/维生素C
维生素C（抗坏血酸）是人类和某些动物必需的营养素。它是许多酶促活性的辅因子，可以预防坏血病。它还可以作为抗氧化剂抵抗氧化应激。
维生素C最初由沃尔特·诺曼·霍沃思命名为“抗坏血酸”，因为它被发现是一种抗坏血病因子。“抗坏血酸”的意思是“抵抗坏血病”。卡西米尔·冯克在 1920 年左右引入了“维生素 C”一词。
I-古洛糖酸内酯氧化酶（抗坏血酸生物合成途径中的酶）编码基因中的突变积累导致灵长类动物和一些其他动物物种无法合成抗坏血酸。关于这种情况发生原因的一种理论是，失去合成抗坏血酸的能力可能促进了更多的遗传变异突变的发生，从而有助于进一步的进化。另一种理论是，水果和蔬菜中的维生素 C 足以弥补无法合成维生素 C 的缺陷。合成抗坏血酸的副产物是过氧化氢，因此失去合成能力可能是有利的。
坏血病是由抗坏血酸缺乏引起的。症状包括视力问题、神经系统疾病以及血管、骨骼、皮肤、牙龈和肌腱中细胞外基质的改变。许多症状可以用少数依赖抗坏血酸的酶失活来解释。这些酶通常共享一种催化机制，该机制需要 Fe2+、2-酮戊二酸和抗坏血酸作为共底物。这些酶属于 2-酮戊二酸依赖性双加氧酶（2-ODDs）类。
不同的 2-ODDs 催化诸如羟基化、脱饱和以及氧化环闭合或扩展等反应。这些反应导致氧原子被添加到底物中。这些步骤对大量生化途径至关重要。抗坏血酸被认为只是维持 Fe2+ 状态，但许多电子给体似乎无法替代它来维持 2-ODDs 的活性形式。对肽酰脯氨酰-4-羟化酶（P4H）机制的研究显示了该反应的复杂性。在没有抗坏血酸的情况下，P4H 会迅速被自身氧化失活。由于缺乏抗坏血酸而导致的 P4H 失活是第一个被确定的坏血病原因。肽酰脯氨酸的羟基化对于胶原蛋白折叠是必需的。在人类中，未羟基化的胶原蛋白更具柔韧性，最终会在内质网 (ER) 中降解。不同类型的胶原蛋白在维持皮肤、肌腱、软骨、骨骼、牙齿、角膜、肌肉、血管、其他组织和器官方面具有特定功能。胶原蛋白是动物中最丰富的蛋白质。
维生素 C，也称为抗坏血酸，远不止是一种预防坏血病的抗氧化剂。它在细胞信号传导以及基因表达中起着非常重要的作用。除了 2-ODDs 有助于将氧气掺入有机底物外，抗坏血酸还参与缺氧诱导因子 (HIF) 羟基化信号传导。该反应需要氧气的存在，因为它是由双加氧酶催化的 [1]。缺氧（低氧）条件显然不利于该反应，因此动物细胞已经发展出一种迷人的方法来检测氧气的存在，并且实际上拥有抵御缺氧的防御机制。HIF1α 是一种转录因子，含有两个被羟化的脯氨酸残基。这是哺乳动物细胞中氧气检测背后的基础 [3, 4]
HIF 家族包含转录激活基因，HIF1 特别参与血管生成、代谢、营养物质转运和细胞迁移 [5]。HIF1 是一种异二聚体，既包含 α 亚基也包含 β 亚基。HIF1α 的两个脯氨酸残基（Pro402 和 Pro564）被脯氨酰羟化酶 (HIF-P4H) 羟基化 [1]。HIF-P4H 复合体位于胞质溶胶中，它对氧气的 Km 值高于大气浓度。这表明 HIF-P4H 复合体能够成功地感知氧气水平。
常氧条件（当有氧气可用时）允许 HIF1α 的脯氨酸残基被羟基化。这是 von-Hippel-Lindau (pVHL) 蛋白结合的必要步骤。随后，HIF1α 通过蛋白酶体介导的途径发生降解。缺氧条件阻止羟基化发生，因此 HIF1α 无法与 pVHL 结合。因此，HIF1α 不能被降解，它被转运到细胞核。在这里，HIF1α 与 HIF1β 结合，形成一个二聚体，它结合各种各样的缺氧诱导基因的启动子区域中的缺氧反应元件。这些基因在癌症（如血管生成）中发挥着重要作用 [6]。抗坏血酸可能有助于某些癌症治疗。这是一个高度争论的话题，但其核心是 HIF1α 能够刺激血管生成，血管生成在癌症生长中起着主要作用 [6]。研究还表明，癌症患者的抗坏血酸含量可能较低 [7]。
HIF1α 在缺氧条件下以及非缺氧刺激下都会积累。非缺氧刺激可能来自克雷布斯循环中的丙酮酸和草酰乙酸。HIF 的非缺氧激活部分由抗坏血酸控制 [1]。
不同 HIF1 途径取决于其羟基化所需的共底物的存在。
抗坏血酸被认为参与基因转录、RNA 稳定性、蛋白质翻译后修饰、许多底物的羟基化、环氧化和脱饱和。该假设表明抗坏血酸似乎稳定某些 mRNA。观察到胶原蛋白转录物的稳定性依赖于抗坏血酸。抗坏血酸是骨钙蛋白表达所必需的，骨钙蛋白是一种由成骨细胞产生的钙结合蛋白。抗坏血酸如何控制基因表达的机制尚不清楚。还观察到抗坏血酸诱导细胞分化。希望 ASC 可用于体外从胚胎干细胞合成分化细胞。这在未来的临床治疗中可能有用。
抗坏血酸是一种众所周知的抗氧化剂。它作为还原剂，逆转液体中的氧化作用。氧化应激是由体内自由基多于抗氧化剂引起的。这种情况会影响心血管疾病、高血压、糖尿病和慢性炎症性疾病。
抗坏血酸不仅是一种抗氧化剂，它还表现为一种“非抗氧化剂”（促氧化剂）。研究表明，它可以将过渡金属（如铁）从 Fe3+ 还原为 Fe2+
维生素 C 可以从水果和蔬菜中获得。它也存在于某些肉类中，如肝脏。柑橘类水果是最常见的维生素 C 来源。澳大利亚的卡卡杜李子 (Kakadu plum) 和亚马逊雨林的卡姆果 (camu camu fruit) 中维生素 C 的浓度最高。
- "Beyond the Antioxidant: The Double Life of Vitamin C - Springer." Home - Springer. N.p., n.d. Web. 6 Dec. 2012. <http://link.springer.com/chapter/10.1007/978-94-007-2199-9_4/fulltext.html>.
- "Vitamin C - Wikipedia, the free encyclopedia." Wikipedia, the free encyclopedia. N.p., n.d. Web. 6 Dec. 2012. <http://en.wikipedia.org/wiki/Vitamin_C>.
[3] Ivan M, Kondo K, Yang H, Kim W, Valiando J, Ohh M, Salic A, Asara JM, Lane WS, Kaelin WG Jr (2001) HIF 通过脯氨酸羟基化靶向 VHL 介导的降解：对 O2 感知的意义。科学。
[4] Jaakkola P, Mole DR, Tian YM, Wilson MI, Gielbert J, Gaskell SJ, Kriegsheim A, Hebestreit HF, Mukherji M, Schofield CJ, Maxwell PH, Pugh CW, Ratcliffe PJ (2001) HIFα 通过 O2 调节的脯氨酸羟基化靶向 von Hippel-Lindau 泛素化复合物。科学。
[5] Chun YS, Kim MS, Park JW (2002) HIF1α 的氧依赖性和非依赖性调节。J Kor Med Sci。
[6] Harris AL (2002) 缺氧——肿瘤生长的关键调节因素。自然癌症评论。
[7] Mayland CR, Bennett MI, Allan K (2005) 癌症患者的维生素 C 缺乏症。姑息治疗。