C-vitamiini

Liikasaanti

Aikuisille turvallinen enimmäismäärä L-askorbiinihappoa on 1000 mg/vrk (1 g/vrk) Suomen valtion ravitsemusneuvottelukunnan mukaan. EFSA ei ole esittänyt enimmäissuosituksia. Nieltynä L-askorbiinihapon LD50 on rotille 6996 mg/kg ja hiirille 4380 mg/kg.
Ihmisillä niellyt yli 3 g/vrk annokset L-askorbiinihappoa voivat aiheuttaa ripulia, mutteivät tiettävästi muuten ole haitallisia terveille. Jopa 100 g askorbiinihappoa on annettu syöpäsairaille tiputusten kautta 2–3 kertaa viikossa muutaman kuukauden ajan ilman henkeä uhkaavia haittoja. Suuriin annoksiin voi silti liittyä alla esitettyjä teoreettisia riskejä.
Suolistossa L-askorbiinihappo lisää raudan saantia pelkistäen ruuan ferrirautaa (Fe³⁺) paremmin imeytyvään ferromuotoon (Fe²⁺). Vitamiini voi myös vapauttaa ferrorautaa ferritiinistä ja lisätä raudan pelkistyksen kautta Fentonin reagenssin tapaisia haitallisia happiradikaaleja tuottavia reaktioita (katso kohta Reaktiot). Ei ole varmaa onko näillä reaktioilla merkitystä terveyden kannalta. Kuitenkin raudan kertymäsairauksissa kuten hemokromatoosissa lisääntynyt raudan imeytyminen voi olla haitallista.
Lisäksi glukoosi-6-fosfaattidehydrogenaasin puutosta (G6PDD) potevilla isot L-askorbiinihappoannokset aiheuttavat hemolyysiä. Syy on tiettävästi askorbiinihapon kyky lisätä punasoluja vaurioittavan vetyperoksidin tuottoa Fentonin reaktioin. G6PDD:ssä punasolujen NADPH-pitoisuus alenee. Glutationireduktaasi vaatii näitä kuluneen glutationin palautukseen glutationidisulfidista. Glutationia kuluu peroksidia tuhoavalla glutationiperoksidaasilla. Peroksidin poisto punasoluista on siis vähentynyt G6PDD:ssä.
Munuaiskivissä noin 75% on kalsiumoksalaattia. L-Askorbiinihappo hajoaa kehossa tuottaen muun muassa oksaalihappoa (katso kohta Hajotus ja erittyminen) ja siten kalsiumoksalaattia. Tämä voi munuaisissa virtsaan erittyessä tuottaa munuaiskiviä. Grammoissa mitattavat ja jatkuvat askorbiinihappoannokset voivat siis teoriassa lisätä munuaiskivien saannin riskiä. Riskin kasvusta ei ole vahvaa näyttöä.

Rakenne

L-Askorbiinihappo on IUPAC:n suosittelema nimi. Se on 6-hiilinen laktoni, jonka heterosyklinen rengas on 5:n atomin muodostama. Renkaassa on kaksoissidoksellinen dioli, 2,3-endioli.
L-Askorbiinihapolla on 2 kiraliakeskusta eli sillä 4 stereoisomeeriä. Näistä vain erytorbiinihappo on C-vitamiini. Se on vitamiinina vain noin 5% yhtä tehokas kuin L-askorbiinihappo. L-Askorbiinihapolla on ainakin 5 tautomeeriä.

Ominaisuudet

L-Askorbiinihappo on valkea ja hajuton aine. Sen maku on hapan. Kiteet ovat monokliinisiä, levy- tai neulasmaisia. Se on liukoinen veteen (noin 0,33 g/ml), etanoliin (~0,02 g/ml), glyseroliin (~0,01 g/ml) ja propyleeniglykoliin (~0,05 g/ml). Se on liukenematon rasvoihin, öljyihin, dietyylieetteriin ja bentseeniin. Askorbiinihapon OH-ryhmät 3 ja 2 ovat happamia. Siksi sen 5 g/l vesiliuoksen pH-arvo on 3 ja 50 g/l pH on 2. 25 °C 3-OH:n pKₐ on 4,04 ja 16 °C 2-OH:n pKₐ 11,7. Askorbiinihappo on siis pH 7 vesiliuoksissa monoanionina eli askorbaattina. 3-OH on hapan, sillä askorbaatin varaus delokalisoituu endiolin takia laktonin karbonyyliin (kuva alla) vakauttaen deprotonoitua muotoa.

Valmistus

L-Askorbiinihappoa tuotetaan teollisesti pääosin tiettyjen mikrobien avulla. Nämä tuottavat 2-keto-L-gulonihappoa, joka eristetään, puhdistetaan ja muunnetaan kemiallisella synteesillä L-askorbiinihapoksi. Suoraan askorbiinihappoa tuottavia mikrobimenetelmiä on, mutta nämä eivät ole kaupallisesti kannattavia. Ketogulonihappoa tuotetaan kaksivaiheisesti antamalla mikrobeille D-sorbitolia, jonka ne muuntavat L-sorboosiksi. Toisenlaiset mikrobit muuntavat sorboosin ketogulonihapoksi.
Ensimmäinen L-askorbiinihapon kaupallinen synteesi oli Reichstein-Grüssner-prosessi. Eräässä prosessin muunnelmassa D-glukoosi vedytetään Raney-nikkelillä suuressa paineessa ja lämpötilassa D-sorbitoliksi. Katalyytti poistetaan. Saanto on suuri ja vähäisiä sivutuotteita kuten D-mannitolia ei poisteta. Steriloitu sorbitoli hapetetaan mikrobein kuten Gluconobacter oxydans-bakteerien avulla L-sorboosiksi. Tämä puhdistetaan suodattamalla ja uudelleenkiteytystä käyttäen. Sorboosin OH-ryhmät suojataan asetonin avulla asetaaleiksi. Saadaan diasetoni-L-sorbofuranoosi. Reaktio tapahtuu liuoksessa, jossa on asetonin lisäksi ylimäärin vettä poistavaa ja katalyyttinä toimivaa rikkihappoa. Liuos pidetään reaktion ajan usein viileänä, kuten 4 °C:ssa. Liuos neutraloidaan ja diasetonisorbofuranoosi uutetaan vesiliuoksesta esimerkiksi tolueenilla. Suojaamaton OH-ryhmä hapetetaan karboksyylihapporyhmäksi suuressa lämpötilassa esimerkiksi kaliumpermanganaatilla lievästi emäksiseksi NaOH:lla tehdyssä liuoksessa. Asetonit poistetaan ja saadaan 2-keto-L-gulonihappoa. Tämä syklisoidaan esimerkiksi happokatalyysillä L-askorbiinihapoksi.

Raudan imeytyminen

L-Askorbiinihappo tehostaa samanaikaisesti syödyn hemiin sitoutuneen ja sitoutumattoman raudan imeytymistä ruuansulatuselimistöstä jopa 2–6-kertaisesti. Happamassa mahalaukussa hemiin sitoutumaton rauta on hapetusasteella Fe³⁺. Tämä ferrirauta pelkistyy askorbiinihapon avulla ferromuotoon (Fe²⁺), joka tuottaa askorbiinihapon kanssa hapetusastetta ylläpitävän, vakaan, vesiliukoisen ja helposti imeytyvän kelaatin. Rautapitoisen ruuan kanssa syöty askorbiinihappo kumoaa osin myös fytaattien ja polyfenolien tapaisten antiravintoaineiden raudan imeytymistä vähentävää vaikutusta.

Imeytyminen ja kuljetus

Ihmisillä L-askorbiinihappo päätyy soluihin natriumriippuvaisten C-vitamiini kuljetinproteiinien (SVCT) kautta. Näitä on 2: SVCT1 (geeni SLC23A1) ja SVCT2 (SLC23A2). Näiden kalvoproteiinien läpi siirtyy 2 Na⁺-kationia per askorbaatti (Asc–) natrium-kaliumpumppujen ylläpitämän Na⁺-pitoisuuseron avulla. Kationit ja askorbaatti siirtyvät samaan suuntaan eli SVCT:t ovat symporttereita. SVCT1 siirtää askorbaattia noin 9-kertaa nopeammin kuin SVCT2, joka taas sitoo askorbaattia voimakkaammin (suuremmalla affinititeetilla). SVCT2:tä on useimmissa kudoksissa. SVCT1:tä taas ei ole – sitä on kuitenkin muun muassa ohutsuolessa, jossa lähinnä se vastaa askorbiinin imeytymisestä. Dehydroaskorbiinihappoa (DHA) soluihin siirtävät glukoosin kuljetinproteiinit, joita ovat GLUT1, GLUT2, GLUT3, GLUT4 ja GLUT8 – näitä on useimmissa soluissa ja ne ovat uniporttereita. Kuljetus ulos soluista tapahtuu tuntemattomalla tavalla.
Soluihin otettu DHA pelkistyy lähes heti L-askorbiinihapoksi suoralla kemiallisella pelkistyksellä tai entsymaattisesti dehydroaskorbiinihapporeduktaasin (EC-numero 1.8.5.1) aktiivisuuden omaavien glutaredoksiinien vaikutuksesta glutationia disulfidiksi hapettaen.
Suolistosta imeydyttyään C-vitamiini kulkee veressä muihin kudoksiin. 120–180 min kuluttua askorbiinihapon syönnistä sen pitoisuudet plasmassa ovat suurimmillaan. Veren vitamiinista 80–90% on L-askorbiinihappoa. Loput ovat DHA:ta. Terveillä ihmisillä plasman askorbiinihappopitoisuus on 30–70 µmol/l tai enemmän.

Varastoituminen

Aikuisissa ihmisissä isoimman L-askorbiinihappopitoisuuden kudoksia ovat aivolisäke (2300–2800 µM), lisämunuaiset (1700–2300 µM) ja mykiö (1400–1800 µM). Ison pitoisuuden omaavat myös veren imusolut (3800 µM), monosyytit (3100 µM) ja verihiutaleet (2790 µM). Pitoisuudet ovat pienet punasoluissa (45 µM) ja syljessä (0,6 µM).
Miehillä kehossa on arviolta enintään 1,5–2 g L-askorbiinihappoa. Alle 10 mg/vrk saanti johtaa alle 0,3 g kehon kokonaisvarantoon. Tämän rajan alittuessa ilmenevät keripukin ensioireet. Aikuisilla ihmisillä keripukki ilmenee usein 45–80 päivän tai jopa vasta 160 päivän kuluttua C-vitamiinien saannin loppumisesta.

Muut

Bakteerit eivät tiettävästi tuota askorbiinihappoa tai sen johdannaisia. Eukaryoottien synteesireitit vaihtelevat. Edeltävien kasvien ja eläinten reitin lisäksi on olemassa ainakin silmälevien käyttämä reitti, jossa muodostuu L-askorbiinihappoa. Sienet taas tuottavat ja käyttävät askorbiinihappoa tai sen erilaisin reitein tuotettuja johdannaisia kuten 6-deoksi-L-askorbaattia (CAS 528-81-4), askorbaattiglykosidejä ja D-erytroaskorbaattia. Jälkimmäistä 5-hiilistä molekyyliä tuottaa muun muassa leivinhiiva.

Historia ja nimet

Keripukki on vanha tauti. Noin 1550 eaa. kirjoitettu Ebersin papyrus sisältää tiettävästi ensimmäisen kuvauksen keripukista – hoidoksi suositellaan sipulia ja vihanneksia. Sittemmin taudista on useita kuvauksia ja siihen on suositeltu eri hoitoja. Eräs näistä on ollut rohtokuirimon syönti. Tästä juontuu myös kasvin englanninkielinen nimi, scurvygrass ("keripukkiruoho"). Isoksi ongelmaksi keripukki nousi 1600- ja 1800-luvun välisten "uuteen maailmaan" suuntaavien laivamatkojen myötä, jolloin yli 2 miljoonaa merimiestä kuoli laivoilla keripukkiin vähän vihanneksia sisältävän ruokavalion takia.
Toukokuussa 1747 James Lind oli kirurgina Ison-Britannian laivastossa ja teki ensimmäisen keripukin hoitoon pyrkivän järjestelmällisen kokeen. Kokeessa 12:sta keripukkia potevaa merimiestä jaettiin pareihin. Kunkin parin jäsenelle syötettiin eri ruokia ja aineita. 2 appelsiinia ja sitruunan päivässä saaneet paranivat, mutteivät muut. Lind kirjoitti kokeesta 1753 julkaistussa kirjassaan A treatise of the scurvy. Hän tulkitsi tuloksensa väärin ja arveli keripukin ilmenevän merimiehillä meri-ilman takia uskoen, ettei tautia ole kuivalla maalla. Lindin teorian mukaan kostea meri-ilma tukki ihohuokosia ja sen viileys vähensi hikoilua. Tällöin kehossa muodostuvat keripukkia aiheuttavat jätteet eivät poistuneet hikoilemalla. Sitrushedelmillä taas oli Lindin mukaan huokosia avaava vaikutus.
Sitruunoiden käyttöä alettiin kokeilemaan Britannian laivastossa lähinnä Gilbert Blanen (elänyt 1749-1834) ansiosta ja 1795 laivaston jäsenille alettiin antamaan tietyn kiintiön verran sitruunamehua. 1845 perunarutto levisi Euroopassa, jota seurasi muun muassa Irlannin suuri nälänhätä. Peruna oli tuolloin paikoin tärkeä askorbiinihappolähde. Siksi keripukkia ilmeni tuolloin laajemmin myös maalla muun muassa Irlannissa. 1800-luvun puoliväliin mennessä ravitsemustiede oli kehittynyt ja hiilihydraattien, rasvojen ja proteiinien oli tunnistettu olevan energiaravintoaineita. Siksi hetken laajalti hyväksytty teoria oli se, että keripukki aiheutui typpiköyhästä eli vähäproteiinisesta ruokavaliosta. Sitten paikoin valtavirran teoriaksi nousi kaliumpuutos ja mikrobiteorian kehityksen myötä myös se, että keripukki onkin mikrobien levittämä tauti.
Norjalainen Axel Holst (1830–1931) tutki skandinaavisilla merimiehillä yleistynyttä beriberiä. 1907 Holst ja Theodor Frølich (1870–1947) tekivät ruokintakokeita marsuilla pyrkiessään saamaan niille beriberin. Sen sijaan eläimillä ilmeni keripukin oireita. Ne paranivat annettaessa niille ruokia, jotka estivät keripukkia myös ihmisillä. Holstin ja Frølichin löytö mahdollisti marsujen käytön koe-eläiminä myöhemmissä tutkimuksissa, joissa pyrittiin löytämään askorbiinihappopitoisin osa jostakin näytteestä, jotta kylliksi askorbiinihappoa voitaisiin eristää ja tutkia.
Cambridgessa 1928 Albert Szent-Györgyi pyrki löytämään härän lisämunuaisten kuorikerroksesta vahvan pelkistimen, muttei keripukin estäjää. Hän eristi L-askorbiinihapon havaiten sen olevan etsimänsä aine, sillä se pelkisti pian jodin värittömäksi. Hän selvitti aineen oikean molekyylikaavan C₆H₈O₆, muttei tunnistanut sen estävän keripukkia. Hän aikoi kutsua ainetta julkaisussaan nimellä ignose (latinasta ignosco, "en tiedä") ja sitten godnose (eng. god knows, "luoja tietää"), mutta julkaisun päätoimittajana toiminut Arthur Harden vastusti näitä nimiä. Harden ehdotti aineelle sen sijaan nimeä heksuronihappo, joksi se nimettiin. Nimi viittaa aineen kuuteen hiiliatomiin ja oletettuun hiilihydraattimaiseen rakenteeseen.
Tietämättä keripukin estäjän olevan pelkistin ja että se on jo löydetty, useat tutkijaryhmät käyttivät jodin tapaisten nopeiden menetelmien sijaan viikkoja kestäviä marsukokeita pyrkiessään eristämään taudin parantavan aineen. Charles Glen King (1896–1988) ja kollegat olivat ensimmäiset. 1931 he eristivät Pittsburghin yliopistossa L-askorbiinihapon sitruunamehusta ja tunnistivat sen olevan keripukkia estävä aine. 1932 he havaitsivat että se on sama kuin Györgyin eristämä. Vain Györgyille myönnettiin lääketieteen Nobel-palkinto 1937 osin askorbiinihapon löytämisen takia.
1933 Györgyi ja Walter Haworth keksivät heksuronihapolle korvaavan nimen, askorbiinihappo. Tämä tulee sanasta antiscorbutic, joka on sananmukaisesti "keripukin estäjä".
Edmund Langley Hirstin askorbiinihapon rakennetutkimuksiin pohjaten Walter Haworth selvitti 1933 Birminghamin yliopistossa L-askorbiinihapon rakennekaavan, stereoisomerian ja syntetisoi aineen ensimmäisenä. Haworthille myönnettiin 1937 tästä ja muista töistään Paul Karrerin kanssa jaettu kemian Nobel-palkinto.
Myöhemmin 1933 Tadeusz Reichstein, Andreas Grüssner ja Rupert Oppenauer kehittävät ensimmäisen kaupallisesti kannattavan teollisen L-askorbiinihapon synteesin. Tämä säilyi siihen jälkikäteen tehdyin muunnelmin pitkään teollisuuden tärkeimpänä synteesinä. Vasta 1960-luvun lopulla puolisynteettiset mikrobimenetelmät alkoivat yleistymään.