Water Soluble Vitamins ผศ. ดร. พญ. วรพรรณ ศิริวัฒนอักษร "พี่ลูกโป่ง"

Water soluble vitamins Vitamin B complex Vitamin C ส่วนใหญ่ทำหน้าที่เป็น coenzyme ละลายน้ำได้ดี ขับออกทางปัสสาวะได้ง่าย พบภาวะพิษได้น้อย

Thiamine

Thiamine vitamin B1 ประกอบด้วย pyrimidine และ thiazole ring ต่อกันด้วย methylene bridge

thiamine pyrophosphate (TPP) brain and liver thiamine diphosphotransferase thiamine pyrophosphate (TPP) (active form)

Thiamine cofactor for : pyruvate dehydrogenase -ketoglutarate dehydrogenase transketolase : pentose phosphate pathway deficiency in thiamine intake severely reduced capacity of cells to generate energy

Pyruvate Dehydrogenase Complexes Aerobic glycolysis ในภาวะที่มี oxygen เพียงพอ pyruvate จะถูกส่งเข้ามาใน mitochondria และ ถูกเปลี่ยนเป็น acetyl CoA ด้วย pyruvate dehydrogenase (PDH) เพื่อเข้าสู่ Krebs cycle pyruvate acetyl CoA oxaloacetate citrate Krebs cycle NADH + H+ NAD+ * อาศัย coenzyme : thiamine (B1) lipoic acid CoA FAD (B2) NAD (B3) pyruvate dehydrogenase *

α–ketoglutarate dehydrogenase complexes B1 -ketoglutarate+NAD++CoA succ CoA+NADH.H++CO2 ACETYL CoA CITRATE OAA B1 -Kg SUCC.CoA Krebs’cycle

(CH3C COOH) PYRUVATE LACTATE GLUCOSE OH (CH3-CH.COOH) O (CH3C COOH) PYRUVATE LACTATE B1 ถ้าขาด TPP จะทำให้ pyruvate เข้า Krebs’ cycle ไม่ได้ และจะเปลี่ยนเป็น lactic acid แทน ACETYL CoA CITRATE OAA KREBS’ B1 -Kg SUCC.CoA

Thiamine The dietary requirement for thiamine : proportional to the caloric intake of the diet ranges from 1.0 - 1.5 mg/day for normal adults แหล่งกำเนิด มีทั่วไปในอาหารจากพืชและสัตว์ (ข้าวซ้อมมือ, เนื้อหมู และถั่ว) การสีข้าว – ลดปริมาณ B1

Thiamine deficiency สะสมในร่างกายน้อย ประมาณ 25-30 mg เพียงพอใช้ได้ 2-3 wks สาเหตุ : กินอาหารไม่ถูกสัดส่วน, ได้รับ antithiamine factors, dialysis ทำให้เกิดโรคเหน็บชา (beriberi) dry beriberi (neuritic beriberi) wet beriberi (cardiac beriberi) infantile beriberi (acute beriberi) cerebral beriberi ; Wernicke’s encephalopathy Korsakoff’s psychosis

Antithiamine factors Thiaminase : หอย , ปลาร้า ,กุ้ง bacteria - Bacillus thiaminolyticus 2. Non-enzyme thermostable antithiamine factorชา , กาแฟ , ใบเมี่ยง , หมาก พลู 3. Thiamine antagonist : synthetic substances pyrithiamine, amprolium, butylthiamine

Dry beriberi (neuritic beriberi) neurological symptoms ได้รับ thiamine น้อยกว่าความต้องการเล็กน้อย เส้นประสาทอักเสบ (peripheral neuritis), ชาปลายมือปลายเท้า, deep tendon reflex Acetyl CoA  acetylcholine  ประสาทมีความไว  lack of energy  wrist drop, foot drop กล้ามเนื้ออ่อนแรง (muscle weakness)

การรักษาโดยการฉีด B1 อาการทางระบบไหลเวียนจะดีขึ้นอย่างรวดเร็ว ใน12 ชม. Beriberi Wet beriberi (cardiac beriberi) : heart failure, volume overload edema : ขาหนัก บวมที่ขาและหน้า energy , pyruvic acid คั่ง, lactic acidosis Infantile beriberi (acute beriberi): ทารก 2-3 months, low thiamine breast milk (แม่ขาด B1) ร้องเสียงแหบ บวม ท้องอืด อาเจียน ชัก heart failure, death การรักษาโดยการฉีด B1 อาการทางระบบไหลเวียนจะดีขึ้นอย่างรวดเร็ว ใน12 ชม.

Wernicke’s encephalopathy มักพบในผู้ป่วยโรคพิษสุราเรื้อรัง (alcoholism)  กินน้อย  ขาดสารอาหาร symptoms : ataxia : เดินเซ opthalmoplegia : กล้ามเนื้อตาไม่มีแรง, เห็นภาพซ้อน (diplopia) confusion : สับสน ซึมเศร้า Korsakoff’s psychosis  กรณีอาการรุนแรง Wernicke - Korsakoff syndrome รักษาโดยให้ B1 ก่อนให้ glucose

Biochemistry Workup Thiamine loading test : the best indicator of thiamine deficiency Measure transketolase activity preloading and postloading of 5 mg of thiamine An increase of >15% in enzyme activity = definitive marker of deficiency

Riboflavin

(yellow enzyme/flavoproteins) Riboflavin vitamin B2 yellow or yellow-orange in color precursor for the coenzymes flavin mononucleotide (FMN) flavin adenine dinucleotide (FAD) FMN/FAD + apoenzyme enzyme (yellow enzyme/flavoproteins) Hydrogen transfer : dehydrogenase, oxidase

riboflavin kinase riboflavin FAD pyrophosphorylase FMN / FAD synthesis

Glutathione reductase Flavoprotein functions 1. Dehydrogenase : ส่ง Hydrogen ให้สารอื่นที่ไม่ใช่ oxygen Glutathione reductase NADPH2 FAD oxidized glutathione NADP+ FADH2 reduced glutathione 2. Oxidase : ส่ง Hydrogen ให้กับ oxygen รวมกันได้ H2O2 L - amino acid oxidase substrate FMN H2O2 oxidized substrate FMNH2 O2

Riboflavin deficiency ความผิดปกติที่ ตา ริมฝีปาก ลิ้น ตา : กลัวแสง (photophobia), น้ำตาไหล, ตาแดง (circumcorneal injection), ปวดแสบร้อน ริมฝีปาก : ริมฝีปากและมุมปากแตก (cheilosis), มุมปากแตก เรียกว่า ปากนกกระจอก (angular stomatitis) ลิ้น : ลิ้นมีการอักเสบ, ผิวลิ้นเลี่ยน (atrophy of papillae), ลิ้นสีแดงปนม่วง (magenta color tongue)

Riboflavin deficiency often seen in chronic alcoholics due to their poor dietary habits

Riboflavin The dietary requirement for riboflavin : ranges from 1.2 - 1.7 mg/day for normal adults แหล่งกำเนิด วิตามินบีสอง มีมากในตับ หัวใจ ไข่ นม และผักใบเขียว แบคทีเรียในลำไส้สังเคราะห์ riboflavin ได้ แต่ไม่เพียงพอ

Riboflavin : lab test Erythrocyte glutathione reductase activity coefficient (EGRAC) (glutathione reductase : major flavoproteins in rbc) EGRAC = EGRA with added FAD EGRA without added FAD AC < 1.2 normal > 1.4 riboflavin def. 2. Riboflavin(B2) in RBC, plasma, urine

Niacin

Niacin nicotinic acid nicotinamide vitamin B3 Source : 2 nicotinic acid nicotinamide vitamin B3 Source : พบมากใน เนื้อสัตว์, ตับ, ถั่ว ในข้าวโพด, ผิวเมล็ดข้าว  ไม่สามารถนำไปใช้ได้

Biosynthesis of NAD+ & NADP+ ADP+glutamate NAD+ synthase ATP+glutamine+H2O

Niacin functions เป็นส่วนประกอบของ coenzyme 2 ชนิด : NAD+, NADP+ NAD+ & NADP+ : cofactors for numerous dehydrogenase & reductase CHO : Pentose phosphate pathway (PPP), Decarboxylation (pyruvate , α-ketoglutarate) Lactate dehydrogenase (LDH) Amino acid : Glutamate dehydrogenase Lipid : β-oxidation synthesis of FA, TG, steriod, cholesterol etc.

Niacin synthesis xanthurenic acid** Daily requirement : pyridoxine(B6)* tryptophan 60 mg nicotinic acid 1 mg riboflavinB2 leucine xanthurenic acid** * การขาด B6 จะทำให้การสังเคราะห์ NAD+ จาก tryptophan  ** ระดับ urine xanthurenic acid ในคนที่ขาด B6 จะ   tryptophan loading test (ทดสอบ B6 deficiency) Daily requirement : 13 - 19 niacin equivalents (NE)/day for adult One NE is = 1 mg of free niacin

Niacin deficiency “Pellagra” ซึ่งมี classic triad (3D) : Diarrhea : เยื่อบุทางเดินอาหารอักเสบ, ปากลิ้นอักเสบ คล้ายขาด riboflavin Dermatitis : ผิวหนังที่ถูกแดดจะผิดปกติ (pellagrous dermatitis) Dementia : รู้สึกสัมผัสผิดปกติ (paresthesia), นอนไม่หลับ, ซึมเศร้า, ความจำเสื่อมและสับสน

Niacin deficiency

Pantothenic acid

Pantothenic acid Pantothenic acid = pantoic acid + β-alanine Vitamin B5

Pantothenic acid functions required for synthesis of CoA is a component of the acyl carrier protein (ACP) of fatty acid synthase  required for the metabolism of carbohydrate via the TCA cycle all fats proteins At least 70 enzymes : require CoA or ACP derivatives for their functions.

Biosynthesis of CoA CO2 Phosphopantothenoylcysteine decarboxylase CoA

Pantothenic acid deficiency extremely rare symptoms are difficult to assess subtle resemble those of other B vitamin deficiencies Source : ในอาหารจะอยู่ในรูป CoA และ ACP ตับ, ไต, หัวใจ, ไข่แดง, เนื้อสัตว์, น้ำนม, whole grain cereals

Pyridoxine

Pyridoxine Pyridoxal, pyridoxamine and pyridoxine are collectively known as vitamin B6. pyridoxal pyridoxamine pyridoxine converted to pyridoxal phosphate (the biologically active form of vitamin B6) catalysed by pyridoxal kinase pyridoxal phosphate

Pyridoxine functions cofactor in enzymes involved in transamination reactions (synthesis and catabolism of amino acids) cofactor for glycogen phosphorylase in glycogenolysis Requirement 1.4 - 2.0 mg/day for a normal adult pregnancy and lactation : the requirement increases  0.6 mg/day

Pyridoxine deficiency ภาวะขาด B6 พบน้อย มักจะเป็นการขาดวิตามิน B รวม พบในผู้ที่มีการดูดซึมไม่ดี หรือได้รับสารที่มีฤทธิ์ต้านวิตามินนี้ B6 antagonist : Isoniazid, Penicillamine, anticonvulsant, Thyroxine, DOPA จับกับ pyridoxal and pyridoxal phosphate (resulting in a deficiency in this vitamin) microcytic hypochromic anemia pregnancy : แพ้ท้อง อาจมี B6 ต่ำ genetic disease with B6 deficiency symptoms e.g. homocysteinuria sources : เนื้อปลา, เนื้อสัตว์, ไข่, นม, ถั่ว

Biotin

Biotin Sources intestinal bacteria สังเคราะห์ได้มาก เครื่องใน, ยีสต์, ไข่, นม Functions Biotin เป็น coenzyme ของ carboxylase enzyme Carboxyl carrier (เติม carbon 1 อณูให้สารอื่น) biotin-enzyme ATP + H2PO3 (biocytin) R-COO - Biotin-CO2 ADP R enz

Biotin functions : carboxyl carrier Carboxylase enzyme ในคนมี 4 ชนิด : Pyruvate carboxylase : gluconeogenesis pyruvate  oxaloacetate Acetyl CoA carboxylase : fatty acid synthesis acetyl CoA  malonyl CoA Propionyl CoA carboxylase : catabolism branched chain amino acid propionyl CoA  methylmalonyl CoA 3-methylcrotonyl CoA carboxylase : catabolism leucine

avidin-biotin complex (ย่อยและดูดซึมไม่ได้) Biotin deficiency rare after long antibiotic therapies which deplete the intestinal flora following excessive consumption of raw eggs ไข่ขาวมี glycoprotein avidin biotin (in food) glycoprotein avidin + avidin-biotin complex (ย่อยและดูดซึมไม่ได้)

Biotin deficiency การทดลองกินไข่ดิบ 6 โหล / wk. 3-4 wks. ผิวหนังผื่นแดง , ลอกหลุด เลือดจาง Atrophy of lingual papillae Treatment : oral biotin 150-300 μg/day หายใน 4-5 วัน

Cobalamin

Cobalamin Vitamin B12 Source สังเคราะห์จากจุลชีพเท่านั้น พืชและสัตว์สังเคราะห์ไม่ได้ คนที่กินมังสวิรัติอาจขาดได้ ตับ, เครื่องในสัตว์, ไข่, ปลา, หอย, กะปิ, น้ำปลา (bound to protein as methycobalamin or 5'-deoxyadenosylcobalamin)

must be hydrolyzed from protein in order to be active Cobalamin digestion & absorption must be hydrolyzed from protein in order to be active hydrolysis in - stomach (gastric acids, pepsin) - intestines (trypsin) bound to intrinsic factor (a protein secreted by parietal cells of the stomach) carried to the ileum : absorbed bound to transcobalamin II : transported to the liver via blood

methylmalonyl-CoA mutase branched chain amino acid Cobalamin functions There are only two reactions in the body that require vitamin B12 as a cofactor. methylmalonyl-CoA mutase B7 B12 propionyl CoA methylmalonyl-CoA succinyl CoA odd chain FA methylmalonyl-CoA mutase branched chain amino acid

Cobalamin functions 2. methionine synthase Vitamin B12 deficiency : - inhibition of methionine synthase activity - homocysteinuria - “folate trap” (as methyltetrahydrofolate)

Cobalamin deficiency liver can store up to 6 years worth of vit B12 deficiencies in this vitamin are rare Pernicious anemia megaloblastic anemia ชาปลายมือปลายเท้า (neurosensory loss) กินอาหารไม่รู้รส, ความจำเสื่อม myelin และ peripheral nerve เสื่อม methylmalonic acid inhibit fatty acid synthesis  abnormal neuron ให้ folate แล้วไม่หาย

pattern of “neurosensory loss with cobalamin deficiency” megaloblastic anemia จาก impaired DNA synthesis RBC ขนาดโตเหมือนขาด folate hypersegmented neutrophil pattern of “neurosensory loss with cobalamin deficiency”

Folic acid

Folic acid ประกอบด้วย pteroic acid (pteridine ring กับ para-aminobenzoic acid) conjugate กับ glutamic acid Source : พืชสีเขียว, ตับ, ถั่ว, ไข่แดง, มะเขือเทศ จุลชีพสังเคราะห์ได้ เสียสภาพถึง 95% ถ้าต้มกับน้ำ

Folic acid functions Folic acid is reduced within cells (principally the liver where it is stored) to tetrahydrofolate (THF or H4folate) through the action of dihydrofolate reductase (DHFR) NADPH NADPH Folate DHF THF DHFR DHFR The function of THF derivatives : carry and transfer various forms of one carbon units during biosynthetic reactions one carbon units e.g. methyl, methylene, methenyl, formyl or formimino groups

One carbon transfer reactions

Folic acid functions One-carbon transfer reaction folate coenzymes mediate the transfer of one-carbon units in many nucleic acids & amino acids metabolisms Nucleic acid metabolism The synthesis of DNA from its precursors (thymidine and purines) is dependent on folate coenzymes. Amino acid metabolism The synthesis of methionine from homocysteine requires a folate coenzyme as well as a vitamin B12-dependent enzyme. folate deficiency   synthesis of methionine  homocysteine Increased levels of homocysteine : toxic to cells

Folic acid

Folic acid deficiency Megaloblastic anemia จาก impaired DNA synthesis RBC ขนาดโต hypersegmented neutrophil  nearly identical to those described for vitamin B12 deficiency ไม่มีอาการทางระบบประสาทร่วมด้วย ให้ folate แล้วหาย

Folic acid deficiency สาเหตุ ได้รับจากอาหารน้อย ดูดซึมไม่ดี  conjugase inhibitor เช่นยาบางชนิด e.g. barbituate , ethanol, metformin นำไปใช้ได้ไม่ดี  folic acid antagonist e.g. methotrexate , pyrimethamine, trimethoprim เพิ่มความต้องการ : เด็ก, หญิงตั้งครรภ์-ให้นมบุตร increased number of rapidly proliferating cells present in the blood The need for folate will nearly double by the third trimester. dialysis

Ascorbic acid

Ascorbic acid sources : ผัก , ผลไม้สด e.g. มะขามป้อม , ดอกแค , ส้ม , มะนาว , มะเขือเทศ Daily requirement : - ทารก 35 mg - เด็ก 45 mg - ผู้ใหญ่ 60 mg

Ascorbic acid functions main function : reducing agent hydroxylation of proline residues in collagen

Ascorbic acid functions main function : reducing agent hydroxylation of proline residues in collagen maintenance of : normal connective tissue wound healing (synthesis of connective tissue is the first event in wound tissue remodeling) necessary for bone remodeling (collagen in the organic matrix of bones)

Ascorbic acid functions Cofactor in several metabolic reactions catabolism of tyrosine synthesis of epinephrine from tyrosine synthesis of the bile acids steroidogenesis Free radical scavenger (antioxidant) Immune function  : phagocytic activity  Nitrite scavenger Fe absorption : Fe3+ Fe2+

Ascorbic acid deficiency Scurvy โรคลักปิดลักเปิด ขาดได้ใน 1 เดือน เลือดออกตามไรฟัน , เหงือกบวม , แผลหายช้า, กระดูก,ฟัน หักง่าย Infantile scurvy ทารก 6-18 mo. เลือดออกใต้ผิวหนังและเยื่อหุ้มกระดูก  อาการบวม เจ็บมากเวลาขยับตัว  นอนนิ่ง (pseudoparalysis) นอนขาแบะ (frog leg position)

Scurvy In advanced cases : beading at the costochondral junctions of the ribs (scorbutic rosary = sternum sinks inward)

Biochemistry Workup Plasma ascorbic acid level : tends to reflect the recent dietary intake rather than the actual tissue levels of vitamin C fasting serum ascorbic acid level > 0.6 mg/dL rules out scurvy > 0.3 mg/dL acceptable 0.2-0.29 mg/dL low < 0.2 mg/dL deficient < 0.1 mg/dL scurvy

Biochemistry Workup Leukocyte levels : more accurately correlates to tissue stores level of vitamin C in leukocytes > 15 mg/dL nutritional adequacy 8-15mg/dL low 0-7 mg/dL deficiency 0 mg/dL scurvy high-pressure liquid chromatographic (HPLC) method