Vitamin D i ultraljubičasto svjetlo - izvanredan proces
Način na koji mnogi kičmenjaci koriste sunčevu svjetlost u proizvodnji vitamina D3 u koži, te kako ovaj proces također regulira sama svjetlost, još uvijek je predmet mnogih istraživanja. Većina studija se odnosi na ljudsku biologiju, ali istraživači kao što su Holick, Ferguson i Gehrmann u Sjedinjenim Državama prikupljaju dokaze da je proces vrlo sličan u koži reptila.
Pojednostavljeni animirani dijagram (Slika 1, ispod) ilustruje put vitamina D.
Put počinje kada ćelije u koži proizvode holesterol, provitamin D (puni naziv 7-dehidrokolesterol ili 7DHC). Kada je izložen UVB na talasnim dužinama između 290 - 315 nm, ovaj provitamin D, koji se nalazi unutar ćelijske membrane, vrlo se brzo pretvara u previtamin D3. Vrhunska proizvodnja je na 297 nm.
Previtamin D3 se zatim izomerizira (transformiše pre-raspoređivanjem atoma u molekulu) polako, u toploj koži, tokom nekoliko sati, u vitamin D3. Toplina je potrebna da bi se reakcija odvijala normalnom brzinom. Gmizavci dobijaju ovu toplotu od sunca dok se kupaju.
Vitamin D3 se oslobađa iz ćelijskih membrana kože i preuzima "protein koji vezuje vitamin D-" u plazmu. Tako se prenosi krvotokom od kože do jetre, gdje se hidroksilira u kalcediol, 25-hidroksi-vitamin D3. Ovo je supstanca koja se testira u uzorcima krvi uzetim za procjenu statusa vitamina D kod gmizavaca.
Kalcediol tada cirkuliše krvotokom po cijelom tijelu. U bubrezima se dio pretvara u aktivni hormon kalcetriol. Ovo igra važnu ulogu u metabolizmu kalcijuma, regulišući nivoe kalcijuma u krvi kontrolišući apsorpciju kalcijuma iz creva, a takođe i iz kostiju, ako nivoi u ishrani nisu adekvatni za potrebe tela.
Također je posljednjih godina utvrđeno da kalcediol igra vitalnu ulogu u normalnom funkcionisanju drugih organa. Preuzimaju ga ćelije u cijelom tijelu, a intracelularno se pretvara u kalcetriol. Ova lokalna akcija ima blagotvorne efekte na imunološki sistem, kardiovaskularni sistem i sprečava da ćelije u mnogim organima postanu kancerogene kontrolišući deobu ćelija.
Postoje i novi dokazi da ćelije kože na sunčevoj svjetlosti mogu zapravo završiti cijeli put od provitamina D do kalcitriola intracelularno, što može povećati otpornost kože na rak.
Kalcediol, kod ljudi, ima poluvrijeme-života od oko dvije sedmice u krvotoku. Kod nekih gmizavaca, ovaj cirkulirajući kalcediol može djelovati kao glavna tjelesna zaliha vitamina D.
Vitamin D3 ne ostaje u visokim koncentracijama u krvotoku. Kod ljudi, ono što nije hidroksilisano u kalcediol u jetri preuzima se u tjelesnu masnoću, gdje se očito skladišti 23, ali nismo svjesni bilo kakvih studija koje bi utvrdile da li se takvo skladištenje odvija kod gmizavaca, ili ako ima, koliko dugo takva radnja bi mogla trajati.
Regulacija proizvodnje vitamina D3.
Vitamin D3 je supstanca koja je toksična u velikim količinama. Od 1920-ih, vitamin D se dodaje u mlijeko za ljudsku ishranu da bi se iskorijenio rahitis; međutim, to je bilo zabranjeno u Evropi 1950-ih jer su djeca patila od predoziranja.22
Kod gmizavaca, previše vitamina D dodato u ishranu dovodi do hipervitaminoze-D, koja uzrokuje oštećenje bubrega, kalcifikacije mekih tkiva, uključujući glavne krvne sudove, i preranu smrt.
Međutim, nije poznato da se hipervitaminoza-D javlja kod gmizavaca koji se kupaju (ili bilo koje druge vrste) koji dobijaju vitamin D iz sunčeve svjetlosti, bez obzira na to koliko dugo se kupaju.23 To je zato što postoje ugrađeni sigurnosni mehanizmi koji sprječavaju prekomjernu proizvodnju vitamina D u koži. Zanimljivo je da se oni također oslanjaju na ultraljubičasto svjetlo, kao što se može vidjeti na animiranom dijagramu, Slika 2 (ispod).
Kao što smo ranije vidjeli, kada gmizavac uživa na punoj sunčevoj svjetlosti, previtamin D3 se proizvodi vrlo brzo i akumulira se u koži. Njegova konverzija u vitamin D3 je mnogo sporiji proces koji ovisi o toplini. Moglo bi se očekivati da će se nakupiti ogromne količine preD3, ali to se ne dešava. To je zato što je preD3 takođe osetljiv na ultraljubičasto svetlo do 325nm; jedan dio se prilično brzo pretvara u dva biološki neaktivna proizvoda, lumisterol3 i tahisterol3. Oni se takođe akumuliraju u koži.
Većina studija je provedena na ljudskoj koži, ali se vjeruje da se isti proces događa i kod gmizavaca; lumisterol3 je izolovan iz uzoraka kože gekona izloženih sunčevoj svjetlosti.
Postoji i druga linija odbrane od prekomjerne proizvodnje D3. Kao što smo ranije vidjeli, vitamin D3, jednom proizveden, prenosi se u krvotoku do jetre. Međutim, ako se višak vitamina D3 nakupi u koži - ako se, na primjer, proizvodi više nego što vezujući protein može ukloniti - ultraljubičasto svjetlo razlaže i ovo na tri nove supstance: dvije suprasteroli i 5,6 trans-vitamin D. Ovaj posljednji proizvod ima određenu biološku aktivnost; za ostale se vjeruje da su inertni.
Šta se dešava sa svim ovim inertnim nusproizvodima?{0}} Istraživanja su u toku; međutim, možemo spekulisati da bi se lumisterol3 i tahisterol3, posebno, mogli koristiti kao izvor preD3. To je zato što je njihova proizvodnja iz preD3 reverzibilna reakcija.
Pod ultraljubičastim svjetlom formira se ravnoteža s različitim koncentracijama tri, dijelom ovisno o tačnim valnim dužinama svjetlosti. Ove tri supstance imaju neznatno različite spektre delovanja. Lumisterol3 se može konvertovati nazad u preD3 svetlošću talasnih dužina do 315nm; tachysterol3 reaguje do 335nm, što je u UVA opsegu.
Ovo se možda neće činiti značajnom razlikom dok se ne razmotri uticaj atmosfere na sunčevo zračenje. Atmosfera lakše apsorbuje manje talasne dužine. Kada je sunce nisko na nebu, u ranim jutarnjim, kasnim popodnevnim satima, i tokom većeg dijela zime u sjevernim geografskim širinama, talasne dužine ispod 300 nm možda nikada neće doprijeti do površine zemlje. U tim trenucima sinteza preD3 iz provitamina D gotovo potpuno prestaje,44,21 ali je barem teoretski moguće da ultraljubičasto svjetlo nešto većih valnih dužina može potaknuti konverziju tahisterola3, koji je uzgred najreaktivniji od tri supstance, u preD3. Ako se to dogodi, može biti izvor preD3 kada nema dovoljno UVB-a niske{7}}talasne dužine da se stvori dovoljno iz provitamina D.
Regulacija ponašanja UVB izloženosti.
Neki gmizavci mogu biti u stanju da osete da li im je potreban vitamin D ili ne, i u skladu sa tim izmene vreme koje provode kupajući se pod UVB svetlošću. U jednoj studiji, panter kameleoni (Furcifer pardalis) hranjeni hranom sa malo vitamina D3 proveli su više vremena kupajući se pod ultraljubičastim svjetlom nego oni na dijeti s visokim sadržajem D3. Osim toga, više su ih privlačile lampe koje emituju UVB nego jednako sjajne lampe koje emituju UVA. Da li zaista mogu vidjeti UVB nije poznato, ali čini se da su u stanju da ga otkriju na neki način.