Vitamin D i ultraljubičasto svjetlo - izvanredan proces
Način na koji mnogi kralježnjaci iskorištavaju sunčevu svjetlost u proizvodnji vitamina D3 u koži, te kako taj proces također regulira sama svjetlost, još uvijek je predmet mnogih istraživanja. Većina studija odnosi se na ljudsku biologiju, ali istraživači poput Holicka, Fergusona i Gehrmanna u Sjedinjenim Državama prikupljaju dokaze da je proces vrlo sličan u koži gmazova.
Pojednostavljeni animirani dijagram (slika 1, dolje) ilustrira put vitamina D.
Put počinje kada stanice u koži proizvode kolesterol, provitamin D (puni naziv 7-dehidrokolesterol ili 7DHC). Kada je izložen UVB-u na valnim duljinama između 290 - 315 nm, ovaj provitamin D, koji se nalazi unutar stanične membrane, vrlo se brzo pretvara u previtamin D3. Vrhunska proizvodnja je na 297 nm.
Previtamin D3 se zatim izomerizira (transformira pre-raspoređivanjem atoma u molekuli) polako, u toploj koži, tijekom nekoliko sati, u vitamin D3. Toplina je potrebna da bi se reakcija odvijala normalnom brzinom. Gmazovi dobivaju ovu toplinu od sunca dok se griju.
The vitamin D3 is released from the skin cell membranes and is taken up by a "vitamin D-binding protein" into the plasma. It is thus carried in the bloodstream from the skin to the liver, where it is hydroxylated to calcediol, 25-hydroxy-vitamin D3. This is the substance which is tested for in blood samples taken to assess the reptile's vitamin D status.
Calcediol is then circulated in the bloodstream all around the body. In the kidneys, some is converted to the active hormone calcetriol. This plays a major part in calcium metabolism, governing the levels of calcium in the blood by controlling absorption of calcium from the gut and also from the bones, should dietary levels be inadequate for the body's needs.
Također je posljednjih godina utvrđeno da kalcediol igra vitalnu ulogu u normalnom funkcioniranju drugih organa. Preuzimaju ga stanice u cijelom tijelu, a intracelularno se pretvara u kalcetriol. Ovo lokalno djelovanje ima blagotvorne učinke na imunološki sustav, kardiovaskularni sustav i sprječava da stanice u mnogim organima postanu kancerogene kontroliranjem stanične diobe.
There is also new evidence that skin cells in sunlight can actually complete the entire pathway from provitamin D to calcetriol intracellularly, which may increase the skin's resistance to cancer.
Calcediol, in humans, has a half-life of about two weeks in the bloodstream. In some reptiles, this circulating calcediol may act as the body's main store of vitamin D.
Vitamin D3 ne ostaje u visokim koncentracijama u krvotoku. Kod ljudi, ono što nije hidroksilirano u kalcediol u jetri preuzima se u tjelesnu masnoću, gdje se očito pohranjuje 23, ali nismo svjesni ikakvih studija koje bi utvrdile da li se takvo skladištenje odvija u gmazova, ili ako se događa, koliko dugo takva trgovina bi mogla trajati.
Regulacija proizvodnje vitamina D3.
Vitamin D3 je tvar koja je otrovna u velikim količinama. Od 1920-ih, vitamin D je dodan u mlijeko za ljudsku prehranu kako bi se iskorijenio rahitis; međutim, to je bilo zabranjeno u Europi 1950-ih jer su djeca patila od predoziranja.22
Kod gmazova, previše vitamina D dodano u prehranu dovodi do hipervitaminoze-D, koja uzrokuje oštećenje bubrega, kalcifikacija mekih tkiva, uključujući glavne krvne žile, i preranu smrt.
Međutim, nije poznato da se hipervitaminoza-D javlja kod gmazova koji se kupaju (ili bilo koje druge vrste) koji dobivaju 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 se gmaz sunča punom sunčevom svjetlošću, previtamin D3 se proizvodi vrlo brzo i nakuplja se u koži. Njegova konverzija u vitamin D3 je mnogo sporiji proces ovisan o toplini. Moglo bi se očekivati da će se nakupiti ogromne količine preD3, ali to se ne događa. To je zato što je preD3 također osjetljiv na ultraljubičasto svjetlo do 325 nm; dio se vrlo brzo pretvara u dva biološki neaktivna proizvoda, lumisterol3 i tahisterol3. Oni se također nakupljaju u koži.
Većina studija provedena je na ljudskoj koži, ali se vjeruje da se isti proces događa i kod gmazova; lumisterol3 je izoliran iz uzoraka kože gekona izloženih sunčevoj svjetlosti.
Postoji i druga linija obrane od prekomjerne proizvodnje D3. Kao što smo ranije vidjeli, vitamin D3, jednom proizveden, prenosi se u krvotoku u jetru. Međutim, ako se višak vitamina D3 nakupi u koži - ako se, na primjer, proizvodi više nego što vezni protein može ukloniti - ultraljubičasto svjetlo razgrađuje i to na tri nove tvari: dvije suprasteroli i 5,6 trans-vitamin D. Ovaj potonji proizvod ima određenu biološku aktivnost; za ostale se vjeruje da su inertni.
Što se događa sa svim tim inertnim{0}}proizvodima? Istraživanja su u tijeku; međutim, možemo nagađati da bi se posebno lumisterol3 i tahisterol3 mogli koristiti kao izvor preD3. To je zato što je njihova proizvodnja iz preD3 reverzibilna reakcija.
Pod ultraljubičastim svjetlom stvara se ravnoteža s različitim koncentracijama triju, dijelom ovisno o točnim valnim duljinama svjetlosti. Te tri tvari imaju neznatno različite spektre djelovanja. Lumisterol3 se može pretvoriti natrag u preD3 svjetlošću valnih duljina do 315 nm; tachysterol3 reagira točno do 335 nm, što je u UVA rasponu.
Ovo se možda neće činiti značajnom razlikom dok se ne razmotri učinak atmosfere na sunčevo zračenje. Atmosfera lakše apsorbira manje valne duljine. Kada je sunce nisko na nebu, rano ujutro, kasno poslijepodne i veći dio zime u sjevernim geografskim širinama, valne duljine ispod 300 nm možda uopće nikada neće doseći površinu zemlje. U tim trenucima sinteza preD3 iz provitamina D gotovo potpuno prestaje,44,21, ali je barem teoretski moguće da bi ultraljubičasto svjetlo nešto većih valnih duljina moglo potaknuti pretvorbu tahisterola3, koji je usputno najreaktivniji od tri tvari, u preD3. Ako se to dogodi, može biti izvor preD3 kada nema dovoljno UVB-a niske{7}}valne duljine da se stvori dovoljno iz provitamina D.
Regulacija ponašanja UVB izloženosti.
Neki gmazovi mogu osjetiti treba li im vitamin D ili ne i u skladu s tim promijeniti vrijeme koje provode kupajući se pod UVB svjetlom. U jednoj studiji, kameleoni pantere (Furcifer pardalis) hranjeni hranom s malo vitamina D3 proveli su više vremena kupajući se pod ultraljubičastim svjetlom od onih na dijeti s visokim sadržajem D3. Osim toga, više su ih privlačile lampe koje emitiraju UVB nego jednako svijetle lampe koje emitiraju UVA. Mogu li doista vidjeti UVB, nije poznato, ali čini se da su ga na neki način mogli detektirati.