La Chimica Delle Cose

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Vitamina D

Esistono diversi composti che esercitano le attività vitaminiche della vitamina D. Le più importanti sono:

• Vitamina D2 o ergocalciferolo, che deve essere introdotto dall’esterno nell’organismo

• Vitamina D3 o colecalciferolo, di origine sia esterna che endogena, producendosi per esposizione alla componente ultravioletta dei raggi solari di una sostanza (il 7-deidrocolesterolo, naturalmente presente nella pelle).

La maggior parte della vitamina D necessaria all’uomo viene prodotta per via endogena.

La scoperta della vitamina D è legata alla soria della cura del rachitismo. Sir Edward Mellanby in Gran Bretagna era molto preoccupato per l'incidenza estremamente alta del rachitismo nel Regno Unito, specialmente in Scozia.

In effetti, la malattia divenne nota come "la malattia inglese ". Sir Mellanby intuì che il rachitismo poteva essere causata da qualche carenza alimentare. Impiegò la dieta tipica degli scozzesi (che avevano la più alta incidenza di rachitismo), principalmente farina d'avena, e la testò su cani che aveva tenuto inavvertitamente al chiuso e lontano dalla luce solare.

Le povere bestie svilupparono una forma di rachitismo praticamente identica alla malattia umana. Sir Mellanby riuscì, dopo molti tentativi a curare la malattia fornendo olio di fegato di merluzzo e quindi pensò che fosse la vitamina A a mancare nella dieta degli scozzesi e che la sua carenza causasse il rachitismo.

Il dottor McCollum, della Johns Hopkins University, aveva seguito questa ricerca e aveva deciso di testare in maniera diretta l'ipotesi che la vitamina A fosse responsabile della guarigione del rachitismo.

Fece gorgogliare ossigeno attraverso l'olio di fegato di merluzzo per distruggere la vitamina A e scoprì che questa nuova preparazione non era più in grado di prevenire la xeroftalmia e la carenza di vitamina A, ma conservava comunque la capacità di curare il rachitismo.

A quel punto il dottor McCollum e i suoi collaboratori conclusero che il fattore che curava il rachitismo era una nuova vitamina, cui dettero il nome di vitamina D, anch’essa presente nell’olio di fegato di merluzzo.

Nel frattempo un medico di Vienna, il dottor Huldshinsky e Chick e i suoi assistenti in Inghilterra avevano scoperto che i bambini che soffrivano di rachitismo potevano essere curati con sistematiche esposizioni alla luce solare, anche se solo d’estate o anche alla luce UV prodotta artificialmente.

Il professor Steenbock nel 1916 nei suoi studi sulle capre aveva scoperto che quando queste venivano tenute all'aperto sotto il sole estivo, presentavano un equilibrio di calcio positivo mentre, quando venivano tenute al chiuso in inverno in assenza di luce solare, andavano in equilibrio negativo di calcio.

Fu così che Steenbock stabilì la prima relazione tra luce solare e ritenzione di calcio.

Con questo background, Steenbock iniziò a irradiare i ratti, il loro cibo e l'aria nelle loro gabbie con la luce UV.

In questo modo scoprì che l'irradiazione non solo del ratto ma anche del cibo poteva prevenire o curare il rachitismo. Scoprì inoltre che questa attività antirachitica era associata alla frazione lipidica non saponificabile presente nell’alimentazione e concluse correttamente che un lipide inattivo, assunto con la dieta o presente naturalmente nella pelle poteva essere convertito dalla luce UV in una sostanza antirachitica attiva. Il professor Steenbock brevettò la sua scoperta e con questo brevetto fu in grado di attirare l'industria a mettere a punto una soluzione al problema del rachitismo.

Tuttavia l'effettiva identificazione della struttura della vitamina D non avvenire fino al 1932, quando Askew e altri furono in grado di isolare la vitamina D2 da una miscela irradiazione da raggi ultravioletti di ergosterolo.

Pertanto, la vitamina D2 fu la prima vitamina D ad essere isolata e identificata.

Nel 1935, il 7-deidrocolesterolo fu isolato da Windaus e collaboratori e la vitamina D3 fu identificata nel 1937 da Windaus e Bock.

La vitamina D3 è la forma di vitamina D che si forma nella pelle a seguito dell'irradiazione UV di 7- deidrocolesterolo.

In realtà ciò non fu pienamente dimostrato fino al 1978, quando Esvelt e collaboratori isolarono e identificarono la vitamina D3 attraverso analisi di spettrometria di massa.

Denominazioni:

Vitamina D2, ergo calciferolo, ergosterina irradiata, vitamina calciofissatrice, vitamina antirachitica artificiale, viosterolo

Formula bruta D2: C28H44O

Formula bruta D3: C27H44O

Formula di struttura: vedi figura all’inizio del post

Caratteri:

La vitamina D2 si presenta come una polvere cristallina incolore o leggermete giallastra, praticamente insolubile in acqua ma molto solubile in oli e solventi organici (alcool, acetone, etere etilico, cloroformio, ecc.).

Fonde a 113 – 116 °C e in soluzione alcolica ha potere rotatorio specifico fra +103° e +107° e presenta un caratteristico picco di assorbimento all’ultravioletto a 265 nanometri.

Si altera facilmente alla luce e all’aria umida ed è decisamente termolabile laddove quando si trova in soluzione oleosa resiste molto meglio sia all’ossidazione che al calore, tanto da poter essere riscaldata fino a 70 °C senza problemi di alterazione.

È distrutta per contatto con acidi minerali, particolarmente con l’ossidante acido nitrico. Invece alcali e acqua ossigenata, solfuro di idrogeno, aldeide formica e anidride solforosa non hanno particolare attività distruttrice nei suoi confronti.

La vitamina D3 si presenta come cristalli incolori ed inodori, con punto di fuzione a 83 °C e potere rotatorio specifico di +83,3° in acetone.

Attività biologica:

la vitamina D proveniente dagli alimenti viene assorbita dall’organismo in presenza dei sali biliari e passa nei vasi linfatici ove circola in forma libera o esterificata con acidi grassi.

Comunque sia, viene veicolata nel plasma da una specifica proteina. Per attivarsi sia la vitamina D2 che la D3 devono subire processi di idrossilazione, prima nel fegato e poi nel rene.

Una volta di-idrossilata, la vitamina D può essere considerata un vero e proprio ormone che controlla il metabolismo del calcio insieme ad altri agenti biochimici. La vitamina D interviene:

• a livello della mucosa intestinale agevolando assorbimento e trasporto di calcio nel plasma e, indirettamente anche del fosfato di calcio, il principale sale del calcio utilizzato nella costruzione del tessuto osseo

• a livello del rene, facilitando il riassorbimento di calcio e fosforo

• a livello dell’osso, favorendo la rimozione del calcio e mantenendone quindi stabile la concentrazione a livello ematico la vitamina D si accumula nel fegato ma anche nei muscoli e nel tessuto adiposo.

Viene eliminata sia con le urine che con le feci sotto forma di cataboliti inattivi.

Fabbisogno, sintomi di carenza:

Il fabbisogno medio per un adulto va da 0 (per chi si espone durante l'anno ai raggi solari) a 15 microgrammi al giorno per chi invece non può godere regolarmente di una normale vita all’aria aperta (Tabelle LARN).

La carenza di vitamina D porta a una insufficiente mineralizazione ossea, con rachitismo nei bambini e osteomacia nell’adulto.

Preparazione:

La vitamina D2 è contenuta soprattutto nei semi del cacao e nel fegato di alcuni pesci (merluzzo, tonno, pesce spada e altri), dai quali può essere estratta anche se si preferisce ottenerla per irradiaizone con luce ultravioletta dell’ergosterina, che viene estratta dal lievito di birra e che di fatto è una provitamina D2.

Data la sua facile alterabilità alla luce e all’aria, viene in genere commercializzata sotto forma di soluzione oleose a titolo noto o in microgranuli protetti da particolari sostanze protettive.

Si trova spesso associata alla vitamina A, anch’essa oleosolubile.

Prodotti con attività di Vitamina D2:

Si possono utilizzare il suo predecessore, l’ergosterolo e l’acetato di ergosterolo non irradiati oppure direttamente la vitamina D2 sotto forma pura o di acetato o di altro estere della vitamina D2 con acidi grassi.

Bibliografia

P. Cappelli, V. Vannucchi, Chimica degli Alimenti, Zanichelli, 2000

T. Storto, E. Soriani, Principi attivi per la preparazione di integratori e di integratori medicati per mangimi, Associazione Nazionale tra i Produttori di Alimenti Zootecnici, 1978

H.F. De Luca, Dept. Biochem. Univ. Winsconsin, Madison, WI, USA, “History of the discovery of vitamin D and its active metabolites”, Bonekey Rep. 2014; 3: 479., published on line