วิตามิน ดี (Vitamin D) 3

Vitamin D เป็นชื่อเรียกรวม ความจริงแล้วมีชื่ออีกหลายชื่อที่บ่งบอกชนิดของวิตามิน คือ Vitamin D Calciferol (General name): animal: Cholecalciferol (D3); Plant : Ergocalciferol (D2) Calcidol, Calcifediol 25-hydroxycholecalciferol or 25(OH)D3 Calcitriol 1,25-dihydroycholecalciferol or 1, 25 (OH)2D3; หรือ vitamin D hormone, active form 1,25 dihydroxyvitamin D เมื่อกล่าวถึง Vitamin D เป็นที่เข้าใจกันว่าหมายถึง D3, D2 ถ้ากล่าวถึง action จะหมายถึง active form ของ 1,25 (OH) 2D3 โครงสร้างต้นแบบที่มาจากสูตรของ Cholesterol เรียกว่า steroid structure จะประกอบด้วย 4 rings เป็น cyclohexane 3 rings เรียกชื่อ A, B, C ตามลำดับ ส่วน ring D จะเป็น side chain จะเปลี่ยนแปลงได้หลายแบบ และเป็นส่วนหนึ่งที่ทำให้เกิด vitamin D analog สูตรโครงสร้างของวิตามินนี้คือกำเนิดจาก Cholesterol ต่างตรงที่ว่า bond ที่ 9-10 ของ B-ring จะแยกออกจากกันไม่เป็น ring แบบเดิมเมื่อถูกแสง UV หรือถูก metabolized ทำให้เปลี่ยนไปเป็น seco-steroid หรือ triene (seco เป็นภาษากรีก หมายถึง ...แยก) ในกรณีนี้จะเรียกว่า 9-10 seco และในสูตรโครงสร้างมี double bond เกิดขึ้นระหว่าง C10 กับ C19 ส่วน ring A จะเป็นหลักสำคัญที่สุด และเมื่อรวมกับตำแหน่ง C5-C17 เรียกว่า backbone of formular Bouillon) จะเป็นโครงสร้างที่สำคัญโดยทั่วไปเพื่อสะดวกในการดูสูตรโครงสร้างมักจะเขียน ‘R’ แทน Ring A,B,C,D (บางตำราใช้ R แทน side chain) ตำแหน่งของ carbon มีความสำคัญไม่น้อย ตำแหน่ง 23,24,26 จะเป็นตำแหน่งที่ถูก oxidation และ hydroxylation เกิดเป็น metabolites หลายชนิดและสุดท้ายจะเป็น calcitroic acid และ calcitriol lactones ตำแหน่ง C1, C25 เป็นส่วนสำคัญที่จะทำให้มีผล biological effect ดังนั้นถ้าได้รับวิตามินดีจากพืช (ergocalciferol) หรือจากสัตว์ (cholecalciferol) จำเป็นต้องผ่านขบวนการ hydroxylation ให้ตำแหน่งที่ 1 และ 25 ให้มี hydroxyl group ก่อน Double bond ในสูตรโครงสร้างจะให้ความแตกต่างกันระหว่างวิตามินดี โดยทั่วไปวิตามินดีทุกชนิดจากสัตว์ (Cholecalciferol) จะมี double bond เชื่อมระหว่าง C10 และ C19,C5-C6 และ C7-C8 แต่ถ้าเป็น D2 (Ergocalciferol) จะเพิ่มตำแหน่ง C22 กับ C23 และมี Methyl group ที่ C24 โครงสร้างของ 1,25 (OH2)D3 ไม่เหมือนกับ classic steroid ทั้งหมด เนื่องจากมีข้อแตกต่างกันตรง 1. side chain เพิ่มขึ้นมา และ side chain จะประกอบด้วย 8 carbon ตรงตำแหน่ง C20 กับ C21 bond จะอยู่คนละระนาบกับ side chain อื่น 2. Carbon bond ระหว่าง 9-10 ของ B-ring จะถูกตัดออก จึงเรียกว่า seco steroid ทำให้เสียรูปไป 3. มี conformational flexibillity สูง โดยเฉพาะตรง ring A จะมีการเปลี่ยนแปลงได้ ring A จะมีการหมุนตัว โดยมี bond ระหว่าง 6-7 เป็นแกน ทำให้ได้ conformation ต่างๆ ถ้าหมุนในแนวตั้งจะทำให้ตำแหน่ง double bond ของ C5, C6 อยู่ในแนวตั้งจะเป็น trans form (Extended form) แต่เดิมเรียกว่า eingang or E from) และถ้าอยู่ในแนวนอนจะเป็น cis form (or steroid-like, Zuzammen or Z form) ดังนั้นการเรียก vitamin D3 เป็นสูตรเคมี จะได้ว่า 9,10 seco (5Z,7E)-5,7,10(19) Cholestatriene-3b-ol ถ้าเป็น vitamin D2 จะมีชื่อ 9-10 seco (5Z,7E)-5,7,10(19),22 ergostatetraene-3b-ol สูตรโครงสร้างของ active metabolite D3 จัดอยู่ในกลุ่ม steroid ที่มี ring ประกอบกันเรียก cyclohexane (มี carbon 6 ตัว) 3 ring และ pentano ring มี carbon 5 ตัว ชื่อเรียกกำกับ A,B,C และ D ตามลำดับ ในสูตรโครงสร้างนี้จะต้องมีการจัดลำดับตำแหน่งของ carbon เมื่อเป็นวิตามินในรูป active B ring จะแตกออกตรง C9 และ C10 เรียกว่า seco steroid or triene ดังได้กล่าวมาแล้ว สูตรโครงสร้างของวิตามินดีจะมีกลุ่ม hydroxyl (OH) อยู่ประจำในตำแหน่งที่ 3 เสมอ และถ้าเป็น active form (1,25 (OH2)D3) จะมี OH อยู่ตำแหน่ง 1 และ 25 เพิ่มอีก ตำแหน่ง OH นี้สำคัญมากเพราะเป็นตัวที่จะจับ vitamin D receptor (VDR) นอกจากนี้จะต้องมี double bond ตรงตำแหน่ง 1. ระหว่าง C5-C6 2. ระหว่าง C7-C8 3. ระหว่าง C10-C19 4. ระหว่าง C22-C23 (for vitamin D2) แต่เนื่องจากมีการค้นคว้าวิจัยสูตรของ Vitamin D3 มาเพื่อประโยชน์ทางการรักษาโรคและเพิ่มความสามารถในการรักษาโรคอื่นๆ ตลอดจนลดภาวะ hypercalcaemia จึงมีการดัดแปลงสูตรโครงสร้างหลายแบบ สิ่งที่ควรจะเข้าใจความหมายของสูตรคืออักษรย่อที่ใช้กันมากดังต่อไปนี้ ก. Nor หมายถึงในสูตรตรงตำแหน่งที่ระบุจะไม่มี carbon atom เช่น (3.5b%) รูปแรกจะไม่มี C ตำแหน่งที่ 19 และอีกรูปไม่มี C ที่ตำแหน่ง 24, 25, 26, 27 รวม 4 ตำแหน่ง เรียกว่า tetranor ดังนั้น side chain หดสั้นลงตำแหน่ที่ 23 จะมี COOH นี้คือสูตรของกรด Calcitroic ข. oxo ตรงตำแหน่งระบุจะมี oxygen atom แทน carbon atom เช่น (3.5c) ค. ene ตรงตำแหน่งระบุจะมี double bond ระหว่าง carbon atom เช่น (3.5d) ง. epi (epimer) หมายถึงไม่ใช่ natural stereo-isomer (3.5b) จ. yne หมายถึงระหว่าง carbon atom จะเป็น triple bond (3.5 e) ฉ. R and S หมายถึง stereo-isomer ที่มีความแตกต่างกันทาง optical activities ช. cis & trans หมายถึงสูตรเปลี่ยนไปเนื่องจากมีการหมุนของ ring-A รอบแกน C6-C7 ถ้า ring –A หมุนแล้วอยู่ระนาบเดียวกับ ring CD เรียกว่า cis conformation และถ้าอยู่คนละระนาบจะเรียกว่า trans conformation ซ. alpha, beta form หมายถึง ตำแหน่ง OH ที่ 1,3 ใน A ring ถ้า bond 3 ที่จับ OH อยู่คนละระนาบกับ bond 1 เรียกว่า alpha นิยมใช้สัญลักษณ์เส้นหรือลูกศรลายประแทน bond เมื่อ bond 3 อยู่ในระนาบเดียวกันโดยทั่วไปใช้สัญลักษณ์ bond สีทึบ เรียก beta เช่น 1 ,25 dihydroxyl vitamin D3