Pantothenic acid

แหล่งกำเนิด กรดแพนโตเธนิค พบในอาหารทั่วไป ทั้งในพืชและสัตว์ ในอาหารพบว่า ส่วนใหญ่จะอยู่ใน bound form คือ ในรูปของ CoA หรือ acyl carrier protein อาจจะพบในสภาพอิสระได้บ้าง อาหารที่มีมากได้แก่ เนื้อสัตว์ ไข่แดง ตับ ไต น้ำนม ถั่วและพืชบางชนิด เช่น กล่ำปลี และมันเทศ มีน้อยในผักและผลไม้ทั่วไป วิตามนิชนิดนี้มีการสังเคราะห์โดยจุลินทรีย์ในลำไส้ใหญ่ได้บ้าง ในบางครั้งก็มีการเติมวิตามินนี้ลงในอาหารประจำวัน ในนมผสมที่ใช้เลี้ยงทารก ปริมาณของกรดแพนโตเธนิคในอาหารบางชนิดได้แสดงเป็นตัวอย่างในตาราง

การดูดซึมและการขนส่ง เนื่องจากกรดแพนโตเธนิคที่ร่างกายได้รับจากอาหารจะอยู่ใน bound form ของ CoA กับ acyl carrier protein (ACP) ดังนั้นเมื่อเข้าสู่ร่างกายแล้วจะถูกฮัยโดรลัยส์ด้วยเอนไซม์ pyrophosphatase ไปเป็น 4-phosphopantotheine และมีการ dephosphorylation ด้วยเอนไซม์ phosphatase ไปเป็น pantotheine ต่อจากนั้นเอนไซม์ในลำไส้เล็ก pantetheinase ก็จะมาย่อยให้ได้ เป็น pantothenic acid จากการศึกษาเกี่ยวกับเรื่องการดูดซึมวิตามินชนิดนี้ใน หนู และ ไก่ พบว่าการดูดซึมจะเป็นไปแบบ Na-dependent และต้องใช้ ATP ถ้าระดับวิตามินนี้สูงมาก ๆ จะมีการดูดซึมแบบ simple diffusion นอกจากนี้ยังพบว่า การดูดซึมในสภาพของ pantothenol จะเกิดได้เร็วกว่า pantothenic acid

กรดแพนโตเธนิค (Pantothenic acid)

กรดแพนโตเธนิคมีอยู่ทั่วไปในธรรมชาติและไม่เหมือนกับวิตามินบี ชนิดอื่น ๆ ที่ทำหน้าที่เป็นโคเอนไซม์ แต่กรดแพนโตเธนิคเข้าไปเป็นส่วนหนึ่งในอณูของ coenzyme-A (CoA หรือ CoASH) วิตามินี้ได้มีการศึกษาและรู้จักกันตั้งแต่ปี ค.ศ. 1945 โดย William และคณะได้สกัดแยกออกมาได้จากตับและตั้งชื่อว่า pantothenic acid ซึ่งมาจากภาษากรีกว่า “pantos” แปลว่า everywhere ต่อมาในปี ค.ศ. 1947 สามารถแยกได้บริสุทธิ์เป็นผลึก รู้สูตรโครงสร้างสังเคราะห์ได้และรู้ถึงหน้าที่ต่าง ๆ ของวิตามินนี้

สูตรเคมีและคุณสมบัติ

ในอณูของกรดแพนโตเธนิคประกอบด้วย pantoic acid จับอยู่กับ b-alaine ด้วย peptide bond ในธรรมชาติของคนหรือสัตว์ที่เลี้ยงลูกด้วยนมจะไม่มีเอนไซม์ที่ใช้สลาย bond ระหว่าง b-alanine กับ pantoic acid ได้ วิตามินนี้มีชื่อทางเคมีว่า (+) a , d - dihydroxy -b-b-dimethylbutyryl-b-alanine (น.น. อณู 219) มีลักษณะเป็นน้ำข้นสีเหลืองอ่อน เสียง่ายเมื่อถูกความร้อนกรดหรือด่างจะสลายได้ pantoic acid กับ alanine สภาพโดยทั่วไป

ตามธรรมชาติจะอยู่ในรูปของ D-isomer และจะมีคุณสมบัติเป็นวิตามินได้จะต้องเป็น dextrorotatory form เท่านั้น กรดแพนโตเธนิคที่อยู่ในสภาพแอลกอฮอล์เรียก “pantothenol” ซึ่งจะถูกดูดซึมได้ง่ายกว่าสภาพเป็นกรด เมื่องถูกดูดซึมแล้วจะเปลี่ยนเป็นกรดแพนโตเธนิคอย่างรวดเร็วในร่างกาย ละลายได้ดีในน้ำแต่ไม่ละลายในตัวทำละลายอินทรีย์ เช่น เบนซิน หรือ คลอโรฟอร์ม โดยปกติจะรวมกับแคลเซียมหรือโซเดียมเป็น calcium หรือ sodium pantothenate เป็นผลึกสีขาวละลายน้ำได้ดี คือประมาณ 2 กรัม ในน้ำ 2.8 ลิตร

Coenayme A ประกอบด้วย pantothenic acid, b-mercapto ethylamine และ adenosinediphosphate sulphydryl group ของกรดอะมิโน cysteine ที่อยู่ปลายข้างหนึ่งของ Coenzyme A จะเป็น active part ที่ทำหน้าที่ในปฏิกิริยาต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้อง เช่นเป็น acyl carrier protein (ACP) ในการสังเคราะห์กรดไขมันขบวนการในการสังเคราะห์กรดแพนโตเธนิค ยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด แต่พบว่าพวกจุลินทรีย์ในร่างกายสามารถสังเคราะห์วิตามินนี้ได้โดยการรวม b-alanine เข้ากับ dihydroxybutyric acid ก็จะได้วิตามินชนิดนี้ ซึ่งพบได้ในพวกสัตว์เคี้ยวเอื้องทั้งหลาย

Non-ruminant Animal Requirement of Niacin

ความต้องการไนอาซินประจำวันในสัตว์ต่าง ๆ จะเป็นเท่าไรนั้นปรากฎว่า สัตว์เคี้ยวเอื้องไม่ต้องการอาหารที่มีไนอาซิน หรือ tryptophan ก็ได้ เพราะสามารถจะสังเคราะห์ได้อย่างเพียงพอใน rumen แต่ในสัตว์ไม่เคี้ยวเอื้อง เช่น สุกรและไก่ ต่างก็ต้องการไนอาซินมาก ปริมาณความต้องการไนอาซินประจำวัน สำหรับสุกรที่โตแล้ว (mature pigs) คือ 0.1-0.4 มก./น้ำหนักตัว 1 กก. หรือในอัตรา 10 มิลลิกรัมต่ออาหาร 1 กิโลกรัม สำหรับสุกรที่อยู่ในระยะกำลังเจริญเติบโตต้องการไนอาซินมากกว่านี้คือ 0.6-1.0 มม./น้ำหนักตัว 1 กก. หรือในอัตรา 10-22 มิลลิกรัมต่ออาหาร 1 กิโลกรัม จะทำให้เจริญเติบโตได้ดีที่สุด ส่วนในไก่อายุ 0-4 สัปดาห์ต้องการไนอาซินสูงคือ 28 มิลลิกรัมต่ออาหาร 1 กิโลกรัม ส่วนไก่ไข่และไก่พันธุ์ต้องการในอัตรา 8-10 มิลลิกรัมต่ออาหาร 1 กิโลกรัม ปริมาณความต้องการไนอาซินในอาหารสัตว์มีโดยประมาณดังนี้ สุกร 12.5 มก./น้ำหนักตัว 50 กก./วัน (หรือ 11-18 กรัม/อาหาร 1 ตัน) ไก่ 12-20 กรัม/อาหาร 1 ตัน ไก่งวง 17-20 กรัม/อาหาร 1 ตัน

การขาด (Deficiency) ตามปกติร่างกายจะไม่ขาดวิตามินนี้ แต่หากขาดสาเหตุของการขาดวิตามินนี้ส่วนใหญ่เนื่องจากได้รับไม่เพียงพอ เช่น รับประทานข้าวโพดเป็นอาหารหลักและรับประทานโปรตีนน้อย แม้ว่าข้าวโพดจะมีปริมาณวิตามินนี้อยู่ค่อนข้างมาก แต่วิตามินในข้าวโพดอยู่ในรูปแบบที่ไม่สามารถดูดซึมเข้าสู่ร่างกายได้ และข้าวโพดมีปริมาณของกรดอะมิโนทริปโทเฟนซึ่งเป็นสารตั้งต้นของการสังเคราะห์วิตามินนี้ต่ำอีกด้วย ในสุกรที่มีการขาดวิตามินนี้จะมีอาการคือผิวหนังหนา หยาบ มีแผลในปากและในทางเดินอาหาร ท้องเสีย ในไก่เกิด perosis ลิ้นอักเสบ และผิวหนังอักเสบ ในสัตว์ที่ขาดไนอาซินจะมีแผลในปาก แผลที่เยื่อเมือก ทำให้เป็นสีคล้ำ น้ำลายเหนียว ลมหายใจมีกลิ่นเหม็น และเป็นแผลเปื่อยตามตัว มี ulcerative lesion และผิวหนังอักเสบ (demartitis) นอกจากนี้ยังมีท้องเสีย (diarrhoea) โลหิตจาง (anemia) เบื่ออาหาร (inappetence) และทำให้การเจริญเติบโตช้า การขาดวิตามินนี้ทำให้เกิดโรคปากนกกระจอก ซึ่งสามารถอธิบายได้โดยอาการใหญ่ ๆ 3 อาการที่เรียกว่า “3 D” คือ ผิวหนังอักเสบ (dematitis), ท้องเดิน (diarrhea) และสมองเสื่อม (dementia) และในกรณีที่เป็นมาก ๆ อาจถึงตายได้ (4D = death) อาการผิวหนังอักเสบจะเป็นผื่นแดงและหยาบ โดยเฉพาะบริเวณที่ถูกแสงแดด, ปากและลิ้นอักเสบ ซึ่งอาจทำให้รับประทานอาหารไม่ได้, อาการท้องเดินเกิดขึ้นเนื่องจากเกิดการอักเสบและเป็นแผลของเยื่อบุทางเดินอาหาร ส่วนอาการทางสมอง เช่น สมองเสื่อม, สับสน, วิตกกังวล, ซึมเศร้า เป็นผลจากการเสื่อมและตายของเซลล์ประสาทในสมองส่วนกลางและเส้นใยประสาทไขสันหลัง

ความเป็นพิษ (Toxicity) ปกติร่างกายจะไม่แสดงอาการความเป็นพิษ แต่จากรายงานของ NRC (1987) พบว่าการได้รับ nicotinic acid และ nicotinamide ในอาหารในปริมาณที่มากกว่า 350 mg/kg ของน้ำหนักร่างกาย/วัน จะเกิดการเป็นพิษได้

Function of Niacin (B3)

ไนอาซิน เป็นวิตามินที่จำเป็นสำหรับ normal carbohydrate metabolism จะช่วยให้สัตว์เจริญเติบโตได้เป็นอย่างดี ซึ่งไนอาซินเป็นส่วนประกอบสำคัญของเอนไซม์ที่เกี่ยวข้องกับการหายใจและขบวนการนำเอาพลังงานสะสมจากตับมาใช้ และเป็นวิตามินที่ไก่ต้องการใช้เพื่อการเจริญเติบโตและการสร้างขน ไนอาซินและนิโคตินาไมด์จะถูกดูดซึมได้อย่างรวดเร็ว ไม่ว่าจะให้กิน ฉีดเข้าใต้ผิวหนัง หรือฉีดเข้ากล้ามเนื้อ และในกรณีของกรดนิโคตินิกนั้นจะออกฤทธิ์ต่อหลอดเลือดภายใน 5-10 นาที หลังจากให้กิน วิตามินเพียงส่วนน้อยจะถูกเก็บไว้ (ที่ตับเป็นส่วนใหญ่) วิตามินจะถูก methylation ที่ตับ บางส่วนจะถูกขับออกทางปัสสาวะโดย glomerular filtration และ tubular secretion ในรูปของ N, methylnico-tinamide

หลังจากวิตามินถูก assimilated แล้วกรดนิโคตินิกจะถูกเปลี่ยนเป็นนิโคตินาไมด์ แล้วนิโคตินาไมด์จะเข้าสู่ปฏิกิริยา combination ในเนื้อเยื่อกับพวก protein adenine, sugar ribose และ phosphoric acid เกิด coenzyme system 2 ชนิด คือ coenzyme I และ coenzyme II Coenzyme I คือ diphosphopyridine nucleotide (DPN) หรือ co-dehydrogenase I ซึ่งปัจจุบันเรียก NAD (nicotinamide adenine dinucleotide) Coenzyme II คือ triphosphopyridine nucleotide (TPN) หรือ co-dehydrogenase II ซึ่งปัจจุบันเรียก NADP (nicotinamide adenine dinucleotide phosphate) Coenzymes ที่มี nicotinamide ก็จะทำหน้าที่เป็น hydrogen carriers ใน oxidation reduction processes of cell metabolism

Transport and Metabolism of Niacin

การขนส่ง (Transport) ไนอาซินที่อยู่ในระบบไหลเวียนจะอยู่ในสภาพ unbound acid และ amide เข้าสู่เนื้อเยื่อต่าง ๆ โดย passive diffusion แต่มีบางเนื้อเยื่อที่มีการขนส่งแบบ facilitated diffusion สำหรับการขนส่งไปที่สมองจะเป็นแบบ energy-dependent transport system ที่เซลล์สมองจะมีการขนส่ง nicotinamide ได้ดีเป็นพิเศษ เมื่อไนอาซินเข้าสู่เซลล์ของเนื้อเยื่อในร่างกายแล้วจะเปลี่ยนไปเป็น NAD(H) และ NADP(H) ส่วนใหญ่พบในสภาพ NAD(H) และ NAD+ มากกว่าและถ้าเป็น NADP+ ก็จะอยู่ในสภาพ NADPH เป็นส่วนใหญ่ดังตาราง เมแทบอลิสม (Metabolism) การสังเคราะห์ไนอาซินจาก tryptophan สามารถเกิดขึ้นได้ในร่างกายและในสัตว์ทุกชนิด ขั้นตอนที่สำคัญในขบวนการสังเคราะห์นี้อยู่ที่การเกิด oxidative cleavage ของ tryptophan pyrrole ring ด้วยเอนไซม์ tryptophan pyrrolase และได้สาร N-formyl kynurenine จากนั้นก็จะเกิดปฏิกิริยาอีกหลายขั้นตอนจนสุดท้ายได้กรดนิโคตินิก และเปลี่ยนไปเป็น NAD+ ด้วย NAD+ synthetase ในการเปลี่ยน tryptophan ไปเป็น NAD+ เป็นขบวนการที่ต้องใช้ tryptophan 60 มิลลิกรัมจึงจะเปลี่ยนไปเป็นกรดนิโคตินิกได้ 1 มิลลิกรัม จึงมีการเสนอแนะว่าการรับประทานอาหารตามปกติร่างกายสามารถสังเคราะห์ไนอาซินได้เพียงพอกับความต้องการได้ จะเห็นว่า pyridoxine หรือวิตามินบีหก ทำหน้าที่สำคัญ ๆ ในปฏิกิริยาถึง 4 ขั้นตอนของเอนไซม์ pyridoxal phosphate-dependent enzymes คือ transaminase และ kynureninase ดังนั้นถ้ามีการขาด pyridoxine จะมีผลทำให้ปฏิกิริยาต่าง ๆ ดังกล่าวมาแล้วเกิดได้ไม่ดี คือจะทำให้ได้ 3-hydroxyanthranilic acid ที่จะเปลี่ยนไปเป็น nicotinic acid ได้ลดน้อยลง และทำให้มีสาร intermediate ตอนต้น ๆ ของปฏิกิริยาขับออกมามากทางปัสสาวะ อีกประการหนึ่งการขาดสังกะสีก็จะทำให้การเปลี่ยน tryptophan ไปเป็นกรดนิโคตินิกได้ไม่ดีด้วย ทั้งนี้เพราะสังกะสีเป็นโคแฟคเตอร์ของ pyridoxal phosphate ที่ใช้ในปฏิกิริยาดังกล่าว สารสุดท้ายของการสลาย pyridine nucleotide คือ 1-methyl nicotinamide ซึ่งจะถูกอ๊อกซิไดส์ต่อไปได้สารอีกหลายชนิดที่ละลายน้ำได้ดีและขับออกทางปัสสาวะ เช่น 1-methyl-6-pyridone 3-carboxamide ส่วนกรดนิโคตินิกและ nicotinamide จะขับถ่ายออกมาในปัสสาวะปริมาณเล็กน้อยเท่านั้น ไนอาซินมีหน้าที่สำคัญ ๆ ในร่างกายหลายประการคือ

1. Coenzyme functions: Nicotinamide เป็นส่วนประกอบของโคเอนไซม์ 2 ชนิด ที่ทำหน้าที่ขนส่ง hydrogen คือ NAD+ และ NADP+ โคเอนไซม์ทั้ง 2 ชนิดนี้จะไปรวมกับ apoenzyme เป็นเอนไซม์ dehydrogenase ประมาณ 200 ชนิด เอนไซม์ดังกล่าวนี้มีความสำคัญและจำเป็นในการทำหน้าที่เกี่ยวกับเมตาบอลิสมของคาร์โบไฮเดรต กรดไขมัน และกรดอะมิโนที่เกิดขึ้นภายในเซลล์ NAD+ และ NADP+ จะรับ H จาก substrate แล้วส่งต่อไปให้ acceptor โดย H ที่มาจับนั้นเป็น hydride ion (H-) ซึ่งจะทำหน้าที่เป็นตัวพา 2 อิเลคตรอน ในการทำหน้าที่นี้จะเห็นได้ว่าส่วนสำคัญอยู่ที่ nicotinamide ring ในขณะที่อยู่ในภาวะออกซิไดส์จะมีประจุบวก (+) และเมื่อรับมา 2H จาก substrate ก็จะอยู่ในสภาพรีดิวซ์

2. Metabolic roles : ทั้ง NAD (H) และ NADP (H) มีความคล้ายคลึงกันในด้านสูตรโครงสร้าง แต่ทั้ง 2 ชนิดมีความแตกต่างกันในบทบาทของการทำหน้าที่ร่วมกับเอนไซม์ dehydrogenase ซึ่งมีความจำเพาะเฉพาะตัวจะเห็นได้จากปฏิกิริยาที่มีการใช้ NAD (H) ในสภาพของออกซิไดส์ (NAD+) จะทำหน้าที่เป็นตัวรับ H แล้วเปลี่ยนไปเป็น NADH จากนั้นจะส่งต่อ H ไปยัง respiratory chain ในไมโตคอนเดรีย เพื่อผลิต ATP ให้แก่เซลล์ ส่วน NADP+ จะทำหน้าที่เป็น co-dehydrogenase ในปฏิกิริยาออกซิเดชั่นที่เกี่ยวกับพลังงานของร่างกาย และ NADP (H) ส่วนใหญ่จะใช้ NADPH เป็น reducing equivalents ในปฏิกิริยาในการสังเคราะห์สารในร่างกาย เช่น การสังเคราะห์กรดไขมัน และ steroids นอกจากนี้ NADP+ ยังเป็น co-dehydrogenase ที่ใช้ในปฏิกิริยาออกซิเดชั่นของ glucose-6-phosphate ใน pentose phosphate pathway อีกด้วย

3. In glucose toterance factor : จากการศึกษาในยีสต์พบว่ามีสารชนิดหนึ่งที่มีไนอาซินเป็นส่วนประกอบและมีธาตุโครเมียมด้วย เรียกว่า chromium containing “glucose tolerance factor” ซึ่งสารชนิดนี้ช่วยทำให้มีการตอบสนองต่อฮอร์โมน insulin ได้ดี

Source and Absorption of Niacin

แหล่งกำเนิด (Sources)

ทั้งกรดนิโคตินิกและนิโคตินาไมด์นี้ ส่วนใหญ่ได้จากการสังเคราะห์ สำหรับในอาหารพบว่ามีไวตามินนี้มากในยีสต์ รำข้าว ถั่วต่าง ๆ พบมากในผลิตภัณฑ์จากสัตว์ เช่น เนื้อหมู, เนื้อวัว, ปลา, ไก่, นม, และไข่ เป็นต้น วิตามินนี้ละลายได้ค่อนข้างดีในน้ำร้อน, ไม่ละลายในน้ำเย็น, มีความทนต่อทุกสภาวะ อาทิเช่น ความเป็นด่าง, ความร้อน, แสงสว่าง และปฏิกิริยาออกซิเดชัน เป็นต้น ร่างกายสามารถสังเคราะห์ไนอาซินจาก tryptophan ได้ โดยปกติถ้าร่างกายได้รับอาหารที่มี tryptophan ตามต้องการและร่างกายมีเมตาบอลิสมตามปกติ ก็ถือว่าร่างกายได้รับไนอาซินเพียงพอไปด้วย เหตุนี้เองการบอกคุณค่าหรือปริมาณไนอาซินในอาหารจึงมักบอกเป็นค่าของ niacin equivalent (NE) ในคนปกติ tryptophan 60 มิลลิกรัม จะเปลี่ยนไปเป็นกรดนิโคตินิกได้ 1 มิลลิกรัม ดังนั้น NE ของอาหารจะมีค่าเท่ากับ 1 มิลลิกรัม หรือ 60 มิลลิกรัมของ tryptophan ที่มีในอาหาร

การดูดซึม (Absorption)

เมื่อรับประทานวิตามินนี้ในรูปกรดนิโคทินิกหรือนิโคทินาไมด์จะถูกเปลี่ยนให้อยู่ในรูปของนิโคทินาไมด์ทั้งหมด และถูกดูดซึมเข้าสู่ร่างกายที่ลำไส้เล็กส่วนต้นโดยกระบวนการที่ไม่ต้องใช้พลังงาน จากนั้นจะถูกขนส่งไปทั่วร่างกายในกระแสเลือด และเก็บสะสมไว้ที่ตับ, หัวใจ และกล้ามเนื้อ ในปริมาณที่ไม่มากนัก ต้นตอของไนอาซินจากอาหารจะพบว่าส่วนใหญ่อยู่ในสภาพของ preformed niacin, NADH และ NADPH ซึ่งจะถูกสลายด้วยเอนไซม์ pyrophosphatase ใน lumen ของลำไส้เล็กได้เป็น nicotinamide ribonucleotide และ riboside แล้วถูกดูดซึมที่กระเพาะและลำไส้อย่างรวดเร็ว ถ้าระดับของไนอาซินต่ำ ๆ จะมีการดูดซึมแบบ Na+-dependent facilitated diffusion process และในทางตรงกันข้ามถ้ามีไนอาซินปริมาณสูง ๆ ก็จะมีการดูดซึมแบบ passive diffusion เมื่อร่างกายได้รับไนอาซินปริมาณสูง เช่น ครั้งละ 3 กรัม จะพบว่ามีการขับออกทางปัสสาวะถึง 85% นอกจากนั้นยังพบว่ากรดนิโคตินิกในรูป ester จะอยู่ในกระแสเลือดได้นานกว่าชนิดอื่น ๆ