Folatos, cido pteroico Os folatos presentes nos alimentos naturais - - PowerPoint PPT Presentation

Departamento de Bioquímica da Faculdade de Medicina do Porto

ruifonte@med.up.pt

Folatos, vitamina B12 e vitamina B6

Folatos é a designação atribuída a um conjunto de vitâmeros* que incluem na sua estrutura o ácido pteroico (ou tetrahidropteroico) ligado a um resíduo de glutamato ou a uma cadeia (<10) de resíduos de glutamato ligados entre si por ligações amida envolvendo o carboxilo em C5 (folil-poliglutamatos).

ácido pteroico O vitâmero que é usado como suplemento dietético é quimicamente mais estável e é (impropriamente) designado por “ácido fólico”. Tem apenas um resíduo de glutamato e o resíduo de ácido pteroico está mais

• xidado que nos folatos dos alimentos naturais.

Os folatos presentes nos alimentos naturais (espinafres, bróculos, cogumelos, fígado, etc.) contêm vários (geralmente 5 a 8) resíduos de glutamato e, em vez de ácido pteroico contém o ácido tetrahidropteroico (este resíduo contém mais 4 hidrogénios que o ácido pteroico) ácido tetrahidropteroico ligado a uma cadeia de poliglutamato No organismo dos mamíferos as formas que existem dentro das células e são metabolicamente ativas são (1) reduzidas (tetrahidrofolatos; H4-folatos) e (2) são folil-poliglutamatos. As formas monoglutamadas (folil- monoglutamatos) atravessam membranas e existem no plasma.

*Vitâmeros são compostos distintos que, administrados a um ser vivo, têm a mesma atividade vitamínica; podem, na maioria dos casos, substituir-se uns aos outros.

2

A absorção dos folatos naturais implica a hidrólise prévia da cadeia de poliglutamato que ocorre por ação de hidrólases da bordadura em escova. Os folil-monoglutamatos formados são maioritariamente absorvidos para o interior dos enterócitos por transporte ativo dependente do protão.

n H2O

n moléculas de glutamato Folil-monoglutamatos

H+

n glutamato n ATP n ADP + n Pi sintétase de folil-poliglutamato N5-metil-H4-folato (poliglutamato)

Nos enterócitos, a primeira reação é a adição de resíduos de glutamato (sintétase de folil- poliglutamato) e a consequente formação de folil-poliglutamatos. As formas oxidadas são reduzidas pela ação da redútase do dihidrofolato. Depois ocorre a adição de unidades monocarbonadas que levam à formação de compostos como o N5-metil-H4-folato.

N5-metil-H4-folato

(monoglutamato)

Após hidrólise da cadeia de glutamatos o N5-metil-H4-folato (monoglutamato) sai (no polo basal dos enterócitos) para a veia porta por transporte mediado.

1) redução do ácido fólico poliglutamado pelo NADPH (formação de H4-folatos) 2) adição de unidades monocarbonadas n H2O n glutamato

Folil-poliglutamatos Folil-monoglutamatos Folil-poliglutamatos

3

No plasma sanguíneo, a forma predominante é o N5-metil-H4-folato (monoglutamato) que não é substrato da sintétase de folil-poliglutamato. O N5-metil-H4-folato (monoglutamato) que entra para as células do organismo (1º) sofre desmetilação por ação da síntase da metionina seguida de (2º) adição de glutamatos. A adição de glutamatos torna os folatos melhores substratos das enzimas com que interagem.

H H H4-folato N5 N10

monoglutamato

H4-folato N5 N10 H H

homocisteína metionina n glutamato n ATP n ADP + n Pi síntase da metionina (vit B12) sintétase de folil-poliglutamato

A síntase da metionina é a única enzima capaz de converter o N5-metil-H4- folato (quer a forma

monoglutamato quer a poliglutamato) e tem como

grupo prostético a cobalamina (B12).

H H H4-folato N5 N10

mono e poli…

homocisteína metionina

Quando há défice de vit. B12 dá-se a “armadilha dos folatos”. “Todo” o folato do organismo fica na forma de N5-metil-H4- folato e deixa de cumprir os seus papeis metabólicos. Funcionalmente há um défice de folatos.

↓

↑

vit B12

H4-folato N5 N10 CH3

monoglutamato

H H4-folato N5 N10 CH3

mono e poli…

H H4-folato N5 N10 CH3

monoglutamato

H 4

Dentro das células existem múltiplas formas de folatos (praticamente todas poliglutamatos) que se distinguem entre si pelo tipo de unidade monocarbonada ligada ao azoto N5, ao azoto N10 ou a ambos. As mais abundantes são o N5- metil-H4-folato, o N10-formil-H4-folato e o H4- folato . N5 N10

H4-folato N5 N10 CH2 H4-folato N5 N10 CH

n.o. do C = +2

N5-metil-H4-folato; n.o. do C= -2 N5,N10-metileno-H4-folato; n.o. do C= 0 N5,N10-metenilo-H4-folato N5-formimino-H4-folato N10-formil-H4-folato NADPH ou NADH NADP+ ou NAD+

desidrogénase do metileno-H4-folato redútase do metileno-H4-folato

NADPH NADP+

H2O

ciclohidrólase desamínase

NH4

+

As diferentes formas podem converter-se umas nas outras, mas (1) a redução do N5,N10-metileno- H4-folato a N5-metil-H4-folato e (2) a desaminação do N5-formimino- H4-folato a N5,N10-metenilo-H4- folato são fisiologicamente irreversíveis.

H4-folato N5 N10 H H H4-folato N5 N10 HC=O H H4-folato N5 N10 CH3 H H4-folato N5 N10 HC=NH H 5

O H4-folato é aceitador de unidades monocarbonadas no decurso dos metabolismos da serina, glicina e colina formando N5,N10-metileno-H4-folato.

H4-folato N5 N10 CH2 H4-folato N5 N10 CH H4-folato N5 N10 HC=O H4-folato N5 N10 CH3 NADPH ou NADH NADP+ ou NAD+ NADPH NADP+ H2O NAD+ NADH CO2 + NH3

Hidroximetiltransférase da serina Enzima de clivagem da glicina serina glicina

H4-folato N5 N10 H H H4-folato N5 N10 H H

colina betaína dimetil-glicina sarcosina O2 H2O2 NAD+ NADH

homocisteína metionina

betaína-homocisteína metil-transférase

H4-folato N5 N10 H H H4-folato N5 N10 H H

A serina gera glicina e a glicina sofre desaminação

• xidativa. Ambas as

reações levam à formação de N5,N10-metileno-H4- folato. Um dos três grupos metilo presentes na colina participa na regeneração de metionina; os outros dois levam à formação de glicina e N5,N10-metileno-H4-folato.

6

O H4-folato também é aceitador de unidades monocarbonadas no decurso do metabolismo da histidina e também participa na conversão do formato formado na síntese de colesterol e no catabolismo do metanol e do triptofano.

H4-folato N5 N10 CH2 H4-folato N5 N10 CH H4-folato N5 N10 HC=O H4-folato N5 N10 CH3 H4-folato N5 N10 HC=NH

N5,N10-metenilo-H4-folato N5-formimino-H4-folato N10-formil-H4-folato

H2O

ciclohidrólase desamínase

NH4

+

NADPH ou NADH NADP+ ou NAD+ NADPH NADP+

histidina urocanato FIGLU glutamato

H4-folato N5 N10 H H NH4

+

H2O H2O

metanol metanal formato triptofano cinurenina lanosterol colesterol

H4-folato N5 N10 H H

ATP ADP + Pi Sintétase do N10-formil-H4-folato Formiminotransférase do glutamato

7

O N10-formil-H4 folato é o dador de unidades monocarbonadas a intermediários da via metabólica de síntese de novo das purinas. PRPP 5-fosforibosilamina GAR

(glicinamida-fosforibosilo)

FGAR

(formilglicinamidina-fosforibosilo)

AICAR

(amino-imidazol-carboxamida-fosforibosilo)

FAICAR

(formamido-imidazol-carboxamida- fosforibosilo)

IMP

H4-folato N5 N10 HC=O H4-folato N5 N10 HC=O H4-folato N5 N10 H H H4-folato N5 N10 H H

Os carbonos 2 e 8 do anel purina provém do N10- formil-H4-folato.

8

O N5,N10-metileno-H4 folato é o dador de uma unidade monocarbonada ao 2’-desoxiuridilato na ação catalítica da síntase do timidilato . A síntese de TMP ocorre durante a fase S do ciclo

• celular. O TMP é o precursor do TTP, um dos substratos das polimérases de DNA.

Uma das possíveis consequências do défice de folatos é a anemia megaloblástica que se caracteriza pela presença no sangue e na medula óssea de eritrócitos imaturos e de grande tamanho (megaloblastos).

Ciclo do dihidrofolato

megaloblastos normoblastos O aparecimento de megaloblastos pode ser explicada pelo papel do N5,N10-metileno-H4-folato na síntese de TTP (timidino-trifosfato) e do DNA. No défice de folatos a síntese e a reparação do DNA está prejudicada enquanto que a síntese de RNA e proteínas é menos comprometida. As células precursoras dos eritrócitos crescem de tamanho mas a divisão celular fica prejudicada.

9

A suplementação com folato nas mulheres na altura da conceção faz diminuir a incidência de defeitos do encerramento do tubo neural nos embriões. A causa deste efeito dos folatos é desconhecida, mas poderá estar relacionada com a necessidade aumentada de folato nas células em rápida multiplicação (como é o caso das células do tubo neural do embrião). O deficit de folatos pode provocar hiper-homocisteinemia, um sinal estatisticamente associado ao desenvolvimento precoce de aterosclerose. A razão da homocisteinemia ↑ está relacionada com a diminuição da “salvação da metionina” pela síntase da metionina.

H H H4-folato N5 N10

mono e poli…

H4-folato N5 N10 CH3

mono e poli…

metionina

S-adenosil-metionina S-adenosil-homocisteína

[homocisteína] ↑

Síntase da metionina

10

Os folatos são degradados por clivagem oxidativa do resíduo de ácido tetrahidropteroico do folil-poliglutamato, seguido da libertação (hidrólise) de glutamatos e acetilação. O produto N- acetil-aminobenzoilglutamato é excretado na urina. H4-folato

(poliglutamato)

pteridina aminobenzoil-

poliglutamato n-1 H2O

n-1 moléculas de glutamato

aminobenzoil-

glutamato

N-acetil- aminobenzoil- glutamato acetil-CoA CoA

11

A vitamina B12 também é designada por cobalamina de que existem vários vitâmeros. A sua estrutura química é muito complexa contendo um átomo de cobalto hexavalente que está no centro de um anel tetrapirrólico de corrina e que também está ligado a um azoto do anel dimetil-benzimidazol.

Os diferentes vitâmeros da vitamina B12, distinguem- se pelos diferentes grupos químicos que se ligam na sexta valência do cobalto. Exemplos: R=

• CH3

⇒ metil-cobalamina 5’-desoxiadenosina ⇒ desoxiadenosil-cobalamina

• OH ⇒ hidroxi-cobalamina
• N=C

⇒ ciano-cobalamina dimetil- benzimidazol corrina No plasma sanguíneo a forma predominante é a metil-cobalamina e nas células (a forma de reserva) é a 5’-desoxiadenosil-cobalamina. A vitamina B12 está ausente em vegetais. É produzida por microorganismos e existe na carne, peixe, ovos e mariscos.

12

Desde o estômago até ao sangue, a vitamina B12 interage com diferentes proteínas. Desliga-se das proteínas a que está ligada nos alimentos (por ação do pH ácido e da pepsina), para se ligar a proteínas R (haptocorrinas). No duodeno, desliga-se das proteínas para se ligar ao fator intrínseco (uma proteína essencial para absorção). No plasma viaja ligada à transcobalamina.

B12-proteínas

célula parietal H+

Fator intrínseco

célula principal

pepsina

proteínas

B12 Proteínas R Proteína R – B12 Proteínas R digeridas B12 Fator intrínseco – B12 cubilina Fator intrínseco – B12 Fator intrínseco hidrolisado B12

endossoma

transcobalamina -B12 transcobalamina

Enterócito do íleo

13

Embora os vegetarianos estritos possam ter défice de vitamina B12 de causa dietética,

na maior parte dos casos, a causa dos défices de vitamina B12 está relacionada com alterações no processo que permite a sua absorção a partir de alimentos naturais.

São causas possíveis de défice de vitamina B12: 1-aclorídria inflamatória ou uso crónico de inibidores da bomba de protões. 2-receção cirúrgica do estômago As reservas de vitamina B12 estão maioritariamente no fígado e, porque a sua eliminação (urinária e biliar) é muito lenta, o organismo pode manter-se saudável durante anos após a interrupção da absorção de vitamina B12.

14

3-anemia perniciosa (doença auto imune com destruição das células parietais em que há anticorpos contra o fator intrínseco).

15

As manifestações de défice de vitamina B12 são:

1- Anemia megaloblástica causada por défice secundário de folatos (“armadilha dos folatos”). 2- Degenerescência subaguda combinada = desmielinização axonal com neuropatia irreversível que pode incluir demência grave. O mecanismo é desconhecido. Porque a administração de ácido fólico trata e previne eficazmente a anemia megaloblástica pode mascarar um défice de vitamina B12 e a consequente desmielinização axonal. Na ausência de anemia o défice de vitamina B12 pode ser mais difícil de diagnosticar.

desmielinização

A cobalamina é o grupo prostético da síntase da metionina. No processo catalítico a

cobalamina aceita o grupo metilo do N5-metil-H4-folato convertendo-se em metil-cobalamina que é o dador direto do grupo metilo à homocisteína.

H H H4-folato N5 N10

monoglutamato

H4-folato N5 N10 CH3

monoglutamato

homocisteína metionina

↑

vit B12 A síntase de metionina é a única enzima que é capaz de catalisar a conversão do N5-metil-H4- folato em H4-folato. Por isso ocorre a “armadilha dos folatos” e, consequentemente, anemia megaloblástica.

O défice de vit. B12 provoca secundariamente défice de folatos porque o N5-metil-H4-folato que entra nas células (forma monoglutamato) vindo do plasma não é desmetilado. Sem H4-folato (desmetilado) não ocorre a adição de glutamatos. O N5-metil-H4-folato não se mantêm dentro da célula e há eliminação aumentada.

2’-dUMP

TMP

↓

H4-folato N5 N10 CH2 ↓ H H

H2-folato

N5 N10

↓

Síntase da metionina

plasma urina

H H H4-folato N5 N10

poliglutamato ↓

n glutamato n ATP n ADP + n Pi Sintétase de folil- poliglutamato serina glicina 16

TTP↓

Para além da síntase da metionina só existe uma outra enzima que tem como grupo prostético a vitamina B12 (o vitâmero 5’-desoxiadenosil-cobalamina), a mútase da L-metil-malonil-CoA. Propionato Isoleucina Valina Metionina Treonina Ácidos gordos de cadeia ímpar propionil-CoA

CO2

ATP ADP + Pi

D-metil-malonil-CoA L-metil-malonil-CoA mútase da L-metil- malonil-CoA succinil-CoA

cobalamina 5’-desoxiadenosil- cobalamina

5’-desoxiadenosil- cobalamina

mútase da L-metil-malonil-CoA

ATP

trifosfato

apoenzima 5’-desoxiadenosil- transférase Quando há défice de vitamina B12 há ↑ ↑ ↑ ↑ de metil-malonil-CoA nas células e ↑ do ácido metil- malónico no sangue e na urina que denuncia diminuição da atividade da mútase de L-metil- malonil-CoA. O mesmo acontece quando há défice congénito desta mútase, mas só no caso do défice de vitamina B12 é que há degenerescência subaguda combinada .

H2O CoA

Ácido metil-malónico

3 Pi

H2O

NADPH NADP+

17

Os vitâmeros da vitamina B6 são absorvidos no intestino na forma desfosforilada. =O

• NH2
• OH

Pi H2O Dentro das células uma cínase fosforila a piridoxina, o piridoxal e a piridoxamina formando os derivados fosforilados. A forma ativa é o piridoxal-fosfato (PLP). A formação do PLP a partir de piridoxamina-P e piridoxina-P é catalisada pela oxídase da piridox(am)ina-fosfato. =O

• NH2
• OH

OH

piridoxina piridoxal piridoxamina

cínase + ATP

→

ADP + PLP

piridoxina-P piridoxamina-P

O2 H2O2 O2 NH4

+

H2O2

Oxídase da piridox(am)ina- fosfato Oxídase da piridox(am)ina- fosfato

ácido piridóxico

No catabolismo forma-se ácido piridóxico que é eliminado no rim. NH2 ALP

18

Cerca de 100 enzimas têm como grupo prostético o PLP (piridoxal-fosfato); a maioria envolvidas no metabolismo dos aminoácidos mas…

Glicogénio (n) Glicogénio (n-1) Pi

Glicose-1-P

Cerca de 80% do PLP do organismo está ligado às fosforílases de glicogénio hepático e muscular. α-aminoácido X (glutamato) α-aminoácido Y (aspartato, alanina, serina, tirosina, α-AAs ramificados) α-cetoácido Y (oxalacetato, piruvato, hidroxipiruvato, p-hidroxifenilpiruvato, α- cetoácidos ramificados) α-cetoácido X (α α α α-cetoglutarato) As enzimas mais conhecidas que têm como grupo prostético o PLP são as transamínases: Há muitas transamínases. Catalisam reações, geralmente fisiologicamente reversíveis, em que um dos substratos é (quase) sempre o glutamato que é dador do grupo amina a α α α α-cetoácidos Y formando-se o α α α α-aminoácido Y correspondente…

19

Para além das transamínases (da alanina, do aspartato, dos aminoácidos ramificados, etc.) o PLP também é o grupo prostético das descarboxílases dos L-aminoácidos, da enzima de clivagem da glicina, da hidroxi-metil-transférase da serina, da síntase da cistationina, da síntase do ácido δ- aminolevulínico (ALA)…

H H

H4-folato

N5 N10

serina glicina

NAD+ NADH CO2 + NH3

H4-folato

N5 N10 CH2 H H

H4-folato

N5 N10

HMT da serina Enzima de clivagem da glicina histidina glutamato 5-hidroxitriptofano L-dopa histamina GABA serotonina dopamina CO2 glicina ácido δ-amino- levulínico (ALA) heme Des- carboxílases

succinil-CoA CoA + CO2

metionina cistationina serina homocisteína Alguns aminoácidos ou seus derivados são neurotransmissores...

20

(1956) Pub Healf Rep 71: 445

1) A importância da vitamina B6 na dieta ficou claramente demonstrada quando, em 1953,

• correu nos EUA uma epidemia de convulsões em

bebés alimentados exclusivamente com uma determinada marca de “leite de substituição”. A fórmula não continha vit. B6. O deficit dietético de vit.B6 é raríssimo porque esta vit. existe em quase todos os alimentos naturais (os vegetais contêm piridoxina e os animais piridoxamina-P e PLP). 2) O deficit de vit. B6 também pode ocorrer em doentes (com tuberculose) tratados com isoniazida. A isoniazida reage (reação não enzímica) com o PLP causando a sua depleção… Outras causas (raras) de défice de vit. B6: 3) Défice congénito de fosfátase alcalina (ALP) ⇒ o PLP que viaja no plasma não é desfosforilado… e só a forma desfosforilada pode penetrar nas células. PLP Piridoxal + Pi

célula

O2 H2O2 4) Défice de oxídase da piridox(am)ina-fosfato ⇒ a piridoxina-P e a piridoxamina-P não podem ser convertidas na forma ativa (PLP)

21

Porque é que um dos possíveis sintomas do deficit de vit. B6 são convulsões? Relação com alterações nas concentrações intracerebrais de neurotransmissores formados ou catabolizados pelas enzimas “dependentes” do PLP… Às vezes o défice de vit. B6 manifesta-se como um neuropatia periférica (perda de sensibilidade), mas não se sabe porquê. Mutações no gene da síntase do ALA provocam uma anemia microcítica e hipocrómica (devido a alteração na síntese de heme da hemoglobina) que reverte com doses elevadas de vit. B6. glicina ácido δ-amino- levulínico (ALA Heme (grupo

prostético da hemoglobina) succinil-CoA CoA + CO2

síntase do ALA (PLP)

22

Stipanuk, M. H. & Caudill, M. A. (2013) Biochemical, Physiological, Molecular Aspects of Human Nutrition, 3rd edn, Sunders, Elsevier., USA. Murray, R. K., Granner, D. K., Mayes, P. A. & Rodwell, V. W. (2012) Harper's Illustrated Biochemistry, 29th edn, Lange, New York. Lamarre, S. G., Morrow, G., Macmillan, L., Brosnan, M. E. & Brosnan, J. T. (2013) Formate: an essential metabolite, a biomarker, or more?, Clin Chem Lab Med. 51, 571-8. Nelson, E. M. (1956) Association of vitamin B6 deficiency with convulsions in infants, Public Health Rep. 71, 445-8. Clayton, P. T. (2006) B6-responsive disorders: a model of vitamin dependency, J Inherit Metab

• Dis. 29, 317-26.

Mackey, A. D., Davis, S. R. & Gregory, J. F. (2006) Vitamin B6 in Modern Nutrition in Health and Disease (Shils, M. E., ed) pp. 452-461, Lippincott, Phyladelphia. Shane, B. (2006) Folic acid, vitamine B12 and vitamine B6 in Biochemical, Physiological, Molecular Aspects of Human Nutrition (Stipanuk, M. H., ed) pp. 693-732, Sunders, Elsevier, St. Louis. Bibliografia

23