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Departamento de Biomedicina da Faculdade de Medicina do Porto
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 oxidado 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 tetrahidropteroicoligado 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 mediado (simporte com protão.)
n H2O
n moléculas de glutamato
Folil-monoglutamatos
H+n glutamaton ATPn 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-monoglutamatosFolil-poliglutamatos
3
No plasma sanguíneo, a forma predominante é o N5-metil-H4-folato (monoglutamato) que nãoé 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
monoglutamatoH4-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-folatoN10-formil-H4-folato
NADPH ou NADH
NADP+ ou NAD+
desidrogénase do
metileno-H4-folato
redútase do
metileno-H4-folato NADPH
NADP+
H2O
ciclohidrólasedesamínase
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=OH
H4-folato
N5 N10
CH3H
H4-folato
N5 N10
HC=NH H5
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
CHH4-folato
N5 N10
HC=O
H4-folato
N5 N10
CH3
NADPH ou NADH
NADP+ ou NAD+
NADPH
NADP+
H2O
NAD+
NADHCO2 + 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
metioninabetaína-homocisteína
metil-transférase
H4-folato
N5 N10
H H
H4-folato
N5 N10
H H
A serina gera glicina e a glicina sofre desaminação oxidativa. 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-folatoN10-formil-H4-folato
H2O
ciclohidrólasedesamínase
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
megaloblastosnormoblastos
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
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A vitamina B12 também é designada por cobalamina de que existem vários vitâmeros. A sua estrutura química é muito complexa contendo um ião 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 cianocobalamina é a forma que está presente nas preparações farmacêuticas.
12A vitamina B12 está ausente nos vegetais. É produzida por microorganismos e existe na carne, peixe, ovos e mariscos.
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 R 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 principalpepsina
proteínas
B12Proteínas R
Proteína R – B12
Proteínas R digeridas
B12
Fator intrínseco – B12
cubilina
Fator intrínseco – B12Fator intrínseco hidrolisado
B12
endossoma
transcobalamina -B12
transcobalamina
Enterócito do íleo
13
sangue
Embora os vegetarianos estritos (“vegan”) 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-cobalaminaque 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.
PropionatoIsoleucinaValinaMetioninaTreoninaÁcidos gordos de cadeia ímpar
propionil-CoA
CO2
ATP
ADP + PiD-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-AAsramificados)
α-cetoácido Y (oxalacetato, piruvato, hidroxipiruvato, p-hidroxifenilpiruvato, α-cetoácidos ramificados)
α-cetoácido X (αααα-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 αααα-cetoácidos Y
formando-se o αααα-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)…
HH
H4-folato
N5 N10serina
glicina
NAD+
NADHCO2 + NH3
H4-folato
N5 N10
CH2
HH
H4-folato
N5 N10
HMT da serinaEnzima 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
serinahomocisteína
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, ocorreu 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 metabolizados 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
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Bibliografia
23