Universidade Federal de Pelotas Centro de Ciências Químicas, Farmacêuticas e de Alimentos Curso de Química Forense Disciplina de Bioquímica I
Vitaminas
Discente: Jessica Martins Docente: Massako Dourado
Pelotas, 23 de Abril de 2015.
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Índice Introdução................................ Introdução...................................................... ............................................ ............................................ ...........................................3 .....................3 Revisão Bibliográfica................................... Bibliográfica......................................................... ............................................ ............................................ ......................44 1. Vitaminas Hidrossolúveis............................ Hidrossolúveis.................................................. ............................................ .................................5 ...........5 1.1.Tiamina – Vitamina B1........................................ B1.............................................................. ........................................7 ..................7 1.2. Riboflavina – Vitamina B2......................................... B2............................................................... ................................8 ..........8 1.3. Niacina – Vitamina B3....................................... B3............................................................. ........................................10 ..................10 1.4.Ácido pantotênico – Vitamina B5.......................................... B5...............................................................1 .....................133 1.5. Piridoxina – Vitamina B6......................................... B6............................................................... ................................. ........... 15 1.6. Biotina – Vitamina B7...................................... B7............................................................ ......................................... ................... 17 1.7. Ácido fólico – Vitamina B9.......................................... B9................................................................ ..............................18 ........18 1.8. Cobalamina – Vitamina B12....................................... B12............................................................. ................................20 ..........20 1.9. Ácido ascórbico – Vitamina C.......................................... C................................................................ ...........................23 .....23 2. Vitaminas Lipossolúveis........................ Lipossolúveis.............................................. ............................................ .......................................25 .................25 2.1.Vitamina A.......................................... A................................................................ ............................................ ....................................26 ..............26 2.2.Vitamina D.......................................... D................................................................ ............................................ ....................................29 ..............29 2.3.Vitamina E.......................................... E................................................................ ............................................ ....................................30 ..............30 2.4.Vitamina K.......................................... K................................................................. ............................................. .................................. ............ 32 Referências............................. Referências................................................... ............................................ ............................................ .............................................3 .......................344
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INTRODUÇÃO As vitaminas são nutrientes essenciais que devem ser providos ao organismo através da dieta. São nutrientes importantes para o funcionamento do organismo e protegem-no contra contra diversas doenças. doenças. As necessidades vitamínicas de um indivíduo variam de acordo com fatores como idade, clima, atividade que desenvolve e estresse a que é submetido. A quantidade de vitaminas presente nos alimentos também não é constante. Varia de acordo com a estação do ano em que a planta foi cultivada, o tipo de solo ou a forma de cozimento do alimento. A maior parte das vitaminas se altera quando submetida ao calor, à luz, ao passar pela água ou quando na presença de certas substâncias conservantes conservantes ou soporíferas. Muitas enzimas requerem componentes químicos não proteicos para sua função, que pode ser uma molécula orgânica denominada de coenzima ou componente inorgânico como íons, tais como Fe 2+, Mg2+, Mn2+ ou Zn2+. Algumas enzimas requerem ambos, uma coenzima e um ou mais íons metálicos para exibirem sua atividade.
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REVISÃO BIBLIOGRÁFICA As vitaminas são compostos orgânicos essenciais para o bom funcionamento de processos fisiológicos do corpo, requeridos em quantidades mínimas para realizar funções celulares especificas. Por não serem sintetizadas pelo ser humano, precisam ser adquiridas de forma exógena, principalmente pela ingestão da maioria dos alimentos, onde são encontrados em pequenas quantidades. Um conjunto de diversas vitaminas é denominado complexo vitamínico, que são amplamente utilizados em tratamentos nutricionais. A deficiência ou o excesso de vitaminas causam disfunções metabólicas. A hipovitaminose é a carência parcial de vitaminas; a avitaminose é a carência extrema ou total de vitaminas; e a hipervitaminose é o excesso de ingestão de vitaminas. As vitaminas podem ser sintetizadas a partir das provitaminas, as quais são substâncias inativas, presentes nos alimentos, que o organismo é capaz de converter em vitaminas ativas. Como exemplo, temos os carotenos (provitamina A) e esteróis (provitamina D). São substâncias extremamente frágeis, podendo ser destruídas pelo calor, ácidos, luz e certos metais; e suas principais funções envolvem dois mecanismos importantes: o de coenzima e o de antioxidante. Como antioxidante, atua na neutralização de radicais livres. As coenzimas são substâncias necessárias para o funcionamento de certas enzimas, as quais catalisam reações no organismo. As coenzimas são cofatores orgânicos que funcionam como transportadoras transitórias de alguns grupos funcionais específicos derivados do substrato. Muitas vitaminas são precursoras das coenzimas. Uma coenzima, assim como um cofator inorgânico (íons metálicos), que está covalentemente ligada à parte proteica da enzima é chamada de grupo prostético. As vitaminas não produzem energia, mas são catalisadoras de reações bioquímicas que provocam liberação de energia. Portanto, facilitam a transformação dos substratos através das vias metabólicas.
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Com base na solubilidade nos lipídios e nos solventes orgânicos ou em água, assim como em duas funções no metabolismo, as vitaminas são classificadas em dois grupos, as hidrossolúveis e as lipossolúveis. As hidrossolúveis funcionam como coenzimas e as lipossolúveis compreendem as vitaminas A, D, E e K, e não atuam como componentes das coenzimas.
Esquema 1 – Classificação das vitaminas quanto à solubilidade e funções metabólicas
(SERAFIN, C. Vitaminas. Disponível em:
. Acesso em: 21/03/15)
1. Vitaminas Hidrossolúveis São as vitaminas solúveis em água, apresentando menos problemas de absorção e transporte. O grau de solubilidade é variável e tem influência no seu trajeto através do organismo. Muitas das vitaminas hidrossolúveis são precursoras de coenzimas pra as enzimas do metabolismo intermediário, o período após a ingestão de alimentos. Fazem parte deste grupo as vitaminas do complexo B e a vitamina C, portanto, incluem-se as vitaminas B essenciais na nutrição humana: tiamina (B1), riboflavina 5
(B2), niacina (ácido nicotínico, nicotinamida, B3), pantotânico (B5) Vitamina B6 (pirodixina, pirodoxal, pirodoxamina), biotina (vitamina B7), vitamina B12 (cobalamina) e ácido fólico (vitamina B9). As vitaminas do complexo B funcionam principalmente como coenzimas no metabolismo celular. Já a vitamina C é um agente estrutural vital e antioxidante. Devido à solubilidade em água, essas vitaminas são conduzidas via circulação sistêmica (circulação sanguínea que transporta oxigênio do coração para o resto do corpo), sendo absorvidas pelo intestino e transportadas pelo sistema circulatório para os tecidos onde são utilizadas; são excretadas pelas vias urinárias, e raramente se acumulam em concentrações tóxicas. Geralmente não são armazenadas no organismo – exceto no sentido geral de saturação tecidual e a vitamina cobalamina – o que exige um abastecimento quase diário.
Tabela 1 – Vitaminas hidrossolúveis e suas coenzimas e reações típicas
Vitamina
Coenzima
Reação Típica
Tiamina (B1)
Tiamina pirofosfato
Transferência de aldeídos
Riboflavina (B2) Niacina (B3) Ácido pantotênico (B5) Piridoxina (B6) Biotina (B7 ou B8) Ácido fólico (B9) Cobalamina (B12)
Flavina adenina dinucleotídeo (FAD) Nicotinamida adenina dinucleotídeo (NAD+) Coenzima A Piridoxal fosfato
Óxido-redução Óxido Redução Transferência de acilas Transferência de grupamentos de e para aminoácidos
Complexos biotina-
Carboxilação dependente de ATP
lisina
e transferência de carboxilas
Tetra-hidrofolato
Transferência de unidades com um carbono e síntese de tiamina
5’-Desoxiadenosil
Transferência de metilas e
cobalamina
rearranjos intermoleculares 6
Ácido ascórbico (C)
-
Antioxidante
1.1.Tiamina – vitamina B1 O pirofosfato de tiamina (TPP) é a forma biologicamente ativa da vitamina, a coenzima, formada pela transferência de um grupo pirofosfato do ATP à tiamina (Figura 2). A tiamina consiste em dois anéis, um pirimidínico e outro tiazólico unidos por uma ponte metilênica (Figura 1).
Figura 1 – Fórmula estrutural da tiamina
Figura 2 – Pirofosfato de tiamina, a forma coenzímica ativa. A carne de porco, cereais integrais e legumes são as fontes mais ricas de tiamina. As camadas externas dos grãos são particularmente ricas em tiamina. A vitamina B1 é importante para o metabolismo celular, sistema nervoso e músculos. Melhora a circulação, auxilia na produção de ácido clorídrico, e afeta a capacidade de aprendizado. Atua no metabolismo energético dos açúcares, promovendo a transformação de carboidratos em energia, é necessária para o metabolismo de proteínas e o crescimento muscular, sendo essencial para a tonicidade muscular normal dos intestinos, estômago e coração; além de estar envolvida na formação da hemoglobina - uma proteína encontrada nos glóbulos vermelhos e que transporta oxigênio, fundamental para o adequado trabalho muscular.
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Na forma de tiamina pirofosfato, essa vitamina atua como coenzimas de diversos sistemas enzimáticos, nos quais os grupos aldeídos são transferidos de um doador (substrato) para uma molécula receptora. Em tais reações a tiamina-pirofosfato serve como transportador intermediário do grupo aldeído, que é covalentemente ligado ao anel tiazólico, a parte funcional da tiamina pirofosfato. O pirofosfato de tiamina serve como coenzima na descarboxilação oxidativa dos α-cetoácidos e na formação
ou degradação de α-cetóis pela transcetolase.
A descarboxilação oxidativa é uma reação de óxido-redução, que ocorre por meio de enzimas, em que o grupamento carboxila de alguma substância é retirado da molécula na forma de CO 2. As descarboxilações oxidativas do piruvato e do α-cetoglutarato desempenham um papel chave no metabolismo energético da maioria das células, mas é particularmente importante no sistema nervoso. Na deficiência de tiamina, a atividade destas duas reações de desidrogenação é diminuída, resultando em uma menor produção de ATP e, assim, diminuindo as funções da célula. A avitaminosa da tiamina causa beribéri e encefalopatia de Wernicke-Korsakoff. A primeira tem como sintomas acúmulo de fluidos corporais (inchaço), dores, paralisia, volume aumentado do coração, e em último estágio, morte. Na segunda doença observase apatia, perda da memória e um movimento rítmico dos olhos.
1.2. Riboflavina – vitamina B2 A riboflavina é uma vitamina formada por um açúcar, álcool D-ribitol, ligado à 7,8-dimetil-isoaloxazina (Figura 3). Leite, ovos, fígado e vegetais de folhas verdes são boas fontes de riboflavina.
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Figura 3 – Fórmula estrutural da riboflavina A vitamina B2 é importante para os metabolismos de proteínas, lipídeos, carboidratos e enzimas, promove a transformação de carboidratos em energia, protege o sistema nervoso, é necessária para formação das hemácias, para produção de anticorpos e para o crescimento e a respiração celular; também conserva os tecidos, principalmente os do globo ocular, mantendo a pele e as mucosas saudáveis. São encontradas na natureza quase que exclusivamente como constituinte de duas coenzimas flavínicas, as quais são as formas biologicamente ativas da vitamina, sendo estas a flavina mononucleotídeo (FMN – Figura 4) e a flavina adenina dinucleotídeo (FAD – Figura 5). Essas coenzimas são transportadoras universais de elétrons formadas pela transferência de um AMP do ATP à FMN.
Figura 5 - Flavina-adenina-
Figura 4 - Flavina-mononucleotídeo
dinucleotídeo (FAD)
(FMN) O
composto AMP
é
a adenosina
monofosfato , um nucleosídeo
(um nucleotídeo sem o agrupamento fosfato) de adenina monofosfatado, de baixa energia,
diferentemente
de
seus
compostos
di
e
trifosfatados ADP e ATP respectivamente. Considerando esses dois últimos compostos como as verdadeiras moedas energéticas da célula, o AMP só costuma aparecer em grandes concentrações na célula em situação de extrema baixa energética, em que todas as moléculas de ATP e ADP foram desfosforiladas para a obtenção de energia para funções celulares fundamentais. O AMP também atua como efetor.
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O FMN e o FAD são capazes de aceitar reversivelmente dois átomos de hidrogênio, formando a FMNH 2 ou FADH2 (Figura 6). Elas funcionam como grupos prostéticos ligados fortemente a molécula de desidrogenase conhecida como flavoproteínas, enzimas que catalisam reações de óxido-redução de um substrato. Muitas flavoproteínas contêm um ou mais metais, molibdênio e ferro, como cofatores essenciais responsáveis pela capacidade do resíduo de flavina doar e aceitar elétrons um de cada vez.
Figura 6 – Formas coenzímicas da riboflavina Os sintomas de avitaminose da B2 incluem dermatite, queilose (fissuras nos cantos da boca) e glossite (língua com aspecto liso e avermelhado). A deficiência em riboflavina também se encontra associada a determinadas doenças crônicas, como a diabetes, doenças inflamatórias intestinais e infecções pelo HIV.
1.3. Niacina – Vitamina B3 A niacina, também denominada ácido nicotínico, nicotinamida, vitamina PP ou vitamina B3, é um derivado substituto da piridina. Caracteriza-se por apresentar um núcleo piridínico com um radical carboxílico no carbono-3 (Figura 7).
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Figura 7 – Fórmula estrutural da niacina A niacina é encontrada em grãos não-refinados e enriquecidos, em cereais, leite e carne, especialmente fígado. Quantidades limitadas da vitamina também podem ser obtidas do metabolismo do aminoácido triptofano. A rota é ineficiente por somente cerca de 1mg de ácido nicotínico ser formado a partir de 60mg de triptofano, além de a conversão ocorrer somente quando existe uma abundancia relativa do aminoácido – isto é, após as necessidades para síntese de proteínas e produção de energia terem sido preenchidas. A vitamina B3 está relacionada ao processo de vasodilatação, melhorando a circulação e, portanto, a chegada de nutrientes ao músculo, potencializando o fornecimento de energia e o ganho de massa muscular. É também importante para as funções dos sistemas nervoso e digestivo, para o fígado e a pele, no controle dos níveis sanguíneos de colesterol, e participa na regulação do apetite. Nos humanos, a avitaminose da niacina causa pelagra, uma doença envolvendo a pele, trato gastrintestinal e sistema nervoso central. As formas de coenzima biologicamente ativa desta vitamina são a nicotinamida adenina dinucleotídeo (NAD + - Figura 8) e seu derivado fosforilado, nicotinamida adenina dinucleotídeo fosfato (NADP + - Figura 9). São transportadores universais de elétrons compostos de dois nucleotídeos unidos através de seus grupos fosfatos por uma ligação de anidrido de ácido fosfórico. A nicotinamida, um derivado do acido nicotínico que contem uma amida em vez de um grupo carboxila, também é encontrado diretamente em alimentos. A nicotinamida perde a amina facilmente no corpo e, assim, é nutricionalmente equivalente ao acido nicotínico.
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Figuras 8 e 9 – Estruturas do NAD + e NADP+, respectivamente. O NAD+ e o NADP + servem como coenzimas nas reações de oxidação-redução das enzimas desidrogenases que catalisam este tipo de reações, nas quais ambas as coenzimas sofrem redução reversível do anel piridina. Quando uma molécula de substrato (MH2) sofre oxidação (desidrogenação), liberando dois átomos de hidrogênio, então a forma oxidada do nucleotídeo das coenzimas (NAD + ou NADP +) recebe um íon hidreto (H-) e é transformada na sua forma reduzida: NADH ou NADPH. O segundo H + removido do substrato é liberado para o solvente aquoso. Quando NAD + ou NADP+ é reduzido, o íon hidreto pode, em princípio, ser transferido para qualquer lado do anel de nicotinamida: o lado frontal ( A) ou o lado posterior ( B) como representado na Figura 10. NAD+ + 2e- NADH + H+ NADP+ + 2e- NADPH + H+
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Figura 10 – Reação de redução do NAD + A redução desses transportadores tem a função de conservar a energia livre que foi liberada pela oxidação dos substratos. NADPH transporta elétrons da mesma maneira que NADH. Porém, é usado quase que exclusivamente para biossínteses redutivas, enquanto NADH é usado primariamente para produção de ATP. O grupamento fosfato extra no NADPH é o que distingue este agente redutor pelas enzimas de biossíntese. O NAD e o NADP são vitais para vários processos do metabolismo energético. Essas coenzimas participam nas seguintes reações do metabolismo bioquímico dos animais: a) no metabolismo dos carboidratos pela oxidação anaeróbica e aeróbica da glicose, e pelo ciclo do ácido cítrico; b) no metabolismo de proteínas e de aminoácidos pela degradação e síntese de aminoácido, e pela oxidação de cadeias de carbono via ciclo do ácido cítrico; c) no metabolismo dos lipídios pela síntese e degradação do glicerol, pela síntese e oxidação de ácidos graxos, pela síntese de esteroides, e pela oxidação de unidades de 2C via ciclo do ácido cítrico.
1.4.Ácido pantotênico – Vitamina B5 O
ácido pantotênico é uma amida composta pelo ácido D-pantóico e
o aminoácido beta-alanina (Figura 11). 13
Figura 11 – Fórmula estrutural do ácido pantotênico Essa vitamina é um componente da proteína transportadora de acila (ACP) e da coenzima A (CoA). A ACP possui o ácido pantotênico associado e exerce papel importante na biossíntese de ácidos graxos. A coenzima A (Figura 12) é responsável pela transferência de grupos acila e é composta por adenosina 3’ -fosfoto-5’-pirofosdato,
unida em ligação éster à vitamina
ácido pantotênico , que por sua vez, é fix ada à β- mercapto-etilamina por uma ligação amida. A fração mercaptoetilamina apresenta um grupo reativo tiol (-SH) e a ele liga-se covalentemente o grupo acila formando tioéster (éster de tiol). Desta maneira, ocorre a formação de molécula de acetil-Coenzima A ou abreviada, acetil-CoA. Outros exemplos destas estruturas de tioéster são o succinil CoA e o acil CoA graxa.
Figura 12 – Estrutura da Coenzima A e do Acetil-CoA Os tioésteres formados a partir de coenzima A e ácidos carboxílicos têm propriedades singulares que são responsáveis pelo papel que a coenzima exerce na bioquímica. Na reação de formação dos ésteres de tiol o carbono carboxílico possui caráter tanto eletrofílico quanto nucleofílico, sendo assim, estes tioésteres podem ser atacados tanto por nucleófilos quanto por eletrófilos.
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Como funções, a vitamina B5 tem ação facilitadora no controle do estresse, atua no metabolismo de lipídeos, carboidratos e proteínas, participa da produção de hormônios suprarrenais (esteroides e cortisona), auxilia na imunidade por ser importante na produção de anticorpos, além de ser indispensável no processo de metabolismo celular, uma vez que, sob a forma de coenzima A, participa de diversas reações que ocorrem nas células. Já o Acetil-CoA possui funções específicas, participando de reações como a oxidação da glicose, degradação oxidativa dos aminoácidos, oxidação dos ácidos graxos, síntese de ácidos graxos, síntese de acetil-colina, alongamento de ácidos graxos e biossíntese de colesterol. Também é importante no ciclo do ácido cítrico e na formação de corpos cetônicos (acetoacetato, betaidroxibutirato e acetona). A deficiência do ácido pantotênico é rara porque é amplamente encontrado nos alimentos, sendo particularmente em abundância em tecidos animais,ovos, grãos integrais, leveduras, cereais e legumes. No entanto, sua avitaminose é causadora de hipertensão.
1.5. Vitamina B6 A vitamina B6 é um termo coletivo para piridoxina, piridoxal e piridoxamina (Figura 13), todos derivados da piridina, diferindo somente na natureza do grupo funcional ligado ao anel, sendo facilmente interconvertíveis biologicamente. Piridoxal e piridoxamina também ocorrem como derivados fosfatados, que são as formas coenzimáticas da vitamina.
Figura 13 – Fórmulas estruturais das vitaminas B6 A piridoxina ocorre principalmente em plantas, enquanto o piridoxal e a piridoxamina são encontrados em alimentos obtidos de animais. Boas fontes da 15
vitamina são o trigo, milho, gema de ovo, fígado e carne. Quanto maior é o consumo de proteína, maior é a quantidade de vitamina B6 necessária, pois atua no metabolismo dos aminoácidos. Todos os três compostos podem servir como precursores da coenzima biologicamente ativa, piridoxal fosfato (Figura 14). Outra forma ativa das vitaminas B6 é a pirodoxamina-fosfato (Figura 15).
Figuras 14 e 15 – Formas coenzímicas das Vitaminas B6 O piridoxal fosfato funciona como uma coenzima para um grande número de enzimas, particularmente aquelas que catalisam reações envolvendo aminoácidos, como a transaminação, a desaminação, a descarboxilação, a racemização e a condensação. Além de outros exemplos, tem-se a interconversão da serina e glicina, e na ação de fosforilases, que não funcionam sem o piridoxal-fosfato como coenzima. Destas reações as mais comuns e melhores conhecidas são as transaminações. As enzimas que catalisam estas reações são chamadas transaminases ou aminotransferases onde o piridoxal-fosfato liga-se firmemente a elas e serve como transportador transitório do grupo amino do doador, o aminoácido, ao receptor deste grupo amino, o α -cetoácido.
As vitaminas B6 são importantes para o metabolismo celular – respiração, crescimento e proteção celular – para o metabolismo das proteínas e dos aminoácidos. Atua ainda na produção de hormônios, estimula a imunidade participando da produção de anticorpos, e auxilia na formação de hemácias. 16
A avitaminose pode causar sintomas como seborreia, anemia, distúrbios de crescimento, depressão, confusão e convulsões.
1.6. Biotina – Vitamina B7 A biotina, vitamina H, vitamina B7 ou vitamina B8 é um derivado imidazólico (Figura 16). Nas enzimas dependentes de biotina a molécula da vitamina está covalentemente ligada à cadeia polipeptídica da enzima através de uma ligação amida formada com um grupo α -amino
de um resíduo específico de lisina existente no sítio
ativo. Então, a biotina ocorre principalmente na forma combinada, ligada à proteína através dos resíduos de ε -N-lisina.
Figura 16 – Fórmula estrutural da biotina A biotina, ligada à sua enzima específica, está intimamente associada às reações de carboxilação, estando ligada, portanto, às carboxilases. Na verdade, essa vitamina é uma transportadora de grupos carboxila (-COOH) e de dióxido de carbono ativado em um grande número de reações enzimáticas de carboxilação que requerem ATP. O grupo carboxila é transitoriamente ligado ao átomo de nitrogênio do anel duplo da biotina. Um exemplo de reação de carboxilação dependente da biotina é a formação de glicose a partir, principalmente, de piruvato. A biotina esta presente em quase todos os alimentos, particularmente o fígado, leite e gema de ovo. Sua deficiência nutricional pode ser induzida pela avidina, proteína da clara de ovo, pois possui grande afinidade com esta vitamina.
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A vitamina H possui importante papel no metabolismo dos aminoácidos e na produção de energia a partir de várias fontes, sendo carboidratos ou lipídeos. Ela também ajuda no crescimento celular e na produção de ácidos graxos. Uma de suas principais funções é servir como fator de crescimento em leveduras e certas bactérias. A avitaminose da biotina costuma causar problemas cutâneos.
1.7. Ácido fólico – Vitamina B9 O ácido fólico, também chamado de folato, vitamina Bc, vitamina M e vitamina B9, é composto de um anel pterina ligado a uma molécula de ácido ρ-aminobenzóico (PABA) e conjugado com um ou mais resíduos de ácido glutâmico (Figura 16). Os seres humanos não podem sintetizar PABA ou ligar o primeiro ácido glutâmico, portanto necessitam do folato nas suas dietas.
Figura 17 – Fórmula estrutural do ácido fólico A vitamina B9 é encontrada nos vegetais de folhas verdes, fígado, feijão-de-lima e cereais integrais. É necessária para o metabolismo dos aminoácidos, das proteínas e dos lipídeos, auxilia na formação dos ácidos nucleicos e do tecido nervoso, e em associação com a vitamina B12 promove a formação de hemácias. Sua avitaminose ocasiona anemia megaloblástica e doenças do tubo neural. 18
A forma biologicamente ativa do ácido fólico é o ácido tetraidrofólico ou tetrahidrofolato (THF), cujo papel central é o de transportador de uma unidade de um carbono no nível da oxidação do formaldeído, usado na biossíntese de purinas, serina e glicina. O THF é produzido pela redução em duas etapas do folato pela diidrofolato redutase. Os quatros átomos de H adicionados ao ácido fólico para formar o ácido tetraidrofólico ligam-se ao nitrogênios 5 e 8 e aos carbonos 6 e 7. A diidrofolato redutase é inibida competitivamente pelo metotrexato, um análogo do ácido fólico diferindo apenas pela presença de um grupo metileno (Figura 17).
Figura 18 – Estruturas das coenzimas da vitamina B9 O tetraidrofolato atua como um transportador intermediário de unidades carbônicas em uma série de reações enzimáticas complexas nas quais as seguintes unidades são transferidas de uma molécula de subtrato para outra: metil (-CH 3), metileno (-CH2-), formil (-CHO) e formimino (-CH=NH). O ácido fólico (ou folato) desempenha um papel chave no metabolismo dos compostos de um carbono. O THF recebe unidades de um carbono de doadores como a serina, glicina e histidina, e transfere-os a intermediários na síntese de aminoácidos, purinas e timidina – a pirimidina característica do DNA.
1.8. Cobalamina – Vitamina B12
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A vitamina B12 é uma cianocobalamina isolada pelo fígado, sendo a mais complexa das vitaminas em termo de estrutura. A cobalamina contém um sistema cíclico de corrina semelhante a porfirinas – que difere apenas no fato de dois dos anéis pirrol estarem ligados diretamente, e não através de uma ligação meteno – formado então de quatro anéis pirólicos, sendo a parte mais característica da molécula da vitamina. O cobalto é mantido no centro do anel por quatro ligações de coordenação dos nitrogênios dos grupos pirrol. As ligações de coordenação restantes do cobalto são com o nitrogênio do 5,6-dimetilbenzimidazol e com o cianeto nas preparações comerciais da vitamina na forma cianocobalamina. A sexta ligação do cobalto pode ser ocupada por diversos componentes. Assim, dependendo do radical (ligante) preso à sexta posição do cobalto têm-se diversos análogos da vitamina B12. (Figuras 19 e 20)
Figuras 19 – Fórmula estrutural da vitamina B12
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Figura 20 – Estrutura da cobalamina contendo as localizações dos principais anéis da molécula e com o íon cianeto substituído por um radical. As formas ativas da vitamina são as coenzimas 5’-deoxiadenosilcolabamina (coenzima B12), na qual o cianeto é substituído pela 5’ -deoxiadenosina – formando uma ligação incomum entre carbono e cobalto (Figura 21) – e a metilcobalamina, onde o cianeto é substituído por um grupo metila. Uma forma coenzimática que contém benzimidazol também ocorre. A vitamina B12 é mais abundante na forma de sua coenzima B12.
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Figura 21 – Estrutura da coenzima B12 Sendo assim, a vitamina B12 se faz necessária aos seres humanos para duas reações enzimáticas essenciais: a síntese de metionina e a isomerização do metilmalonil CoA que se origina dos ácidos graxos com número ímpar de carbonos. A coenzima B12 participa de aproximadamente onze reações bioquímicas diferentes, e podem ser agrupadas em quatro reações gerais: quebra de ligação carbonocarbono, quebra da ligação carbono-oxigênio, quebra da ligação carbono-nitrogênio e ativação metílica. Como exemplo, tem-se as reações onde ocorre o deslocamento de um átomo de hidrogênio de um carbono adjacente na troca com um grupo X promovido por enzimas dependentes da coenzima B12.
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Já a metilcobalamina participa de algumas reações enzimáticas envolvendo transferência de grupos metila. A cobalamina é sintetizada somente por microorganismos, portanto não se encontra presente em nenhum vegetal. Os animais obtêm a vitamina pré-formada de sua flora bacteriana natural ou ingerindo alimentos derivados de outros animais. A vitamina está presente em quantidades consideráveis no fígado, leite integral, ovos, ostras, camarão fresco, carne de porco e de frango. A vitamina B12 é necessária à digestão e absorção dos nutrientes e para o adequado funcionamento do metabolismo de carboidratos e lipídeos. Atua na síntese de proteínas e de ácidos nucleicos, na formação de hemácias em associação com a vitamina B9, e auxilia na multiplicação celular e na proteção das células, prevenindo a degeneração celular. É usada ainda na manutenção dos tecidos do sistema nervoso, sendo importante para contração, coordenação e crescimento dos músculos, através do estímulo dos mesmos pelos impulsos nervosos. Quando essa vitamina é deficiente, ácidos graxos anormais se acumulam e são incorporados às membranas celulares, incluindo as do sistema nervoso. Por esse motivo, os principais sintomas da avitaminose são disfunções neurológicas e anemia perniciosa.
1.9. Ácido ascórbico – Vitamina C O ácido ascórbico, vitamina C ou ácido L-ascórbico contém em sua estrutura um grupo hidróxi-fenólico e possui um centro assimétrico no carbono 5, apresentando atividade óptica (Figura 22). É também um bom agente redutor e isso justifica a sua importância nutricional. Ele pode reduzir compostos como oxigênio molecular, nitrato e citocromos a e b.
Figura 22 – Fórmula estrutural do ácido ascórbico
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Por ser um ácido, a vitamina C encontra-se predominantemente na sua forma ionizada, o ascorbato. O grupo fenólico ligado ao terceiro carbono da cadeia sofre ionização em solução aquosa, como mostrado abaixo, liberando o íon hidroxônio (H 3O+).
Figura 23 – Reação de ionização do ácido ascórbico Os carbonos 2 e 3 do ácido L-ascórbico são sensíveis à oxidação, transformando-o em grupos cetônicos na presença de oxigênio e um catalisador. O ácido deidro-ascórbico é formado dessa forma e pode sofrer redução, produzindo novamente o ácido L-ascórbico (Figura 24). Esse ácido formado possui pH abaixo de 4, que inibe a ação enzimática das reações de escurecimento das frutas, reduzindo sua velocidade.
Figura 24 – Reação de oxidação do ácido L-ascórbico A vitamina C é a única vitamina hidrossolúvel que não possui uma coenzima associada, no entanto, possui um papel bem documentado como coenzimas em reações de hidroxilação, por exemplo, a desidratação de resíduos prolil e lisil do colágeno – a proteína fibrilar que dá resistência aos ossos, dentes, tendões e paredes dos vasos sanguíneos. Essa hidroxilação é uma das atividades mais importantes dessa vitamina no organismo humano. 24
A principal função da vitamina C relaciona-se com a sua ação antioxidante. Por ser um poderoso agente antioxidante, pode oxidar-se no lugar de outros compostos. Dessa forma, é capaz de transformar os radicais livres de oxigênio em formas inertes. Ela ainda conserva os vasos sanguíneos, os tecidos e as mucosas, favorece a cicatrização de feridas e o crescimento normal dos ossos, participa do controle dos níveis de colesterol, aumenta a absorção do ferro pelo intestino, é usada na síntese de algumas moléculas que servem como hormônios ou neurotransmissores, e atua no fortalecimento de sistema imunológico, aumentando a resistência a infecções. As principais fontes da vitamina são as frutas cítricas, batatas (particularmente a casca), tomates e vegetais verdes. Quanto à avitaminose, o escoburto é a síndrome clássica de deficiência de vitamina C, que causa problemas na gengiva e na pele.
2. Vitaminas Lipossolúveis As vitaminas lipossolúveis são moléculas apolares e hidrofóbicas, derivados do isopreno, sendo assim, solúveis em lipídeos e insolúveis em água. Neste grupo estão inclusas as vitaminas A, D, E e K; as quais são as de maior importância para o ser humano dentre as lipossolúveis e possuem diversificadas funções no organismo. Ao contrário das vitaminas hidrossolúveis, somente uma das vitaminas lipossolúveis possui uma função de coenzima, a vitamina K. Essas vitaminas não são sintetizadas pelo organismo em quantidades adequadas e, portanto, devem ser suportadas na dieta. São encontrados principalmente em alimentos lipídicos. Estas vitaminas são liberadas, absorvidas e transportadas com a gordura da dieta. São absorvidas pelo intestino humano através da ação dos sais biliares segregados pelo fígado e são transportadas pelo sistema linfático para diferentes partes do corpo. Para serem absorvidas eficientemente necessitam que ocorra a absorção normal de gordura. Uma vez absorvidas, são transportadas no sangue e ligadas às lipoproteínas. Podem ser armazenadas e suas funções são geralmente estruturais. O organismo humano tem capacidade para armazenas uma maior quantidade de vitaminas
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lipossolúveis do que hidrossolúveis. Dado que o organismo pode armazená-las como reserva, sua carência estaria baseada em maus hábitos alimentares. As vitaminas A e D são armazenadas, sobretudo, no fígado e a vitamina E nos tecidos adiposos e órgãos reprodutores. Já a vitamina K possui capacidade de armazenamento reduzida. Elas não são facilmente excretadas na urina, sendo que a quantidades significativas são armazenadas no fígado e tecido adiposo. O consumo excessivo de vitaminas A e D na dieta pode ocasionar em acúmulo de quantidades tóxicas destes compostos.
2.1. Vitamina A A vitamina A é frequentemente usada como um termo coletivo para varias moléculas biologicamente ativas relacionadas. O termo retinóides inclui as formas naturais e sintéticas da vitamina que podem ou não mostrar atividade de vitamina A, sendo elas o retinol, o retinal, o ácido retinóico e o β-caroteno. O Retinol é um álcool primário contendo um anel β-ionona com uma cadeia lateral insaturada. Ele é encontrado nos tecidos animais como éster de retinila, com ácidos graxos de cadeia longa. O Retinal é o aldeído derivado da oxidação do retinol. O retinal e o retinol podem ser facilmente interconvertidos. Já o Ácido retinóico é o derivado ácido da oxidação do retinal, porém, não pode ser reduzido no corpo humano e, assim, não origina retinol ou retinal. E por fim, o Beta-caroteno trata-se da provitamina A encontrado nos alimentos vegetais, que pode ser clivado oxidativamente no intestino, originando duas moléculas de retinal. Nos seres humanos, a conversão é ineficiente, sendo que a atividade de vitamina A do beta-caroteno é somente um sexto da atividade do retinol. (Figura 25)
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Figura 25 – Estruturas dos retinóides Os retinóides são essenciais para a visão, reprodução, crescimento e manutenção dos tecidos epiteliais. O ácido retinóico media a maioria das ações dos retinóides, exceto para a visão, a qual depende do retinol e do retinal. O ácido retinóico liga-se com alta afinidade a proteínas receptoras epiteliais. O complexo ativado ácido retinóicoreceptor interage com a cromatina nuclear para estimular a síntese de RNA dependente de retinóide, resultando na síntese de proteínas que possibilitam uma série de funções fisiológicas. Por exemplo, os retinóides controlam a expressão do gene da queratina na maioria dos tecidos epiteliais corporais. O retinol e o retinal são reagentes nas transformações químicas que ocorrem, durante os processos visuais, nos bastonetes da retina. O retinol é transportado do fígado para os olhos na forma de uma lipoproteína. Neste ponto, é oxidado por uma retinoldesidrogenase específica a all-trans-retinal (Figura 26) e, em seguida, a 11-cis-retinal (Figura 27), que é o produto final que se liga ao complexo opsina-fosfolipídeo, formando, com isso, a rodopsina que fornece a sensibilidade à luz aos olhos.
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Figura 26 – Reação de oxidação do retinol com retinal como produto.
Figura 27 – Estruturas cis e trans do retinal
As vitaminas A também são importantes para o crescimento e formação dos ossos, combate os radicais livres por ser antioxidante, auxilia no sistema imunológico aumentando a resistência à infecções, e são indispensáveis para a qualidade da visão, da pele e do cabelo, pois é necessária à regeneração da pele e das mucosas, e participa no processo de adaptação visual no escuro. Fígado, rim, creme, manteiga e gema de ovo são boas fontes da vitamina A. Os vegetais amarelos e verde-escuros e as frutas são boas fontes dietéticas de carotenos, os quais servem como precursores da vitamina A. Devido à característica hidrofóbica, os carotenos são também encontrados no leite, nos depósitos de gordura dos animais e no fígado. Os sintomas de sua deficiência são os processos de queratinização que ocorrem nas células epiteliais, originando a xeroftalmia (secura) nos olhos, retardo no crescimento e anomalias do esqueleto.
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O excesso também é tóxico, pois os animais não conseguem excretar a vitamina. Alguns sintomas são fragilidade óssea, náusea, fraqueza e dermatite.
2.2.Vitamina D As vitaminas D são um grupo de esteróis formados a partir da irradiação de diferentes formas de provitamina D. A Vitamina D1é a mais importante e
é a que regula o metabolismo do
Cálcio, ou seja, a calcificação óssea. A Vitamina D2 chamada de Ergocalciferol, tem como precursor o ergosterol presente nos vegetais, centeio e leveduras. A vitamina D3 ou Colecalciferol é a sintetizada na pele sob ação dos raios ultravioleta do sol em contato com o 7dehidrocolesterol secretado pelas glândulas sebáceas presentes na nossa pele. O ergocalciferol e colecalciferol diferem quimicamente apenas na presença de uma ligação dupla adicional e um grupo metila no esterol vegetal
(Figura 28). Sendo assim, o sol torna-se um importante fator
por favorecer a síntese das vitaminas D no organismo.
Figura 28 – Estruturas da Vitamina D A vitamina D comporta-se mais como um hormônio do que como um cofator enzimático. Seu efeito, portanto, é o de controlar a produção da proteína cálcio-ligante. A forma ativa da vitamina é uma molécula da conversão do colecalciferol através de duas fases: uma no fígado, mucosa intestinal e rim, e a segunda no rim. Essa molécula
é
denominada
1,25-diidroxicolecalciferol
(1,25-diOH
D 3,
1,2529
diidroxivitamina D3 ou calcitriol), a qual liga-se a proteínas receptoras intracelularmente (Figura 29). O resultado é a síntese (transcrição) da mensagem do RNA para uma proteína ligadora de cálcio, pois o complexo 1,25-diOH D 3-receptor interage com o DNA no núcleo das células-alvo e estimula seletivamente a expressão genética, ou reprime especificamente a transcrição dos genes. As ações mais proeminentes do 1,25-diOH D 3 são a regulação dos níveis plasmáticos de cálcio e fósforo.
Figura 29 – Estrutura do 1,25-diOH D 3 As principais fontes de vitamina D são óleo de peixes, leite, manteiga, gema de ovo e castanhas, sendo que a vitamina D2 é encontrada nos vegetais e a vitamina D3 está presente nos tecidos animais. A vitamina D também é produzida pelo nosso organismo, na pele, desde que haja uma exposição mínima aos raios solares. As vitaminas D são essenciais no metabolismo e absorção intestinal do cálcio e do fósforo, regulam o cálcio do sangue e dos ossos, estimula a absorção desse metal, importante para o crescimento, facilita a fixação de cálcio nos ossos e dentes, sendo muito importantes para crianças, gestantes e mães que amamentam. Elas também modulam o sistema imune, prevenindo doenças autoimunes. Os sintomas da avitaminose são raquitismo, cáries e descalcificação.
2.3. Vitamina E As vitaminas E consistem em oito tocoferóis de ocorrência natural, dos quais o alfa-tocoferol (α-tocoferol-5,7,8-trimetiltocol) é o mais ativo.
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Figura 30 – Estrutura do α-tocoferol O alfa-tocoferol funciona como quebrador de cadeia, impedindo a peroxidação destrutiva de, por exemplo, ácidos graxos poliinsaturados associados aos lipídeos da membrana. Os óleos vegetais são fontes ricas em vitamina E; fígado e ovos contem quantidades moderadas. A necessidade de vitamina E aumenta com a elevação da ingesta de ácidos graxos polinsaturados. A função primaria da vitamina E é como antioxidante, na prevenção da oxidação não enzimática dos componentes celulares – como, por exemplo, ácidos graxos poliinsaturados – pelo oxigênio molecular e radicais livres. Ela também é necessária às membranas das células do nosso corpo, é importante para a atividade muscular, participa dos processos de coagulação do sangue, aumenta a resistência às infecções, retarda os efeitos do envelhecimento e auxilia na formação de células sexuais. Sua avitaminose pode causar esterilidade e uma doença chamada Kwashiorkor, uma desnutrição grave com edema e despigmentação da pele e cabelo.
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2.4.Vitamina K A vitamina K é um grupo de vitaminas lipofílicas que possuem as formas filoquinona, dihidrofiloquinona, menaquinona e menadinona (Figura 31). A filoquinona (vitamina K1) é a forma predominante encontrada nos vegetais, sendo as principais fontes, os óleos vegetais e as hortaliças; a dihidrofiloquinona (dK) é formada no processo de hidrogenação de óleos vegetais; a menaquinona ou 2-metil-1,4naftoquinona (vitamina K2) é sintetizada por bactérias e está presente em produtos de origem animal e fermentados; já a menadinona (vitamina K3) é um composto sintético que, no intestino, é convertido em K2. A menadiona e a menaquinona, têm a mesma quinona ou resíduo de anel e exibem a mesma atividade vitamínica que a vitamina K1, em uma base molar, possivelmente por ser rapidamente convertida em K1.
Figura 31 – Estruturas das vitaminas K1, K2 e K3 O principal papel da vitamina K é na modificação pós-translacional de vários fatores de coagulação do sangue, onde serve como uma coenzima na carboxilação de certos resíduos de ácido glutâmico presentes nestas proteínas.
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A absorção desta vitamina se dá no intestino delgado e, seu transporte, pelas vias linfáticas. Para que desempenhe normalmente seu papel, necessita de um fluxo biliar e de suco pancreático normal; além de um nível de gordura adequado na dieta. Sua excreção ocorre 20% pela urina e de 40 a 50% pelas fezes, independente da dose que é consumida. A vitamina K atua na regulação de três processos fisiológicos: a coagulação sanguínea, o metabolismo ósseo pela ativação da proteína osteocalcina, e a biologia vascular. Influi ainda, na síntese de proteínas plasmática, rins e tecidos. A vitamina K é encontrada na alface, couve-flor, espinafre, gema de ovo e fígado. Existe também uma síntese significativa da vitamina pelas bactérias intestinais. Uma verdadeira deficiência de vitamina K é incomum, pois quantidades adequadas geralmente são produzidas pelas bactérias intestinais ou obtidas na dieta Porém, quando se administram antibióticos, particularmente durante um período prolongado, os níveis de vitamina K podem se reduzir a um ponto tal que o tempo de coagulação sanguínea torna-se perigosamente prolongado. A avitaminose também pode causar hemorragia.
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