Instituto Superior de Ciências de Saúde Norte. CESPU. Fenilcetonúria. Luís Filipe Pedrosa da Costa. Nº

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1 Instituto Superior de Ciências de Saúde Norte. CESPU. Fenilcetonúria. Luís Filipe Pedrosa da Costa. Nº Projecto Tutorial. Bioquímica.

2 Índice: 1. Resumo. 2. Introdução. 3. Metabolismo da Fenilcetonúria (PKU). 4. Bases moleculares da Fenilcetonúria (PKU). 5. Manifestações bioquímicas da PKU. 6. PKU materna. 7. Causas genéticas da PKU. 8. Heterogeneidade de hiperfenilalaninanemia. 9. Diagnóstico PKU. 10. Tratamento PKU. 11. Bibliografia. 2

3 1. Resumo : Neste trabalho é abordado o metabolismo da fenilcetonúria, tendo em conta que esta doença é causada por deficiências na enzima fenilalanina hidroxilase assim como também de deficiência da coenzima tetrahidropterina. Analisando o mecanismo enzimático do aminoácido fenilalanina e a sua passagem a tirosina, percebe-se que este metabolismo interfere com vários outros metabolismos do organismo. Por outro lado, a genética também é inerente a esta doença, as mutações no cromossoma 12 do cariótipo humano são causa de anormalidades ao metabolismo da fenilalanina. Passando pelos dois tipos de diagnostico possíveis, antes do nascimento e depois deste (teste do pezinho). O recurso a testes de diagnóstico visa um tratamento posterior no caso de um rastreio positivo, que também é retratado neste trabalho. 3

4 2. Introdução: Erros do metabolismo de aminoácidos, defeitos metabólicos e desordens bioquímicas, são causados frequentemente por genes mutantes que resultam, geralmente em proteínas anormais provocando perdas de actividade enzimática. Sem nenhum tipo de tratamento estes defeitos do metabolismo resultam invariavelmente em atrasos mentais ou em outras anormalidades, como resultado da grande deposição de metabolitos. Os processos metabólicos animais processam-se por etapas, e cada etapa é assegurada pelo trabalho de enzimas específicas, que são o resultado de um gene particular ( one gene - one enzime concept ). Se uma enzima não é eficiente na sua tarefa, então poder-se-á estar na presença de uma doença. Há um grande número de desordens do metabolismo de aminoácidos, de entre os quais, a fenilcetonúria apresenta grande importância. Muito embora 50 destas desordens estejam já descritas, muitas outras ainda estão por descrever pois ocorrem com muito menor incidência (menos de 1/ ). Esta doença pode ser identificada por meio de diagnósticos pré-natal, (nos primeiros dias de vida) e também tratada atempadamente (logo no primeiro mês de vida) por intermédio de dietas empobrecidas em fenilalanina de modo a que este aminoácido seja ingerido em quantidades muito reduzidas. 4

5 3. Metabolismo da Fenilcetonuria (PKU): Em condições normais, o aminoácido fenilalanina passa a tirosina por intermédio da enzima fenilalanina hidroxilase como demonstra a figura 1: Figura 1: Uma deficiência na fenilalanina hidroxilase resulta na Fenilcetonuria (PKU). Esta reacção dá-se na presença de O 2 e da coenzima tetrahidropterina (sintetizada pelo organismo). Mais especificamente, um átomo de oxigénio molecular torna-se no grupo hidroxilo da tirosina e o outro átomo de oxigeno molecular é reduzido a água (H 2 O). No processo, a molécula de tetrahidrobiopterina é oxidada a dihidrobiopterina. Por outro lado, a molécula de tetrahidrobiopterina é regenerada a partir de dihidrobiopterina, sendo para este processo necessário NADPH, figura 2. Figura 2: Reacções de biossíntese envolvendo aminoácidos e tetrahidrobiopterina. 5

6 4. Bases moleculares da Fenilcetonúria (PKU): A fenilcetonúria (PKU) é uma doença genética, autossómica recessiva, causada pela ausência ou deficiência da enzima hepática fenilalanina hidroxilase, responsável pela transformação do aminoácido fenilalanina no aminoácido tirosina. A fenilcetonúria é um dos erros do metabolismo dos aminoácidos mais frequente, como mostra a figura 3. Figura 3: Incidência de doenças relativas ao metabolismo de aminoácidos. (De notar que a doença cistinúria é a mais frequente.) A fenilalanina hidroxilase é deficiente na sua acção, por outras palavras há um bloqueio genético no processo metabólico. Como resultado desta deficiência a fenilalanina acumula-se no organismo, convertendo-se em ácido fenilpiruvico e em outros metabolitos que são excretados na urina dos doentes. Figura 4: Vias metabólicas da fenilalanina e tirosina e exemplo de três erros metabólicos. As substâncias cujas concentrações estão aumentadas na fenilcetonúria estão demonstradas a vermelho; a verde representam os bloqueios metabólicos. 6

7 O bloqueio da enzima leva a uma posterior deficiência no nível de tirosina, com a consequente redução de melanina no organismo albinismo. Daí que, as crianças afectadas possuam cabelos com coloração loira/branca e olhos e pestanas também brancos. Em adição a este facto, zonas do cérebro que usualmente possuem pigmentação (substantia nigra) podem também perder pigmentação. Figura 5: Indivíduos que possuem albinismo. 5. Manifestações bioquímicas da PKU: A fenilalanina está presente em elevadas concentrações nos tecidos, no plasma e na urina. Fenilactato, fenilacetato e fenilpiruvato normalmente não são produzidos em grandes quantidades na presença da fenilalanina hidroxilase. Quando esta enzima é afectada, estes metabolitos dão à urina um odor característico. Atrasos mentais, falhas na actividade motora, problemas de expressão oral, hiperactividade, tremores, microcefaleias são os sintomas característicos da fenilcetonúria. O doente com fenilcetonúria não tratada apresenta atrasos mentais logo no primeiro ano de vida e indivíduos mais velhos possuem um quociente de inteligência (Q.I.) tipicamente baixo (figura ao lado). 7

8 Os doentes fenilcetonúricos possuem pigmentação deficiente, daí que a sua pele seja muito clara, assim como os olhos. Este facto é devido à hidroxilação da tirosina pela tirosinase, que representa o primeiro passo na formação do pigmento melanina (esta reacção é inibida pelos elevados valores de fenilalanina no organismo dos doentes). Figura 6: Mecanismos do metabolismo da fenilalanina em indivíduos normais e em pacientes com fenilcetonúria. 6. PKU materna: As crianças cujas mães são fenilcetonúricas, possuem um risco elevado de desenvolverem atrasos mentais, mesmo quando, as mães estão a seguir dietas controladas no sentido de restringir a ingestão de fenilalanina. Afirma-se que a incapacidade de as mães produzirem um nível de tirosina considerado normal para o feto no útero, pode resultar num crescimento reduzido do cérebro do feto. 8

9 7. Causas genéticas: As mutações no gene da fenilalanina hidroxilase resultam em deficiências de actividade da mesma e em hiperfenilalaninanemia. Estas mutações podem ocorrer em 1 dos 13 exões do cromossoma número 12 do cariótipo humano; algumas mutações causam fenilcetonúria, outras causam hiperfenilalaninanemia. Este gene afectado chama-se PAH contem instruções para produzir a enzima fenilalanina hidroxilase. Portanto, considera-se a PKU um erro inato clássico do metabolismo, resultante da ausência ou deficiência da enzima fenilalanina hidroxilase. A hidroxilação da fenilalanina é uma etapa necessária, tanto na degradação normal do esqueleto de carbono deste aminoácido, quanto na síntese de tirosina. Mutações diferentes tem efeitos diferentes na enzima, algumas mutações transformam a sua forma, fazendo com que esta não reconheça a fenilalanina. Outras mutações modificam a forma da enzima fazendo com que ela trabalhe muito lentamente. Existem também mutações que alteram a enzima de forma a deixá-la instável, acarretando a sua degradação. Figura 7: O cariótipo humano evidenciando os 23 pares de cromossomas característicos da espécie humana. 9

10 8. Heterogeneidade da hiperfenilalaninanemia: A hiperfenilalaninanemia pode ser também causada por deficiências nas enzimas que sintetizam ou reduzem a coenzima tetrahidropteridina (BH 4 ). É importante distinguir as várias formas de hiperfenilalaninanemia, devido aos seus tratamentos serem consideravelmente diferentes. Por exemplo, uma pequena parte da PKU é o resultado de uma deficiência tanto da dihidropteridina (BH 2 ) reductase, como também da dihidropteridina (BH 2 ) sintetase. Estas mutações previnem a síntese de BH 4,e indirectamente aumenta o nível de fenilalanina, porque a fenilalanina hidroxilase necessita de BH 4 como coenzima. A BH 4 é também necessária para a tirosina hidroxilase e triptofano hidroxilase, que catalizam reacções levando à síntese de neurotransmissores, tais como a serotonina e catecolaminas. 9. Diagnóstico PKU: Neo-natal: Testes de diagnóstico da fenilcetonúria são muito importantes porque a doença é tratável por meio de uma dieta pobre em fenilalanina. Devido ao leque de sintomas neo-natais, testes aos elevados níveis de fenilalanina no sangue são necessários para a detecção desta doença Teste do pezinho. Figura 8: Procedimento do teste de Guthrie (teste do pezinho). 10

11 Contudo, crianças fenilcetonúricas, à nascença possuem níveis de fenilalanina normais, porque a mãe elimina este aumento no feto, pela placenta. Por isso, testes feitos à nascença podem ser falsos negativos. Um segundo teste terá, neste caso de ser feito, após o bebe ter ingerido proteínas. Os níveis normais de fenilalanina podem persistir até às primeiras 24 horas de ingestão de proteínas. Normalmente, o leite da amamentação fornecido durante 48 horas é suficiente para elevar o teor de fenilalanina sanguíneo do bebe. Pré-natal: A PKU clássica faz parte de uma família de doenças causadas por uma de quarenta ou mais mutações no gene que codifica a fenilalanina hidroxilase. A frequência de cada mutação varía dentro de uma população, e, frequentemente, esta doença é duplamente heterozigótica, porque o gene tem uma mutação diferente em cada um dos alelos. Apesar desta complexidade, a maioria dos casos são causados por um pequeno número de mutações 6 a 10.O feto pode ser testado in-vitro para se determinar se possui esta mutação. 11

12 10. Tratamento PKU: Enzima fenilalanina hidroxilase (PH): A maioria das proteínas naturais contém fenilalanina, o que torna impossível não exceder os níveis necessários ao tratamento de um fenilcetonúrico. Um tratamento óbvio seria injectar a enzima que degrada a fenilalanina (fenilalanina hidroxilase) nos pacientes, o que não pode ser feito por um método convencional de tratamento. Assim, como Bickel sugeriu, um ano depois de ter identificado esta deficiência enzimática, deve-se remover da dieta dos doentes o aminoácido fenilalanina. Provou-se, então que este seria o método mais eficiente de tratamento da fenilcetonúria (PKU). Se forem detectados precocemente os atrasos mentais podem ser prevenidos fornecendo uma dieta pobre em fenilalanina. Controlando os níveis de fenilalanina no sangue é possível evitar grandes quantidades deste aminoácido e como tal, prevenir o atraso mental dos doentes. Os atrasos mentais observados em crianças fenilcetonúricas são mais causados pelo aumento do nível de fenilalanina e/ou dos metabolitos, do que pela deficiência de tirosina, já que este está presente em valores adequados numa dieta normal. Em pacientes com PKU a tirosina não pode ser sintetizada a partir da fenilalanina e por isso este torna se num aminoácido essencial que tem de ser fornecido na dieta alimentar. Nota: Mesmo com tratamento os pacientes mostram quocientes de inteligência (Q.I.) relativamente baixos e sintomas como ansiedade, isolamento e depressões são, frequentemente, observados. 12

13 Coenzima tetrahidropterina (BH 4 ): Restringindo os níveis de fenilalanina no organismo dos doentes não faz com que se reverta esta situação de baixa produção de neurotransmissores, provocando efeitos indesejáveis no Sistema Nervoso Central (SNC). Terapias de reposição com o BH 4 ou 3,4-dihidroxifenilalanina e 5- hidroxitriptofano, (que são os produtos das reacções afectadas pelas tirosina hidroxilase e triptofano hidroxilase, respectivamente) melhoram o quadro clínico dos doentes nestas variantes de hiperfenilalanianemia, apesar da resposta dos doentes ser imprevisível e em muitos casos desapontante. 13

14 11. Bibliografia: Lippincott s Illustrated Reviews: Biochemistry, third edition. Emery s, Elements of Medical Genetics, eleventh edition genetica/grupod/genenzima/pkureac.jpg&imgrefurl = nenzima.htm&h=257&w=484&sz=19&tbnid=m2kftvu TBN3e6M:&tbnh=66&tbnw=126&hl=pt- PT&start=9&prev=/images%3Fq%3Dfenilcetonuria%26s vnum%3d10%26hl%3dpt-pt%26lr%3d db=pubmed&dopt=abstract&list_uids= &itool= iconabstr&query_hl=1&itool=pubmed_docsum 1A319766B65286DE49EA3B2EF1CD.lbmastin3?Global =1&Page=18&MenuIdSelected=106&MenuItemSelected =0&MenuSupportSelected=0&CodeProduct4=100&Code Revue4=PM&Path=REVUE/PM/2006/35/3C2/ARTICLE xml&Locations=#PM C BIB6 id=

15 12. Anexos: Figura 9: Um sumario das doenças relacionadas com o metabolismo dos aminoácidos nos humanos. 15