VITAMINAS HIDROSSOLÚVEIS*

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1 VITAMINAS HIDROSSOLÚVEIS* Introdução Em 1911, Casimir Funk isolou um composto cristalino do material extraído da casca do arroz, utilizado para curar uma doença de pombos denominada polineurite. A este composto deu o nome de vitamina em virtude de ser considerada uma substância vital e possuir a característica química de amina. Esta vitamina, hoje em dia denominada vitamina B 1, foi apenas a primeira de uma série de 13 compostos que se descobriu que os seres humanos e muitos animais não são capazes de sintetizar, sendo indispensáveis na alimentação, mesmo que em doses diminutas, para garantir a realização de várias reações bioquímicas, além de serem agentes de patologias diversas quando há uma carência nutricional (VIEIRA, 2003). Vitaminas são compostos orgânicos não relacionados quimicamente, que não podem ser sintetizados pelos humanos e animais e, portanto devem ser supridos pela dieta. As vitaminas são requeridas para a execução de funções celulares específicas (CHAMPE, 2006). Estas moléculas servem para as mesmas funções em quase todas as formas de vida, mas os animais superiores perderam a capacidade de sintetizá-las no decorrer da evolução. As vias de biossíntese de vitaminas podem ser complexas; assim, é biologicamente mais eficiente ingerir vitaminas do que sintetizar as enzimas necessárias para construí-las a partir de moléculas simples. Esta eficiência tem o custo da dependência de outros organismos para substâncias essenciais à vida (STRYER, 2004). Popularmente, as vitaminas são conhecidas como compostos energéticos e sinônimo de saúde e vigor físico. Independente de seu caráter obrigatório na alimentação. Deve-se esclarecer que as vitaminas atuam principalmente como cofatores de reações bioquímicas e não como substrato das reações (VIEIRA, 2003). Apesar algumas possuírem papel fundamental no processo de estabilização de radicais livres (vitaminas C, E e A), logo importantes como atenuantes do processo de envelhecimento celular e os processos relacionados aos radicais livres, a maioria das vitaminas possui ação terapêutica inespecífica a sua ação biológica (VIEIRA, 2003). Muitas vitaminas são nutrientes essenciais. Deficiências de vitaminas levam a síndromes clínicas específicas. Elas podem ser causadas por desnutrição ou se manifestarem durante doenças. Elas estão intimamente ligadas às síndromes de má absorção e podem também ocorrer como resultado de complicações de problemas no trato gastrointestinal (BAYNES, 2010). * Seminário apresentado pelo aluno RODRIGO SCHALLENBERGER GONÇALVES na disciplina BIOQUÍMICA DO TECIDO ANIMAL, no Programa de Pós-Graduação em Ciências Veterinárias da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, no primeiro semestre de Professor responsável pela disciplina: Félix H. D. González

2 As hipovitaminoses em geral podem ser resultantes de nutrição inadequada ou desequilibrada; todavia, o organismo animal pode requerer maior quantidade de vitaminas em situações especiais, como ocorrem durante o crescimento, lactação, infecções, distúrbios de absorção por alterações do trato gastrointestinal, destruição da flora intestinal por antibióticos, estados de convalescença, aumento de esforços físicos, estresse induzido pelo manejo ou pela administração de medicamentos e outras condições (SPINOSA, 2006). Reconhecidamente indispensáveis como importantes fatores nutricionais, as vitaminas também têm aplicações médico-veterinário relevantes para fins terapêuticos específicos, prevenindo ou eliminando as condições de hipovitaminoses que podem ocorrer nos animais (SPINOSA, 2006). A maioria das vitaminas age como coenzimas, por exemplo, a riboflavina nas reações de oxidorredutase e a biotina nas reações de carboxilação. As vitaminas são classificadas em lipossolúveis e hidrossolúveis. As hidrossolúveis são as vitaminas B 1, B 2, B 5, B 6, B 12, folato, biotina e vitamina C (BAYNES, 2010). Em medicina veterinária são citadas como vitaminas hidrossolúveis as vitaminas C, B 1, B 2, B 6, B 12, ácido pantotênico, ácido fólico, niacina, colina e biotina (SPINOSA, 2006). As coenzimas são geralmente derivadas de alguma vitamina hidrossolúvel, principalmente do complexo B. Normalmente atuam como transportadoras intermediárias de grupos funcionais, átomos, ou elétrons. A coenzima incorporadora à estrutura da enzima recebe o nome de grupo prostético (GONZÁLEZ, 2006). Com exceção da vitamina C, todas as vitaminas hidrossolúveis podem ser agrupadas juntas sob o nome de complexo B. Além disso, têm sido identificadas certas substâncias tipo-vitamina que, embora não sejam classificadas como vitaminas verdadeiras, possuem as características destas e são agrupadas dentro do complexo B. Entretanto as funções biológicas destas substâncias ainda carecem de investigação (SPINOSA, 2006). Dentre as substâncias tipo-vitamina, podem ser citadas: carnitina (vitamina B T ), amigdalina (vitamina B 17 ), ácido pangâmico (vitamina B 15 ), ácido orótico (vitamina B 13 ), ácido lipóico, ácido para-aminobenzóico (PABA), coenzima-q (ubiquinona), inositol e bioflavonóides (SPINOSA, 2006). As vitaminas hidrossolúveis são solúveis em compostos polares. Estas têm menos problemas na absorção e transporte. Não podem ser armazenadas, exceto no sentido geral de saturação tecidual. As vitaminas B funcionam principalmente como coenzimas no metabolismo celular. A vitamina C é um agente estrutural vital. As vitaminas hidrossolúveis são solúveis em água, são difíceis de armazenar porque o excesso é eliminado pela urina. Essas substâncias são solúveis no plasma sanguíneo e por isso não necessitam de compostos carregadores (BORGES, 2011). 2

3 Embora sejam consideradas não tóxicas, algumas vitaminas hidrossolúveis mostraram, em experimentos realizados com camundongos, efeitos sobre o desenvolvimento embrionário. A vitamina C, por exemplo, inibiu este desenvolvimento mesmo em baixas concentrações, ao passo que a vitamina B 2 e a niacina o inibiram em altas concentrações, e outras vitaminas hidrossolúveis não o alteram (SPINOSA, 2006). Também se demonstrou que o diabetes experimental em ratos causou depressão nos níveis de vitaminas hidrossolúveis em vários tecidos, principalmente de vitamina B 1 e B 6, ácido fólico, niacina e ácido pantotênico, quando comparado com os ratos do grupo controle (SPINOSA, 2006). Com exceção da vitamina B 12, o corpo não possui capacidade de armazenar as vitaminas hidrossolúveis. Consequentemente, todas as vitaminas hidrossolúveis devem ser regularmente obtidas através da dieta. Todo o excesso dessas vitaminas é excretado pela urina. Ao contrário das vitaminas lipossolúveis, não apresentam toxicidade se ingeridas em excesso (BAYNES, 2010). Tiamina (vitamina B 1 ) Funções fisiológicas O pirofosfato de tiamina (TPP) é uma forma biologicamente ativa da vitamina, formada pela transferência do grupo pirofosfato do ATP para a tiamina. O pirofosfato de tiamina serve como coenzima na formação ou na degradação de α-cetois pela transcetolase e na descarboxilação dos α-cetoácidos (CHAMPE, 2006). A tiamina, em sua forma ativa como tiamina-pirofosfato, é essencial para reações de descarboxilação, para algumas reações catalisadas por tranferases e para o metabolismo energético normal dos carboidratos. A tiamina é necessária para a reação da transcetolase na via da hexose monofosfato (BAYNES, 2010). Durante a absorção intestinal, é fosforilada a tiamina pirofosfato (TPP), sua forma ativa, que vai ser grupamento prostético das enzimas 2-cetoglutarato desidrogenase e transcetolase. É uma vitamina termolábil e sensível a variação de ph, sendo inativa em soluções alcalinas (VIEIRA, 2003). A vitamina B 1 é importante na transformação de carboidratos em lipídeos e participa diretamente na excitação dos nervos periféricos. Esta vitamina funciona também como coenzima importante no metabolismo energético da glicose, fazendo a conversão de glicose em gorduras; atua na manutenção do apetite e do tônus muscular. A vitamina B 1 também é recomendada para a manutenção, o crescimento e a reprodução dos animais (SPINOSA, 2006). 3

4 Bioquímica O grupo ativo da TPP é o tiazol, e necessita também do Mg 2+ como cofator. A TPP funciona como coenzima em dois tipos de reações: na descarboxilação-oxidação do piruvato, com sua conversão em acetil-coa, e do α-cetoglutarato no ciclo de Krebs, formando succinil-coa, e também nas reações das transcetolases, na via das pentoses-fosfato (GONZÁLEZ, 2006). Por outro lado, a TPP parece ter importante papel na transmissão do impulso nervoso: a coenzima se localiza nas membranas periféricas dos neurônios, sendo requerida na biossíntese de acetilcolina e nas reações de translocação de íons na estimulação nervosa (GONZÁLEZ, 2006). Fontes principais A vitamina B 1 é encontrada principalmente em cereais (milho e outros), levedura de cerveja, vegetais, frutas, batata, fígado animal, gema de ovo e leite (SPINOSA, 2006). Os animais ruminantes e equinos adultos podem obter a vitamina B 1 através das bactérias do rúmen ou ceco, respectivamente, enquanto coelhos e ratos dependem da coprofagia como fonte desta vitamina (SPINOSA, 2006). Requerimentos A tiamina é instável no calor e em meios alcalinos, podendo haver a sua destruição em várias etapas do processamento dos alimentos e a conservação. A tiamina também pode ser destruída por tiaminases presentes na carne de alguns peixes e no processo de fermentação por algumas bactérias. A deficiência de tiamina foi observada em raposas alimentadas com peixes e crus e gatos alimentados tanto com peixe cru como em comida de gato enlatada. Rações enlatadas preservadas com metabissulfito de sódio também causaram deficiência de tiamina em felinos. A chamada síndrome da mortalidade precoce é uma doença não infecciosa que afeta a truta do lago e outros salmonídeos associada à deficiência de tiamina (KANEKO, 2008). Em herbívoros a deficiência de tiamina pode ocorrer a partir da ingestão de Marsilea drummondii ou Pteridium aquilinum. A característica mais predominante da deficiência é a poliencefalomalácia. A relação entre a produção excessiva de sulfeto de hidrogênio no rúmen e a poliencafalomalácia foi recentemente demonstrada (KANEKO, 2008). 4

5 A disponibilidade de tiamina nos alimentos é composta de elevados níveis de taninos. Como exigência geral, os animais devem receber de 4 a 10 mg/kg de matéria seca ingerida (KANEKO, 2008). Estrutura da tiamina na sua forma de vitamina: (a). Descarboxilação de α-cetoácidos (b). Transformação de cetoses fosfatos na via da pentose fosfato (c). Fonte: KANEKO, Riboflavina (vitamina B 2 ) As duas formas biologicamente ativas são flavina mononucleotídeo (FMN) e flavina adenina dinucleotídeo (FAD), formadas pela transferência de um AMP do ATP para o FMN. O FMN e o FAD são capazes de aceitar reversivelmente dois átomos de hidrogênio, formando FMNH 2 ou FADH 2. O FMN e o FAD são fortemente ligados algumas vezes covalentemente a flavoenzimas que catalisam a oxidação ou a redução de um substrato (CHAMPE, 2006). 5

6 A riboflavina está ligada ao açúcar álcool ribitol. A molécula é colorida, fluorescente, fotolábil e termoestável. É encontrada em oxidorredutases como flavina mononucleotídeo (FMN) e flavina adenina dinucleotídeo (FAD), e é necessária ao metabolismo energético tanto de açúcares quanto de lipídeos. A ativação da riboflavina ocorre via sistema enzimático dependente de ATP, resultando na produção de FMN e FAD (BAYNES, 2010). A forma ativa é o FAD (flavina adenina nucleotídeo) e o FMN (flavina adenina mononucleotídeo), que recebem e prótons e elétrons, convertendo-se de formas oxidadas (FAD + e FMN + ) para reduzida (FADH 2 e FMNH 2 ). O FAD é um importante transportador de elétrons e prótons na cadeia respiratória mitocondrial (VIEIRA, 2003). É uma vitamina de cor amarelada, termoestável, porém fotolábil, que perde essa cor quando exposta a luz ou submetida à radiação (um procedimento industrial comum para aumentar a quantidade de vitamina D no leite) (VIEIRA, 2003). Funções fisiológicas A vitamina B 2 atua no metabolismo energético e tem função essencial nas reações de oxidação em todas as células do organismo, para liberação de energia, sendo necessária nas dietas de animais não ruminantes ou monogástricos, pois os ruminantes a sintetizam através da microflora ruminal e intestinal. É importante também no metabolismo de aminoácidos, ácidos graxos e carboidratos (SPINOSA, 2006). Ainda, a vitamina B 2 é um componente do pigmento da retina; participa do funcionamento da glândula adrenal e é importante para a produção de corticosteroides no córtex da glândula adrenal (SPINOSA, 2006). Há relato de que a vitamina B 2, em associação com as vitaminas B 1, B 6, B 12 e C, exerce importante função na recuperação clínica de bezerros acometidos por ataxia, sem agente etiológico conhecido (SPINOSA, 2006). Bioquímica As formas coenzimáticas dos nucleotídeos flavínicos são o FAD (flavina adenina dinucleotídeo) e o FMN (flavina mononucleotídeo). Pode-se dizer que as coenzimas flavínicas não são nucleotídeos verdadeiros, pois, ao invés de pentose como açúcar, eles contêm ribitol. Os flavonucleotídeos estão unidos fortemente à enzima, atuando como grupo prostético, podendo esta união ser covalente como no caso da succinato desidrogenase. As flavoenzimas atuam 6

7 como óxido redutases em muitos processos oxidativos, como do ácido pirúvico, dos ácidos graxos e dos aminoácidos, bem como na cadeia de transporte eletrônico (GONZÁLEZ, 2006). Fontes principais A vitamina B 2 é encontrada principalmente na pastagem fresca (alta concentração), leite, fígado, rins e coração animal, músculo, peixe, levedura de cerveja, queijo, ovos, vegetais e cereais (baixa concentração) (SPINOSA, 2006). Requerimentos Necessidades de riboflavina são inferiores as da niacina e ácido ascórbico, devido à sua grande afinidade com as enzimas a qual ela serve como cofator, na maioria dos animais a sua meia vida é de várias semanas. As necessidades diárias são de 2 a 6 mg/kg na dieta (KANEKO, 2008). A maior parte da riboflavina nas células está nas formas de FMN e FAD. Fonte: KANEKO,

8 Niacina (vitamina B 3 ) Niacina, ou ácido nicotínico, é um derivado substituído da piridina. As formas biologicamente ativas da coenzima são nicotinamida-adenina-dinucleotídeo (NAD + ) e seu derivado fosforilado, nicotinamida-adenina-dinucleotídeo-fosfato (NADP + ). A nicotinamida, um derivado do ácido nicotínico, que contém uma amida substituindo um grupo carboxila, também ocorre na dieta. A nicotinamida é rapidamente desaminada no organismo e, dessa forma, é nutricionalmente equivalente ao ácido nicotínico. As formas reduzidas do NAD + e do NADP + são NADH e NADPH, respectivamente (CHAMPE, 2006). A niacina é um nome genérico para o ácido nicotínico ou nicotinamida e ambos são nutrientes essenciais (BAYNES, 2010). A niacina é uma parte ativa da coenzima nicotinamida adenina dinucleotídeo (NAD) e nicotinamida adenina dinucleotídeo fosfato (NADP), os quais participam das reações da oxidorredutase. A forma ativa da vitamina necessária para a síntese de NAD e NADP é o nicotinato, portanto a nicotinamida deve ser desaminada antes de tornar-se disponível para a síntese dessas coenzimas. A niacina pode ser sintetizada a partir do triptofano e, portanto, não é uma vitamina propriamente dita. A conversão é, entretanto, muito ineficiente e não consegue suprir quantidades suficientes de niacina. Além disso, a conversão requer tiamina, piridoxina e riboflavina, e em dietas pobres tal síntese seria problemática. As exigências de niacina estão também relacionadas com o gasto energético (BAYNES, 2010). Presente nos alimentos na forma de niacinamida (uma amida) e ácido nicotínico (ou niacina, um ácido carboxílico), esta vitamina, que pode ser sintetizada a partir do aminoácido triptofano, participa da molécula de NAD (nicotinamida adenina dinucleotídeo), importantíssimo transportador de prótons e elétrons no metabolismo energético mitocondrial (VIEIRA, 2003). Funções fisiológicas Esta vitamina é um importante constituinte de duas coenzimas do organismo, a nicotinamida adenina dinucleotídeo (NAD) e nicotinamida adenina dinucleotídeo fosfato (NADP), importantes sistemas enzimáticos necessários para a respiração celular, processo que ocorre nas mitocôndrias. A nicotinamida também participa do metabolismo de carboidratos, lipídeos e proteínas. A sua síntese depende da conversão do triptofano em niacina (SPINOSA, 2006). Nos ruminantes, as necessidades de nicotinamida são supridas pela síntese microbiana ruminal, mas é essencial nas dietas de animais não ruminantes, para a prevenção de muitos distúrbios metabólicos da pele, trato gastrointestinal e outros órgãos (SPINOSA, 2006). 8

9 A niacina também tem efeito específico sobre o crescimento animal; diminui os níveis de colesterol e protege contra o infarto do miocárdio (SPINOSA, 2006). Bioquímica No sentido exato da palavra, a niacina não é uma vitamina, pois ela pode ser sintetizada no organismo a partir de triptofano (Trp). Porém a conversão de Trp em niacina é relativamente ineficiente e só acontece depois que os requerimentos de Trp estão cobertos. Por outro lado, a biossíntese de niacina necessita de tiamina, riboflavina e piridoxina. Assim, em termos práticos, tanto a niacina quanto o Trp são essenciais e precisam estar na dieta (GONZÁLEZ, 2006). Os nucleotídeos NAD e NADP são chamados também nucleotídeos de piridina, pois a nicotinamida é um derivado da piridina. Estes nucleotídeos atuam como coenzimas de muitas enzimas óxido-redutases, as quais atuam como receptoras de elétrons de substratos específicos. NAD + e NADP + (formas oxidadas) sofrem redução reversível em seu anel nicotinamida, devido à oxidação de um substrato, que doa um par de átomos de H. O nucleotídeo oxidado recebe um íon hidreto (H - ), equivalente a um próton e dois elétrons, e transforma-se em NADH ou NADPH (formas reduzidas). As formas reduzidas, por sua vez, podem doar H para reduzir outros compostos e, assim, voltar a forma oxidada. A união do NAD à enzima é fraca (não covalente). O nucleotídeo se movimenta através da superfície de uma enzima a outra, atuando como um transportador de elétrons entre um metabólito e outro (GONZÁLEZ, 2006). Existem aproximadamente 200 desidrogenases identificadas: as desidrogenases NADdependentes participam da transferência de elétrons em processos oxidativos (catabólicos), enquanto as desidrogenases NADP-dependentes participam da transferência de elétrons em processos redutivos (biossíntese ou anabólicos) (GONZÁLEZ, 2006). Fontes principais A niacina é encontrada principalmente no milho e outros cereais, músculo, fígado e rim (SPINOSA, 2006). Requerimentos A niacina é necessária em quantidades que variam de 10 a 25 mg/kg da dieta. Dependendo da espécie, a conversão de 60 mg de triptofano produz 1 mg de niacina. Quando consumida em excesso (acima de 100 mg/kg) a niacina pode causar vasodilatação (KANEKO, 2008). 9

10 Estrutura da niacina. Fonte: KANEKO, Piridoxina (vitamina B 6 ) A vitamina B 6 é um termo coletivo para piridoxina, piridoxal e piridoxamina, todos derivados da piridina. Eles diferem apenas na natureza do grupo funcional ligado ao anel. Todos os três compostos podem servir como precursores da coenzima biologicamente ativa, o piridoxal fosfato. O piridoxal fosfato funciona como uma coenzima para um grande número de enzimas, particularmente aquelas que catalisam reações envolvendo aminoácidos (CHAMPE, 2006). A vitamina B 6 é uma mistura de piridoxina, piridoxal, piridoxamina e seus 5 -fosfatos. A piridoxina é a principal forma da vitamina B 6 na dieta, e o fosfato de piridoxal é a forma ativa da vitamina. O piridoxal fosfato participa como cofator no metabolismo dos aminoácidos e também na reação da fosforilase do glicogênio (BAYNES, 2010). 10

11 Todas as formas da vitamina são absorvidas pelo intestino, e durante esse período ocorre alguma hidrólise dos fosfatos. A maioria dos tecidos, no entanto, contêm a piridoxal quinase, que resintetiza as formas fosforiladas necessárias para a síntese, metabolismo e interconversão dos aminoácidos. A piridoxina também é necessária para a síntese dos neurotransmissores serotonina e noradrenalina, além da síntese de esfingosina, um componente da esfingomielina e dos esfingolipídios. A piridoxina também é necessária para a síntese do grupamento heme (BAYNES, 2010). Por causa do seu papel no metabolismo dos aminoácidos, as necessidades diárias de vitamina B 6 aumentam com o aumento da ingestão de proteínas (BAYNES, 2010). É encontrada nos alimentos em três formas: piridoxina (um álcool), piridoxal (um aldeído) e piridoxamina (uma amina). É coenzima em reações do metabolismo dos aminoácidos, como por exemplo, as transaminações (VIEIRA, 2003). Funções fisiológicas A vitamina B 6 atua na forma de coenzimas como o fosfato piridoxal e o fosfato piridoxamina, as quais têm papel fundamental em muitas funções fisiológicas do organismo, como no metabolismo de proteínas, gorduras e carboidratos. Esta vitamina é importante, também, para o metabolismo de aminoácidos, sendo necessária principalmente na dieta de animais não ruminantes, que requerem suplementação, sobretudo durante a fase de crescimento e reprodução (SPINOSA, 2006). Bioquímica São muitas as reações que dependem de piridoxina. Entre os processos mais importantes com a participação desta coenzima, podem ser citadas: as reações de transaminação entre o aspartato e oxalacetato, α-cetoglutarato e glutamato, e alanina e piruvato; as reações da glicogenólise, nas quais a piridoxina é componente essencial da glicogênio fosforilase e se une a resíduo de lisina, estabilizando a enzima; a biossíntese das aminas serotonina, noradrenalina e histamina; formação de niacina a partir de triptofano; a biossíntese de ácido δ-aminolevulínico (ALA), precursor do grupo heme; a biossíntese de esfingolipídeos, componentes da mielina (GONZÁLEZ, 2006). 11

12 Fontes principais A vitamina B 6 é encontrada principalmente no músculo, fígado e rim animal, cérebro, gema de ovo, leite, levedura de cerveja e cereais, além de ser sintetizada pela microflora ruminal e intestinal em animais ruminantes e não ruminantes (SPINOSA, 2006). Requerimentos A necessidade de piridoxina pelos animais é diretamente proporcional com a ingestão de proteínas e aminoácidos, no entanto, a deficiência de vitamina B 6 é raramente observada. Normalmente as necessidades diárias variam entre 2 e 6 mg/kg da dieta. A reação mais comum é a de transaminação. Fonte: KANEKO, Biotina A biotina é uma coenzima nas reações de carboxilação, nas quais ela serve como carregador do dióxido de carbono ativado. A biotina liga-se covalentemente ao grupo ε-amino de resíduos de lisina nas enzimas dependentes de biotina (CHAMPE, 2006). 12

13 A biotina é normalmente sintetizada pela flora intestinal. Ela funciona como coenzima em complexos multienzimáticos envolvidos nas reações de carboxilação. Ela é importante na lipogênese, na gliconeogênese e no catabolismo de aminoácidos de cadeias ramificadas. A maior parte da necessidade de biotina no organismo é suprida a partir de sua síntese pelas bactérias intestinais (BAYNES, 2010). Também conhecida como vitamina H, é coenzima de enzimas carboxilases, descarboxilases e transcarboxilases transportando o CO 2 para os substratos (VIEIRA, 2003). Funções fisiológicas Esta vitamina é necessária em muitas reações do metabolismo de carboidratos, lipídeos e proteínas. É uma importante coenzima para as reações de carboxilação metabólica e participa da síntese de certas proteínas (como, por exemplo, a amilase) (SPINOSA, 2006). Nos animais, em geral, a síntese microbiana intestinal de biotina é relativamente boa, porém variável. As aves necessitam de grandes quantidades desta vitamina e nos suínos, a biotina melhora o desempenho reprodutivo (SPINOSA, 2006). A biotina é essencial no processo de queratinização, ou seja, para a formação e integridade dos tecidos queratinizados (pele, pelo, unhas, cascos e chifres) (SPINOSA, 2006). Bioquímica Constitui o grupo prostético de várias enzimas que participam em reações de carboxilação. As mais importantes dessas enzimas são a piruvato carboxilase (que catalisa a conversão do piruvato em oxalacetato), participando na via da gliconeogênese, e a acetil-coa carboxilase (que catalisa a conversão de acetil-coa em malonil-coa), participando na biossíntese de ácidos graxos (GONZÁLEZ, 2006). Fontes principais A biotina é encontrada principalmente em vegetais, frutas, leite, tecidos em geral, farelo de arroz, levedura de cerveja e sementes (SPINOSA, 2006). 13

14 Biotina ligada covalentemente a um resíduo de lisina em uma enzima dependente. Fonte: CHAMPE, Ácido pantotênico O ácido pantotênico é um componente da coenzima A, a qual atua na transferência de grupos acila. A coenzima A contém um grupo tiol que transporta compostos acila como ésteres de tiol ativados. Exemplos de tais estruturas são a succinil-coa, a acil-coa e a acetil-coa. O ácido pantotênico é também um componente da síntese de ácidos graxos (CHAMPE, 2006). O ácido pantotênico é uma parte da molécula de coenzima A (CoA), ele é amplamente encontrado em animais e plantas, não havendo deficiências, exceto em dietas experimentais (BAYNES, 2010). Já foi denominada de vitamina B 5, esta vitamina faz parte da molécula de coenzima A (CoA) e é responsável por reações de acetilação (advindo daí o termo A da coenzima A). Outra enzima que possui o ácido pantotênico é a proteína transportadora de grupamentos acil na síntese de ácidos graxos (VIEIRA, 2003). Entretanto, a CoA é a forma mais abundante e importante de ação dessa vitamina, sendo responsável pelo transporte de grupos carbonados (como o acetil e o acil) para o metabolismo energético (VIEIRA, 2003). 14

15 Funções fisiológicas Esta vitamina faz parte das enzimas coenzima A (CoA) e proteína carreadora de grupo acil, importante para o metabolismo de ácidos graxos; é um fator antidermatite para as aves e fator promotor de crescimento em ratos. Pode haver muita perda desta vitamina (cerca de 50%) entre produção e o consumo dos alimentos (SPINOSA, 2006). Bioquímica A coenzima A é derivada do ácido pantotênico. É um nucleotídeo de adenina que contém β- mercaotoetilamina. O ácido pantotênico também é componente da porção fosfopanteteína da proteína transportadora de grupos acila que atua na biossíntese de ácidos graxos. Pelo menos 70 enzimas utilizam a coenzima A ou a ACP, sendo uma coenzima importante no metabolismo de lipídeos, proteínas e no ciclo de Krebs (GONZÁLEZ, 2006). Fontes principais O ácido pantotênico é encontrado principalmente no fígado, rim e músculo animal, cérebro, arroz, gema de ovo, levedura de cerveja, cereais e legumes verdes (SPINOSA, 2006). Para a maioria dos animais as necessidades diárias de ácido pantotênico são de 10 a 20 mg/kg da dieta na matéria seca. Em animais, os sinais clássicos de deficiência são retardo no crescimento e dermatite, como uma consequência secundaria do metabolismo dos lipídeos alterada. Síntese da coenzima A. Fonte: KANEKO,

16 Ácido fólico O ácido fólico (ou folato), o qual desempenha um papel chave no metabolismo dos grupos de carbono, é essencial para a biossíntese de vários compostos (CHAMPE, 2006). O tetraidrofolato recebe um fragmento de um carbono de doadores, como a serina, a glicina e a histadina, e os transfere para intermediários na síntese de aminoácidos, purinas e timina uma pirimidina encontrada no DNA (CHAMPE, 2006). O ácido fólico (ácido pteroil glutâmico) tem um número de derivados conhecidos coletivamente como folatos. Ele participa em reações de transferências de um único átomo de carbono, por exemplo, as reações de metilação, importantes tanto no metabolismo quanto na regulação da expressão gênica, em múltiplas vias, incluindo a síntese de colina, serina, glicina, metionina e ácidos nucleicos. O ácido fólico é fisiologicamente inativo até ser reduzido a ácido di-hidrofólico. Suas formas principais são tetraidrofolado, 5-metil-tetraidrofolado (N 5 MeTHF) e N 10 -formiltetraidrofolato-poliglutamato derivado do 5MeTHF. Antes dos poliglutamatos poderem ser absorvidos, eles devem ser hidrolisados pela glutamil hidrolase (conjugase) no intestino delgado. A principal forma circulante do folato é o monoglutamato N 5 -THF (BAYNES, 2010). Células em rápido processo de divisão têm maio necessidade dessa vitamina, já que exercem importante função na síntese de timina das purinas e pirimidinas, as quais são necessárias para a síntese de DNA. Com base na toxicidade seletiva que ocorre em células de crescimento rápido, por exemplo, células bacterianas e cancerosas, essa função do folato foi a principal base para o desenvolvimento de análogos estruturais de folato (antagonistas do ácido fólico), os quais são utilizados como antibióticos e agentes anticancerígenos (BAYNES, 2010). Sua forma ativa é como tetrahidrofolato (THF) contém um carbono extra que doa em reações enzimáticas. O THF é produzido a partir da ação da enzima tetra-hidro-folato redutase. Existem seis formas de THF, dependendo da forma como o carbono extra que é doado durante a reação por ela catalisada: -CH 3 (metil), -CH 2 - (metileno), -CH=O (formil no N5 ou no N10 da molécula), -CH=NH (formimino) e -CH= (metenil) (VIEIRA, 2003). Funções fisiológicas Esta vitamina é importante na formação de purinas e pirimidinas necessárias para a biossíntese de ácidos nucleicos (DNA e RNA), os quais são essenciais para a reprodução e divisão celular (SPINOSA, 2006). O ácido fólico tem função essencial como vitamina antianemia, pois participa da formação do grupo heme (proteína que contém ferro e está presente na hemoglobina), além de ser 16

17 importante como fator de crescimento animal e na formação dos aminoácidos tirosina, ácido glutâmico e metionina, dentre outras funções (SPINOSA, 2006). Há maior necessidade de ácido fólico durante a prenhez e lactação; além disso, as sulfas frequentemente adicionadas em rações comerciais para aves aumentam a necessidade de ácido fólico nestes animais (SPINOSA, 2006). Bioquímica Esta vitamina está envolvida com os processos da hematopoiese. Depois de ser absorvido no intestino, o ácido fólico é reduzido a tetra-hidrofolato (H 4 folato) nos lisossomos, pela enzima H 2 folato-redutase. Na circulação, a vitamina encontra-se com N5-metil-H 4 folato. Dentro das células, o H 4 folato aparece na forma poliglutâmica, a qual é biologicamente mais potente, sendo, dessa forma, armazenada no fígado (GONZÁLEZ, 2006). O H 4 folato participa de reações biossintéticas como carreador de unidades 1 carbono. Assim participa da biossíntese da colina, serina, glicina, metionina, purinas e dtmp. As duas últimas são as reações mais significativas, pois tanto purinas quanto dtmp devem ser sintetizados, enquanto os outros compostos podem ser fornecidos pela dieta (GONZÁLEZ, 2006). Fontes principais O ácido fólico é encontrado principalmente no fígado, rim e músculo animal, leite, queijo, espinafre, couve-flor, legumes e germe de trigo (SPINOSA, 2006). Requerimentos Os requerimentos de ácido fólico na dieta estão no intervalo entre 1 a 10 mg/kg da dieta da maioria dos animais. Existem algumas situações que as necessidades de folato estão elevadas, como por exemplo, na administração de medicamentos que são agonistas do ácido fólico da dieta (KANEKO, 2008). 17

18 Redução do folato a tetrahidrofolato. Fonte: MARKS, Vitamina B 12 A vitamina B 12 é necessária para duas reações enzimáticas essenciais: a síntese de metionina e a isomerização da metilmalonil-coa, que é produzida durante a degradação de alguns aminoácidos e de ácidos graxo com número ímpar de átomos de carbono (CHAMPE, 2006). A vitamina B 12 (cobalamina) tem uma complexa estrutura em anel similar ao sistema de porfirina do grupamento heme, porém é mais hidrogenada. O ferro localizado no centro do anel do grupamento heme é substituído pelo íon cobalto (CO 3+ ). Essa é a única função conhecida do cobalto no corpo. Essencial para a quelação do íon cobalto, um anel dimetilbenzilmidazol também faz parte da molécula ativa. A vitamina B 12 participa da reciclagem dos folatos e da síntese de metionina (BAYNES, 2010). A vitamina B 12 é sintetizada apenas por bactérias. Ela está ausente em todas as plantas, mas concentrada no fígado dos animais de três maneiras diferentes: metilcobalamina, adenosilcobalamina e hidroxicobalamina (BAYNES, 2010). Possui íon cobalto ligado a um anel tetrapirrólico no centro da molécula, muito semelhante à ligação do ferro da hemoglobina e do Mn na clorofila. A forma mais comum é a de cianocobalamina onde o -CN liga-se ao cobalto, existindo ainda as formas de 18

19 hidroxicobalamina, aquocobalamina e metilcobalamina com o -OH, H 2 O e -CH 3 ligados ao cobalto, respectivamente (VIEIRA, 2003). É cofator de reações de reorganização estrutural (conversão de metil-malonil-coa em succinil-coa) e reações de metilação (conversão de homocisteína em metionina). A succinil- CoA é fundamental para a síntese de ácidos graxos e de aminoácidos e a metionina é indispensável para a síntese das purinas (adenina e guanina) e, por sua vez, para a síntese de ácidos nucleicos (VIEIRA, 2003). A vitamina B 12 é sintetizada somente por micro-organismos, principalmente os presentes no sistema digestivo de herbívoros. É a vitamina que é requerida em menor quantidade diária, fato que, associado ao acúmulo no fígado e músculos em grandes reservas, torna o animal independente de grandes fontes alimentares (VIEIRA, 2003). As funções da vitamina B 12 e do folato estão inter-relacionadas, e a deficiência de qualquer um produz os mesmos sinais e sintomas. A reação que envolve ambas as vitaminas é a reação de metilação, responsável pela conversão da homocisteína em metionina (BAYNES, 2010). A vitamina B 12 é necessária em apenas outra reação, que é a conversão de metilmalonil-coa em succinil-coa. A forma de coenzima da vitamina, nesse caso, é a 5 -desoxi adenosilcobalamina. Mecanismos específicos existem para a absorção e o transporte da cobalamina (BAYNES, 2010). Funções fisiológicas A vitamina B 12 tem ação sobre as células do sistema nervoso, medula óssea e trato gastrointestinal, exercendo importantes funções como síntese de ácidos nucleicos (DNA e RNA, assim como o ácido fólico ou folato), formação de hemácias (é essencial na eritropoese), manutenção do tecido nervoso e biossíntese de grupos metil (-CH 3 ). Esta vitamina participa também do metabolismo de carboidratos, gorduras e proteínas e das reações de redução para formação do grupo sulfidrila (-SH) (SPINOSA, 2006). A vitamina B 12 é essencial, ainda, para o crescimento animal, a reprodução e a produção e fertilidade de ovos. Todas as espécies animais não ruminantes necessitam de vitamina B 12 na ração, embora quantidades necessárias sejam menores quando há fontes microbianas desta vitamina no ambiente (como no esterco e estrume) e síntese bacteriana no trato gastrointestinal (SPINOSA, 2006). Trabalho experimental mostrou que ratos tratados com a vitamina B 12, após a injeção de cloreto de cádmio, apresentaram menor nível deste metal pesado no organismo (no fígado e 19

20 rins) e maior sobrevivência em relação aos animais não tratados com esta vitamina (SPINOSA, 2006). Bioquímica A cobalamina contém um sistema de anéis corrina, que difere das porfirinas, pois dois dos seus anéis pirrol estão ligados diretamente, em vez de o serem por meio de uma ponte de meteno. O cobalto é mantido no centro do anel corrina por quatro ligações coordenadas com os nitrogênios dos grupos pirrol. As demais ligações coordenadas do cobalto são com o nitrogênio do 5-6-dimetilbenzimidazol e com o cianeto. As formas de coenzima da cobalamina são 5 - desoxiadenosilcobalamina, na qual o cianeto é substituído pela 5 -desoxiadenosina (formando uma ligação carbono-cobalto não usual), e a metilcobalamina, na qual o cianeto é substituído por um grupo metila (CHAMPE, 2006). A cianocobalamina está unida a uma proteína e para ser utilizada deve ser hidrolisada pelo ácido gástrico, onde se combina com uma glicoproteína secretada pelo próprio estômago, chamada fator intrínseco (o fator extrínseco é a cobalamina). Essa proteína transporta a cianocobalamina até o íleo onde é absorvida (GONZÁLEZ, 2006). Fontes principais A vitamina B 12 é encontrada principalmente no fígado, rins e coração animal e também na gema de ovo. É a única vitamina sintetizada na natureza apenas por micro-organismos do trato gastrointestinal (SPINOSA, 2006). Requerimentos As necessidades de vitamina B 12 na maioria dos animais estão entre 2 a 15 μg/kg da dieta. Embora deficiências de B 12 sejam incomuns, doenças que prejudiquem o pâncreas ou o intestino, podem afetar a absorção desta vitamina. Deficiência de cobalto para ruminantes também podem resultar em hipovitaminoses de B 12 (KANEKO, 2008). 20

21 Estrutura da vitamina B 12. Fonte: MARKS, Vitamina C A vitamina C, ou ácido ascórbico, é um nutriente essencial para humanos, primatas superiores, porquinhos-da-índia e morcegos frutívoros. Em todos os outros animais, existe uma via específica para sua síntese. A vitamina C é lábil: é facilmente destruída por oxigênio, íons metálicos, ph aumentado, calor e luz. A vitamina C serve como agente redutor, e sua forma ativa é o ácido ascórbico, o qual é oxidado durante a transferência dos equivalentes redutores em ácido desidroascórbico (que também pode atuar como fonte de vitamina). A Vitamina C participa da síntese do colágeno, adrenalina, esteroides, degradação da tirosina, formação de ácidos biliares, absorção de ferro e metabolismo ósseo. A principal função desse composto é manter cofatores metálicos em seus menores estados de valência, por exemplo, Fe +2 e Cu +2. Esse é o caso da síntese do colágeno, onde ele é necessário especificamente para a hidroxilaçao da prolina (BAYNES, 2010). Essa é a vitamina que possui a estrutura molecular mais simples, derivada da glicose e presente na maioria de animais e vegetais. Na verdade, somente poucos animais (homem, porquinho-da-índia, morcego das frutas e certas aves e peixes) não a sintetizam, isso devido à ausência da enzima L-gulono-lactona, responsável pela sua síntese a partir de derivados da glicose (VIEIRA, 2003). 21

22 Sua principal função bioquímica é converter o aminoácido prolina em hidroxiprolina na formação do colágeno. No entanto, é potente antioxidante, agindo como protetora da morte celular por ação de radicais livres (VIEIRA, 2003). A vitamina C não é usada como uma coenzima, mas é mesmo assim necessária para a atividade continuada da prolil hidroxilase. Esta enzima sintetiza a 4-hidroxiprolina, um aminoácido necessário ao colágeno, componente importante do tecido conjuntivo de vertebrados; mas este aminoácido é raramente encontrado em qualquer outro local (STRYER, 2004). Resultados de estudos de marcação radioativa mostraram que radicais de prolina no lado amínico de glicinas nas cadeias nascentes de colágeno são hidroxilados. Este átomo de oxigênio que se liga ao C-4 da prolina vem do oxigênio molecular O 2. Outro átomo de oxigênio do O 2 é captado pelo α-cetoglutarato, que se transfere em succinato. Esta reação complexa é catalisada pela prolil hidroxilase, uma dioxigenase. Ela é auxiliada por um ionte Fe 2+, que fica firmemente ligado e é necessário para ativar O 2 (STRYER, 2004). A enzima também transforma α-cetoglutarato em succinato sem hidroxilar prolina. Nesta reação parcial, forma-se um complexo de ferro oxidado, que inativa a enzima. O ascorbato (vitamina C) vem em socorro, reduzindo o ionte férrico na enzima inativada. No processo de recuperação, o ascorbato é oxidado a ácido desidroascórbico. Assim, o ascorbato serve como um antioxidante específico (STRYER, 2004). O colágeno sintetizado na ausência de ascorbato é menos estável do que a proteína normal. Estudos da estabilidade térmica de peptídeos sintéticos têm sido especialmente informativos. A hidroxiprolina estabiliza a tripla hélice do colágeno formando pontes de hidrogênio entre os filamentos. As fibras anormais formadas pelo colágeno com hidroxilação insuficiente contribuem para as lesões cutâneas e para a fragilidade de vasos sanguíneos observada no escorbuto (STRYER, 2004). Funções fisiológicas A vitamina C é uma importante substância antioxidante para o organismo, e uma das suas principais funções é de cofator para a formação e manutenção do colágeno. A vitamina C é também essencial para a formação e manutenção do tecido conjuntivo, ossos, cartilagens e dentina, além de ter ação imune estimulante (SPINOSA, 2006). Além da sua função como vitamina, é também usada como um agente que auxilia na detoxificação em intoxicações exógenas. A vitamina C participa, ainda, do metabolismo dos aminoácidos tirosina e triptofano, dos lipídeos e do ácido fólico; do controle do colesterol e da 22

23 integridade dos dentes, ossos e vasos sanguíneos (SPINOSA, 2006). A vitamina C também facilita a absorção do ferro da dieta no intestino (CHAMPE, 2006). Fontes principais Esta vitamina é encontrada principalmente em certos vegetais como o tomate, em vegetais folhosos como a couve-flor e a alface, nas frutas cítricas e no fígado animal (SPINOSA, 2006). Requerimentos Para manter as funções normais do metabolismo as necessidades de ascorbato variam entre 10 e 60 mg para cada 1000 kcal utilizadas pelo corpo. Já para animais em lactação os requerimentos são de 50 a 250 mg para cada 1000 kcal (KANEKO, 2008). Síntese do ácido ascórbico. Fonte: KANEKO,

24 Colina Funções fisiológicas A colina não é considerada uma vitamina verdadeira, mas sim um importante nutriente, cuja suplementação é necessária em animais (SPINOSA, 2006). É uma substância vital para a prevenção da esteatose hepática, para a transmissão de impulsos nervosos, uma vez que participa na formação da acetilcolina, e para o metabolismo de lipídeos. Apesar de ser sintetizada pelo fígado, a colina pode ser insuficiente para as aves em fase de crescimento rápido ou para animais jovens de outras espécies, com rações deficientes em grupos metil (-CH 3 ) (SPINOSA, 2006). Fontes principais A colina é encontrada principalmente no ovo, germe de trigo, levedura de cerveja e fígado. A síntese hepática de colina pode suprir as necessidades dos animais (SPINOSA, 2006). Referências bibliográficas BAYNES, J. W.; DOMINICZAK; M. H. Bioquímica médica. 3. ed. Rio de Janeiro (Brasil): Elsevier, p. BORGES, A. B.; CARBONI, D. R. Vitaminas hidrossolúveis e lipossolúveis. Disponível em: < Acesso em: 30/05/2013. CHAMPE, P. C.; HARVEY, R. A.; FERRIER, D. R. Bioquímica ilustrada. 3. ed. Porto Alegre (Brasil): Artmed, p. GONZÁLEZ, F. H. D.; SILVA, S. C. Introdução à bioquímica clínica veterinária. 2. ed. Porto Alegre (Brasil): Editora da UFRGS, p. KANEKO, J. J.; HARVEY, J. W.; BRUSS, M. L. Clinical biochemistry of domestic animals. 6. ed. San Diego (Estados Unidos): Elsevier, p. MARKS, A. D.; SMITH, C.; LIEBERMAN, M. Basic Medical biochemistry. 2. ed. Baltimore (Estados Unidos): Lippincott Williams & Wilkins, p. SPINOSA, H. S.; GÓRNIAK, S. L.; BERNARDI, M. M. Farmacologia aplicada à medicina veterinária. 4. ed. Rio de Janeiro (Brasil): Guanabara Koogan S.A., p. STRYER, L.; TYMOCZKO, J. L.; BERG, J. M. Bioquímica. 5. ed. Rio de Janeiro (Brasil): Guanabara Koogan S.A., p. VIEIRA, R. Fundamentos de bioquímica. 1. Ed. Pará (Brasil): Laboratório de genética humana e médica, p. 24