MÓDULO 4 - AULA 25 Você já deve ter observado que nos rótulos dos alimentos industrializados vem sempre uma referência a respeito do teor vitamínico destes alimentos. Além disso, você também já deve ter percebido que alguns alimentos infantis como biscoitos, por exemplo, também são VITAMINADOS... Mas, afinal, qual a importância das vitaminas? Por que as crianças precisam tanto de vitaminas? O que acontece quando esses compostos faltam no nosso organismo? Objetivos Na aula de hoje, veremos o que são as vitaminas e para que servem. Ao final, falaremos um pouco dos problemas que podem ocorrer devido a sua ausência. 47 C E D E R J 47
BIOQUÍMICA I Introdução São inúmeros os tipos de vitaminas: A, B, C, D, E, K etc. Parece uma sopa de letrinhas!!! Todos nós aprendemos desde pequenos, que precisamos comer legumes, verduras e frutas pois tais alimentos são ricos em vitaminas. Além disto, também ouvimos falar que para abrir o apetite das crianças que não comem com facilidade, devemos dar um suplemento vitamínico. Conforme já mencionamos, as crianças precisam de vitaminas. podem ser divididas em três grandes grupos: Vitaminas solúveis em água (hidrossolúveis). Vitaminas solúveis em lipídeos (lipossolúveis). Nutrientes tipo vitaminas. Veja a tabela abaixo onde estão listadas as principais vitaminas, bem como suas funções e o nome das doenças causadas pela sua ausências: 48 48
MÓDULO 4 - AULA 25 Conforme observamos, muitas vitaminas são precursoras de coenzimas. Mas afinal, o que é uma coenzima? Coenzimas são moléculas orgânicas pequenas que agem junto com as enzimas catalisando as reações bioquímicas. Como o próprio nome diz é uma co-enzima! Este prefixo co, que é o mesmo encontrado na palavra colaboração, por exemplo, quer dizer fazer junto com. É isso mesmo! Colaborar com alguém é fazer algum trabalho junto com alguém. É ajudar alguém. Com as vitaminas dá-se o mesmo. Elas ajudam as enzimas a realizarem suas reações. Em geral, as coenzimas estão no sítio ativo das enzimas, já que é lá que ocorrem as reações catalisadas pela enzima. Conforme você estudou nas aulas anteriores sobre enzimas, poderíamos dizer que elas são como os operários das células. Existe enzima para tudo! Enzimas que quebram as proteínas em peptídeos (proteases); que duplicam o DNA (polimerases); que fosforilam substratos das células (fosforilases ou cinases); que sintetisam ou quebram o ATP (ATPases); que carboxilam substratos (carboxilases) etc etc etc. 49 C E D E R J 49
BIOQUÍMICA I As enzimas são formadas por aminoácidos e são eles que devem, portanto, exercer a função daquela respectiva enzima. Entretanto, dos vinte aminoácidos, apenas nove aminoácidos possuem grupamentos R capazes de participar de reações. São eles: histidina, ácido glutâmico, ácido aspártico, serina, treonina, tirosina, lisina, arginina e cisteína. Os grupamentos desses aminoácidos podem agir como ácidos e bases, mediando a transferência de prótons e de outros grupos. Os demais aminoácidos, por apresentarem grupamentos R inertes, não são capazes de mediar reações químicas. Se você está na dúvida a respeito do grupamento R dos aminoácidos, consulte a Aula 8. Entretanto, várias reações metabólicas envolvem reações químicas que não podem ser realizadas por esses nove aminoácidos. É aí que entram as coenzimas que, por possuírem natureza variada, aumentam o repertório de possíveis reações a serem catalisadas pelas enzimas. que são, então, precursoras das coenzimas, são essenciais para o bom funcionamento dos organismos. Vitaminas são, portanto, moléculas orgânicas essenciais em pequenas quantidades para uma nutrição saudável em humanos e outros vertebrados. Desta forma, as vitaminas que ingerimos com a alimentação são transformadas em coenzima que, por sua vez, associam-se às apo enzimas tornando-as aptas a catalisar uma determinada reação. As apo enzimas são as enzimas sem sua coenzima. Logo, Coenzimas + Apo enzima = Holo enzima (enzima ativa, enzima completa). O nome vitamina foi cunhado em 1911 para a primeira vitamina descoberta que foi a tiamina. Uma vez que a tiamina é uma amina, deu-se este nome, embora as demais vitaminas não sejam aminas, necessariamente. Conforme mencionamos, as enzimas funcionam como os operários das nossas células. Muitas enzimas exercem sua função sem necessitar da colaboração de outras moléculas, apenas usando seus aminoácidos. Mas, como já vimos, algumas só exercem sua função se auxiliadas por uma coenzima presente no seu sítio ativo. Sem a coenzima, a enzima não é ativa. Logo, a coenzima é fundamental para o funcionamento desta enzima. Agora que já sabemos para que servem as vitaminas, podemos imaginar por que elas são tão importantes para as crianças. As crianças apresentam o metabolismo bastante ativo, já que estão crescendo. A vitamina D, por exemplo, ajuda na absorção de cálcio e fósforo, dois elementos indispensáveis para o crescimento ósseo. Desta forma, se falta vitamina D, os ossos não crescem devidamente, aparecendo o raquitismo. Vejamos agora alguns detalhes das vitaminas. 50 50
MÓDULO 4 - AULA 25 Vitaminas solúveis em água A vitamina B 1 dá origem à tiamina pirofosfato (TPP), uma coenzima essencial em várias reações metabólicas. Enzimas como a piruvato descarboxilase (atua na fermentação alcoólica); piruvato desidrogenase e α- ceto glutarato desidrogenase (síntese de acetil-coenzima A e ciclo do ácido cítrico); a transcetolase (fixação de carbono na fotossíntese) e o acetolactato sintase (síntese de valina e leucina) dependem da TPP para seu funcionamento. A falta desta vitamina causa o Beribéri, que se caracteriza pelo acúmulo de fluidos corpóreos e inchamento, dor, paralisia e morte. A palavra Beribéri vem do cingalês, língua falada Sri Lanka, antigo Ceilão, onde beri significa eu não posso. Desta forma, beribéri ( eu não posso duas vezes!) mostra como as pessoas acometidas pela deficiência desta vitamina ficam incapacitadas e fracas. A casca do arroz é rica em vitamina B 1 mas, quando o arroz é polido, sua casca é removida e com ela a vitamina B 1. A vitamina B 12 (chamada de cobalamina já que possui um átomo de cobalto em sua estrutura) dá origem à coenzima B 12 presente na enzima metil-malonilcoenzima A mutase, por exemplo. Esta enzima é muito importante durante a quebra de ácidos graxos (lipídeos) de número ímpar de átomos de carbono. Seu papel é transformar o L-metilmalonil-coenzima A em succinil-coenzima A que vai, então, para o Ciclo de Ácido Cítrico. Você verá em Bioquímica II a importância desta enzima quando estudar o metabolismo dos Lipídeos. A vitamina B 12 tem uma importância fundamental no processo de formação dos glóbulos vermelhos. A deficiência de vitamina B 12 resulta em uma doença séria denominada anemia perniciosa. Esta vitamina não pode ser sintetizada por plantas nem por animais, mas apenas por alguns microorganismos. As pessoas que possuem anemia perniciosa apresentam deficiência na absorção da B 12 pelo intestino, local onde a mesma é sintetizada por bactérias que lá vivem. Essas pessoas apresentam baixa produção de células vermelhas, baixos níveis de hemoglobina e problemas mentais que se agravam com o tempo. A administração de grandes doses de vitamina B 12 pode aliviar os sintomas em alguns casos. 51 C E D E R J 51
BIOQUÍMICA I Vitaminas solúveis em solventes orgânicos não polares São quatro as vitaminas incluídas neste grupo: D, E, K, A. D e A são precursoras de hormônios. A vitamina D dá origem a um hormônio chamado de 1,25- diidroxicolecalciferol, que controla a captação de cálcio no intestino, bem como os níveis de cálcio nos rins e ossos. A vitamina D 3, também chamada de colecalciferol, é normalmente sintetizada na pele a partir do 7-diidrocolesterol. Para que esta reação ocorra, é necessária a participação de luz UV, um dos componentes da luz solar. Veja: Luz UV 7-diidrocolesterol > colecalciferol (vitamina D3) > 1,25- diidroxicolecalciferol (1,25-diidroxivitamina D 3 ) Mas como será que o hormônio 1,25- diidroxivitamina D 3 controla os níveis de cálcio no intestino? O que ocorre é que este hormônio atua como ativador da expressão gênica. Isto significa que eles são capazes de "ligar" um gene específico que quando "lido" vai dar origem a uma proteína capaz de ligar cálcio. Assim, quando o hormônio é sintetizado e passa a circular na corrente sangüínea, ele informa para a célula intestinal que ela precisa dar início à síntese da proteína ligadora de cálcio que passa, então, a se ligar a este íon colocando-o para dentro da célula. Controle dos níveis de cálcio nos ossos e rins Controle da captação de cálcio no intestino Figura 25.1: Via de biossíntese da vitamina D 3 e do hormônio 1,25 diidroxicolecalciferol. O que poderíamos esperar em caso de deficiência de vitamina D? Conforme já havíamos comentado anteriormente, crianças que apresentam problemas na via de biossíntese da vitamina D apresentam graves problemas de formação óssea (raquitismo). Esta doença é mais comum em crianças que vivem em áreas de clima frio. Você saberia o porquê? Pense levando em consideração a via de biossíntese desta vitamina apresentada na Figura 25.1. Crianças com deficiência em vitamina D podem recebê-la externamente e curar-se dos danos causados pela sua insuficiência. A vitamina A, também conhecida como retinol, funciona como hormônio e como pigmento visual do olho dos vertebrados. A vitamina A também regula a expressão gênica e o desenvolvimento do tecido epitelial, incluindo a pele. Algumas drogas usadas no tratamento da acne severa contêm ácido retinóico, um derivado da vitamina A. O retinal, também derivado da vitamina A, é o pigmento envolvido no processo visual capaz de perceber os estímulos luminosos e produzir um sinal neuronal para o cérebro. 52 52
MÓDULO 4 - AULA 25 O β-caroteno é o precursor da vitamina A. Veja: β-caroteno >> vitamina A (retinol) >> cis-retinal pigmento visual ácido retinóico >> sinal para células epiteliais trans-retinal >> sinal neuronal para o cérebro A vitamina A é muito abundante em óleos de fígado de peixes, no fígado, ovos, leite integral e manteiga. O β-caroteno presente na cenoura e em outros legumes amarelos, pode ser convertido em vitamina A, enzimaticamente, pelos vertebrados. A deficiência em vitamina A pode levar a vários sintomas em humanos, tais como ressecamento da pele, dos olhos e mucosas; desenvolvimento e crescimento retardado e cegueira noturna. Vitamina E é o nome dado a um conjunto de lipídeos relacionados chamados tocoferol. Devido ao fato de serem hidrofóbicos, os tocoferóis se associam às membranas, depósitos lipídicos ou lipoproteínas do sangue. Os tocoferóis são antioxidantes e este efeito se deve à presença de anéis aromáticos em suas moléculas, capazes de destruir as espécies reativas de oxigênio e outros radicais que são deletérios às células. Essas espécies reativas de oxigênio oxidam lipídeos das membranas causando fragilidade às mesmas. O tocoferol está presente em ovos e óleos vegetais sendo muito abundante em germes de trigo. Animais de laboratório que recebem dieta pobre em vitamina E desenvolvem fraqueza muscular e cansaço, esterilidade e pele escamosa. Em humanos, esta deficiência é muito rara mas quando ocorre, o sintoma é a fragilidade das células vermelhas do sangue. A vitamina K participa ativamente da cascata de coagulação sangüínea. A deficiência desta vitamina pode ser fatal, uma vez que pode levar a um retardo da coagulação sangüínea levando a hemorragias. A deficiência desta vitamina também é rara em humanos. A vitamina K 1 pode ser encontrada em folhas verdes, ao passo que a vitamina K 2 é sintetizada pelas bactérias que vivem no intestino de vertebrados. Podemos ver, então, que algumas das bactérias que vivem dentro da nossa barriga não são tão más assim... 53 C E D E R J 53
BIOQUÍMICA I Resumo Na aula de hoje aprendemos o que são vitaminas e o que elas fazem. Percebemos como as vitaminas são importantes para o bom funcionamento dos organismos, já que atuam como coenzimas auxiliando diversas enzimas das nossas células a realizarem suas funções. Exercícios 1. Talvez a vitamina mais conhecida seja a vitamina C (ácido ascórbico) que está presente em frutas cítricas como laranja, limão etc. Pesquise sobre as alterações causadas pela ausência desta vitamina em nosso organismo (causa uma doença chamada de Escorbuto). Procure entender o porquê dos sintomas desta doença. Se você preferir, pode responder à questão em grupo. 54 54