Folatos, vitamina B12 e vitamina B6

Folatos é a designação atribuída a um conjunto de vitâmeros* que incluem
na sua estrutura o ácido pteroico (ou tetrahidropteroico) ligado a um resíduo
de glutamato ou a uma cadeia (<10) de resíduos de glutamato ligados entre
si por ligações amida envolvendo o carboxilo em C5 (folil-poliglutamatos).
O vitâmero que é usado como suplemento dietético é
quimicamente mais estável e é (impropriamente)
designado por “ácido fólico”. Tem apenas um resíduo de
glutamato e o resíduo de ácido pteroico está mais
oxidado que nos folatos dos alimentos naturais.
ácido pteroico
Os folatos presentes nos alimentos naturais (espinafres, bróculos, cogumelos, fígado, etc.)
contêm vários (geralmente 5 a 8) resíduos de glutamato e, em vez de ácido pteroico contém o
ácido tetrahidropteroico (este resíduo contém mais 4 hidrogénios que o ácido pteroico)
No organismo dos mamíferos as formas
que existem dentro das células e são
metabolicamente ativas são
(1) reduzidas (tetrahidrofolatos; H4-folatos) e
(2) são folil-poliglutamatos.
ácido tetrahidropteroico
Folatos,
vitamina B12 e
vitamina B6
ligado a uma cadeia
de poliglutamato
As formas monoglutamadas (folilmonoglutamatos) atravessam membranas
e existem no plasma.
[email protected]
*Vitâmeros são compostos distintos que, administrados a um ser vivo, têm a mesma atividade vitamínica;
2
podem, na maioria dos casos, substituir-se uns aos outros.
Departamento de Bioquímica da Faculdade de Medicina do Porto
A absorção dos folatos naturais implica a hidrólise prévia da cadeia de poliglutamato que ocorre
por ação de hidrólases da bordadura em escova. Os folil-monoglutamatos formados são
maioritariamente absorvidos para o interior dos enterócitos por transporte ativo dependente do
protão.
Folil-poliglutamatos
N5-metil-H4-folato (poliglutamato)
n H2O
n glutamato
N5-metil-H4-folato
n H2O
2) adição de unidades
monocarbonadas
n glutamato
Folil-monoglutamatos
H4-folato
monoglutamato
N5
N10
CH3
H
homocisteína
n ADP + n Pi
n glutamato
n ATP
H+
H4-folato
sintétase de folil-poliglutamato
Nos enterócitos, a primeira reação é a adição de resíduos de glutamato (sintétase de folilpoliglutamato) e a consequente formação de folil-poliglutamatos.
As formas oxidadas são reduzidas pela ação da redútase do dihidrofolato.
Depois ocorre a adição de unidades monocarbonadas que levam à formação de compostos como o
N5-metil-H4-folato.
Após hidrólise da cadeia de glutamatos o N5-metil-H4-folato (monoglutamato) sai (no polo basal dos
3
enterócitos) para a veia porta por transporte mediado.
N10
CH3
H
N5
N10
H
H
A síntase da metionina é a
metionina
única enzima capaz de
converter o N5-metil-H4folato (quer a forma
homocisteína
monoglutamato quer a
poliglutamato) e tem como
grupo prostético a
cobalamina (B12).
sintétase de folil-poliglutamato
H4-folato
N5
N10
H
H
síntase da
metionina
(vit B12)
monoglutamato
N5
n ADP + n Pi
monoglutamato
metionina
Folil-monoglutamatos
Folil-poliglutamatos
n ATP
H4-folato
n moléculas
de glutamato
1) redução do ácido fólico
poliglutamado pelo NADPH
(formação de H4-folatos)
(monoglutamato)
No plasma sanguíneo, a forma predominante é o N5-metil-H4-folato (monoglutamato) que não
é substrato da sintétase de folil-poliglutamato. O N5-metil-H4-folato (monoglutamato) que entra
para as células do organismo (1º) sofre desmetilação por ação da síntase da metionina seguida
de (2º) adição de glutamatos. A adição de glutamatos torna os folatos melhores substratos das
enzimas com que interagem.
H4-folato
mono e poli…
N5
N10
CH3
H
H4-folato
mono e poli…
N5
N10
H
H
vit B12
↑
↓
Quando há défice de vit. B12
dá-se a “armadilha dos
folatos”.
“Todo” o folato do organismo
fica na forma de N5-metil-H4folato e deixa de cumprir os
seus papeis metabólicos.
Funcionalmente há um défice
4
de folatos.
O H4-folato é aceitador de unidades monocarbonadas no decurso dos metabolismos da serina,
glicina e colina formando
H4-folato
H4-folato
N5,N10-metileno-H4-folato.
H4-folato
serina
N5
N10
N5
N10
N5
N10
Dentro das células existem múltiplas formas de
folatos (praticamente todas poliglutamatos)
que se distinguem entre si pelo tipo de unidade
monocarbonada ligada ao azoto N5, ao azoto
N10 ou a ambos. As mais abundantes são o N5metil-H4-folato, o N10-formil-H4-folato e o H4folato H4-folato .
N5
H
N5
H
As diferentes formas podem
converter-se umas nas outras, mas
(1) a redução do N5,N10-metilenoH4-folato a N5-metil-H4-folato e
(2) a desaminação do N5-formiminoH4-folato a N5,N10-metenilo-H4folato
são fisiologicamente irreversíveis.
N10
H
HC=O
N10
CH3
H
N5-metil-H4-folato; n.o. do C= -2
NADP+
NADPH
redútase do
metileno-H4-folato
H4-folato
N5
H4-folato
N5
betaína
N5
desamínase
CH
HC=NH
H
5
O H4-folato também é aceitador de unidades monocarbonadas no decurso do metabolismo da
histidina e também participa na conversão do formato formado na síntese de colesterol e no
catabolismo do metanol e do triptofano.
lanosterol
triptofano
H
NADP+
NADPH
NAD+
H4-folato
NADH
CO2 + NH3
sarcosina
CH3
N5
CH2
H4-folato
N5
N10
H
H
N10
NADP+ ou
NAD+
NADPH ou
NADH
colina
H4-folato
H4-folato
N5
N10
N5
H
H
Um dos três grupos metilo
presentes na colina participa
na regeneração de
metionina; os outros dois
levam à formação de glicina e
N5,N10-metileno-H4-folato.
H2O
CH
H4-folato
N5
N10
N10
HC=O
6
O N10-formil-H4 folato é o dador de unidades
monocarbonadas a intermediários da via metabólica
de síntese de novo das purinas. Os carbonos 2 e 8
do anel purina
PRPP
provém do N10formil-H4-folato.
5-fosforibosilamina
histidina
metanol
NAD+
O2
N10
N5-formimino-H4-folato
N5,N10-metenilo-H4-folato
NADH
H2O2
H4-folato
glicina
betaína-homocisteína
metil-transférase
homocisteína
NH4+
N10
ciclohidrólase
N10-formil-H4-folato
NAD+
ou
NADPH ou NADH
desidrogénase do
metileno-H4-folato
H
Enzima de clivagem
da glicina
dimetil-glicina
metionina
NADP+
H2O
A serina gera glicina e a
glicina sofre desaminação
oxidativa. Ambas as
reações levam à formação
de N5,N10-metileno-H4folato.
N5,N10-metileno-H4-folato;
n.o. do C= 0
N10
CH2
H4-folato
N5
N5
H
Hidroximetiltransférase da serina
H4-folato
N10
n.o. do C =
+2
H
N10
NH4+
H4-folato
cinurenina
colesterol
metanal
N5
GAR
urocanato
N10
(glicinamida-fosforibosilo)
H4-folato
H2O
CH3
NADP+
N5
H2O
FIGLU
H4-folato
N5
N10
H
H
CH2
formato
ATP
ADP + Pi
H4-folato
N5
N10
HC=O
N10-formil-H4-folato
H2O
H4-folato
N5
N10
H
H
AICAR
H4-folato
NADP+ ou
NAD+
NADPH ou
NADH
Sintétase do
N10-formil-H4-folato
FGAR
N5
(formilglicinamidina-fosforibosilo)
Formiminotransférase
do glutamato
N10
H4-folato
H4-folato
HC=O
NADPH
N5
N10
N10
ciclohidrólase
CH
N5,N10-metenilo-H4-folato
glutamato
N5
N10
H
H
N5
desamínase
N10
HC=NH
N5-formimino-H4-folato
H4-folato
N5
H4-folato
N10
HC=O
H4-folato
NH4+
(amino-imidazol-carboxamida-fosforibosilo)
N5
N10
H
H
FAICAR
7
(formamido-imidazol-carboxamidafosforibosilo)
IMP
8
O N5,N10-metileno-H4 folato é o dador de uma unidade monocarbonada ao 2’-desoxiuridilato na
ação catalítica da síntase do timidilato . A síntese de TMP ocorre durante a fase S do ciclo
celular. O TMP é o precursor do TTP, um dos substratos das polimérases de DNA.
Ciclo do dihidrofolato
Uma das possíveis
consequências do défice de
folatos é a anemia
megaloblástica que se
caracteriza pela presença no
sangue e na medula óssea de
eritrócitos imaturos e de grande
tamanho (megaloblastos).
normoblastos
megaloblastos
A suplementação com folato nas mulheres na altura da
conceção faz diminuir a incidência de defeitos do encerramento
do tubo neural nos embriões.
A causa deste efeito dos folatos é desconhecida, mas poderá
estar relacionada com a necessidade aumentada de folato nas
células em rápida multiplicação (como é o caso das células do
tubo neural do embrião).
O deficit de folatos pode provocar hiper-homocisteinemia, um sinal estatisticamente associado
ao desenvolvimento precoce de aterosclerose. A razão da homocisteinemia ↑ está relacionada
com a diminuição da “salvação da metionina” pela síntase da metionina.
metionina
H4-folato
mono e poli…
S-adenosil-metionina
N5
N10
H
H
Síntase da metionina
S-adenosil-homocisteína
H4-folato
mono e poli…
O aparecimento de megaloblastos pode ser explicada pelo papel do N5,N10-metileno-H4-folato
na síntese de TTP (timidino-trifosfato) e do DNA. No défice de folatos a síntese e a reparação do
DNA está prejudicada enquanto que a síntese de RNA e proteínas é menos comprometida. As
9
células precursoras dos eritrócitos crescem de tamanho mas a divisão celular fica prejudicada.
Os folatos são degradados por clivagem oxidativa do resíduo de ácido tetrahidropteroico do
folil-poliglutamato, seguido da libertação (hidrólise) de glutamatos e acetilação. O produto Nacetil-aminobenzoilglutamato é excretado na urina.
H4-folato
N5
[homocisteína] ↑
N10
CH3
10
A vitamina B12 também é designada por cobalamina de que existem vários
vitâmeros. A sua estrutura química é muito complexa contendo um átomo de cobalto
hexavalente que está no centro de um anel tetrapirrólico de corrina e que também
está ligado a um azoto do anel dimetil-benzimidazol.
Os diferentes vitâmeros da vitamina B12, distinguemse pelos diferentes grupos químicos que se ligam na
sexta valência do cobalto. Exemplos:
(poliglutamato)
corrina
R=
-CH3
⇒ metil-cobalamina
5’-desoxiadenosina ⇒ desoxiadenosil-cobalamina
-OH
⇒ hidroxi-cobalamina
-N=C
⇒ ciano-cobalamina
N-acetilaminobenzoilglutamato
pteridina
CoA
dimetilbenzimidazol
acetil-CoA
No plasma sanguíneo a forma predominante é a metil-cobalamina
e nas células (a forma de reserva) é a 5’-desoxiadenosil-cobalamina.
n-1 H2O
aminobenzoilpoliglutamato
n-1 moléculas
de glutamato
aminobenzoilglutamato
11
A vitamina B12 está ausente em vegetais. É produzida por microorganismos e existe na carne,
peixe, ovos e mariscos.
12
Desde o estômago até ao sangue, a vitamina B12 interage com diferentes proteínas. Desliga-se
das proteínas a que está ligada nos alimentos (por ação do pH ácido e da pepsina), para se ligar
a proteínas R (haptocorrinas). No duodeno, desliga-se das proteínas para se ligar ao fator
intrínseco (uma proteína essencial para absorção). No plasma viaja ligada à transcobalamina.
célula principal
H+
pepsina
na maior parte dos casos, a causa dos défices de vitamina B12 está relacionada com
alterações no processo que permite a sua absorção a partir de alimentos naturais.
São causas possíveis de défice de vitamina B12:
1-aclorídria inflamatória ou uso crónico de inibidores da
bomba de protões.
2-receção cirúrgica do estômago
célula parietal
B12-proteínas
Embora os vegetarianos estritos possam ter défice de vitamina B12 de causa dietética,
transcobalamina -B12
proteínas
Proteínas R
3-anemia perniciosa (doença auto imune com
destruição das células parietais em que há
anticorpos contra o fator intrínseco).
B12
transcobalamina
Proteína R – B12
B12
endossoma
Proteínas R
digeridas
Fator intrínseco
Fator intrínseco – B12
Fator intrínseco – B12
Fator intrínseco
hidrolisado
B12
Enterócito do
íleo
cubilina
13
As reservas de vitamina B12 estão maioritariamente no fígado e, porque
a sua eliminação (urinária e biliar) é muito lenta, o organismo pode
manter-se saudável durante anos após a interrupção da absorção de
vitamina B12.
14
As manifestações de défice de vitamina B12 são:
A cobalamina é o grupo prostético da síntase da metionina. No processo catalítico a
cobalamina aceita o grupo metilo do N5-metil-H4-folato convertendo-se em metil-cobalamina
1- Anemia megaloblástica causada por défice secundário
de folatos (“armadilha dos folatos”).
que é o dador direto do grupo metilo à homocisteína.
H4-folato
monoglutamato
metionina
Síntase da metionina
2- Degenerescência subaguda combinada =
desmielinização axonal com neuropatia irreversível que pode incluir demência grave.
O mecanismo é desconhecido.
plasma
H
H
urina
N10
↓
n ATP
n ADP + n Pi
H4-folato
poliglutamato
N5
N10
H
H
serina
H4-folato
monoglutamato
CH3
Porque a administração de ácido fólico trata e previne eficazmente a anemia megaloblástica
pode mascarar um défice de vitamina B12 e a consequente desmielinização axonal.
Na ausência de anemia o défice de vitamina B12 pode ser mais difícil de diagnosticar.
15
N10
homocisteína
N5
desmielinização
N5
n glutamato
Sintétase de folilpoliglutamato
vit B12
glicina
↑
↓
2’-dUMP
↓
H4-folato
N5
N10
CH2
H2-folato
A síntase de metionina é a única enzima que é
capaz de catalisar a conversão do N5-metil-H4folato em H4-folato. Por isso ocorre a
“armadilha dos folatos” e, consequentemente,
anemia megaloblástica.
N5
N10
H
H
TMP ↓
TTP ↓
O défice de vit. B12 provoca secundariamente défice de folatos porque o N5-metil-H4-folato que entra nas
células (forma monoglutamato) vindo do plasma não é desmetilado.
Sem H4-folato (desmetilado) não ocorre a adição de glutamatos.
16
O N5-metil-H4-folato não se mantêm dentro da célula e há eliminação aumentada.
Para além da síntase da metionina só existe uma outra enzima que tem como grupo prostético a
vitamina B12 (o vitâmero 5’-desoxiadenosil-cobalamina), a mútase da L-metil-malonil-CoA.
Propionato
Isoleucina
Valina
Metionina
Treonina
Ácidos gordos de
cadeia ímpar
CO2
ADP + Pi
ATP
propionil-CoA
trifosfato
cobalamina
H2O
CoA
H2O
ATP
L-metil-malonil-CoA
5’-desoxiadenosilcobalamina
apoenzima
3 Pi
D-metil-malonil-CoA
NADP+
Os vitâmeros da vitamina B6 são absorvidos no intestino na forma desfosforilada.
Dentro das células uma cínase fosforila a piridoxina, o piridoxal e a
piridoxamina formando os derivados fosforilados. A forma ativa é o
piridoxal-fosfato (PLP). A formação do PLP a partir de piridoxamina-P e
piridoxina-P é catalisada pela oxídase da piridox(am)ina-fosfato.
=O
-NH2
No catabolismo forma-se ácido piridóxico que é eliminado no rim.
-OH
piridoxina-P
OH
O2
Ácido metil-malónico
mútase da L-metilmalonil-CoA
mútase
da L-metil-malonil-CoA
5’-desoxiadenosilcobalamina
5’-desoxiadenosiltransférase
piridoxina
H2O
NADPH
+ ATP
→
Cerca de 100 enzimas têm como grupo prostético o PLP (piridoxal-fosfato); a maioria
envolvidas no metabolismo dos aminoácidos mas…
Glicogénio (n)
Glicose-1-P
Cerca de 80% do PLP do organismo está ligado às
fosforílases de glicogénio hepático e muscular.
=O
-NH2
-OH
cínase
Para além das transamínases (da alanina, do aspartato, dos aminoácidos ramificados, etc.) o PLP
também é o grupo prostético das descarboxílases dos L-aminoácidos, da enzima de clivagem da
glicina, da hidroxi-metil-transférase da serina, da síntase da cistationina, da síntase do ácido δaminolevulínico (ALA)…
glicina
H4-folato
serina
N5
N10
H
H
HMT da serina
H4-folato
N5
N10
H
H
succinil-CoA
CoA + CO2
ácido δ-aminolevulínico (ALA)
Enzima de clivagem
da glicina
heme
H4-folato
NAD+
α-cetoácido X
(α
α-cetoglutarato)
Há muitas transamínases. Catalisam reações, geralmente fisiologicamente reversíveis, em que
um dos substratos é (quase) sempre o glutamato que é dador do grupo amina a α-cetoácidos
Y
19
formando-se o α-aminoácido Y correspondente…
O2
piridoxamina-P
18
α-aminoácido X
(glutamato)
α-aminoácido Y (aspartato,
alanina, serina, tirosina, α-AAs
ramificados)
Oxídase da
piridox(am)inafosfato
NH2
glicina
α-cetoácido Y (oxalacetato, piruvato,
hidroxipiruvato, p-hidroxifenilpiruvato, αcetoácidos ramificados)
NH4+
H2O2
PLP
piridoxamina
Glicogénio (n-1)
As enzimas mais conhecidas que têm como grupo prostético o PLP são as transamínases:
ADP +
piridoxal
Quando há défice de vitamina B12 há ↑ de metil-malonil-CoA nas células e ↑ do ácido metilmalónico no sangue e na urina que denuncia diminuição da atividade da mútase de L-metilmalonil-CoA. O mesmo acontece quando há défice congénito desta mútase, mas só no caso do
17
défice de vitamina B12 é que há degenerescência subaguda combinada .
Pi
H2O2
ALP
Pi
succinil-CoA
ácido
piridóxico
Oxídase da
piridox(am)inafosfato
N5
NADH
N10
CO2 + NH3
metionina
CH2
histidina
CO2
glutamato
5-hidroxitriptofano
L-dopa
homocisteína
GABA
Descarboxílases
serina
histamina
serotonina
dopamina
cistationina
Alguns aminoácidos ou seus
derivados são
neurotransmissores... 20
O deficit dietético de vit.B6 é raríssimo porque esta vit. existe em quase todos os alimentos
naturais (os vegetais contêm piridoxina e os animais piridoxamina-P e PLP).
Porque é que um dos possíveis sintomas do deficit
de vit. B6 são convulsões?
Relação com alterações nas concentrações intracerebrais de
neurotransmissores formados ou catabolizados pelas
enzimas “dependentes” do PLP…
1) A importância da vitamina B6 na dieta ficou
claramente demonstrada quando, em 1953,
ocorreu nos EUA uma epidemia de convulsões em
bebés alimentados exclusivamente com uma
determinada marca de “leite de substituição”. A
fórmula não continha vit. B6.
(1956) Pub Healf Rep
71: 445
2) O deficit de vit. B6 também pode ocorrer em doentes (com
tuberculose) tratados com isoniazida. A isoniazida reage (reação não
enzímica) com o PLP causando a sua depleção…
Às vezes o défice de vit. B6 manifesta-se como um neuropatia periférica
(perda de sensibilidade), mas não se sabe porquê.
glicina
succinil-CoA
Outras causas (raras) de défice de vit. B6:
PLP
3) Défice congénito de fosfátase alcalina (ALP) ⇒ o PLP
que viaja no plasma não é desfosforilado… e só a forma
desfosforilada pode penetrar nas células.
4) Défice de oxídase da piridox(am)ina-fosfato ⇒ a
piridoxina-P e a piridoxamina-P não podem ser
convertidas na forma ativa (PLP)
célula
CoA + CO2
ácido δ-aminolevulínico (ALA
síntase do ALA
(PLP)
Piridoxal
+ Pi
Heme (grupo
O2
H2O2
21
Bibliografia
Stipanuk, M. H. & Caudill, M. A. (2013) Biochemical, Physiological, Molecular Aspects of Human
Nutrition, 3rd edn, Sunders, Elsevier., USA.
Murray, R. K., Granner, D. K., Mayes, P. A. & Rodwell, V. W. (2012) Harper's Illustrated
Biochemistry, 29th edn, Lange, New York.
Lamarre, S. G., Morrow, G., Macmillan, L., Brosnan, M. E. & Brosnan, J. T. (2013) Formate: an
essential metabolite, a biomarker, or more?, Clin Chem Lab Med. 51, 571-8.
Nelson, E. M. (1956) Association of vitamin B6 deficiency with convulsions in infants, Public
Health Rep. 71, 445-8.
Clayton, P. T. (2006) B6-responsive disorders: a model of vitamin dependency, J Inherit Metab
Dis. 29, 317-26.
Mackey, A. D., Davis, S. R. & Gregory, J. F. (2006) Vitamin B6 in Modern Nutrition in Health and
Disease (Shils, M. E., ed) pp. 452-461, Lippincott, Phyladelphia.
Shane, B. (2006) Folic acid, vitamine B12 and vitamine B6 in Biochemical, Physiological,
Molecular Aspects of Human Nutrition (Stipanuk, M. H., ed) pp. 693-732, Sunders, Elsevier, St.
Louis.
23
Mutações no gene da síntase do ALA provocam uma anemia microcítica e
hipocrómica (devido a alteração na síntese de heme da hemoglobina) que
reverte com doses elevadas de vit. B6.
prostético da
hemoglobina)
22