4.vITAMINE 4.1.Caracteristici genera Ie 4.1.1.Definipe. Vitaminele sunt compu~i organici pe care tesuturile umane nu ii pot sintetiza dar care sunt necesari pentru cre~terea ~i dezvoltarea normala a organismului. Ace~ti compu~i trebuie sa faca parte din ratia alimentara. Vitaminele sunt necesarein cantitate mica (cateva mg sau J!gpe zi) ele nefiind surse de carbon, azot sau energie. Cand cantitatea de vitamine din dieta este sub nivelul necesar, apar stliri patologice specifice 4.1.2.Surse pentru vitamine. Vitaminele provin esential in organismul uman din alimentatie. Toate vitaminele pot fi fumizate de alimente. Unele vitamine pot fi sintetizate de catre microorganismele intestinale dar acestea nu pot fumiza intregul necesar de vitamine al organismului uman. 4.1.3.Clasitieare Dupa solubilitate vitaminele pot fi: solubiJe in apa sau liposolubile. VitalUinele solubiIe in apa, includ: vitaminele B, acidul folic, niacina,acidul pantotenic, biotina ~ivitamina C. Vitaminele hidros~lubile ~i adesea derivatii lor servesc drept cofactori pentru enzime. Vitaminele cofactor sunt adesea denumite coenzime. Vitamine IiposolubiIe inc1ud: vitaminele A, D, E~i K sunt vitamine liposolubile ce contin un rest izoprenic: -CH2-C=CH-CH-, ICH3 Dintre vitaminele liposolubile tesuturile umane pot sintetiza vitamina D. In tesuturile umane se folosesc resturile de izopren pentru sinteza colesterolului ~i a ubiquinonei (coenzima Q). 4.2.Vita mine hidrosolubile Formele active ale vitaminelor hidrosolubile au rol de coenzime. 4.2.1.Vitamina BI (tiamina) Structura. Tiamina este aIcatuita din doua heterocic1uri, unul pirimidinic ~i unul tiazolic (ambii substituiti), legate intre ele printr-o punte metilenica (Fig.4.l). Prin esterificarea gruparii -OH cu acid fosforic, se formeaza: TMP (tiaminmonofosfatul), TDP (tiamindifosfatul). Tiamin pirofosfatul, constituie partea actiya enzimatic, decarboxilaza. Surse. Vegetale: cereale (germenii boabelor de ponllnb, secara) taritele cerealelor, legume (fasole, mazare), fruete (nuci, prune, struguri) ~i produse animale (came, organe, oua, lapte). Biosinteza. Vitamina BJeste sintetizata de majoritatea micro-organismelor, vertebratele insa nu sintetizeaza vitamina BJ. Anumite microorganisme din flora intestinala sunt producatoare iar altele sunt consumatoare de tiamina. 97 Absorbpa se face la nivelul intestinului subtire, unde are loc intr-o anumita masura ~ipirofosforilarea cu fonnarea de TDP. o IIR=-P-OHTiaminmonofosfat (TMP) IN~ N+YN~ OH CH3 o 0 H,.Y-~ .1..~CHfCHfOR II IIR=-P-o-P-OHTiamindifosfat (TOP) =IIOH OH Tiaminpirofosfat(TPP)R H Tiamina Aneurina == Vitamin a B1 Fig.4.l Vitamina B. ~icoenzima sa tiaminpirofosfatul Transformarea tiaminei libere in decarboxilaza~ forma activaenzimatic: se face cu consum de ATP in intestin, ficat, rinichi, unde TPP format se combinli cu proteine specifice ~irezulta enzime active: ATP AMP \.. ~ Tiamin~ . Tiaminpirofosfattiaminkinaze (ex, tiamin pirofosfokinaza) Cantitatea de aprox. 25 mg de tiamina din Qrganismul uman este in maJontate (90%) in forma activa enzimatic TDP, restul fiind depozitatli pentru durata scurta. in rinichi, ficat, mu~chi cardiac . Prin defosforilare, apare tiamina libera care este vehiculatlicu sangele spre diferite organe unde se transforma din nou in decarboxilaza legatli cu proteine specifi{:e .(decarboxilaze ). Mecanismul de actiune biochimica. Tiamin pirofosfatul (coenzima) constituie partea activa a decarboxilazelor (enzime),participand la.urmatoar:~lereactii enzimatice: -decarboxilarea a-cetoacizilor: Piruvat piruvat-decarboxilaza. Acetaldehidll + CO2 (in drojdii) complexul multienzimaticPiruvat . Acetil-Co.A.. + CO2 al piruvat-dehidrogenazei complexul multienzimatic a-cetoglutarat I I d h'd ,. Succinil-CoA + CO2a a-ceto-g utarat e 1 rogenazel -reactiile de transcetolizare (incalitatede coenzima'a transcetolazelor pafticipa la transferul de grupari cetol: -fH2T-Coi OH Avitaminoza determina deficiente in metabolismul glucidic. Acidul piruvic se acumuleaza in organism, ceea ce atrage 0 serie de manifestari patologice resimtite,in 98 special, la nivelul sistemului nervos; Deficie~ade vitamina BJ determfniboala beriberi. 4.2.2. Vitamina Bz Structura. Contine structura heterotriciclica numita izoaloxazina (izomer cu aloxazina). Prinata~area unui rest de ribitil la dimetil-aloxazina sau lumicrorn se obtine vitamina B2, riboflavina (FigA.2). Surse naturale de Bz sunt: alimentele de origine animalji (lapte,branza, oua, came) ~ivegetala (tomate, mazare);' Biosinteza este realizata de microorganisme. Absorbpa se face la nivelul intestinului subtire, unde are loc ~i 0 fosforilare. In celule ~itesuturi coenzimele (FAD ~i FMN) se gasesc asociate necovalent cu enzimele dand na~tere la flavoproteine (culoare galbena). Eliminarea se face urinar"prin transpiratie, materii fecale. J(:NH2CH 0N ; 'TCH-CH-CH-C ,,0 #'I ~N HC ' " II H,-O~P-1/ '\ !i J!i3 !OHOHOH! I. OT1iO-H2~ N)0N~HC, ~ N",' NH;'i; ,i jI'," i! , OH OH ! : :I:I ! 10:0': 0 N~ra oi! ii 1! i il! . lumicrom !(H) I I' """,.'" ,'."! !i iumlflavinA " ribon.,"" ,(H) !; adenozin S'-monofosfat --i(H~n.,", i'mononuc1eotid (FMN) !i (H) .. : iI (OH) (AMP) i!flavin adenin dinuc1eotid (FAD) ~I FigA.2. Vitamina B2, FMN ~iFAD Mecanismul de actiune biochimici; Mecanismul de actiunebiochimica presupune activarea riboflavinei prin fosforilare In prezenta ATP ~i Mg2+ ATP ADP "'-~ Riboflavina Flavinadenin mononucleotid (FMN) FMNpoatelegaIncontinuare AMPdintr~omolecuHideATPsubinfluenta flavin adenin-pirofosfatazei ~ia Mg2+ cu formarea de FAD. Mg2+FMN + ATP ----~ .-FAD + PPj Prima reactie are loc In mucoasa intestinului subtire, iar In ficat, rinichi ~i alte tesuturi au loc ambele reactii cu formare de FMN ~iFAD. 99 Flavoproteinele functioneazi ca transportori de hidrogen. Enzime SH2 + FMN (FAD) Exemple de reaetii eatalizate de dehidrogenaze flaviniee: -dehidrogenarea oxidativa a aminoaeiziIor, eu formarea decetoaeizi: R-CH-COOH + H 0 L-aminoacid-oxidaza R-C-COOH +. NH3I r-~ .2 II oNH2 FMN FMNH2 -dehidrogenarea (n -13) aacizilor gra~i saturati (sub forma de acil-SCoA): Acil-CoA dehidrogenaza .. R-CH=CH-CO-SCoAR-CHrCHrCO-SCoA (~FAD FADH2 -dehidrogenarea aeidului succinic: Succinat dehidrogenazaAcid succinic Acid fumaric .. FAD(~ Avitaminoza determina.;.afectiuni nervoase, tulburari oculare (fotofobie), leziuni demlice, dureri musculare. 4.2.3.Vitamina PP, acidul nicotinic sau niacina ~i amida sa, nicotinamida sau niacinamida. Structura sa este reprezentata de acidul piridin-l3-carboxilic sau nicotinic ~i amida sa, nicotinamida sau niacinamida (amida este considerata ca adevarata vitamina) (Fig.4.3). Formele active ale vitaminei PP sunt coenzimele: -Nicotinamid -Adenin-Dinucleotidul (NAD+); -Nicotinamid-Adenin-Dinucleotid fosfatul.(NADP+). Surse naturale pentru vitamina PP sunt: alimentele de origine animala (carne, ficat) ~ivegetala (maure, cartofi, spanac) ca ~idrojdia de bere. Biosinteza. Se face in intestin de catre flora microbiana intestinal a utilizand triptofanul (provitamina PP). Absorbtia acidului nicotinic, care se elibereaza din complexele alimentare (in cafea cre~te continutul de acid nicotinic prin prajire, datorita transformarii trigonelinei in acid nicotinic) se face la nivelul intestinului subtire. Eliminarea se face prin urina sub forma unor produ~i de metabolizare ~ -metiInicotinamida ~i lactona cunoscute sub numele de trigonelina, acid nicotinic, nicotinamida) . 100 I... AU...~.~ONI\; ll/ll/I 20O=P-O (YCOOHO-H.~ .. N+. NH2I .... Acidul nicotinic Amida acidului nicotinic I N~N (niacina) (niacinamida) o OH OH JCJO~r-0 ((.1 O--.~\::l N OH OR Nicotinamid-adenin dinucleotid (NAlt) (R = H formeazli NAD+; R = -P01H2 formeazli NADPj FigA.3 Vitamina PP, NAD+ ~i NADP+ Mecanismul de actiune biochimidi. Coenzimele nicotinamidei NAD+ ~i NADP+ joaca un rol deosebit de important in oxidoreducerile celulare. NAD+ ~iNADP+ sunt formele oxidate, ale acestor coeqzime, care pot prelua doi atomi de hidrogen de la substrat trecand in formele reduse conform reactiilor: . SH2 + NAD+ Sox + NADH + tr SH2 + NADP+ Sox + NADPH + tr Coenzimele se asociaza cu diverse apoenzime prin legaturi foarte slabe (mai slabe ca cele flavinice), fapt ce explica trecerea lor eu u~urinta de pe 0 apoenzima pe alta in functie de necesitatile de moment. Coenzimele NAD+ sunt implicate mai mult in procese catabolice iar NADP+ in procese anabolice. Avitaminoza produce boala numita pelagra sau maladia celor 3D (dermatita, diaree, dementii) ... 4.2.4. Vitamina B6 Structura. Exista trei vitamere: piridoxina, piridoxamina ~i piridoxalul, cu rol de vitamina B6. Ele contin un nuc1eu piridinic substituit. H2C-OH HC=O HO~CH'OH HO~CH'OH H3C N H)CN Piridoxina Piridoxal Piridoxamina in citoplasma celulelor aceste trei vitamere sunt substraturi pentru piridoxal kinaza care Ie transforma in esteri fosforici. Piridoxal fosfatul ~i piridoxamin fosfatul au rol de coenzime. 101 Sursele sunt alimentele animale sau vegetale (ficat, pe~te, nuci, cereale) ca ~i sinteza bacteriana intestinaIa. Necesarul de vitamina B6 este de 2 mg/zi, cerintele fiind crescute in timpul sarcinii ~ilactatiei. Cele trei forme nefosforilate sunt absorbite la nivelul intestinului. Acestea sunt transformate in esteri fosforici de catre piridoxal kinaze in prezenta ATP in: creier, ficat, rinichi. Vitamina este metabolizata in ficat cu formare de acid piridoxic care se excreta urmar. Mecanismul de actiune biochimica. Piridoxalfosfatul este cofactor pentru multe enzime care metabolizeaza aminoacizii. Acesta formeaza prin intermediul .gruparii carbonil 0 legatura covalenta de tip baza-Schiff cu gruparile a-amino din aminoacizi,in reactiiIe de: transaminare, decarboxilare, etc. HC=O VATP ADP~ 2I ~I o HO~CHrOHHO .00 CH-O-P-O'~ Hc~) x)HCpirido"l-ki"~3 H3C N Piridoxal Piridoxalfosfat HO ~ CHrOH ~. . HO b"--~ CH~O-P-O 1.0 piridoxamin-kinaza ~nH2C-NH2ATP ADP .)()H~C-NH2-I 11. ~c N ~c N Piridoxamina Piridoxaminfosfatul Transaminarea este procesul prin care piridoxal fosfatul ~i piridoxamin fosfatul intervin pentTutransformarea unui aminoacid in cetoacid ~iinvers: R1-CH-COOH + R2-C-:-COOH ~ R-C-COOH+ ~-CH-COOHI II 1II. I NH20 0 NH2 Decarboxilarea aminoacizilor este procesul in care piridoxal fosfatul iritervine. (in calitate de coenzima) prin formarea de baze Schiff intermediare. IIR.-CH-COOH ~ ~ RI-CH~ NH2 CO2 NH~ Avitaminoza pusa in evidenta prin nivelul scazut al piridoxal fosfatului in sange; afecteaza activitatea transaminazelor in eritrocit, ducand la simptome clinice ca: leziuni ale pielii ~i mucoasei, anemie sideroblastica, afectiuni nervoase, modificari de personalitate. 4.2.5.Acidul folic Structura acizilor folici contine trei compu~i condensati (Fig.4.4): -un heterociclu trisubstituit numit pteridina; -acid p-amino benzoic (PAB); --acid glutamic. 102 Prin condensarea pteridinei cu acidul p-amino benzoic se formeaza acidul pteroic. Acidul pteroic se poate condensa cu: un singur rest de acid glutamic sau cu 5 resturi de acid glutamic (produs aflat in ficatul animalelor). OH 9 COOH10-0-. i ! CH2 ~ .o! ! I IIN:?'/5)! :eN CH2"NH f , CO-NH-.tH! H,~N Nil yH, . pterina . i-acid p-aminobenzoic ! COOH ! acid glutamic . acid pteroic . i Fig.4.4 Structuraaciduluifolic Din acidul folic in vivo, sub acliunea folat reductazei ~i a acidului ascorbic se obline acidul tetrahidrofolic FH4'cu rol de coenzima. Surse. Primul compus din acest grup de vitarnine a fost izolat din frunze de spanac (in latina -folia) ~i s-a dovedit a avea caracter acid. Acizii folici pot fi sintetizali de unele microorganisrne, inclusiv de cele din flora intestinala, in drojdii ~i legumele verzi ~i intr-o masura mai mica ~i in mod condiponat in lesuturile unor animale. Folalii se distrug u~or prin prelucrare. Necesarul de acid folic este de 200 Ilg/zi;' cerinlele crescand in perioada de sarcina ~i lactalie. Absorbtia. Folatul este prezent in hrana sub forma de poliglutamat. Resturile de glutamat sunt clivate de 0 enzima intestinala (conjugaza) inainte de absorbtie. Folatul neconjugat este absorbit la nivelul intestinului sublire. Se considera ca acidul folic este convertit in mucoasa intestinala la CH3-FH4 forma sub care trece in vena porta ~i de aici in fical. La microorganismele care folosesc acidul p-amino benzoic ca precursor in biosinteza acidului folic, sulfamidele (analogi structurali ai acidului p-amino benzoic) intra in competilie cu acesta afectand astfel producerea acizilor folici ~i respectiv a coenzimelor care ii conlin; consecinla este inhibarea dezvoltarii microorganismelor dependente de acidul p-amino benzoic (PAB). Organismele superioare, inclusiv omul nu pot sintetiza aciduf folic necesitand aport exogen. Ca atare sulfamidele afecteaza organismele superioare numai in masura in care acestea altereaza flora intestinala ~i determina astfel, 0 stare de carenla folinica. Analogii competitivi ai PAB cum sunt sulfamidele sunt larg utiIizati in terapia infectiilor. Transportul se face prin sange in special in forma de CHrFH4 legat de proteine. in timpul eritropoezei folalii sunt incorporati in eritrocite unde persista pe tot parcursul vielii acestora. Nivelul folalilor din eritrocite reflecta nivelul folatilor din intregul organism. Acesta scade in anemie, ciroza alcoolica, cancere. Eliminarea se face in cea mai mare parte prin fecale ~iin procept foarte mic prin urina. Mecanismul dc actiune biochimica al folatilor. La micro-organisme, acizii folici sunt facton dc crctere. La organismele superioare, acizii folici sub forma de acizi tetrahidrofolici (FH4) reprezintl'i coenzimele unor sisteme de activare i transport 103 de la unmetabolit la altul al gruparilor cu un atom de carbon: metil (-CH3), hidroximetil (-CHzOH), Cormil (-CHO), formimino (-CH=NH), metilen (-CHd, grupari interconvertibiJe, importante in: biosintezanucleotidelor (acid timidilic), transformarea glicinei in serina, biosinteza proteinelor (in etapa formiHirii ARN IMel_Met),ca factor antianemic, impreuna cu vitamina B12, etc. De exemplu: -transformarea serinei in glicina: H 910 ICH2 I-IC-NH2 + I' serin hidroximelil transferaza.G~ ):~yCH2NH- '-' ):Ny~'COOH N + N HH Serina Glicina N5N'O -melilen FH -formarea gruparilor metil: W,N10-metilen-FH4 + (NADH + H1-N5~metil-FH4 + NAD+ -metilarea homocisteinei la metionina CH3I H + metiltransferaza . H2T + I ):~yCH2Nh~mOCistein_N metilcobalamina H2T-S-CH3 ):NyCH2NHHy-NH2 . N H COOH H N5-metil FH. Metionina FH. -metilarea etanolaminei (colamina) la trimetil-colamina (colina) eu Sadenozilmetionina (SAM) care se transforma in S-adenozil homoeisteina (SAH): NH2 (x)II .I NH2 CH3 ATP + Metionina ---. HOOC-CH-CHr-CHr-S~H2C.~, 0 ,N,' N + pp.OH OH S-Adenozilmetionina HO-CHr-CHr-NH/ + 3 SAM -HO-CHr-CHr-N+(CH3) + 3 SAH Etanolamina Colina -transformarea deoxiuridilatului in deoxitimidilat (folosit in sinteza de ADN): 104 Deficitul de acizi folici deterrnina: anemie, tulburAri intestinale. Deficitul de vitamina BIZ determifia un deficit de acldfolic.tnabsenta vitaminei BI2se constatA acumularea in ser a acidului NS -metil-FH4 inactiv metabolic deoarece convertirea acestuia la NS -formil-FH4 necesita coenzima B12 Vitamina BI2 are rol in transferul f(Hatilor ~i retinerea lor in celule, ceea ce explica scaderea .folatilor din ficat ~i eritrocite, concomitent cu cresterea lor in ser, la pacientii ~ianimalele cu deficit de vitamina B\2. 4.2.6;Vitamina BIZ Structura. Vitamina B\2 are un nucleu de baza,corina similar cu porfirinele, dar cu 0 legatura -CH= mai putin ~i cu partea "periferica" asemanatoare unui nuc1eotid cu riboza (Fig.4.5). Sistemul tetrapirolic central difera