Biochimie descriptivă / Biochimie și toxicologie - Curs 7 Vitaminele Vitaminele sunt molecule organice mici, prezente în dietă, care sunt necesare

organismului în cantităţi moderate. Majoritatea vitaminelor nu sunt biosintetizate de organismul uman şi de aceea acestea trebuie sa fie suplimentate din dietă. Există însă şi o cantitate mică de vitamine care este sintetizată de organismul uman. Majoritatea vitaminelor sunt prezente sub forma de precursori (provitamine). Vitaminele se divid în două grupe principale: vitamine liposolubile şi vitamine solubile.

Importanţa vitaminelor: 1. Sunt esenţiale pentru creştere, menţinere şi reproducere; 2. Vitaminele liposolubile sunt implicate în procesul vederii, coagularea sângelui

sau menţinerea integrității structurale ale membranelor celulare; 3. Joacă rol de coenzime sau pot fi implicate în reacții metabolice; 4. Vitaminele A şi D acţionează drept hormoni steroidici; 5. Lipsa vitaminelor din dietă poate conduce la diverse simptome; 6. Deficienţa în vitaminele solubile poate conduce la tulburări de vedere,

deformarea scheletului sau hemoragii; 7. Deficienţa vitaminelor solubile în apă se manifestă sub forma unei boli (beri-

beri, pelagra, anemia megaloblastică sau scorbut); 8. Dat fiind faptul că vitaminele solubile în apă sunt componente ale enzimelor

deficienţa acestora conduce la blocarea reacţiilor metabolice. De exemplu, lipsa vitaminei B12 este cauza apariţiei aciduriei metilmalonice.

9. Unele medicamente sunt compuşi naturali care se comportă ca antivitamine inducând o deficienţă vitaminică. De exemplu, hidrazina acidului izonicotinic este utilizată în tratarea tuberculozei, cauzând deficienţa piridoxinei. Avidina, prezentă în albuşul de ou, leagă biotina şi previne absorbţia acesteia inducând astfel deficienţa acesteia;

10. Analogii vitaminelor sunt utilizaţi drept medicamente. Analogii acidului folic sunt utilizaţi ca agenţi anticancerigeni (metotrexatul) sau antibiotice. Dicumarolul, analog al vitaminei K, este utilizat drept anticoagulant.

11. Consumul de caroteni, vitamina A sau D reduce incidenţa cancerelor sau bolilor cardiovasculare;

12. Gastroenteritele sau dizenteria pot încetini absorbţia vitaminelor; 13. Vitamina B12, acidul folic, vitamina B6 sunt benefice pentru pacienţii cu boli

de inimă. Aceşti compuşi scad nivelul de homocisteină din plasmă.

Vitaminele liposolubile Vitamina A se referă la un grup de compuşi numiţi retinoide. Aceştia sunt

retinolul (alcoolul vitaminei A, formă sub care această vitamină este depozitată în organismul nostru), retinalul (aldehida vitaminei A, forma care are un rol important în procesul vederii) şi acidul retinoic (forma acidă a vitaminei A, care are rol în dezvoltarea embrionară deoarece determină multiplicarea genei hormonului de creştere). Retinalul şi acidul retinoic au drept precursor metabolic retinolul. Retinalul şi retinolul sunt interconvertibili.

Retinolidele sunt derivaţi de la un compus cu 20 de atomi de carbon care au un ciclu-iononic şi o catenă laterală care conţine două resturi de izopren cu patru legături conjugate. Legăturile duble pot fi oxidate încet în prezen-ţa aerului sau luminii. În natură, vitamina A este intâlnită sub două forme. În alimentele de origine animală este prezentă sub formă esterificată. În plante este prezentă sub formă de

provitamina A (-caroten).

Exista 3 tipuri de caroteni (carotenoide) prezenţi(te) în plante: , sau . -carotenii constituie sursa principală de vitamină A. Provitaminele (carotenii) sunt şi antioxidanţi, având proprietatea de a neutraliza radicalii liberi şi ca atare de a reduce riscul apariţiei cancerului, bolilor de inimă. Aproximativ 10% din carotenoidele din plante pot fi convertite la retinal. Restul sunt folosite drept antioxidanţi.

Absorbţia şi transportul vitaminei A În intestin esterazele (enzime) hidrolizează esterii retinolului prezenţi în dietă (în

ficat este sub forma palmitatului de retinil) la retinol şi la acizii graşi liberi. Retinolul este absorbit în celulele mucoasei intestinale şi convertit de către o enzimă numită reductaza

la retinal şi mai târziu la acidul retinoic. Acest acid este absorbit în sistemul sangvin şi transportat la celulele ţintă după legarea albuminei. În cazul -retinalului acesta poate fi asociat cu lipoproteine, transportat către ţesuturi şi mai târziu convertit la retinal.

Funcţiile vitaminei A 1. Retinalul este necesar în procesul vederii. 2. Retinolul este necesar pentru reproducere şi creştere. Retinolul sprijină

spermatogeneza şi dezvoltarea placentei. 3. Este necesar pentru diferenţiere şi funcţionează asemeni unui hormon steroidic. 4. Retinolul este necesar pentru sinteza glicoproteinelor sau mucopolizaharidelor. 5. Retinolul şi acidul retinoic sunt implicati în controlul copierii genelor. 6. Retinolul are şi alte funcţii importante care nu sunt pe deplin clarificate:

a. menţine integritatea celulelor epiteliale din tractul gastrointestinal, pielii, tractului respirator sau urinar şi a glandelor salivare.

b. este necesar pentru menţinerea stratului mielinic din ţesutul nervos. c. este necesar pentru creşterea dinţilor şi oaselor. d. retinoidele sintetice previn apariţia cancerelor, iar -carotenii funcţionează

drept antioxidanţi (elimină speciile reactive). e. vitamina A este utilă în tratarea unor boli de piele (acnee, psoriasis). Retinalul şi procesul vederii Vitamina A este necesară retinei ochiului în procesul vederii. Retina este

localizată în spatele ochiului. Lumina trece prin lentilele ochiului şi întâlneşte retina. Retina converteşte lumina în impulsuri nervoase care sunt interpretate de creier. Retinolul este transportat prin fluxul sanguin la retină. În retină, retinolul este utilizat de celulele epiteliale de pe suprafaţa interi-oară a retinei. Retinolul este menţinut în retină sub forma esterificată (esteri retinilici). În momentul în care este necesar esterul retinilic este hidrolizat la retinol, ultimul fiind convertit în cis-retinal.

Retina conţine două tipuri de celule receptoare: celule cu conuri (aprox. 7 milioane) şi celule cu bastonaşe (aprox. 130 milioane). Există 3 tipuri de celule cu conuri, în funcţie de pigmenţii pe care îi conţin, pentru recepţia celor 3 culori fundamentale: roşu, verde şi albastru. Porfiroxina, iodopsina şi cian-opsina sunt 3 pigmenţi din conuri, care conţin pe lângă 11-cis-retinal şi o variantă a opsinei, care sunt sensibili la culorile roşie, verde şi albastră. Celulele cu conuri au o sensibilitate mai scazută decât cele cu bastonaşe, dar au o densitate mai mare în centrul retinei, permiţând obţinerea unei imagini fine şi colorate a obiectelor. Lipsa unuia din pigmenţi generează discromatopsii, cea mai cunoscută fiind daltonismul. Celulele cu bastonaşe sunt responsabile pentru

vederea în lumina difuză. Acest tip de celule este distribuit îndeosebi la periferia retinei, sunt mai sensibile decât cele cu conuri, dar nu permit diferenţierea culorilor şi nici nu oferă detalii ale obiectelor. Bastonaşele conţin pigmentul vizual rodopsina care este format din 11-cis retinal şi opsina (o glicoproteină). Când fotonii (din lumină) trec prin retină, în funcţie de culoarea luminii 11-cis-retinalul este convertit la 11-trans-retinal şi molecula se desprinde de pe opsină. Acest fapt conduce la generarea unui impuls nervos şi perceperea culorii de către creier. O parte din trans-retinal este disponibil pentru un nou ciclu al vederii. O altă parte însă este convertit în acid retinoic şi nu mai este disponibil pentru formare rodopsinei. Aceste pierderi sunt compensate de aportul alimentar de vitamina A sau din rezervele stocate în ficat (sub formă esterificată). Vitamina A are un rol decisiv în creşterea rezistenţei la infecţii. Retinolul joacă un rol central în dezvoltarea limfocitelor (celulelor albe ale sângelui) care intrevin în răspunsul imun al organismului. De asemenea, activarea T limfocitelor se bazează pe prezenta acidului retinoic. Retinolul poate fi fosforilat și poate fi un „purtător” de manoză. Aceste resturi de manoză sunt transferate pe un acceptor și mai târziu utilizate la sinteza glicoproteinelor.

Simptomele deficienţei de vitamina A 1. Orbirea nocturnă. În stagii incipiente ale deficienţei de vitamina A persoanele

afectate nu sunt capabile sa vadă bine în lumina difuză sau nocturnă datorită blocării resintezei rodopsinei.

2. Deficienţe în creşterea oaselor şi formarea dinţilor. Se formează oase subţiri şi lungi.

3. Degenerarea straturilor mielinice. 4. Cheratinizarea mucoaselor care secretă celulele epiteliale din tractul respirator

sau reproductiv (boli reproductive). Efectul specific cel mai evident pus pe seama deficitului de retinol este acela

asupra ochilor. Acest aspect este observat la animalele și oamenii care manifestă o fotofobie prin apariția xeroftalmiei și keratomalaciei.

Xeroftalmia este o boală oculară ce se caracterizează prin uscarea ochilor. Celulele glandelor lacrimale devin keratinizate și nu permit secreția de lacrimi. Suprafața exterioară devine uscată și prezintă un aspect mat. Ca atare bacteriile nu pot fi îndepărtate. Pleoapele se umflă și devin solzoase, apar infecții oculare grave. Se pot dezvolta ulcerații. În cazul în care nu este tratata la timp, poate conduce la orbire. Unul dintre simptomele clinice secundare mai puțin grave este orbirea de noapte.

Sursele de vitamina A pot fi de origine: a. animală (surse bogate: ficat de cod sau rechin, ficat ovin sau porcin, surse

moderate: unt, ouă, lapte); b. vegetală (surse principale: frunze de coriandru, curry, spanac, broccoli, salată sau

varză; surse moderate: papaya, mango, bananele sau portocalele). În general, fructele şi vegetalele colorate (galben sau portocaliu) au un conţinut ridicat de provitamina A (caroten).

Hipervitaminoza A se manifestă prin următoarele simptome: durerile de cap, slăbiciune, hipertensiune. Antagoniştii vitaminii A sunt citralul, benzoatul de sodiu sau brombenzenul.

Vitamina D Termenul de vitamina D se referă la patru compuşi.

Colecalciferolul (vitamina D3) este sintetizat în piele în momentul în care aceasta este expusă radiaţiilor solare. Conversia implică deschiderea nucleului B al 7-dehidro-colesterolului (provitamina vitaminei D3 = 7-dehidrocolesterol este de origine animală).

Ergocalciferolul (vitamina D2) se obţine prin iradierea fungilor. Provitamina vitaminei D2 este ergosterolul (derivat de colesterol), care se găseşte în cornul de secară sau drojdie.

Absorbţia, transportul şi depozitarea Vitaminele din dietă (D2 şi D3) sunt absorbite în intestinul subţire în prezenţa sărurilor biliare, intră în circulaţie (limfă) şi se găsesc mai târziu sub forma unui complex cu o proteină din plasmă sau din piele (numai D3). Vitamina D este depozitată în ficat sau ţesutul adipos. Formarea calcitrolului (1,25-dihidroxi-colecalciferolului) Calcitriolul, cea mai activă formă a vitaminei D, este un hormon steroidic care este sintetizat în rinichi. În reticulul endoplasmatic (ficat) are loc conversia colecalciferolului la 25-hidroxi colecalciferol (calcidiol sau 25-hidroxi-vitamina D). Testele de sânge care cuantifică concentraţia calcidiolului pot indica dacă organismul are suficientă vitamina D. Produsul rezultat (calcidiolul) este transportat la rinichi (sau în unele cazuri la alte ţesuturi) sub forma unui complex cu o proteină. O enzimă din mitocondrii catalizează conversia 25-hidroxi colecalciferolului la calcitriol, forma activă a vitaminei D un hormon care stimulează sinteza proteică (prin legarea la o proteină

numita “factor de transcripţie” determină producerea proteinelor care transportă ionii de calciu). Nivelul de calciu şi fosfor din sânge este menţinut de hormonul calcitriol. Rinichiul eliberează o cantitate suficientă de calcitriol în sânge pentru a controla concentraţia celor doi ioni.

Funcţiile calcitriolului:

- creşte absorbţia calciului şi fosfatului în intestin; - formarea şi mineralizarea oaselor; - reducere excreţia calciului şi fosforului din rinichi; - este un hormon ce stimulează celulele T sau macrofagele; - posedă proprietăţi anticancerigene (prin încetinirea diviziunii celulare).

Simptomele deficienţei vitaminei D 1. Rahitismul (oase moi, creşterea defectuoasă a dinţilor) O deficienţă în vitamina D face dificilă menţinerea concentraţiei de calciu

normale din fluxul sanguin. Nivelul insuficient de vitamina D determină o încetinire a sintezei proteinelor care leagă calciu, iar ionii nu sunt absorbiţi de către intestin. Glanda paratiroidă sesizează nivelele scăzute de calciu din sânge şi secretă un hormon care cauzează eliberarea calciului din oase şi reţinerea acestuia în rinichi.

2. Osteoporoza (fotoliza provitaminei D descreşte odată cu vârsta, simptomele constând în dureri de oase sau modificări ale porozității oaselor). Fără suficientă vitamina D oasele nu se pot mineraliza.

3. Insuficiența vitaminei D poate fi corelată cu riscul apariției hipertensiunii, bolilor autoimune, diabetului și cancerului.

Hipervitaminoza D - simptome: pierderea poftei de mâncare, sete, vomă, ruperea oaselor, calcifierea rinichilor.

Surse semnificative de vitamina D: ficatul de peşte, somon, sardine, macrou. Surse moderate de vitamina D: sardine, gălbenuşul de ou, untul sau ciupercile.

Vitamina E Termenul de vitamina E se

referă la un grup de 8 compuşi care au activitate asemănătoare. Aceştia sunt -tocoferolul, -tocoferolul, -tocoferolul sau -tocoferolul. Aceşti compuşi sunt derivaţi de tocol (6-hidroxi croman) care posedă un lanţ lateral fitil (lanţ care le conferă abilitatea de a penetra membranele biologice sau de a interacţiona cu lipidele). Aceştia diferă prin poziţia substituenţilor metil. Dintre toţi tocoferolii forma este cea mai activă şi cea mai larg răspândită în natură. Absorbţia, transportul şi stocarea Tocoferolii proveniţi din dieta sunt absorbiţi în intestinul subţire în prezenţa acizilor biliari. În plasmă tocoferolii sunt legaţi la o lipopro-

teină (lipaza). În ficat este stocată mai mult de jumătate din cantitatea totală de tocoferol. Funcţiile vitaminei E 1) -tocoferolul este prezent în membrana celulară sau a organitelor celulare fiind un antioxidant şi un compus care poate reţine radicalii liberi (previne oxidarea membranei lipidice în cazul în care catena acesteia are un rest polinesaturat; protejează de asemenea lipoproteinele de densitate mică - LDL). -tocoferolul este varianta unică a vitaminei E pe care organismul încearcă să o menţină la o concentraţie elevată în circuitul sanguin. 2) Vitamina E este necesară pentru fertilitate (stimulează spermatogeneza şi creşterea fătului la şoareci). 3) Vitamina E este implicată în menţinerea tonusului muscular (-tocoferolul are o pondere mai mare în muşchi şi vene). 4) Vitamina E determină creşterea sintezei proteinelor cu hem. 5) Vitamina E previne distrugerea oxidativă a vitaminei şi provitaminei A. Deficienţa vitaminei E conduce la uscăciuni ale pielii, anemia hemolitică, sterilitate, distrofie musculară sau boli neurodegenerative. Excesul de vitamina E conduce la boli legate de coagularea sângelui, un profil lipidic neobişnuit şi descreşterea nivelului de tiroxină din sânge. Surse: uleiuri vegetale sunt bogate în vitamina E; vegetalele, fructele şi carnea au conţinut redus de vitamina E. Utilizări terapeutice ale vitaminei E

1. Vitamina E modificată (-tocoferil-succinat) induce apoptoza (moartea program-mată a celulelor). Este un agent antineoplazic;

2. Împreună cu seleniul este utilizată pentru prevenirea cancerului de prostată; 3. -tocoferolul permite menţinerea vâscozităţii sângelui.

Surse de vitamina E Vitamina E se găseşte în special în mâncărurile grase: uleiuri vegetale, nuci sau seminţe. Cantităţi mai mici de vitamina E se găsesc în boabele de cereale, avocado sau vegetalele cu frunze verzi. Migdalele şi nucile sunt bogate în -tocoferol, iar uleiurile de soia, de porumb, avocado sunt bogate în -tocoferoli. Vitamina E este uşor distrusă la încălzire sau prin oxidare.

Tocotrienolii Sunt antioxidanți mai

puternici decât tocoferolii. Aceşti compuşi sunt uşor absorbiţi de piele şi sunt folosiţi în loţiuni. Una din sursele de tocotrienoli este uleiul de palmier, tărâțele de orez, orz și alte uleiuri. Tocotrienolul posedă o activitate

antioxidantă puternică, activitate anticanceroasă și proprietăți de scădere a colesterolului. S-a observat faptul că -tocotrienolul este mult mai puternic față de -tocoferol în protejarea receptorilor serotoninici și a celulelor neuronale primare împotriva toxicității induse de glutamat sau de o serie de alte toxine. La concentrații de ordinul nanomolar, tocotrienolul, dar nu tocoferolul, protejează complet neuronii. Există două enzime care constituie ținte majore ale tocotrienolului în neuroni: o kinază și o lipoxigenază.