VITAMINAS Y MINERALES. Departamento de Bioquímica, Facultad de Medicina Universidad de la República

Transcripción

1 VITAMINAS Y MINERALES Departamento de Bioquímica, Facultad de Medicina Universidad de la República

2 La dieta debe proveer de: 1. Combustibles metabólicos que suministren la energía necesaria para llevar a cabo las funciones básicas y la actividad física. 2. Precursores para biosíntesis. 3. Vitaminas. 4. Minerales.

3 MACRONUTRIENTES Glúcidos: polisacáridos y disacáridos Lípidos: triacilglicéridos, fosfolípidos, colesterol y ácidos grasos esenciales Proteínas: aminoácidos esenciales y no esenciales Fibra

4 MICRONUTRIENTES Vitaminas: hidrosolubles y liposolubles Minerales: calcio, magnesio, fósforo, hierro, sodio, potasio, cloruro, yodo, zinc, cobre, manganeso, selenio, molibdeno

5 VITAMINAS

6 VITAMINAS Compuestos orgánicos que se requieren en pequeñas cantidades para cumplir diversas funciones bioquímicas. En general, no pueden sintetizarse por los organismos y deben provenir de la dieta. Su rol más prominente es actuar como cofactores de reacciones enzimáticas.

7 Asignaciones dietéticas recomendadas (RDA) Nivel de ingestión de nutrientes esenciales adecuados para prevenir la aparición de deficiencia nutricional en al menos el 97 % de la población.

8 Dietary Reference Intakes/ H.KAPPUS Institute and A.T.DIPLOCK of Medicine, USA (2000) safe dose range therapeutic range deficiency symptoms to be expected UL side effects to be expected RDA absolutely safe range EAR Estimated Average Requirement (mg) TE Recommended Dietary Allowance Tolerable Upper Intake Level

9 CLASIFICACIÓN Vitaminas hidrosolubles: se almacenan en pequeña cantidad y su solubilidad permite eliminar rápidamente el exceso Vitaminas liposolubles: pueden ser almacenadas, lo cual puede causar toxicidad cuando se acumulan en exceso

10 Absorción de vitaminas

11 VITAMINAS HIDROSOLUBLES Vitamina C - ácido ascórbico Complejo B Vitamina B 1 - Tiamina Vitamina B 2 - Riboflavina Vitamina B 3 - Niacina Vitamina B 5 - Acido Pantoténico Vitamina B 6 - Piridoxal Vitamina B 8 - Biotina Vit. B 12 - Cobalamina Acido Fólico

12 Vitamina B 1 Tiamina Presente en granos, cerdo, leguminosas, semillas y frutos secos Pirofosfato de tiamina RDA: 1.2 mg/día

13 Reacciones dependientes de pirofosfato de tiamina El pirofosfato de tiamina es cofactor de: piruvato y α-cetoglutarato deshidrogenasa (síntesis de acetil-coa y ciclo de Krebs) deshidrogenasa de cetoácidos de cadena ramificada (metabolismo de Leu, Ile y Val) transcetolasa (vía de las pentosas).

14 Reacciones TPP-dependientes

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17 La deficiencia severa de tiamina en la dieta compromete la capacidad de generar energía de las células provocando graves problemas neurológicos y cardíacos. Esta enfermedad conocida como beriberi se caracteriza por causar atrofia, debilidad muscular, edemas y trastornos cardíacos. Presenta elevada incidencia en regiones donde la dieta se basa en arroz descascarillado, que tiene un contenido muy bajo de tiamina.

18 Vitamina B 2 Riboflavina Precursora de FMN y FAD, grupo prostético de flavoproteínas. Presente en lácteos, carne, pollo, pescado y legumbres. RDA: mg/día

19 FAD FMN

20 La función de FMN y FAD es la transferencia de 1 ó 2 electrones en reacciones redox La coenzima se encuentra unida fuertemente a la proteína, a veces de forma covalente, por lo cual no pueden transferir los electrones difundiendo de una enzima a otra. Versatilidad como mediadores de una gran variedad de procesos redox, presentes en deshidrogenasas, oxidasas y monooxigenasas

21 Algunas enzimas que emplean nucleótidos de flavina como coenzimas

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24 Aunque las deficiencias de Riboflavina, son muy poco frecuentes, en dichos casos se observa un retraso en el crecimiento, perturbaciones oculares, degeneración de mielina y debilidad muscular.

25 Vitamina B 3 Niacina (Ácido nicotínico y nicotinamida) Dan origen a las coenzimas NAD + y NADP + Presente en carne roja, pollo, pescado y cereales integrales. RDA: mg/día; UL: 35 mg/día

26 La niacina no es estrictamente una vitamina porque puede sintetizarse a partir del aminoácido esencial triptofano. La síntesis requiere B1, B2 y B6. Se necesitan 60 mg de triptofano para sintetizar 1 mg de niacina.

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28 Funciones biológicas del NAD + y NADP + NAD + es el principal recolector de equivalentes de reducción durante la degradación oxidativa. En su forma reducida (NADH), transporta estos equivalentes de reducción a la cadena respiratoria mitocondrial. NADPH a pesar de llevar a cabo el mismo proceso redox, es el encargado de donar electrones en la mayoría de los procesos biosintéticos, participando en las rutas anabólicas.

29 Algunas reacciones en las que interviene Enzima Vía Coenzima Isocitrato deshidrogenasa Ciclo de Krebs NAD + α-oxoglutarato deshidrogenasa Ciclo de Krebs NAD + Glucosa 6-fosfato deshidrogenasa Pentosa-Fosfato NADP + Malato deshidrogenasa Ciclo de Krebs NAD + Glutamato deshidrogenasa Degradación de amino- NAD + o ácidos NADP + Gliceraldehído 3-fosfato deshidrogenasa Glucólisis NAD +

30 La pelagra es una enfermedad originada por una insuficiencia en la dieta de triptófano y niacina, asociada a poblaciones alimentadas con una dieta en base al maíz (cuyas proteínas son muy pobres en el contenido de Trp). Sus síntomas característicos son: dermatitis, diarreas y demencia. Actualmente esta enfermedad es muy poco común y se observa en alcohólicos o pacientes con trastornos importantes en la absorción.

31 Vitamina B 5 Ácido Pantoténico Forma activa: Coenzima A Presente en carnes, granos, legumbres RDA: 5 mg/día

32 El centro reactivo de la CoA es el grupo SH terminal, al cual se unen los grupos acilo mediante un enlace tioéster, formando el acetil- CoA que presenta un alto potencial de transferencia de grupos acetilo. Se han descrito hasta el momento más de 70 enzimas que utilizan el CoA o sus derivados con importantes funciones en: la oxidación de ácidos grasos, oxidación del piruvato (piruvato deshidrogenasa) y en el ciclo de Krebs.

33 Reacción catalizada por el complejo multienzimático de la piruvato deshidrogenasa

34 Vitamina B 6 Piridoxina, piridoxal, piridoxamina y derivados fosforilados Presente en pollo, carne, pescado, huevos, arroz integral, frutas, nueces. RDA: 1.3 mg UL: 100 mg

35 El piridoxal fosfato (PLP), es coenzima de muchas enzimas que participan del metabolismo de aminoácidos (síntesis, catabolismo e interconversión), especialmente transaminasas y descarboxilasas. También se precisa para la síntesis de neurotrasmisores (serotonina y noradrenalina) y es cofactor de la glucógeno fosforilasa.

36 El piridoxal fosfato forma una base de Schiff (imina) con una lisina de la proteína.

37 transaminación racemización decarboxilación

38 El primer paso en el catabolismo de los aminoácidos es la remoción de los grupos amino. Éstos se transfieren de un aminoácido a un alfa-cetoácido catalizado por las enzimas aminotransferasas. Suele participar el par glutamato-α-cetoglutarato. Reacciones reversibles, participan en la síntesis y degradación.

39 Síntesis de neurotrasmisores: mecanismo de decarboxilación PLP-dependiente

40 Vitamina B 8 Biotina RDA: 30 µg Presente en hígado y yema de huevo, siendo también sintetizada por las bacterias de la flora intestinal

41 Participa en reacciones de carboxilación como molécula transportadora de dióxido de carbono (CO 2 ) Acepta rápidamente grupos Acepta rápidamente grupos carboxilos y los mantiene en un estado estable pero reactivo para luego transferirlo al sustrato aceptor

42 Reacciones catalizadas por carboxilasas biotina-dependientes Enzima Piruvato carboxilasa Propionil CoA-carboxilasa Acetil-CoA carboxilasa Vía Gluconeogénesis Catabolismo de aminoácidos (Met, Leu y Val) Síntesis de ác. grasos

43 Vitaminas hematopoyéticas: Acido Fólico (Ácido pteroil glutámico) Presente en cereales, legumbes, frutos cítricos y vegetales de hoja verde RDA: 400 µg/día

44 Dentro de la célula, el folato (forma oxidada) se convierte en su forma activa tetrahidrofolato (THF), mediante dos reacciones sucesivas de reducción. El THF puede transportar unidades monocarbonadas en diferentes estados de oxidación unidas a N-5 (formil, formimino, metilo), a N-10 (formilo) o a ambos (metileno o metenilo).

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46 Los derivados del tetrahidrofolato se utilizan para la síntesis de aminoácidos (Ser, Met), así como de purinas y desoxitimidilato (dtmp) esenciales para la síntesis de ADN.

47 La carencia de folato provoca el bloqueo en la síntesis de ADN, lo cual lleva a que las células se detengan en fase S y a un cambio megaloblástico en el tamaño y forma de los núcleos de las células en división. En la médula ósea se retarda la maduración de los hematíes, produciendo anemia macrocítica (hematíes grandes con membranas frágiles). Moléculas inhibidores del metabolismo de folato pueden ser usados como drogas anticancerígenas y como agentes antimicrobianos.

48 Los antifolatos tienen utilidad como drogas Anticancerígeno inhibidor de la dihidrofolato reductasa Drogas sulfas primeros antibióticos Relacionadas a colorantes. Se descubrieron a partir de un colorante azo con sufanilamida. Tienen un grupo sulfonamida. Las bacterias necesitan sintetizar folato. La sulfa es un inhibidor de la enzima encargada de sintetizar folato a partir de PABA y dihidropteroato. Como los humanos no sintetizamos folato sino que lo adquirimos de la dieta, no nos afecta.

49 Vitaminas hematopoyéticas: Vitamina B 12 Cobalamina Presente en productos de origen animal exclusivamente RDA: 2.4 µg/día

50 Cobalamina Es sintetizada exclusivamente por microorganismos Se encuentra solamente en alimentos de origen animal Su deficiencia causa anemia perniciosa (anemia megaloblástica asociada con deterioro neurológico) al bloquear el metabolismo de folato

51 La absorción a nivel intestinal de la vitamina B12 depende de una proteína, el factor intrínseco

52 5-desoxiadenosil cobalamina

53 La cobalamina participa en 2 reacciones: 1. metionina sintasa (metil-cobalamina) convierte la homocisteína a metionina a expensas de metiltetrahidrofolato transformándose en tetrahidrofolato. Un déficit de B 12 lleva a una acumulación de metil-thf y a la depleción del THF necesario para la síntesis del ADN

54 2. metilmalonil-coa mutasa (5-desoxiadenosil) convierte el metilmalonil-coa (formado en el catabolismo de Val, Ile, Thr y ácidos grasos de número impar) a succinil-coa. Se cree que la acumulación de metilmalonil-coa interfiere en la formación de la vaina de mielina, conduciendo a alteraciones neurológicas

55 Vitamina C Ácido L-ascórbico Los humanos y otros primates han perdido la capacidad de sintetizar vitamina C. Está presente en cítricos, papas, brócoli, espinaca, frutillas, tomates, morrones.

56 La vitamina C fue aislada en En 1932 Szent-Gyorgyi demostró que es el agente antiescorbuto. En 1934 Haworth logró sintetizarla artificialmente. En 1934 Roche comenzó a vender Redoxon. En 1937 Haworth obtuvo el Nobel de quimica por su trabajo en la estructura del ácido ascórbico, y Szent-Gyorgyi obtuvo el Nobel de fisiología y medicina por la dilucidación de sus funciones biológicas. RDA: mg/día UL: 2 g/día Algunos científicos, entre otros Linus Pauling, argumentan que mega dosis de vitamina C son buenas para la salud. Esto es una pregunta abierta hoy en día.

57 Procesos en los que interviene la Vitamina C Antioxidante hidrosoluble. Reacciona con radicales libres y oxidantes. Síntesis de colágeno. Cofactor de la prolina hidroxilasa y de la lisina hidroxilasa que participan en la formación del colágeno. Degradación de tirosina. Síntesis de adrenalina a partir de tirosina. Formación de sales biliares. Síntesis de hormonas esteroideas. Absorción de hierro. Reduce el Fe(III).

58 Escorbuto Causado por deficiencia de vitamina C. En el escorbuto hay un debilitamiento de los capilares que causa hemorragias, problemas de encías y pérdida de piezas dentales. Hay infecciones, problemas articulares, anemia, debilidad, alteraciones anímicas y hasta la muerte. El escorbuto era una serio problema en la época de las grandes expediciones marítimas. Por ejemplo, más de la mitad de la tripulación de Vasco da Gama murió en el primer viaje alrededor del Cabo de Buena Esperanza ( ). En 1747 el médico escocés James Lind trató marineros con limones y naranjas, en el primer experimento controlado con sujetos humanos de la historia de la medicina. Lind eligió 12 marineros con escorbuto, a unos les dio cítricos, a otros vinagre u otros tratamientos. En 1795 la marina británica comenzó a distribuir limas en los barcos. A causa de esto, a los marineros ingleses se les conoce como limeys. El escorbuto fue la primera enfermedad en ser asociada a una deficiencia en la dieta.

59 VITAMINAS LIPOSOLUBLES Vitamina A - retinol Vitamina D 3 - calcitriol Vitamina E - α-tocoferol Vitamina K menaquinona Solo se absorben bien cuando la absorción de los lípidos es normal. Se transportan por la sangre unidas a lipoproteínas. Si se consume vitamina A o D en exceso puede haber toxicidad.

60 Vitamina A Los retinoides (retinol, retinaldehído y ácido retinoico) constituyen la vitamina A preformada y se encuentran en alimentos de origen animal. Los carotenoides se encuentran en plantas y constituyen la provitamina A, pues pueden ser clivados para formar los retinoides. RDA: µg/día UL: 3000 µg/día

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62 Pigmento visual Rodopsina 11-cis retinal + opsina La LUZ, actuando sobre la retina, causa la isomerización del cis- retinal a trans-retinal. Esto lleva a la disociación de la rodopsina en retinal y opsina, al mismo tiempo se abren canales de Ca 2+ responsables del impulso nervioso.

63 El retinol y el ácido retinoico actúan como las hormonas esteroideas, uniéndose a receptores nucleares y participando en la regulación de la expresión génica y la diferenciación celular. La vitamina A es fundamental para el mantenimiento de los tejidos epiteliales, para la síntesis adecuada de queratina y para la síntesis de glicoproteínas que humectan los epitelios. La vitamina A tiene un rol antioxidante.

64 Las deficiencias en vitamina A conducen a: ceguera nocturna xeroftalmia (queratinización de la córnea y pérdida de la visión) hiperqueratosis folicular (piel queratinizada similar a la piel de gallina ) susceptibilidad a infecciones y anemia El consumo de vitamina A en exceso, puede resultar tóxico

65 Vitamina D 3 (colecalciferol) No es estrictamente una vitamina ya que, además de ingerida, puede ser sintetizada en la piel a expensas de luz ultravioleta y de 7-dehidrocolesterol (intermediario en la síntesis de colesterol). Las fuentes naturales de Vit D 3 son el pescado de agua salada, hígado y yema de huevo RDA: 5 µg/día UL: 50 µg/día

66 Vitamina D Regulación de la absorción y homeostasis del calcio. Actúa vía receptores nucleares que afectan la expresión génica. Es de hecho una hormona. Su deficiencia lleva a raquitismo en niños (reblandecimiento y deformación en los huesos) y osteomalacia en adultos (desmineralización de los huesos, más susceptibles a las fracturas).

67 Vitamina E α tocoferol El α-tocoferol es el compuesto de la familia de la vitamina E que presenta mayor actividad biológica R 1 =R 2 =R 3 =CH 3 RDA: 15 mg/día UL: 1 g/día

68 Debido a su carácter lipofílico, la vitamina E se acumula en lipoproteínas circulantes y membranas celulares, dónde reacciona rápidamente con EROs y radicales libres. Actúa como atrapador de éstas especies protegiendo los ác. grasos insaturados de reacciones de peroxidación en las membranas lipídicas. Una función importante de la Vit E como antioxidante, es la capacidad de inhibir la oxidación de la partícula de LDL. De acuerdo a la teoría oxidativa como generadora de la aterosclerosis, el inicio de esta patología se debe a la LDL ox.

69 Vit E: principal antioxidante liposoluble R. + TOH RH + TO.

70 Vitamina K RDA: µg/día K 1 filoquinona: derivada de vegetales K 2 menaquinona: sintetizada por bacterias intestinales menadiona (sintetizada químicamente) el organismo puede convertirla a la forma biológicamente activa de la vit K

71 La vitamina K se requiere para la conversión de la protrombina y otros factores de la coagulación en su forma activa. La carboxilación dependiente de vit K de ciertos residuos de glutamato, los transforma en buenos agentes quelantes que pueden fijar calcio, esencial en la cascada de coagulación. Warfarina: interfiere en la acción de la vit K inhibiendo la activación de la protrombina. Actúa como anticoagulante. Aplicación clínica en el tratamiento de la trombosis

72 MINERALES

73 Minerales requeridos de la dieta Electrolitos > 100 mg/día Minerales > 100 mg/día Trazas minerales mg/día Ultratrazas minerales < 1 mg/día Sodio Calcio Yodo Manganeso Potasio Fósforo Selenio Flúor Cloruro Magnesio Cobre Cromo Hierro Zinc Molibdeno Sulfuro

74 Sodio (Na + ), Cloruro (Cl - ) y Potasio (K + ) Constituyen los principales electrolitos (iones inorgánicos disueltos) ampliamente distribuidos en los compartimentos fluídos del organismo. Establecen los gradientes iónicos a través de las membranas biológicas, mantienen el balance hídrico y neutralizan cargas positivas y negativas en proteínas y otras moléculas. RDA Na + : g/día RDA Cl - : g/día RDA K + : 4.7 g/día

75 Calcio (Ca +2 ) Es el mineral mas abundante en el cuerpo Se requiere para la actividad de muchas enzimas, interviene en algunas respuestas hormonales y es esencial para la coagulación sanguínea y para la contracción muscular Su déficit resulta en una de las principales causas del desarrollo de osteoporosis RDA: mg/día

76 Fósforo ATP es un intermediario en los procesos celulares que generan energía libre como la glucólisis, respiración, etc. y procesos que consumen energía libre Funciones: esencial para la síntesis de ATP (fosf oxidativa), actúa como sistema buffer, componente estructural del ADN y ARN, fosfolípidos, nucleótidos, creatina fosfato, AMPc, GMPc, etc. RDA: 700 mg/día

77 Magnesio (Mg +2 ) Se requiere como cofactor de diversas enzimas, y participa en la regulación de canales iónicos y en la transmisión neuromuscular El rol esencial del Mg +2 en las funciones celulares se basa en su capacidad de quelar ligandos aniónicos, especialmente ATP y su capacidad de competir con sitios de unión del Ca +2 Los síntomas debidos a su carencia son: debilidad, temblores y arritmia cardíaca. RDA: mg/día

78 Hierro El hierro de la dieta presente en la carne (hemo) se absorbe fácilmente, no así el hierro no hémico de los vegetales, pues éstos tienen compuestos que lo quelan o precipitan como fitatos u oxalatos. La absorción a nivel intestinal como hierro (II) es promovida por la vitamina C. Se transporta por la sangre como hierro (III) con la transferrina e ingresa a las células que lo necesitan por endocitosis mediada por receptor. Se almacena en las células como hierro (III) en la ferritina. Las deficiencias en hierro resultan en anemia microcítica hipocrómica, con glóbulos rojos pequeños y pálidos. RDA: mg/día

79 El hierro es un nutriente esencial, necesario para la síntesis de varias proteínas. Como componente de la hemoglobina y de la mioglobina es requerido para el transporte de O 2 en la sangre y el músculo Como componente de los citocromos y de proteínas con hierro no hemo, participa en la fosforilación oxidativa Sin embargo, su exceso puede ser tóxico, debido a que puede promover reacciones de radicales libres que dañan proteínas, lípidos y ácidos nucleicos. Los organismos han desarrollado sistemas para: acumular hierro cuando hay abundancia almacenarlo y transportarlo en forma segura

80 Cobre Se encuentra en diversas metaloenzimas entre las que se encuentran la citocromo oxidasa, superóxido dismutasa, lisil-oxidasa y 9 -desaturasa. Algunos de los síntomas de la carencia de cobre son la hipercolesterolemia, desmineralización de los huesos, anemia y desmielinización del tejido nervioso. La enfermedad de Wilson, está asociada a una acumulación anormal de cobre en varios tejidos y se trata con penicilamina (quelante natural del cobre). RDA: mg/día

81 Zinc Se requiere para la actividad de muchas metaloenzimas, entre las que se encuentran proteínas reguladoras así como ARN y ADN polimerasas La carencia de zinc en los niños está marcada por crecimiento deficiente y por trastornos en el desarrollo sexual RDA: 8-10 mg/día

82 Estructura de la CuZnSOD1 dimérica humana

83 Yodo El yodo de la dieta se absorbe muy eficientemente y se transporta a la glándula tiroides, dónde se almacena y utiliza para la síntesis de las hormonas tiroideas Las hormonas tiroideas juegan un papel principal en la regulación de la tasa del metabolismo basal del adulto y en el crecimiento y desarrollo del niño La principal fuente natural de yodo proviene de los peces de agua marina RDA: 150 µg/día

84 Otros oligoelementos Selenio: actúa principalmente en la glutatión peroxidasa, que destruye de forma eficiente los peróxidos en el citosol (RDA: µg/día) Cromo: actúa como componente del factor de tolerancia a la glucosa (RDA: µg/día) Molibdeno: componente de la xantina oxidasa (RDA: 45 µg/día) Fluoruro: refuerza los huesos y los dientes, siendo añadido habitualmente al agua (RDA: 1 mg/día)