Vitaminas

1. IQB201 – Bioquímica Básica I
Vitaminas e Coenzimas
Joab Trajano Silva
Instituto de Química/UFRJ

2. Vitaminas são moléculas orgânicas necessárias ao correto funcionamento do metabolismo
animal, mas que não são sintetizadas por estes organismos ou são sintetizadas em quantidades
inadequadas para atender as suas funções vitais. Conseqüentemente, as vitaminas devem ser
obtidas da dieta.
Grande parte das vitaminas funciona como coenzimas ou cofatores enzimáticos, mas algumas
funcionam como hormônios (vitamina D) ou participam diretamente de catálises sem a ação de
proteínas (vitamina E).
As vitaminas são classificadas como hidrossolúveis ou lipossolúveis, de acordo com a sua
solubilidade em água.
A carência de vitaminas provoca estados clínicos bem estabelecidos. Em muitos casos, a ingestão
excessiva destes micronutrientes também pode provocar doenças.
Vitaminas

3. Vitaminas lipossolúveis são
derivadas do isopreno

4. Vitaminas Lipossolúveis
• Vitamina A
• Vitamina D
• Vitamina E
• Vitamina K
Vitaminas A
A vitamina A ou retinol é o precursor imediato de dois
metabólitos ativos importantes: o retinal, que
desempenha um papel crítico na visão; e o ácido retinóico,
que funciona como um mensageiro intracelular que
regula a transcrição de diversos genes.
A vitamina A não é encontrada em
plantas, mas muitos vegetais
contêm carotenóides, como o -
caroteno, que pode ser convertido à
vitamina A no intestino ou em outros
tecidos.

5. Golden Rice

7. Diagrama ilustrando a estrutura dos pigmentos
fotosensíveis dos vertebrados.
(A) Todos os pigmentos fotossensores
caracterizados de vertebrados consistem de
uma proteína (opsina) acoplada a um
cromóforo derivado da forma 11-cis da
vitamina A (retinaldeído) - (R).
(B) A absorção de um fóton pelo 11-cis-
retinaldeído causa sua fotoisomerização a
todo-trans retinaldeído . A conversão provoca
uma mudança conformacional na opsina que
inicia a cascata de fototransdução.

9. Os fotorreceptores dos bastonetes são sensíveis a
luz que são uteis apenas a noite. Os fotorreceptores
dos cones necessitam de luz brilhante para
funcionar, desta forma eles são úteis apenas
durante o dia. Como os cones são de três tipos, o
cérebro pode comparar seus sinais para perceber
cores.

10. Representation of molecular steps in photoactivation. Depicted is an outer membrane disk in a rod. Step 1: Incident photon (hv) is
absorbed and activates a rhodopsin by conformational change in the disk membrane to R*. Step 2: Next, R* makes repeated
contacts with transducin molecules, catalyzing its activation to G* by the release of bound GDP in exchange for cytoplasmic GTP.
The α and γ subunits Step 3: G* binds inhibitory γ subunits of the phosphodiesterase (PDE) activating its α and β subunits. Step 4:
Activated PDE hydrolyzes cGMP. Step 5: Guanylyl cyclase (GC) synthesizes cGMP, the second messenger in the phototransduction
cascade. Reduced levels of cytosolic cGMP cause cyclic nucleotide gated channels to close preventing further influx of Na+ and
Ca2+.

12. Vitamina D (colecalciferol)
A vitamina D é um hormônio esteróide que tem um importante
papel na regulação dos níveis corporais de cálcio, fosfato e na
mineralização dos ossos.
Vitamina D, ou como D3
ou D2
, não tem atividade biológica. Eles
devem ser primeiramente convertida na forma hormonalmente
ativa.
1. No fígado, o colecalciferal é hidroxilado a 25-
hidroxicolecalciferol pela enzima 25-hidroxilase.
2. No rim, a 25-vitamina D serve como substrato para a enzima
1-alfa-hidroxilase, produzindo 1,25-dihidroxicolecalciferol, a forma
biologicamente ativa da vitamina D.
Por ser hidrofóbica, a vitamina D é transportada no sangue ligada a
uma proteína carreadora – a principal delas é chamada de proteína
ligadora de vitamina D.
O receptor da vitamina D forma um complexo com outro receptor
intracelular, o receptor retinóide-X, sendo o heterodímero capaz de
se ligar ao DNA e ativar a transcrição de vários genes que codificam
proteínas transportadoras de cálcio do lúmem do intestino, através
das células epiteliais, para o sangue, como a calbindina.
Em alguns poucos casos este fator é também capaz de suprimir a
transcrição gênica.

13. 25(OH)D = 25-hidroxivitamina D; 1,25(OH)2D = 1,25-dihidroxivitamina D
Na pele a radiação UVB converte a pró-vitamina D3 em pré-vitamina D3, que sofre
isomerização espontânea à vitamina D3, mais estável
A vitamina D3 formada na pele e proveniente da dieta e a vitamina D2 de fontes dietéticas são
hidroxiladas no fígado a 25(OH)D, a principal forma circulante de vitamina D.
A 25(OH)D é hidroxilada no rim a 1,25(OH)2D, a principal forma biologicamente ativa da
vitamina D. A produção de 1,25(OH)2D é regulada pelos níveis de PTH e de fosfato sérico.

14. A luz solar converte 7-dehidrocolesterol (7-DHC) na pele a vitamina D3, que
é transformada sucessivamente em 25-hidroxi-D3 (25-D3) e a 1,25-
dihidroxi-D3 (1,25-D3) nos queratinócitos. A luz solar também induz a
expressão do receptor da vitamina D (VDR). 1,25-D3 e o VDR juntos
induzem a expresssão de gene que codificam o peptídeo antimicrobiano LL-
37. A vitamina D3 entra o sistema circulatório e é convertido a 25-D3 pelo
fígado. Monócitos circulantes são ativados pelo agonista TLR2/1 presente
em alguns microrganismos. Os genes que codificam VDR e CYP 27B1 são
induzidos. CYP27B1 transforma 25-D3 em 1,25-D3, que junto com VDR
ativam o gene que codifica LL-37, aumentando a atividade antimicrobiana.

15. Vitamina E
Vitamina E é uma mistura de diversos compostos conhecidos como tocoferóis, sendo o -
tocopherol o mais potente entre eles.
A principal função da vitamina E é atuar como antioxidante por garimpar radicais livres de
oxigênio. Ela previne a peroxidação de ácidos graxos polinsaturados de membrana.
Atua em conjunto com a vitamina C sendo regenerado para sua forma ativa
O principal sintoma da vitamina E em humanos é a fragilidade das hemácias e degeneração dos
neurônios.

16. O radical livre, ao reagir com a cadeia
lipídica, produz um dipolo que leva a
exposição da cadeia de ácido graxo na
superfície da membrana.
a b c
H2O
O
R
R
OH
R
X H
OO
O2
X
OO
Vitamina E
A vitamina E remove o radical
peroxil; o ascorbato recicla a
vitamina E; várias enzimas,
então, participam da remoção da
cadeia de ácido graxo danificas
e inserem uma nova, reparando
o fosfolipídeo.
e
d
H2O
O
R
R
O
R
OOH
O
R
R
OH
R
AscH
- Asc
PLA
2
PhGPx
FA-CoA
G
Px
Vitamina E

18. Vitamina K
A vitamina K funciona como um cofator essencial para uma carboxilase que catalisa a
carboxilação de resíduos de ácido glutâmico. Esta proteínas são:
•Fatores de coagulação: fator II (protrombina), VII, IX and X
•Proteínas anti-coagulantes: proteinas C, S e Z
•Outras: proteínas do osso osteocalcina e proteína Gla da matriz; e certas proteínas
ribossomais.
Estas proteínas têm em comum o requerimento de serem pos-traducionalmente
modificadas por carboxilação de resíduos de ácido glutâmico, formando ácido -
carboxílico, para se tornarem biologicamente ativas.

19. Vitamina K
Como um cofator da carboxilase que gera os radicais de ácido -carboxiglutâmico, a
vitamina K sofre um ciclo de oxidação e redução que permite o seu reuso:
• A vitamina K (usualmente K1) é reduzida a vitamina KH2.
• A oxigenação da vitamina KH2 fornece a energia necessária para direcionar a reação de
carboxilação, levando a formação do ácido -carboxiglutâmico e o óxido de vitamina K.
• A forma oxidada da vitamina K é reduzida por outra redutase novamente a vitamina K,
pronta para catalisar outro ciclo de reação. Anticoagulantes como a Warfarina e o
dicumarol bloqueiam a redução do óxido de vitamina K.
Muitos raticidas são compostos que interferem com a ação da vitamina K e matam pela
indução de hemorragias letais.

20. Vitamina K
Warfarin
Dicumarol

21. Coenzima Reação catalisada Vitamina original Doença em Humanos
Biocitina Carboxilação Biotina a
Coenzima A Transferênica de acilas Pantotenato a
Cobalaminas Alquilação Cobalamina (B12) Anemia Perniciosa
Flavinas Oxi-redução Riboflavina (B2) a
Ácido lipóico Transferência de acilas ------ a
Nicotinamida Oxi-redução Nicotinamida (Niacina) Pellagra
Piridoxal fosfato Transferência de aminas Pyridoxina (B6) a
Tetrahidrofluorato Transferência um carbono Ácido fólico Anemia Megaloblástica
Tiamine pirofosfato Transferência de aldeídos Thiamina (B1) Beri beri
a) Doença sem nome específico. Casos de deficiência desta vitamina em humano são raros.
Vitaminas Hidrossolúveis como Cofatores Enzimáticos

22. Tiamina Pirofosfato (vitamina B1)
TPP é um cofator essencial das enzimas piruvate e -cetoglutarato desidrogenase e
também das reações catalisadas pelas transcetolase da via das pentoses.
A deficiência de tiamina leva a uma severa redução da capacidade celular de produzir
energia.
O requerimento dietético para tiamina é proporcional a ingestão calórica e varia de 1,0 a
1,5 mg/dia para adultos normais.
Se a quantidade de carboidratos na dieta é excessiva, uma maior ingestão de tiamina é
requerida.

23. Enzimas que Utilizam a Tiamina
como Cofator

24. Mecanismo de Catálise
das Transcetolases
A xilulose 5-fosfato se liga ao grupamento TPP no
centro ativo da enzima.
O gliceraldeído 3-fosfato é liberado, deixando o
intermediário hidroxietil ligado a TPP.
A ribose 5-fosfato se liga ao intermediário e a enzima
catalisa a formação e liberação de sedoheptulose 7-
fosfato, regenerando o complexo enzyme-TPP.

25. Riboflavina (vitamina B2)
A riboflavina é precursora das coenzimas flavina mononucleotídeo (FMN) e flavina
dinucleotídeo (FAD). Enzimas que utilizam estas coenzimas são chamadas flavoproteínas
Diversas flavoproteínas também contêm íons metálicos e são chamadas
metaloflavoproteínas. Estas enzimas são envolvidas em reações de oxido-redução, e.g.
succinato desidrogenase e xantina oxidase.
A ingestão recomendada para adultos normais é de 1,2 a 1,7 mg/dia para adultos
normais.
Riboflavina

26. Niacina (vitamina B3)
Nicotinamida
Ácido nicotínico

27. Ácido pantotênico
Ácido Pantotênico (vitamina B5)
O grupamento β-mercaptoetil
amina é derivado da cisteína

28. Piridoxal fosfato (vitamina B6)
Alanina Transaminase
Piridoxal fosfato é um cofator das enzimas envolvidas nas
reações de transaminação requeridas para a síntese e
catabolismo dos aminoácidos bem como na glicogenólise
como um cofator para a enzima glicogênio fosforilase.
O requerimento de vitamina B6
na dieta é proporcional ao
nível de consumo de proteína e varia de 1,4 a 2,0 mg/dia
nos adultos normais.

29. Versatilidade catalítica das enzimas
dependentes de piridoxal fosfato.
The Enzyme Commission (EC) identifies an
enzyme activity using a four-digit number,
where the first digit indicates the general class of
the catalysed reaction (1, oxidoreductases; 2,
transferases; 3, hydrolases; 4, lyases; 5,
isomerases; 6, synthetases). Of six general
classes, five include pyridoxal-phosphate (PLP)-
dependent enzymes. The catalytic diversity
within enzyme families and superfamilies can be
illustrated by a set of concentric pie charts
(Thornton et al., 2000). Here, we show the
distribution of the 145 PLP-dependent activities
that have been classified so far. Sectors are
coloured according to EC classes. The circles,
from inner to outer, represent the first, second,
third and fourth levels in the EC hierarchy. The
angle subtended by any segment is proportional
to the number of activities it contains, making it
clear that aminotransferases (EC 2.6.1)
constitute the largest group of PLP-dependent
enzymes. A list of the EC-classified PLP-
dependent activities is provided in the
supplementary information online. The structure
of PLP is shown in the centre of the graph.

30. Bitina (vitamina B7)
A biotina é necessária para a síntese de ácidos graxos e para o catabolismo de lipídeos e aminoácidos e
participa como cofator de algumas reações do Ciclo de Krebs.
A biotina participa de reações de carboxilação e participa de reações de carboxilação.

31. Folato (vitamina B9)
Folic Acid
Folate, also called vitamin B-9, is involved in maturation of red blood cells and the synthesis of
purines and pyrimidines which are required for development of the fetal nervous system. Adequate
folic acid intake before conception and throughout the first trimester of pregnancy helps prevent
certain brain and spinal cord defects such as spina bifida. Folate is absorbed in the duodenum and
upper jejunum. The US recommended daily dose for folate is 400 μg and the upper limit is 1000 μg.
Folate is essentially nontoxic. Deficiency produces megaloblastic anemia indistinguishable from that
due to vitamin B12 deficiency. A deficiency of folate in old age significantly increases the risk of
developing dementia. Folic acid is found in dried peas, dried beans, yeast, and leafy green vegetables
such as spinach, endive, lettuce, and mustard greens.

33. Fomepizol

34. Cobalamina (vitamina B12)
A vitamina B12
é composta de um anel tetrapirrol
(anel corinóide) com um íon cobalto no centro.
A vitamina B12
é sintetizada exclusivamente por
microorganismos e é encontrado no fígado de
animiais ligada a uma proteína como
metilcobalamina or 5'-desoxiadenosilcobalamina. A
vitamina deve ser hidrolisada da proteína para se
tornar ativa.
A hidrólise ocorre no estômago ou intestino e é
ligada pelo fator intrínseco, uma proteína secretada
pelaa células parietais do estômago e absorvida no
ileum.
Após a absorção, é transportada para o fígado ligada
à transcobalamina II.

35. Cobalamina (vitamina B12)
Há apenas duas reações que requerem a vitamina B12
como cofator. No catabolismo de ácidos
graxos de cadeia ímpar e dos aminoácidos
valina, isoleucina e treonina é gerado propionil-CoA, que é convertido a succinil-CoA para
oxidação no ciclo de Krebs.
Esta conversão é realizada pela metilmalonil-CoA mutase, que requer B12
.
A segunda reação que requer vitamina B12
cataliza a conversão de homocisteína a metionina
e é catalisada pela metionina sintase.

36. Vitamina C
O ácido ascorbico participa como cofator
enzimático nos processos de formação do
colágeno, carnitina, hormônios e formação de
aminoácidos.
Participa também como antioxidante e facilitador
da absorção de ferro.
Os níveis plasmáticos de vitamina C são inversamente
proporcionais a adiposidade e a circunferência da
cintura em adultos saudávies [Journal of Nutrition 2007,
In Press]. Esta relação provavelmente se deve ao papel
da vitamina C como cofator para a síntese de carnitina
(necessária para a oxidação de ácidos graxos.

37. http://www.nature.com/nrc/journal/v7/n9/fig_tab/nrc2196_F1.html