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i VITAMINAS NO METABOLISMO ANIMAL Félix H. D. González Sérgio Ceroni da Silva Laboratório de Análises Clínicas Veterinárias Faculdade de Veterinária Universidade Federal do Rio Grande do Sul Porto Alegre, Brasil 2020 ii Extraído do livro iii Os autores Félix H. Diaz González é médico veterinário formado pela Universidade Nacional da Colômbia (Bogotá, 1979), com mestrado em Fisiologia Animal pela Escola de Pós-Graduação ICA/UNC (Colômbia, 1985) e doutorado em Bioquímica Animal pela Universidade Federal de Viçosa (Brasil, 1990). De 1983 a 1995 foi professor e pesquisador da Faculdade de Medicina Veterinária e Zootecnia da Universidade Nacional da Colômbia, nas áreas de Bioquímica e Fisiologia Animal, onde participou como orientador no Programa de Pós-Graduação em Saúde e Produção Animal. Desde 1996 atua em docência, extensão e pesquisa na Faculdade de Veterinária da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, em Porto Alegre, onde atualmente é Professor Titular. É orientador do Programa de Pós-graduação em Ciências Veterinárias na área de metabolismo e transtornos metabólicos em animais domésticos, onde já orientou 50 alunos de mestrado e/ou doutorado. Foi professor convidado na Universidade de Los Llanos (Colômbia), na Universidade Federal do Espírito Santo, na Universidade de Santiago de Compostela (Espanha), na Universidade Nacional da Colômbia, na Universidade da República (Uruguai) e na Universidade Federal de Santa Maria. Autor de 14 livros e coeditor em outros 10, publicou 138 artigos científicos. É bolsista de produtividade em pesquisa do CNPq. Sérgio Ceroni da Silva é médico veterinário formado pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul (Porto Alegre, 1982), com mestrado em Genética e Biologia Molecular pela UFRGS (Porto Alegre, 1986) e doutorado em Biologia Molecular pela Universidade de Glasgow (Reino Unido, 1993). Desde 1987 é professor de Bioquímica Clínica Veterinária na Faculdade de Veterinária da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, atuando também como pesquisador no Laboratório de Biologia Molecular Aplicada desta mesma faculdade. iv Dedico com amor: Laurita, Lupita, Rezinha, Rosita FHDG v Prefácio As vitaminas são moléculas orgânicas essenciais com múltiplas funções no metabolismo animal. Frequentemente este grupo de biomoléculas é estudado de forma tangencial nos cursos de bioquímica, o que deixa a impressão, nos estudantes de ciências veterinárias e biomédicas em geral, que não seriam tão importantes. É por isso que o presente livro tem seu foco nesses compostos, tão essenciais como fundamentais no contexto das rotas e processos de controle metabólico. A revisão prioriza conceitos em animais domésticos relativos às funções e às deficiências dessas biomoléculas. A publicação pretende servir como texto de apoio nas disciplinas de bioquímica, nutrição e transtornos metabólicos para alunos de Medicina Veterinária e Zootecnia. vi Sumário Introdução 1 Vitamina A 4 Funções da vitamina A 6 Deficiência de vitamina A 8 Toxicidade 8 Vitamina D 10 Funções da vitamina D 13 Deficiência de vitamina D 14 Toxicidade 15 Vitamina E 16 Funções da vitamina E 18 Deficiência de vitamina E 19 Toxicidade 20 Oxidação e antioxidantes 20 Vitamina K 25 Funções da vitamina K 26 Deficiência de vitamina K 28 Toxicidade 29 Tiamina (vitamina B1) 30 Funções da tiamina 31 Deficiência de tiamina 32 Toxicidade 33 Riboflavina (vitamina B2) 34 Funções da riboflavina 35 Deficiência de riboflavina 36 Toxicidade 37 Niacina (vitamina B3) 38 Funções da niacina 39 Deficiência da niacina 40 Toxicidade 41 Piridoxina (vitamina B6) 42 Funções da piridoxina 42 Deficiência da piridoxina 43 Toxicidade 44 Ácido pantotênico 45 Funções do ácido pantotênico 45 Deficiência do ácido pantotênico 46 Toxicidade 47 Biotina 48 Funções da biotina 48 Deficiência de biotina 49 Toxicidade 50 Folacina (ácido fólico) 51 Funções do ácido fólico 52 Deficiência do ácido fólico 53 Toxicidade 53 Cianocobalamina (vitamina B12) 54 Funções da vitamina B12 56 vii Deficiência da vitamina B12 57 Toxicidade 58 Colina 59 Funções da colina 60 Deficiência da colina 60 Toxicidade 61 Ácido ascórbico (vitamina C) 62 Funções da vitamina C 63 Deficiência de vitamina C 63 Toxicidade 64 Carnitina 65 Funções da carnitina 65 Deficiência da carnitina 66 Toxicidade 66 Bibliografia 67 1 Introdução No último século ficou evidenciada a necessidade de alguns fatores que eram necessários em pequenas quantidades para as funções vitais e assim foram sentadas as bases do metabolismo das vitaminas. As vitaminas são biomoléculas que sobressaem no metabolismo animal por estarem comprometidas como cofatores enzimáticos. Diferem dos minerais por serem moléculas orgânicas, mas compartilham algumas características funcionais, como estarem no organismo em quantidades pequenas, e por algumas delas participarem como cofatores enzimáticos. As deficiências de vitaminas podem levar a doenças comprometidas com o metabolismo. Embora a maioria das vitaminas deva ser consumida na dieta, algumas delas podem ser sintetizadas no organismo (vitamina C, vitamina D, niacina, carnitina) e uma grande parte pode ser sintetizada por bactérias intestinais. A primeira doença reconhecidamente devido a deficiências nutricionais foi a cegueira noturna, que no antigo Egito e na China ancestral era tratada com aplicações tópicas de fígado sobre os olhos. No século 18, o médico James Lynn, da marinha britânica, demonstrou os efeitos curativos de frutas e vegetais frescos sobre o escorbuto que afetava os marinheiros em longas viagens. No século 19 foi descoberta a relação entre pelagra e dieta de milho. Esses três exemplos plantaram as bases do conhecimento do que posteriormente foi chamado de vitaminas (respectivamente, vitamina A, C e niacina). Em 1911, Casimir Funk, um jovem bioquímico polonês do Lister Institute de Londres, isolou, da casca do arroz, uma substância cristalizada que possuía uma função amina, e que se revelou capaz de prevenir e curar o “beribéri” (polineurite) experimental em frangos, razão pela qual Funk a chamou de “vitamina”, para salientar que era uma amina indispensável à vida. Tratava-se do que posteriormente foi identificado como tiamina. Embora nem todas as vitaminas sejam aminas, o termo prevaleceu. Não existe uma definição totalmente satisfatória das vitaminas. A definição de substâncias orgânicas presentes em quantidades muito pequenas nos alimentos e essenciais para o metabolismo, cuja deficiência provoca doenças, pode não ser específica, pois se pode aplicar a outros compostos. As vitaminas são um grupo de compostos orgânicos que não se ajustam à classificação de macronutrientes. Não são quimicamente relacionadas entre si, estando distribuídas nos reinos vegetal e animal. Embora necessárias em pequeníssimas quantidades na alimentação, as vitaminas são consideradas essenciais, ou seja, que o organismo não as sintetiza ou as sintetiza em baixas quantidades, sendo necessário seu consumo na alimentação. Algumas vitaminas podem ser sintetizadas pelo organismo, como é o caso da niacina (a partir de triptofano), ácido ascórbico (a partir de glicose, exceto em primatas) e vitamina D (a partir de colesterol). Assim, estes compostos 2 em algumas espécies e condições fisiológicas podem não preencher, a rigor, a definição clássica de vitamina. As vitaminas são classificadas quanto à solubilidade, em vitaminas lipossolúveis e hidrossolúveis. Onze vitaminas (tiamina, riboflavina,niacina, piridoxina, ácido pantotênico, biotina, ácido fólico, cianocobalamina, colina, ácido ascórbico e carnitina) são classificadas como hidrossolúveis, enquanto quatro vitaminas (A, D, K e E) são lipossolúveis. As vitaminas hidrossolúveis constituem um grupo de compostos estrutural e funcionalmente independentes que compartilham a característica de serem essenciais para o metabolismo animal, participando como coenzimas. De maneira geral (salvo a cianocobalamina), não são armazenadas em quantidades significativas no organismo, sendo o excesso rapidamente excretado via urinária, o que leva muitas vezes a necessidade de um suprimento diário dessas vitaminas. As vitaminas lipossolúveis são compostos constituídos de unidades de isopreno e desempenham papéis essenciais no metabolismo ou na fisiologia dos animais. São encontradas na fase lipídica nos alimentos e sua absorção intestinal está regulada pelos mesmos mecanismos de absorção de lipídeos. Exceto pela vitamina K, as vitaminas lipossolúveis podem ser armazenadas, principalmente no fígado. A vitamina A fornece o pigmento fotossensível dos olhos dos vertebrados e é um regulador de expressão gênica durante o crescimento das células epiteliais. A vitamina D é precursora de um hormônio que regula o metabolismo do Ca. A vitamina E funciona na proteção dos lipídeos de membrana contra o dano oxidativo, e a vitamina K é essencial no processo de coagulação sanguínea. Estas vitaminas podem se acumular e, ocasionalmente em casos de excesso, podem causar transtornos. Na Tabela 1 constam as principais vitaminas, suas funções essenciais e fontes alimentares. 3 Tabela 1. Principais vitaminas, suas funções e fontes e nível plasmático de deficiência Vitamina Função Fontes Nível plasmático de deficiência Vitamina A Visão, transcrição gênica, manutenção dos epitélios, desenvolvimento ósseo Plantas contendo carotenos, fígado < 20 µg/dL Vitamina D Manutenção da calcemia (absorção de Ca) Peixes, ovos, fígado, carne < 25 ng/mL Vitamina E Antioxidante Óleos vegetais, sementes, folhas verdes, castanhas < 0,5 µg/mL Vitamina K Coagulação sanguínea, formação de osteocalcina Plantas verdes, gema do ovo, leite < 0,5 ng/mL Tiamina Metabolismo de glicídeos, decarboxilação do piruvato, transmissão nervosa Sementes, castanhas, carne, leveduras < 2 µg/dL Riboflavina Cofator enzimático de reações de óxido-redução (coenzimas FAD, FMN) Leite, carne, ovos, castanhas, sementes < 0,1 µg/dL Niacina Cofator enzimático de reações de óxido-redução (coenzimas NAD, NADP), poliadenilação Alimentos ricos em triptofano, leite, carne < 0,5 µg/mL Piridoxina Transaminação, decarboxilação, síntese de heme Leveduras, carne, germe de trigo < 0,5 µg/dL (PLP) Ácido pantotênico Transporte e transferência de grupos acila (formação de coenzima A) Leveduras, plantas, grãos, ovos, carne < 100 µg/dL Biotina Carboxilação, desaminação Leveduras, gema de ovo, carne, grãos < 100 ng/dL Folacina Transferência de unidades de carbono, síntese de purinas e pirimidinas, hematopoiese Plantas verdes, carne, ovos, queijo < 0,3 ng/mL Cianocobalamina Coenzima de enzimas mutases, hematopoiese, transferência de grupos metila Leite, peixe, ovos, carne < 150 pg/mL Colina Transporte de lipídeos, fator lipotrópico, neurotransmissão, síntese de metionina e creatina Cereais, carne, leguminosas, gema de ovo < 1 µg/mL Ácido ascórbico Antioxidante, síntese de colágeno, proteção de membranas Frutas cítricas, vegetais < 0,5 mg/dL Carnitina Transporte de ácidos graxos na célula (intramitocondrial) Carne, fígado < 30 µmol/L 4 Vitamina A Doenças relacionadas à deficiência de vitamina A e seus benefícios são descritas ao longo da história. Os egípcios observaram que problemas de cegueira noturna e xeroftalmia (ressecamento da conjuntiva), típicos sinais da deficiência de vitamina A, eram curados com a ingestão de fígado de animais. Hopkins e Stepp, no início do século 20, observaram que um fator estimulante do crescimento podia ser extraído do leite, o que finalmente levou à identificação da vitamina A. A presença desse fator promotor de crescimento foi descrita também na gema do ovo, manteiga e óleo de fígado. McCollum e Davis, em 1915, descreveram um “fator A” de gordura animal, que tinha efeito estimulante do crescimento. Mais tarde, Drummond propôs que o fator A deveria ser chamado de vitamina A. Moore, em 1929, observou que os carotenos de origem vegetal, podiam ser convertidos em vitamina A no organismo animal. A estrutura química da vitamina A (retinoides e carotenoides) foi determinada em meados do século 20, e em seguida estudos sobre sua função biológica e a síntese comercial dessa vitamina foram rapidamente desenvolvidos. O termo retinoide refere-se à classe de compostos que inclui retinol e seus derivados químicos, com quatro unidades de isoprenoides. A vitamina A engloba um grupo de carboidratos insaturados, incluindo retinol e compostos relacionados, bem como alguns carotenoides. A atividade da vitamina A em tecidos animais é encontrada predominantemente sob a forma de retinol, retinal e, em menor quantidade, ácido retinoico (Figura 1). Figura 1. Moléculas do retinol, retinal e ácido retinoico 5 O retinol é um álcool primário que contém um anel β-ionona com cadeia lateral insaturada, sendo encontrado em tecidos animais como éster retinila com ácidos graxos de cadeia longa. O retinal é o aldeído derivado da oxidação do retinol. O retinal e o retinol podem ser facilmente interconvertidos. O ácido retinoico é o ácido derivado da oxidação do retinal. Este ácido não pode ser reduzido no organismo e, assim, não pode originar retinal ou retinol. A maior concentração de vitamina A nos animais é no fígado, principal órgão armazenador (90% do total), no qual o retinol e seus ésteres são as principais formas presentes. A vitamina A como tal não está presente nas plantas, porém elas contêm seus precursores, os carotenoides, os quais podem ser convertidos em vitamina mediante reação enzimática no intestino dos animais. Os carotenoides contribuem significativamente para a atividade da vitamina A em alimentos tanto de origem animal como vegetal. Frutas, plantas e vegetais amarelos e verde-escuros são boas fontes dietéticas de carotenos. Dos 600 carotenoides conhecidos, cerca de 50 apresentam alguma atividade de pró-vitamina A. Alimentos de origem vegetal contêm β-caroteno, que pode ser clivado oxidativamente no intestino em duas moléculas de retinal. Entre todos os carotenoides, o β-caroteno é o que apresenta maior atividade pró-vitamínica A (Figura 2). Figura 2. Molécula do β-caroteno Para ocorrer a conversão metabólica de caroteno para vitamina A, o β-caroteno deve ter o anel β-ionona livre. A conversão ocorre por ação de duas enzimas: a primeira (β-caroteno-15, 15´- dioxinase) cliva o β-caroteno produzindo duas moléculas de retinal. A segunda enzima (retinaldeído redutase) converte o retinal em retinol. Gatos não possuem a enzima clivante e, portanto, não podem usar carotenos como fonte de vitamina A. O potencial de pró-vitamina A em plantas é mais bem preservado quando pastagens são conservadas sob a forma de feno, porém há declínio quando a armazenagem é realizada na ausência de oxigênio. Grãos, com algumas exceções (por exemplo, milho amarelo), são menores fontes de pró-vitamina A. Dentre os grãos de leguminosas, o grão-de-bico tem a melhor fonte carotenoide. A fonte mais rica de carotenos é o 6 óleo de palma vermelha. Fontes ricas de vitamina A estão nos óleos de peixe. Embora haja a possibilidade de serem produzidas duas moléculas de vitamina A, por cada molécula de β-caroteno, a ineficiência desse processo contribui para que o β-caroteno exiba apenas 50% de atividadeda vitamina A. Na maioria dos animais, a absorção da vitamina A varia de 70 a 90%, mas a eficiência na absorção de carotenoides adicionados à dieta é de 40 a 60%, dependendo do carotenoide. As espécies que absorvem carotenos (bovinos, equinos, aves, humanos) podem apresentar tecido adiposo amarelo, uma vez que os carotenos se armazenam no fígado e na gordura. As espécies que clivam totalmente os carotenos no intestino (ovinos, caprinos, suínos, caninos) possuem gordura branca. As vacas da raça Holandesa têm mais eficiência na clivagem de carotenos no intestino, tendo gordura e leite de cor branca, enquanto as raças Jersey e Guernsey absorvem mais carotenos e possuem leite e tecido adiposo amarelados. Nos animais, a vitamina A está presente, em grande quantidade, como ésteres lipídicos no fígado e no rim, mas também é encontrada na gordura do leite e na gema de ovo. No plasma, a vitamina A é transportada desde seus estoques no fígado até os tecidos na sua forma álcool (retinol) ligada a uma proteína ligante de retinol (RBP). Quando há deficiência de vitamina A, ocorre bloqueio da secreção de RBP hepática e os níveis plasmáticos desta proteína diminuem. Os requerimentos e vitamina A na dieta estão em torno de 3.000 UI/kg (matéria seca). Caprinos e felinos têm requerimentos maiores (cerca de 5.000 U/kg). Os requerimentos aumentam em animais expostos a condições estressantes e a doenças. Funções da vitamina A A vitamina A é essencial para a visão, reprodução, crescimento e a manutenção dos tecidos epiteliais. O ácido retinoico, derivado da oxidação do retinol da dieta, é intermediário da maioria das ações dos retinoides, exceto para a visão, que depende do retinal (derivado aldeídico do retinol). A deficiência de ácido retinoico causa defeitos na reprodução e na diferenciação dos epitélios. As ações do ácido retinoico sobre a regulação da transcrição de muitos genes têm levado a considerar este composto como um hormônio. A função fisiológica da vitamina A sobre a visão é a mais entendida do ponto de vista bioquímico. No ciclo visual ou ciclo do retinol (Figura 3), a vitamina A é componente dos pigmentos das células cones e bastonetes da retina. A rodopsina, o pigmento visual dos bastonetes na retina, é originada do 11-cis-retinal ligado especificamente à proteína opsina. Quando a rodopsina é exposta à luz, ocorre uma série de isomerizações fotoquímicas, as quais resultam no desbotamento do 7 pigmento visual e a liberação de trans-retinal e opsina. A energia deste processo origina um impulso nervoso, que é transmitido pelo nervo óptico para o encéfalo, provocando o efeito da visão. A deficiência de vitamina A causa cegueira noturna (nictalopia), típico sinal clínico em animais. A regeneração da rodopsina necessita da isomerização do trans-retinal, formando novamente o 11- cis-retinal. O transretinal, após ser liberado da rodopsina, é isomerizado a 11-cis-retinal, que se combina espontaneamente com a opsina, para formar a rodopsina, completando o ciclo. A vitamina A é necessária para a manutenção dos epitélios, de forma que sua deficiência causa falhas de queratinização e de funcionalidade principalmente nas células epiteliais dos tratos gastrointestinal, respiratório e urogenital, além do olho. A possível relação da vitamina A com a manutenção dos epitélios pode estar no papel desta vitamina na formação de glicosamina, composto que faz parte dos mucopolissacarídeos, componentes do muco epitelial. A vitamina A também tem um papel no desenvolvimento normal dos ossos, através da atividade exercida sobre os osteoclastos do epitélio da cartilagem. Na deficiência de vitamina A, a atividade osteoclástica é reduzida e podendo causar crescimento desorganizado dos ossos e inflamação das articulações. Na reprodução, a vitamina A tem importante função na manutenção do epitélio germinativo e nos túbulos seminíferos nos machos e na sobrevivência embrionária. Em algumas espécies, a deficiência de vitamina A pode causar retenção de placenta. Nas vacas, a vitamina A e os carotenos têm importante função na proteção contra numerosas infecções, incluindo mastite. Figura 3. Ciclo da visão 8 Deficiência de vitamina A A deficiência de vitamina A leva ao menos a quatro tipos de lesões diferentes: diminuição de visão por falha na formação de rodopsina, defeitos no crescimento ósseo, falhas na reprodução (espermatogênese diminuída e morte embrionária ou fetal) e defeitos no crescimento e diferenciação dos tecidos epiteliais (resulta em queratinização). A deficiência prolongada de vitamina A leva à diminuição da visão, principalmente à noite (nictalopia) por bloqueio do ciclo do retinol e ausência de rodopsina. A deficiência grave leva a xeroftalmia, o ressecamento patológico da conjuntiva e da córnea. Se não for tratada, a xeroftalmia resulta em ulceração da córnea e, por fim, cegueira devido à formação de tecido de cicatrização opaco, quadro que pode ser observado em bovinos e suínos, nos quais a carência da vitamina A pode causar também queratinização epitelial. Na derme, a falta de vitamina A resulta em uma sobrecamada escamosa, que leva à perda da funcionalidade da célula epitelial. Nos pulmões, a deficiência de vitamina A pode causar diminuição da secreção mucosa, o que facilita o estabelecimento de infecções. No intestino, a queratinização induz à perda de função prematura dos enterócitos e síndrome de má-absorção, causando diarreia. Além disso, a carência de vitamina A resulta em uma diminuição da taxa de crescimento e do desenvolvimento ósseo em animais jovens. Quantidade adequada de vitamina A na dieta garante a normal resistência a estresse e infecções. Entretanto, um consumo além das necessidades desta vitamina não garante uma maior resistência na prevenção de infecções. Outros sinais clínicos observados na deficiência de vitamina A incluem perda de apetite e de peso, descarga nasal, conjuntivite, lacrimejamento, fertilidade reduzida, aborto e aparência emaciada, entre outros. A deficiência de vitamina A pode resultar indiretamente de deficiência de Zn, uma vez que este mineral é necessário para a síntese da proteína transportadora de retinol (RBP). Uma diminuição de RBP tem como consequência uma deficiência de vitamina A. Toxicidade A vitamina A pode ser problema tanto em sua deficiência como em seu excesso. Os ruminantes são mais tolerantes a altas doses de vitamina A devido à degradação desta vitamina no rúmen. Os principais sinais da hipervitaminose A incluem malformações ósseas, fraturas espontâneas, hemorragia interna, perda de apetite e de peso, engrossamento da pele, incremento do tempo de coagulação, anemia e conjuntivite. A toxicidade da vitamina A pode ser classificada sob 9 três categorias: aguda, crônica e teratogênica. Quando uma única dose de vitamina A (maior do que 100 mg) é injetada em animais de 20-50 kg de peso corporal, aparecem sinais como náusea, vômito, aumento de pressão do fluido espinhal e fragilidade muscular. A toxicidade crônica pode ser induzida por doses 10 vezes acima do recomendado. Essa dose pode levar à alopecia, ataxia, dores ósseas e musculares e prurido. Embora gatos tenham alta tolerância a doses excessivas de vitamina A, ocorre hipervitaminose A em animais que possuam dieta baseada em fígado. Gatos afetados apresentam deformação no esqueleto, particularmente exostose de vértebras cervicais. A vitamina A é também um poderoso teratogênico. Uma dose excessiva única (100 mg), durante a gestação, para animais que pesem entre 20 e 50 kg, pode resultar em malformação fetal. No caso dos humanos, a hipervitaminose A está relacionada ao abuso das suplementações e às automedicações. Ao contrário dos retinoides, os carotenoides geralmente não são tóxicos, e muitos animais os ingerem sem efeitos deletérios. A eficiência da conversão de caroteno em vitaminaA diminui quando há aumento da vitamina, o que se considera um mecanismo de controle homeostático que protege de um excesso de caroteno. 10 Vitamina D Desde a antiguidade, o raquitismo era conhecido como uma doença que causava deformação dos ossos e que estava relacionada com o fato de não receber sol. Sniadecki, em 1822, foi o primeiro a propor que o raquitismo ocorria pela falta de exposição à luz solar. A maioria dos cientistas à época não acreditavam que uma doença podia ser curada apenas pela exposição ao sol. Em 1921, Sir Edward Mellanby reportou a indução de raquitismo em cães através da manipulação da dieta (a base de farinha de aveia e – sem que ele o planejasse – em ausência de luz solar). Ele descobriu que a doença podia ser revertida com óleo de fígado de bacalhau, pelo qual erroneamente pensou se tratar de deficiência de vitamina A. McCollum, em 1922, reportou que o fator curativo do óleo de fígado de bacalhau não era a vitamina A, mas sim outra substância lipossolúvel, que posteriormente foi identificada como vitamina D. A observação de que a irradiação de alimentos (leite, manteiga) resultava na produção de um fator antirraquitismo, levou à identificação da vitamina D2 a partir da pró-vitamina ergosterol e da vitamina D3 a partir da pró-vitamina 7- deidrocolesterol. Em 1932, a estrutura da vitamina D2 foi determinada simultaneamente por Windaus, na Alemanha (quem a chamou vitamina D2) e por Askew, na Inglaterra (quem a chamou ergocalciferol). Em 1936, Windaus também determinou a estrutura da vitamina D3. A atividade da vitamina D está associada a vários esteroides, incluindo o colecalciferol, de fontes animais, e o ergocalciferol, uma forma exclusivamente sintética de vitamina D, a qual é formada pela irradiação do fitoesterol (esterol vegetal), com luz ultravioleta, comumente adicionada ao leite e à manteiga como suplemento alimentar para humanos. O ergocalciferol e o colecalciferol são fontes de vitamina D pré-formada e diferem pela presença de uma ligação dupla adicional e de um grupo metila no esterol vegetal (Figura 4). Na década de 1960 começou um novo patamar no estudo da vitamina D, quando se reconheceu que ela é o precursor do hormônio esteroide 1,25-di-hidroxi-colecalciferol (1,25- DHCC). De Luca, em 1966, demonstrou que o colecalciferol é convertido em 25-hidroxi- colecalciferol (25-HCC) no fígado, e no início dos anos 1970 se determinou que o 1,25-DHCC era produzido no rim. A partir daí, a vitamina D e seus derivados adquiriram a categoria de hormônios. O colecalciferol é formado na pele mediante a exposição à luz solar. Esse processo é constituído de várias etapas, as quais envolvem a modificação fotoquímica do 7-dehidrocolesterol seguida por isomerização não enzimática. Por esse motivo, na síntese in vivo, as exigências de vitamina D da dieta dependem da exposição à luz solar. Apesar de a maioria das espécies animais possuírem o 7- dehidrocolesterol, de forma abundante na pele, gatos, cães e outros carnívoros contêm apenas 11 pequenas quantidades deste composto, o que não permite uma adequada síntese de vitamina D, fazendo com que dependam quase que exclusivamente da dieta. Figura 4. Estrutura do ergocalciferol e colecalciferol. Setas indicam a presença de um grupo metila no esterol vegetal e a sua ausência no esterol animal O ergocalciferol e o colecalciferol não são biologicamente ativos, mas são convertidos in vivo na forma ativa da vitamina D por reações sequenciais de hidroxilação (Figura 5). A primeira reação ocorre na posição 25 e é catalisada por uma hidroxilase específica, no fígado. O produto da reação, 25-HCC, é a forma predominante da vitamina D no plasma e a principal forma de armazenamento da vitamina. Essa forma é posteriormente hidroxilada na posição 1 pela 25- hidroxicolecalciferol-1α-hidroxilase específica, encontrada principalmente no rim, resultando na formação de 1,25-DHCC (vitamina D3 ativa ou calcitriol). Essa hidroxilase, assim como a 25- hidroxilase, no fígado utiliza citrocomo 450, oxigênio molecular e NADPH. O 1,25-DHCC é o mais potente metabólito da vitamina D e está envolvida na regulação da absorção e do metabolismo do Ca. Sua formação é regulada pelos níveis plasmáticos de P e Ca. Nos tecidos, o 1,25-DHCC pode ser catabolizado mediante a enzima 24-hidroxilase a ácido calcitroico, composto inativo biologicamente que é excretado pela bile. A atividade da enzima 25-HCC-1α-hidroxilase aumenta diretamente em função de baixo P plasmático, ou indiretamente por diminuição do Ca no plasma, que dispara a liberação do hormônio paratireoidiano (PTH), o qual induz a síntese da enzima no rim. Assim, a hipocalcemia causada por deficiência ou balanço negativo de Ca na dieta resulta em aumento da secreção de PTH, o que posteriormente deriva em níveis elevados de 1,25-DHCC no plasma pela ação estimuladora do PTH sobre a síntese da enzima 1α-hidroxilase renal. A atividade de 1α-hidroxilase é diminuída por 12 excesso de P e de 1,25-DHCC. Outra enzima do rim pode hidroxilar o 25-HCC na posição 24, formando o composto 24, 25-di-hidroxi-colecalciferol (24,25-DHCC), composto inativo, quando a atividade da 1α-hidroxilase está reduzida, isto é, quando há níveis plasmáticos normais de Ca e de P. Figura 5. Reações da biossíntese da vitamina D3 A vitamina D é suscetível à degradação pela luz. Nos alimentos, essa degradação pode ocorrer durante o armazenamento. De modo geral, no entanto, a estabilidade da vitamina D em alimentos, em especial em condições anaeróbicas, não é uma preocupação importante. A vitamina D é encontrada em maiores quantidades em peixes, particularmente, de água salgada, como salmão, sardinhas e no óleo de fígado de peixe. No plasma, a vitamina D é transportada por uma proteína hepática específica, denominada proteína ligante de vitamina D (DBP) ou transcalciferina. A maioria dos animais, salvo os carnívoros, não tem requerimento de vitamina D desde que tenham disponível suficiente luz solar. Os requerimentos na dieta estão entre 200-400 UI/kg (base seca). 13 Funções da vitamina D Inicialmente, a vitamina D foi identificada como um cofator para reações que serviam para manter os níveis de Ca e P. Nas décadas de 1960 e 1970 uma série de descobertas levou a ampliar o conhecimento do metabolismo da vitamina D. A vitamina D pertence a um grupo de esteroides que apresentam funções semelhantes às dos hormônios e sua ação precípua é na estimulação da absorção intestinal de Ca e de P. A vitamina D regula a expressão gênica interagindo com receptores nucleares específicos das células epiteliais do intestino, que induzem a síntese de transportadores de Ca e P. O 1,25-DHCC entra na célula intestinal e liga-se a um receptor citosólico. O complexo 1,25- DHCC-receptor move-se para o núcleo, onde interage seletivamente com o DNA celular estimulando a síntese de calbindina, proteína ligadora de Ca específica, que atua estimulando a absorção intestinal de Ca. O 1,25-DHCC também estimula a produção de ATPases dependentes de Ca e Na, que facilitam o movimento vetorial de Ca para fora da célula intestinal e para dentro da circulação. Além disso, o 1,25-DHCC é indiretamente requerido para a mineralização óssea durante o crescimento do esqueleto. Receptores de vitamina D nos ossos estão localizados nos osteoblastos, que controlam a síntese e secreção de proteínas específicas nos osteoblastos como osteocalcina, osteopontina, colágeno e fosfatase alcalina. Sobre os ossos, os efeitos da vitamina D são similares ao PTH, mobilizando Ca e P da matriz óssea e da fração mineral através de um efeito osteolítico. Aparentemente, o hormônio requer a presença do PTH para atuar no osso (efeito permissivo). Como sua ação é bloqueada pela actinomicina D, acredita-se que a transcrição para formar mRNA e sintetizarproteína é um requerimento para poder causar seu efeito. Sobre o rim, o 1,25-DHCC diminui a excreção renal de Ca e P, poupando esses minerais no organismo. Os receptores de vitamina D são encontrados em um grande número de células, desde células do músculo esquelético até células importantes para a imunidade e funções fagocíticas, como os macrófagos. No raquitismo dependente de vitamina D, doença genética causada pela alteração de um gene autossômico recessivo, observada em suínos e em humanos, ocorre falha na síntese da enzima 1α-hidroxilase, não podendo sintetizar 1,25-DHCC, embora o organismo tenha as moléculas precursoras. As recentes pesquisas sobre receptores da vitamina D em diferentes órgãos revelam que os metabólitos desta vitamina podem estar exercendo outras funções, além das reguladoras sobre o metabolismo do Ca e do P. Existem, por exemplo, evidências de regulação de crescimento e diferenciação de vários tipos de células, bem como de regulação da hematopoiese e dos sistemas imunes. Em humanos tem sido relatado que a deficiência de vitamina D pode promover câncer de próstata por mecanismos não esclarecidos. 14 Deficiência de vitamina D A deficiência de vitamina D causa a desmineralização dos ossos (diminui concentração de Ca e de P na matriz orgânica da cartilagem e nos ossos), resultando em raquitismo nos animais jovens e em osteomalacia nos adultos. O raquitismo caracteriza-se pela formação contínua de matriz de colágeno nos ossos, mas com mineralização incompleta, resultando em ossos flexíveis e maleáveis. Os ossos se apresentam frágeis, com possibilidades de fraturas espontâneas, além de terem seu crescimento alterado, principalmente observável nos ossos longos como o fêmur, tíbia, úmero e costelas. Os ossos longos das extremidades tendem a se arquearem, ocasionando defeitos de aprumo (postura) desses animais e inflamação das articulações, devido à fragilidade desses ossos. Por ser de ocorrência na fase do crescimento, tais defeitos de aprumo são praticamente insanáveis na vida adulta. Na osteomalácia, existe desmineralização de ossos preexistentes, porém com matriz orgânica normal (diferente da osteoporose em que está diminuída tanto a mineralização quanto a matriz proteica dos ossos). Quando a massa óssea reduz, perde-se o suporte mecânico e a integridade do esqueleto, aumentando a suscetibilidade a fraturas. Outros sinais de raquitismo envolvem perda de peso, inibição do crescimento, rigidez na marcha, dispneia, irritabilidade, fraqueza e diminuição do apetite. Em fêmeas gestantes, a osteomalacia pode produzir malformações congênitas em recém-nascidos e lesões ósseas na mãe. Em vacas leiteiras, a deficiência de vitamina D pode causar diminuição da produção de leite e inibição do estro. Nestes animais, a idade é um fator predisponente para sofrer febre do leite, transtorno em que ocorre uma hipocalcemia em função da alta produção de leite, que pode estar sendo induzido tanto por uma síntese diminuída como por uma baixa resposta dos órgãos alvo ao 1,25-DHCC (baixa síntese de receptores em ossos e rim). O raquitismo renal (osteodistrofia renal) resulta de insuficiência renal crônica e, portanto, da diminuição na capacidade de produzir a forma ativa da vitamina D. A administração de 1,25-DHCC é uma terapia de reposição eficiente. No hipoparatireoidismo a ausência do PTH causa hipocalcemia e hiperfosfatemia. Esses pacientes podem ser tratados com qualquer forma de vitamina D, juntamente com o PTH. Vitamina D deve ser suplementada a animais em crescimento ou em produção que recebem pouca luz solar em dias nublados ou por manejo em confinamento. Em vacas leiteiras, devido à toxicidade da vitamina D3 em gestantes, não é recomendável usar vitamina D3 para prevenir febre do leite em injeções no pré-parto. Nesses casos, é preferível usa vitamina D2. 15 Toxicidade A vitamina D é a mais tóxica das vitaminas. Como composto lipossolúvel, a vitamina D pode ser armazenada no organismo, sendo metabolizada lentamente. A maioria dos animais requer no máximo 5 μg de vitamina D por 1.000 Kcal da dieta. Quando a ingestão excede 5 a 10 vezes essa quantia, há risco de toxicidade. A hipervitaminose D se caracteriza por hipercalcemia e calcificação de tecidos moles, particularmente articulações, membranas sinoviais, pulmões, rins, artérias, córnea e miocárdio. A hipervitaminose D pode causar calcificação ectópica, como consequência do aumento da desmineralização óssea. Os ossos tornam-se frágeis e suscetíveis de fraturas. São observadas hipercalcemia e hipercalcinúria, com concentrações normais ou diminuídas de P. Os efeitos da hipervitaminose D são devidos ao 25-HCC, pois o 1,25-DHC está regulado de forma rigorosa, a menos que seja diretamente administrado no organismo via parenteral. Doses muito altas de vitamina D (100 vezes o requerimento) podem resultar em balanço negativo de Ca, porque a ressorção óssea é acelerada, além de sinais como perda de apetite, náuseas, sede e estupor. Apesar de que os vegetais não contêm vitamina D2, algumas plantas (Solanum malacoxylon [espichadeira], Cestrum diurnum [dama-da-noite] e Trisetum flavescens [aveia amarela]) contêm compostos com atividade de vitamina D (um glicosídeo hidrossolúvel de 1,25-DHCC) e o seu consumo por animais herbívoros pode levar a toxicidade, causando calcinose, manifestada por deposição de Ca nos tecidos moles, que em casos severos pode levar a insuficiência cardíaca e pulmonar agudas. A toxicidade da vitamina D3 é 10 a 20 vezes mais tóxica que a vitamina D2. 16 Vitamina E Em 1922, Herbert Evans e Kathryn Bishop observaram que ratos desenvolviam problemas reprodutivos quando alimentados com dieta contendo gordura rançosa, a menos que fossem suplementados com alface, alfafa ou gérmen de trigo. Mais tarde, foi descoberto que óleo de gérmen de trigo continha um princípio ativo que parecia ser responsável por melhorar o desempenho reprodutivo. O composto foi designado como vitamina E por Sure (1924) e Evans (1925), e mais tarde foi batizado como α-tocoferol, do grego tokos que significa nascimento. Ao longo da década de 1920, a vitamina E foi reconhecida apenas como um fator que era necessário para a reprodução dos ratos, mas em 1931, Pappenheimer e Goettsch observaram que a vitamina E também era requerida para evitar degeneração muscular em coelhos e cobaias e encefalomalacia em frangos. Posteriormente, outros sinais foram identificados na deficiência de vitamina E, incluindo diátese exudativa em frangos, e necrose hepática e anemia hemolítica em outros animais. Com a elucidação da estrutura do α-tocoferol por Fernholz, em 1938, estudos demonstraram que a deficiência de vitamina E podia resultar em falha embrionária. Em 1957, Schwartz descobriu que levedura de cerveja (que não contém vitamina E) era efetiva, assim como a vitamina E, em prevenir necrose hepática. Após este descobrimento, se encontrou que o Se era o ingrediente ativo da levedura de cerveja nesta função e para prevenir a diátese exudativa em frangos e a degeneração muscular em bezerros. Os tocoferóis e os tocotrienóis, que são os principais compostos com atividade de vitamina E nos alimentos, são derivados do composto original tocol, que apresenta um ou mais grupos metila nas posições 5,7 ou 8 da estrutura do anel cromano (Figura 6). As formas α, β, γ e δ de tocoferol e tocotrienol diferem conforme o número e a posição dos grupos metila e, portanto, diferem significativamente quanto à atividade de vitamina E. O α-tocoferol apresenta a maior atividade de vitamina E tendo função antioxidante. Os três carbonos assimétricos (2´, 4´ e 8´) da molécula de tocoferol e a configuração estereoquímica dessas posições na vitamina E influenciam na atividade vitamínica do composto. Os tocoferóis e os tocotrienóis são muito apolares, existindo principalmente na faselipídica dos alimentos. Todos os tocoferóis e tocotrienóis, quando não esterificados, têm a capacidade de agir como antioxidantes. Eles desativam radicais livres, doando um H+ fenólico e um elétron. Os tocoferóis são constituintes naturais de todas as membranas biológicas. Acredita-se que eles contribuam para a estabilidade da membrana devido a sua atividade antioxidante. Os tocoferóis e os tocotrienóis de ocorrência natural também contribuem para a estabilidade de óleos vegetais altamente insaturados, por meio de sua ação antioxidante. Os compostos vitamínicos E apresentam estabilidade razoável na ausência de oxigênio e lipídeos 17 oxidantes. Tratamentos anaeróbicos no processamento de alimentos, como os enlatados autoclavados, exercem pouco efeito sobre a atividade de vitamina E. Em contrapartida, a taxa de degradação da vitamina E aumenta na presença de oxigênio molecular, podendo ser particularmente rápida quando radicais livres também estão presentes. Figura 6. Estruturas da vitamina E: tocoferol, tocotrienol e tocol A vitamina E se armazena no organismo em todos os tecidos, mas os maiores depósitos são fígado, tecido adiposo e músculo. Os requerimentos de vitamina E na dieta das diferentes espécies estão entre 15 a 60 UI/kg (base seca) com valores que podem atingir 80 UI/kg em animais em crescimento. Esses requerimentos podem aumentar em situações de estresse, exercício, infecções e trauma. Os requerimentos de vitamina E e Se são mutuamente substituíveis. A vitamina E reduz as necessidades de Se de duas maneiras: prevenindo perdas corporais de Se e prevenindo a peroxidação dos lipídeos de membranas poupando glutation peroxidase (GPx), que contém Se. Por sua vez, o Se pode reduzir as necessidades de vitamina E de três formas: preservando a integridade do pâncreas para a normal digestão das gorduras e, portanto, da absorção de vitamina E, reduzindo a quantidade de vitamina E requerida para manter a integridade dos lipídeos de membrana via GPx, e facilitando a retenção de vitamina E no plasma. A vitamina E está amplamente distribuída na 18 natureza, mas as fontes mais ricas são óleos vegetais, óleos de cereais particularmente no gérmen, ovos e fígado. Funções da vitamina E Os tocoferóis são os únicos, dentre as vitaminas, que agem primariamente como antioxidantes, ou seja, eles não servem como cofatores e não estão envolvidos diretamente como fatores específicos na regulação celular. Primariamente, essa vitamina protege os ácidos graxos insaturados da camada fosfolipídica da membrana celular. A fração quinona dos tocoferóis é capaz de desativar radicais livres, como os radicais de hidrogênio (H·), radicais superóxido (O2·), radicais hidroxila (OH·), peróxido de H (H2O2) e outros radicais derivados de lipídeos. As membranas celulares contêm vitamina E na concentração de 1 mg a cada 5-10 g de lipídeos de membrana, uma concentração suficiente para retardar a oxidação dessas membranas. A vitamina E atua como um agente eliminador dos radicais livres à custa da sua depleção. Quanto mais gordura insaturada contiver a dieta, mais vitamina E vai ser utilizada, podendo precipitar uma deficiência. Os tocoferóis, antes de serem absorvidos, integram micelas no intestino. Depois da absorção, a vitamina E é transferida para a circulação linfática associada aos quilomícrons, similarmente ao que ocorre com outras vitaminas lipossolúveis. A vitamina E penetra na célula através de receptores de membrana para LDL. Uma vez na célula, a vitamina é incorporada à membrana lipídica. Em torno de 40% da vitamina E é encontrada nas membranas nucleares e 60% é dividida entre as membranas lisossomais, mitocondriais e outras. A vitamina E, como composto antioxidante, está associada com o aumento da resposta imune, por manter a integridade estrutural e funcional das células do sistema imune e estimular a síntese de anticorpos (IgG). O tocoferol também participa na manutenção da estabilidade das hemácias, o melhoramento da qualidade da carne e da cicatrização e tem um papel decisivo na resistência a infecções virais. Macrófagos e neutrófilos têm atividade fagocítica diminuída em animais com deficiência de vitamina E. Vários estudos relacionam a vitamina E ao Se, e esta associação se mostrou benéfica. Trabalhos mostram que o uso concomitante destes compostos diminuiu a incidência de retenção de membranas fetais em vacas leiteiras, assim como a ocorrência de mastite. O sinergismo existente deve-se ao fato de ambos atuarem contra os peróxidos no organismo animal. A vitamina E age prevenindo-os e o Se destruindo-os. O Se atua como cofator e parte integrante da enzima GPx, que é um dos sistemas responsáveis contra a oxidação. A vitamina E está na primeira linha de defesa contra a oxidação lipídica. O Se, como parte da GPx, está na 2ª linha de defesa antioxidante e os aminoácidos 19 sulfurados aparecem na 3ª linha de defesa como precursores da GPx. Consequentemente, enzimas como superóxido dismutase e catalase e outros sistemas de defesa contra a oxidação podem moderar a necessidade por vitamina E. A vitamina C também atua como antioxidante por regenerar a forma reduzida do α-tocoferol: no processo de inibição da oxidação de ácidos graxos, o tocoferol é oxidado a radical livre de tocoferol e o ácido ascórbico pode doar um elétron a este radical para regenerar a forma antioxidante (reduzida) do tocoferol. Deficiência de vitamina E A deficiência de vitamina E mostra uma grande variedade de sinais clínicos nas diferentes espécies. O grau de severidade da deficiência depende da ingestão de ácidos graxos poli-insaturados e da disponibilidade de Se, antioxidantes e aminoácidos sulfurados. A distrofia muscular nutricional é uma síndrome comum em todas as espécies quando há deficiência de vitamina E, sendo também chamada de degeneração de Zenker, no qual ocorrem lesões nos músculos esqueléticos e cardíacos e substituição do tecido muscular por conectivo, originando estrias esbranquiçadas nas fibras musculares. A condição responde a tratamento com vitamina E / Se. Em ruminantes, o transtorno é conhecido como doença do músculo branco, ocorrendo em animais jovens primariamente por deficiência de Se, mas influenciado pelo status de vitamina E. Esta doença pode se apresentar em animais neonatos ou na idade de 3 a 4 semanas em cordeiros ou de 1 a 4 meses em terneiros. Caracteriza-se por fraqueza e deterioração muscular, dificuldade de ficar em pé e de amamentar (os músculos da língua podem ser afetados). A morte pode ocorrer por dano severo no miocárdio. Fatores estressantes como transporte ou movimentação, ou mudanças bruscas na alimentação podem precipitar a doença. Embora a doença seja mais descrita em animais jovens, também pode afetar adultos com deficiência de vitamina E / Se, ocasionando miopatia degenerativa, aborto, natimortos e síndrome de vaca caída. A relação entre a vitamina E com a reprodução adquiriu interesse devido aos primeiros relatos de que a deficiência desta vitamina afetava esta função em ratos machos e fêmeas. Entretanto, em outras espécies não têm sido encontradas evidências desta relação, salvo em casos de diminuição da toxicidade do gossipol em touros. O gossipol é uma substância encontrada na farinha de algodão (sementes), que tem efeitos tóxicos sobre a reprodução (azoospermia). Suplementação de vitamina E foi efetiva na prevenção de retenção de placenta em vacas. A deficiência de vitamina E também causa aumento da sensibilidade dos eritrócitos a peróxidos e o aparecimento de membranas celulares anormais. Por este motivo, o teste de hemólise in vitro é considerado um indicador de deficiência de vitamina E. Necrose hepática e síndrome mastite- 20 metrite-agalactia têm sido relatadas em suínos por deficiência de vitamina E / Se. Em frangos a deficiência de vitamina E pode resultarem diátese exudativa, um edema subcutâneo severo causado por aumento da permeabilidade capilar, encefalomalácia (doença do frango louco), que resulta de hemorragia e edema do cerebelo, muito influenciada pela quantidade de ácido linoleico na dieta, e distrofia muscular. Toxicidade A vitamina E, comparada às vitaminas A e D, é relativamente não tóxica. Porém, uma hipervitaminose E pode ter efeitos deletérios. Em várias espécies animais são indicados níveis máximos toleráveis de 1.000 a 2.000 UI/kg na dieta. Em aves, os efeitos tóxicos de um excesso de vitamina E estão relacionados com taxa de crescimento reduzida, anemia, reticulocitose, aumento do tempo de protrombina e reduzida concentração de Ca e P nos ossos. Oxidação e antioxidantes A oxidação é parte fundamental da vida aeróbica e do metabolismo celular, produzindo radicais livres de forma natural. Pode-se dizer que é o preço que o organismo paga por manter a energia necessária à vida. No organismo, estão envolvidos na produção de energia, fagocitose, regulação do crescimento celular, sinalização intercelular, imunidade e defesa celular e síntese de substâncias biológicas. Isto significa que os radicais livres têm um aspecto positivo, além de ser um subproduto da obtenção de energia, pois são substâncias que atacam células estranhas ao organismo, como bactérias e vírus. Os radicais livres têm um elétron desemparelhado nos átomos de oxigênio, sendo denominados de ERO (espécies reativas de oxigênio, ou em inglês ROS). Entretanto, quando em excesso, as ERO podem causar efeitos prejudiciais, como a peroxidação dos lipídeos de membrana e agressão às proteínas dos tecidos e das membranas, às enzimas, carboidratos e ao DNA. A produção de ERO está elevada nas lesões teciduais causadas por traumas, infecções, parasitas, radiações, hipóxia, toxinas e exercícios extremos. O estresse oxidativo é um termo que designa o aumento indesejado das ERO, encontrando-se relacionado com diversas patologias, como artrite, choque hemorrágico, doenças cardíacas, sepse, mastite, enterites, pneumonia e doenças respiratórias. A mitocôndria é a principal fonte geradora de radicais livres, por meio da cadeia transportadora de elétrons, durante a produção de ATP a partir da oxidação de substratos energéticos e da redução do O2 em água (Figura 7). 21 Figura 7. Redução do O2 em água durante a cadeia de transporte de elétrons As principais ERO são radicais, como hidroxila (HO∙), íon superóxido (O2∙-), peroxila (ROO∙) e alcoxila (RO∙), e não radicais (sem elétrons desemparelhados), como oxigênio singlet (1O2) e peróxido de hidrogênio (H2O2). O radical hidroxila (HO∙) é o mais deletério ao organismo por possuir curta meia-vida, o que dificulta o sequestro in vivo. É formado no organismo principalmente por dois mecanismos (Figura 8): reação do peróxido de hidrogênio (H2O2) com metais de transição e homólise da água por exposição à radiação ionizante. Causa danos a DNA, RNA, proteínas, lipídeos e membranas celulares. Nos aminoácidos e proteínas, o radical pode reagir na cadeia lateral, onde ataca preferencialmente cisteína, histidina, triptofano, metionina e fenilalanina, gerando danos com consequente perda de atividade enzimática, dificuldades no transporte ativo através das membranas celulares, citólise e morte celular. A forma mais deletéria do oxigênio ao organismo é o oxigênio singlet (1O2), forma excitada de oxigênio molecular que não possui elétrons desemparelhados em sua última camada. Podem atuar de forma benéfica, na defesa contra infecção, quando a bactéria estimula os neutrófilos a produzirem ERO com a finalidade de destruir o micro-organismo. O peróxido de hidrogênio (H2O2) é gerado in vivo pela dismutação do ânion-radical superóxido (O2∙-) por enzimas oxidases ou pela β-oxidação de ácidos graxos. O peróxido de hidrogênio é pouco reativo frente às moléculas orgânicas na ausência de metais de transição. No entanto, exerce papel importante no estresse oxidativo por ser capaz de transpor facilmente as membranas celulares e gerar radical hidroxila. No organismo, os metais de transição mais importantes para a ocorrência dessa reação são Cu1+ e Fe2+. O peróxido de hidrogênio é utilizado pelos fagócitos do organismo para combater vírus, bactérias e outros corpos estranhos, muito embora apresentem também efeitos deletérios às moléculas biológicas. O radical superóxido (O2∙-), ao contrário da maioria dos radicais livres, é inativo, e sua reação principal é a dismutação, na qual é produzida uma molécula de peróxido de hidrogênio e uma molécula de oxigênio. Apesar dos efeitos danosos no organismo, o radical O2∙- possui importância vital para as células de defesa, protegendo contra infecções causadas por vírus, bactérias e fungos, sendo produzido in vivo pelos fagócitos ou linfócitos e fibroblastos, durante um processo inflamatório. 22 Figura 8. Formação das espécies reativas de oxigênio (ERO) e ação dos antioxidantes SOD: superóxido dismutase, Cat: catalase, GSH: glutation reduzido, GSSH: glutation oxidado Os sistemas biológicos estão continuamente em risco de sofrer injúrias em nível celular em função dos efeitos tóxicos dos ERO. Dessa forma, desenvolveram-se sistemas de defesa antioxidantes, que permitem a proteção contra os efeitos deletérios dos radicais livres. Esses antioxidantes são produzidos pelo organismo ou absorvidos na dieta, sendo definidos como qualquer substância que regenera o substrato ou previne significativamente a sua oxidação. São conhecidos três sistemas enzimáticos antioxidantes (Figura 8): (i) enzimas superóxido dismutase (SOD), que catalisam a dismutação do radical ânion superóxido O2∙-, convertendo-o em O2 e H2O2. Existem duas formas de SOD no organismo: uma que contém Cu2+ e Zn2+ como centros redox e ocorre no citosol e outra que contém Mn2+ como centro redox; (ii) enzima catalase que atua na dismutação do H2O2 em O2 e H2O, com participação da coenzima NAPH; (iii) sistema do glutation (GSH), que atua em conjunto com duas enzimas, a glutation peroxidase (GPx) e a glutation redutase (GR). A primeira enzima é uma Se-enzima, denotando a importância desse mineral e sua atuação 23 como antioxidante no organismo. O sistema glutation catalisa a dismutação do H2O2 em O2 e H2O, operando em ciclos entre a sua forma oxidada e reduzida. Outros compostos antioxidantes são os carotenoides, o ácido ascórbico, o α-tocoferol, a ubiquinona, ácido úrico, a bilirrubina e os flavonoides. Os carotenoides agem in vivo como desativadores do O2 singlet ou como sequestradores dos radicais peroxila, reduzindo a oxidação do DNA e lipídeos, que está associada a doenças degenerativas. Dentre eles, o β- caroteno é a mais importante fonte de vitamina A, e formam um tipo incomum de agentes redutores biológicos. O ácido ascórbico é agente redutor e pode poupar a oxidação de vários antioxidantes, entre eles a vitamina E. O α-tocoferol é o principal antioxidante lipossolúvel nas membranas celulares, sendo responsável pela remoção dos radicais livres na membrana eritrocitária e tendo importante papel em inibir a propagação da lipoperoxidação, atuando assim na prevenção da hemólise, por manter a estabilidade das membranas. A ubiquinona possui grande poder oxidante através do sequestro dos radicais livres e na desativação do radical ânion superóxido. Outra importante função é a regeneração do tocoferol na membrana mitocondrial, onde exerce a mesma função regenerativa que o ácido ascórbico. O ácido úrico é a principal forma de excreção de nitrogênio das aves e dos répteis; nos mamíferos é um produto secundário de excreção, derivado das bases purínicas. Encontra-se, na maioria dos tecidos, na forma de ânion urato, que é um antioxidante efetivo nos sistemas biológicos, capaz de proteger o DNA e lipídeos de ERO, mediante a reação com osradicais peroxila (ROO∙). Além disso, é capaz de recuperar estruturas já atacadas que se tornaram radicais livres, e é responsável por estabilizar o ascorbato. Tanto a biliverdina quanto a bilirrubina, produtos do catabolismo do grupo heme, possuem propriedades antioxidantes. A atividade antioxidante da bilirrubina ocorre principalmente quando se encontra ligada à albumina plasmática. Os flavonoides são substâncias polifenólicas, pigmentos naturais amplamente distribuídos em plantas, frutas, verduras e em diversas bebidas. Já foram identificados mais de 5.000 flavonoides diferentes. Possuem um ou mais núcleos aromáticos, contendo substituintes hidroxilados e/ou derivados funcionais, como ésteres, glicosídeos e outros. Os flavonoides têm apresentado importância farmacológica em função da descoberta de seus efeitos antitumorais, anti- inflamatórios, antioxidantes, antivirais e antimicrobianos. Além do oxigênio, o nitrogênio também participa da estrutura dos radicais livres, em especial o óxido nítrico (NO2). Entre suas principais funções, destacam-se a regulação da pressão arterial e a sinalização intercelular. Seu efeito tóxico, como radical livre, pode levar a lesão tecidual em processos inflamatórios crônicos. O NO2 é sintetizado a partir da arginina por ação da enzima óxido nítrico sintetase, presente no endotélio e nos macrófagos. O NO2 promove vasodilatação com 24 redução da resistência periférica, inibe a agregação plaquetária e desempenha um papel importante na síndrome de lesão por isquemia-reperfusão. 25 Vitamina K Em 1929, Henrik Dam notou que aves alimentadas com dietas em que foram utilizados solventes apolares para remover esteróis, em um estudo para determinar a capacidade de sintetizar colesterol, desenvolviam hemorragias musculares e subcutâneas. Estes estudos foram estendidos por MacFarland, que observou que defeitos de coagulação em aves alimentadas com dietas baseadas em extrato lipídico de peixe ou farinha de carne não podiam ser revertidos com o uso das vitaminas conhecidas até então, e a doença hemorrágica em frangos foi associada com um novo fator, designado de vitamina K, a vitamina da coagulação, tornando-se assim a última vitamina lipossolúvel a ser descoberta. Mais tarde, em 1935, Almquist e Stokstad demonstraram que a doença hemorrágica em frangos podia ser revertida com extrato de alfafa. Em 1940, se tornou claro que substâncias sintetizadas por bactérias também possuíam atividade de vitamina K. Informações também se tornaram disponíveis a respeito de um composto em trevo e gramíneas estragadas que pareciam ser causa de desordens hemorrágicas em bovinos e serviam como antagonista da vitamina K. Mais tarde, este composto foi identificado como dicumarol. Foi apenas em 1974 que foi esclarecido o papel metabólico da vitamina K, quando se descobriu que γ-carboxiglutamato estava presente em todas as proteínas dependentes de vitamina K. A vitamina K existe em diversas formas (Figura 9), por exemplo, nas plantas como filoquinona (vitamina K1) e nas bactérias da flora intestinal como menaquinona (vitamina K2). Para a terapia, está disponível um derivado sintético, a menadiona (vitamina K3). Figura 9. Estruturas químicas das formas de vitamina K 26 Grande parte da vitamina K é sintetizada por bactérias intestinais, e várias espécies animais conseguem incorporar esta vitamina mediante coprofagia. Os micro-organismos ruminais sintetizam grandes quantidades de vitamina K, de forma que os ruminantes não necessitam de fontes externas. Dietas de frangos e suínos são regularmente suplementadas com menadiona, mas a necessidade de suplementação na dieta para outras espécies é controversa. Os frangos não conseguem suficientes quantidades de menaquinona a partir da síntese microbiana intestinal. Aproximadamente metade do estoque de vitamina K – principalmente filoquinona e menaquinona – do organismo está no fígado. A menadiona, por ser mais hidrossolúvel, tem distribuição mais abrangente em todos os tecidos, sendo rapidamente excretada. Existem compostos antagonistas da vitamina K, como os derivados cumarínicos (Figura 10), originados a partir de fungos contaminantes de trevo. Micotoxinas e sulfonamidas também são antagonistas da vitamina K. O dicumarol é utilizado farmacologicamente como anticoagulante para prevenir a formação de coágulos intravasculares. A warfarina é usada como potente rodenticida. A vitamina K é encontrada em vegetais escuros e frescos, principalmente na alfafa, couve-flor, repolho verde, alface, brócolis e espinafre. Também se encontra na gema do ovo, no tomate e no fígado. Os requerimentos de vitamina K estão na ordem de 0,5-1,0 ppm (base seca), sendo que os ruminantes não requerem consumir esta vitamina, que é produzida em quantidade suficiente pelos micro-organismos ruminais. Figura 10. Estruturas de antagonistas da vitamina K Funções da vitamina K O principal papel da vitamina K é a modificação pós-traducional de vários fatores de coagulação sanguínea, em que essa vitamina serve como coenzima na carboxilação de certos resíduos de ácido glutâmico presentes nessas proteínas. A vitamina K é necessária para a síntese hepática de protrombina (Fator II) e dos fatores de coagulação sanguínea VII (pró-convertina), IX 27 (Fator Christmas) e X (Fator Stuart-Prower) (Figura 11). Essas proteínas são sintetizadas como moléculas precursoras inativas. Figura 11. Mecanismo da coagulação Fatores dependentes de vitamina K são: IX (Christmas), X (Stuart-Prower), VII (pró-convertina), II (protrombina) A formação dos fatores de coagulação requer carboxilação de resíduos de ácido glutâmico, que é dependente de vitamina K, para formar γ-carboxiglutamato (Gla), capaz da subsequente ativação. A protrombina, por exemplo, possui 10 resíduos de Gla. Carboxilases microssomais específicas são responsáveis pela formação de Gla. A reação requer O2, CO2 e vitamina K (como cofator). Apenas a forma reduzida da vitamina K serve como cofator (forma hidroquinona), portanto é necessário um sistema de redução para a regeneração da vitamina (forma quinona), via vitamina K-epóxido (Figura 12). Muitos antagonistas da vitamina K funcionam como inibidores das enzimas redutases importantes para a regeneração da vitamina K. A formação de Gla é sensível à inibição por dicumarol, anticoagulante de ocorrência natural nas células de trevo em deterioração, e por warfarina, análogo sintético da vitamina K. A warfarina inibe a formação da protrombina ativa, sendo usado como um potente rodenticida e uma droga anticoagulante para tratar pacientes em risco por coagulação excessiva. Os resíduos da Gla da protrombina são quelantes de íons Ca, carregados positivamente, devido à presença de dois grupos carboxilato adjacentes, negativamente carregados. O complexo prototrombina-Ca é capaz de ligar-se a fosfolipídeos essenciais para a coagulação sanguínea, na superfície das plaquetas. A ligação às plaquetas aumenta a taxa de 28 conversão proteolítica de protrombina em trombina. A protrombina é uma enzima proteolítica que quebra ligações peptídicas no fibrinogênio para convertê-lo em fibrina, a proteína fibrosa insolúvel que mantém unidos os coágulos sanguíneos. O Gla está também presente em outras proteínas, por exemplo, na osteocalcina, envolvida na remodelação dos ossos. Figura 12. Reação de carboxilação do ácido glutâmico (Glu) para a formação de γ-carboxiglutamato (Gla), que é dependente da vitamina K (1) oxidação, (2) carboxilação, (3, 4) reciclagem da forma oxidada da vitamina K a sua forma reduzida (hidroquinona) Deficiência de vitamina K A deficiência de vitamina K é incomum, pois quantidades adequadas são produzidas pelas bactérias intestinais ou obtidas pela dieta na forma K2 (menaquinona). O principal sinal de deficiênciade vitamina K é falha na coagulação, que pode estar evidenciada por baixo nível de protrombina, aumento no tempo de coagulação (tempo de protrombina acima de 40 s) e hemorragias subcutâneas e internas, por vezes fatais. A deficiência pode ser resultado de insuficiente vitamina K na dieta, falta de síntese microbiana no intestino, problemas de absorção intestinal ou incapacidade hepática de usar a vitamina K disponível. Se a população bacteriana 29 diminui, por exemplo, pelo uso de antibióticos, a quantidade de vitamina formada endogenamente diminui e pode levar a hipoprotrombinemia em indivíduos subnutridos. Certas cefalosporinas de segunda geração podem causar hipoprotrombinemia. Em função disso, seu uso geralmente é associado à suplementação de vitamina K. A deficiência de vitamina K costuma estar associada a síndromes de má absorção ou ao uso de anticoagulantes farmacológicos. Recém-nascidos possuem intestinos estéreis e, inicialmente, não possuem as bactérias que sintetizam a vitamina K. Em ruminantes alimentados com trevo contaminado com fungos pode haver alto consumo de dicumarol causando intoxicação hemorrágica devido ao antagonismo da vitamina K. Outra causa de deficiência de vitamina K induzida é pelo consumo acidental de warfarina, cumarina sintética usada como rodenticida. Filoquinona, assim como menadiona, devem ser usadas parenteralmente para tratar animais que ingeriram warfarina e outros anticoagulantes. Alguns cavalos chamados “sangradores”, que sofrem hemorragias após o exercício, geralmente respondem a tratamento de suplementação de vitamina K. Profilaticamente, a administração intramuscular de vitamina K pode ser indicada contra doenças hemorrágicas, mas não como tratamento farmacológico em condições hemorrágicas. Toxicidade Poucos perigos são atribuídos à ingestão de vitamina K por longo tempo e em doses de 10- 100 ppm na dieta sob a forma de filoquinona. As formas naturais de vitamina K, filoquinona e menaquinona, não são tóxicas em doses elevadas. Porém, a forma sintética da vitamina K, a menadiona, em doses de 100 ppb na dieta pode agir como pró-oxidante, e sua alta concentração na dieta pode produzir hemólise. Doses de menadiona de 2-8 mg/kg de peso corporal podem ser letais em cavalos, provocando sinais de cólico, hematúria, azotemia e falha renal aguda. A administração prolongada de vitamina K pode produzir anemia hemolítica e icterícia em filhotes, devido a efeitos tóxicos na membrana dos eritrócitos. 30 Tiamina (Vitamina B1) A tiamina ou vitamina B1 foi a primeira vitamina a ser descoberta. Eijkman, em 1890, descobriu que frangos alimentados com arroz branco e afetados de beribéri (polineurite), doença descrita desde tempos ancestrais em humanos, principalmente asiáticos, se recuperavam quando alimentados com arroz integral. O pesquisador atribuiu o fato a uma toxina do arroz branco que seria contrarrestada ao consumir o arroz integral, mas seu sucessor, Grijns, postulou que o beribéri era causado pela falta de um importante componente do alimento. Funk obteve em 1911 um componente da casca do arroz com característica de amina e então foi cunhado o termo “vitamina” ou “amina vital”, muito embora depois se descobrisse que muitas vitaminas não são aminas. A estrutura da tiamina consiste de uma molécula de pirimidina mais uma molécula de tiazol ligados por uma ponte metileno, que na sua forma ativa está ligada a um grupo pirofosfato (Figura 13). Figura 13. Estrutura da tiamina na sua forma de vitamina (tiamina pirofosfato) Existem compostos sintéticos que são antagonistas da tiamina por possuir similar composição e atuam por inibição competitiva, interferindo em diferentes pontos do metabolismo. Assim, a piritiamina bloqueia a esterificação da tiamina com o ácido fosfórico, impedindo a ação da coenzima co-carboxilase (que contém tiamina); a oxitiamina também inibe a ação da co- carboxilase e o amprólio (usado como coccidiostático), inibe a absorção intestinal e a fosforilação de tiamina. As plantas também podem conter antagonistas da tiamina estáveis ao calor, como os polifenóis, que se encontram em algumas samambaias, no pasto festuca e no chá. Os polifenóis servem como agentes antioxidantes, mas, no caso do antagonismo à tiamina, oxidam o anel tiazol para produzir um dissulfeto não absorvível. Algumas samambaias também contêm tiaminase, enzima que quebra a estrutura da tiamina na ponte metileno em tiazol e pirimidina, inativando-a. A tiaminase também tem sido identificada em certos peixes, e animais que os consomem podem sofrer transtorno neurológico conhecido como paralisia de Chastek. 31 A tiamina é uma das vitaminas com menor capacidade de armazenamento e por isso uma deficiência pode manifestar sinais clínicos em pouco tempo. Em condições de alimentação costumeira (cereais, hortaliças tuberosas) os animais monogástricos dificilmente terão deficiência desta vitamina, a menos que os alimentos contenham antagonistas da tiamina (tiaminase, por exemplo, na samambaia) ou sofram inativação por calor. A tiamina é encontrada principalmente em cereais e milho, levedura de cerveja, vegetais, frutas, batata, fígado animal, gema de ovo e leite. Os animais ruminantes e equinos adultos podem obter a vitamina B1 através das bactérias do rúmen ou do ceco, respectivamente, enquanto coelhos e ratos dependem da coprofagia como fonte desta vitamina. Nos ruminantes praticamente não se consideram requerimentos de tiamina devido a sua síntese pelas bactérias ruminais, porém deve-se levar em consideração a possibilidade de deficiência em ruminantes jovens que ainda não tem um rúmen funcional. Requerimentos em animais monogástricos rondam 1,0 a 3,0 ppm (matéria seca), sendo os felinos os que possuem maiores requerimentos. Tendo a tiamina importante participação no metabolismo dos glicídeos, o aumento deste nutriente na dieta aumenta os requerimentos da vitamina. Gestação, lactação e idade aumentam os requerimentos de tiamina. Funções da tiamina O pirofosfato de tiamina (TPP) ou coenzima co-carboxilase é a forma biologicamente ativa da vitamina B1, formada pela transferência do grupo pirofosfato do ATP para a tiamina. A TTP funciona como coenzima na descarboxilação-oxidação do piruvato, com sua conversão em acetil- CoA possibilitando sua entrada no ciclo de Krebs. Neste mesmo ciclo, a TPP atua na descarboxilação do α-cetoglutarato formando succinil-CoA. Estas duas reações são essenciais para a produção de energia, sendo de vital importância no tecido nervoso. Na deficiência de tiamina, a atividade dessas duas reações de descarboxilação/oxidação esta diminuída, resultando na diminuição de produção de ATP e, consequentemente, em prejuízo na função celular. O TPP também atua como coenzima na formação ou degradação de α-cetóis pela transcetolase, na via das pentoses-fosfato. A vitamina B1 é importante na síntese de ácidos graxos e colesterol e participa diretamente na excitação dos nervos periféricos. A falha na síntese desses lipídeos para a estrutura das membranas das células nervosas parece ser a causa das mudanças degenerativas que se observam na deficiência de tiamina. Esta vitamina funciona também na manutenção do apetite e do tônus muscular. A vitamina B1 também é recomendada para a manutenção, o crescimento e a reprodução dos animais. A TTP parece ter importante papel na transmissão do impulso nervoso: a coenzima se localiza nas membranas periféricas dos neurônios, 32 sendo requerida na biossíntese de acetilcolina e nas reações de translocação de íons na estimulação nervosa. Também tem sido postulada a ação da tiamina na síntese de insulina. Deficiência de tiamina O clássico sinal da deficiência de tiamina (beribéri em humanos e polineurite em aves) é atingido no estágio final de deficiência, provavelmente devido ao acúmulo de intermediáriosdo catabolismo de glicídeos no tecido nervoso, explicado pela dependência da glicose para a obtenção de energia nesses tecidos. O conhecimento da ação bioquímica da TTP não explica, entretanto, de forma clara outros sinais decorrentes da sua deficiência: perda do apetite, constipação, enjoo, depressão, irritabilidade e fadiga. Deficiência de moderada a severa causa confusão mental, ataxia (andar cambaleante e disfunção motora) e oftalmoplegia (perda da coordenação ocular). Deficiência severa causa beribéri em humanos e polineurite em aves (as mais sensíveis são os frangos e pombos), doenças caracterizadas por acúmulo de fluidos (edema) no sistema neuromuscular, dor, atrofia e debilidade muscular, paralisia e morte. Também pode ocorrer falha cardíaca congestiva. Em humanos, a deficiência de tiamina é observada em desnutrição avançada, em alimentação exclusiva a base de arroz polido e em alcoolismo crônico. A tiamina é instável no calor e em meios alcalinos, podendo haver a sua destruição em várias etapas do processamento dos alimentos e a conservação. Também pode ser destruída por tiaminases presentes na carne de alguns peixes e no processo de fermentação por algumas bactérias. A deficiência de tiamina foi observada em raposas alimentadas com peixes crus e gatos alimentados tanto com peixe cru como em comida de gato enlatada. Rações enlatadas preservadas com metabissulfito de Na também causaram deficiência de tiamina em felinos. A chamada síndrome da mortalidade precoce é uma doença não infecciosa que afeta a truta do lago e outros salmonídeos associada à deficiência de tiamina. Em herbívoros a deficiência de tiamina pode ocorrer a partir da ingestão de Marsilea drummondii ou a samambaia Pteridium aquilinum. A característica mais predominante da deficiência é a poliencefalomalácia com sinais de andar em círculos, convulsões, cegueira e postura da cabeça em opistótono. Têm sido estabelecidas quatro condições para diagnosticar a ocorrência de poliencefalomalácia: (1) dieta com alto conteúdo energético; (2) aumento de piruvato e lactato sanguíneos (4-5 vezes o normal) e diminuição de atividade transcetolase eritrocitária; (3) resposta positiva a tratamento com tiamina; e (4) lesões cerebrais de necrose cortical bilateral à necropsia. A suplementação com grandes quantidades de melaço pode causar o que se conhece como toxicidade ao melaço, na qual ocorrem sinais clínicos similares à poliencefalomalácia. 33 Toxicidade Grande ingestão ou administração parenteral de tiamina não produz efeitos tóxicos, uma vez que a vitamina é rapidamente excretada pelo rim. Entretanto, repetidas e grandes doses parenterais podem causar reação anafilática, com sinais como convulsões, paralisia, arritmia cardíaca e respiratória e depressão. 34 Riboflavina (vitamina B2) A riboflavina foi uma das primeiras vitaminas B identificadas. Em 1932, Warburg e Christain isolaram uma enzima oxidativa de leveduras que continha uma fração proteica e outra não proteica, sendo a primeira identificação de um grupo prostético (ativador) de uma enzima. Assim, a riboflavina foi encontrada em uma coenzima antes de ser descoberta na sua forma livre. Em 1933, Kuhn isolou um pigmento amarelo da clara do ovo que tinha propriedades oxidativas e funcionava como fator de crescimento em ratos. Ele deu o nome de flavina (ovoflavina por ser do ovo). Mais tarde se descobriu que continha ribose e foi dado o nome de riboflavina. A riboflavina consiste em um núcleo de dimetilisoaloxazina ligado à ribose através de um grupo álcool (Figura 14). Figura 14. Estrutura da riboflavina As duas formas biologicamente ativas da vitamina B2 são a flavina mononucleotídeo (FMN, Figura 15) e a flavina adenina dinucleotídeo (FAD, Figura 16). FMN e FAD são capazes de aceitar reversivelmente dois átomos de hidrogênio, formando FMNH2 ou FADH2. FMN e FAD são fortemente ligados, algumas vezes covalentemente, a flavoenzimas que catalisam a oxidação ou a redução de um substrato. Nos alimentos ingeridos, FMN e FAD são hidrolisados na parte superior do intestino para libertar a riboflavina. A riboflavina é absorvida por processos ativos e transportada pelo sangue para os tecidos alvos em associação com a albumina. Uma vez na célula, a riboflavina é convertida em FMN utilizando um ATP em reação catalisada pela enzima flavoquinase. Depois o FMN se combina com uma 2ª molécula de ATP para formar FAD em reação catalisada pela enzima FAD pirofosforilase. A urina é a principal via de excreção da riboflavina e do FMN, embora FAD possa ser excretado na bile. A forma livre da riboflavina constitui menos de 5% das flavinas no organismo, enquanto de 70 a 90% está na forma de FAD. Os requerimentos de riboflavina não são considerados em ruminantes por causa da sua síntese microbiana ruminal e nos monogástricos 35 são da ordem de 2,0 a 4,0 ppm (matéria seca). Fontes de riboflavina se encontram nas plantas verdes, em leveduras, fungos e algumas bactérias. Figura 15. Estrutura da flavina mononucleotídeo (forma oxidada: FMN; forma reduzida: FMNH2) Figura 16. Estrutura da flavina dinucleotídeo na forma oxidada (FAD) Funções da riboflavina As formas ativas da riboflavina, principalmente o FAD, participam como ativadores de mais de 100 enzimas que catalisam reações de oxidação-redução. FMN e FAD atuam como grupos prostéticos (não proteicos) de muitas flavoenzimas. A sua participação no metabolismo é fundamental na oxidação de substratos e geração de energia (ATP), sofrendo alternativas de oxidação e redução. Algumas flavoenzimas contêm metais (Fe, Mo, Cu, Zn) que participam de 36 reações de transferência de elétrons. As 40 flavoenzimas conhecidas têm sido classificadas nos seguintes três grupos: (1) NADH2 desidrogenases que tem como substrato NAD reduzida e como aceptor de elétrons enzimas do sistema citocromo, na cadeia de transporte de elétrons, sendo fundamental na geração de ATP. (2) Oxidases que aceitam elétrons de substratos reduzidos e os transferem ao oxigênio, para depois reduzir o O2 a H2O2. (3) Desidrogenases que aceitam elétrons de substratos reduzidos e os transferem para o sistema citocromo. A riboflavina participa como fator essencial no metabolismo dos aminoácidos, sendo parte das oxidases que oxidam α- aminoácidos e os convertem em seu correspondente α-cetoácido, liberando amônia. Uma FMN- oxidase é necessária para a conversão de piridoxina fosforilada (vitamina B6) em uma coenzima funcional. Isto significa que uma deficiência de riboflavina pode também causar deficiência de vitamina B6. A riboflavina tem papel importante na absorção intestinal de Fe. Riboflavina é necessária no metabolismo dos ácidos graxos, tanto para a oxidação (FAD acil-CoA-desidrogenase) como para a síntese a partir de acetato (FMN flavoproteína). Parece que a riboflavina é necessária para a regeneração de glutation reduzido nas hemácias, fazendo que a deficiência torne as membranas das hemácias mais vulneráveis ao estresse oxidativo. Deficiência de riboflavina Tanto humanos como animais não podem sintetizar riboflavina nos tecidos, devendo, portanto, ingerir na alimentação ou adquirir por síntese microbiana intestinal. Neste sentido, os ruminantes são muito mais eficientes que os monogástricos, não tendo requerimentos nutricionais, pois os micro-organismos do rúmen sintetizam quantidades adequadas de riboflavina. Os lactentes em geral não sofrem de deficiência, pois o leite constitui uma boa fonte de riboflavina. Em todas as espécies, a deficiência se manifesta por uma taxa de crescimento diminuída, inflamação da mucosa oral, perda de pelo e produção excessiva de lágrimas e saliva. Outros sinais incluem anorexia, diarreia, dermatite, queilose (fissuras nos cantos da boca) e glossite (a língua parece lisa e púrpura). As dietas típicasfornecidas a suínos e frangos, principalmente a base de grãos, as tornam marginais na deficiência de riboflavina. Porcos jovens em crescimento são mais vulneráveis e apresentam anorexia, baixo crescimento, pelo áspero, alopecia e manqueira. Em ocasiões também acompanham neutrofilia e diminuição da resposta imune. Nas porcas, a deficiência de riboflavina se manifesta por falhas reprodutivas. Em frangos aparece uma típica condição denominada paralisia de dedos tortos, em casos de severa deficiência, em que o animal caminha sobre os jarretes com os dedos curvados para dentro. Também em frangos de corte a deficiência de riboflavina causa atraso no crescimento, diarreia e alta mortalidade nas primeiras semanas de vida. Em galinhas de 37 postura diminui a eclodibilidade e a produção de ovos. Nesta espécie, a dosagem de riboflavina na ovoalbumina é um excelente indicador do status de riboflavina (deve estar entre 2-3 ppm). O método bioquímico mais adequando para detectar deficiência de riboflavina é medir a atividade da FAD-enzima glutation redutase nas hemácias. Toxicidade A riboflavina é uma vitamina que tem muito pouca toxicidade. Quantidades de riboflavina na dieta de até 100 vezes os requerimentos diários em ratos podem ser toleradas sem problema. Quando doses elevadas são fornecidas por via oral, apenas uma pequena fração se absorve e a maioria é excretada pelas fezes. Isto ocorre porque o sistema de absorção de riboflavina via intestinal é rapidamente saturado, além de que a capacidade para armazenar a vitamina nos tecidos é limitada. A administração parenteral de riboflavina pode atingir toxicidade com doses de 600 mg/kg de peso em ratos. Nesses casos ocorre anúria e acúmulo de cristais nos túbulos renais. 38 Niacina (vitamina B3) Depois do descobrimento da tiamina e da riboflavina, a niacina foi a 3ª vitamina do complexo B identificada. Os primeiros indícios de a niacina ser um nutriente essencial vieram do estudo da doença conhecida como pelagra em humanos e língua preta em cães. Esta doença foi descrita no norte da Espanha por Gaspar Casal, médico da corte de Felipe V, em 1735, onde a população a conhecia como mal de la rosa, e Casal a relacionou com pobreza e má alimentação. Estudos posteriores a identificaram em outras latitudes e começaram a relacioná-la com deficiência de proteína. O termo pelagra significa pele áspera, e se manifesta com dermatite, diarreia, demência e morte. No século 20 foi identificado o aminoácido triptofano como o limitante nas condições de pelagra e língua preta. Em 1937, Elvehjem isolou a nicotinamida do fígado como o fator que podia curar língua preta em cães. Em 1945, Krehl descobriu que o triptofano era tão ativo quanto a niacina no tratamento da pelagra. Depois, Heidelberg deu a prova definitiva de que o triptofano é convertido em ácido nicotínico (vitamina B3). Figura 17. Estrutura da niacina (ácido nicotínico) A niacina ou ácido nicotínico (Figura 17) é um derivado substituto da piridina. As formas biologicamente ativas da coenzima são nicotinamida-adenina-dinucleotídeo (NAD, Figura 18) e seu derivado fosforilado nicotinamida-adenina-dinucleotídeo-fosfato (NADP). A nicotinamida é rapidamente desaminada no organismo e, dessa forma, é nutricionalmente equivalente ao ácido nicotínico. A niacina é encontrada em cereais, grãos, no leite e na carne, especialmente no fígado. A rigor, a niacina não é uma vitamina (composto essencial que precisa ser incorporado na dieta), pois ela pode ser sintetizada no organismo a partir do triptofano (Trp). Porém, a conversão de Trp em niacina é relativamente ineficiente e só acontece depois que os requerimentos de Trp estão cobertos. Por outro lado, a biossíntese de niacina necessita de tiamina, riboflavina, e piridoxina. 39 Assim em termos práticos, tanto a niacina quanto o Trp são essenciais e precisam estar na dieta. Os requerimentos de niacina variam amplamente dependendo da disponibilidade de Trp e da capacidade de converter Trp em niacina. Nos ruminantes não se consideram requerimentos, pois obtém a niacina através da síntese microbiana ruminal, salvo nos ruminantes jovens e em vacas leiteiras de alta produção, que requerem consumo de fontes de niacina e Trp (6 g de niacina/vaca/dia). Os cavalos também não têm requerimentos, pois sintetizam a niacina nas bactérias do trato digestivo inferior e possuem boa capacidade de síntese de niacina a partir do Trp. Nas demais espécies, os requerimentos de niacina variam entre 20 a 40 ppm na dieta (MS). Figura 18. Estruturas de NAD+ e NADH Funções da niacina A principal função da niacina é na formação das coenzimas NAD e NADP, as quais atuam em reações de oxidação-redução, comprometidas no fornecimento de energia dentro do metabolismo animal. Nessas reações, a coenzima sofre redução do anel piridina, pela incorporação de um íon hidreto (átomo de hidrogênio + um par de elétrons). As formas reduzidas do NAD e do NADP são NADH e NADPH, respectivamente (Figura 18). Elas participam ao menos de 200 reações no metabolismo de glicídeos, ácidos graxos e aminoácidos, de fundamental importância, principalmente nos tecidos cutâneo, gastrointestinal e nervoso. NAD é uma coenzima aceptora de 40 elétrons nas reações de oxidação dos nutrientes, e depois serve como doadora de elétrons na cadeia de transporte de elétrons na mitocôndria, onde se realiza a síntese de ATP. Isto significa que NAD é um composto intermediário entre os processos de oxidação, no catabolismo dos nutrientes, e os processos de transferência de elétrons até o O2, na produção de ATP. Muitas enzimas que participam de processos de óxido-redução são específicas em utilizar a coenzima NADP, como no caso da via das pentoses-fosfato e na síntese dos ácidos graxos. Tanto NAD como NADP estão envolvidas na síntese e degradação de aminoácidos. Poli(ADP-ribose) são moléculas niacina- dependentes que participam da modificação pós-traducional de proteínas nucleares. As proteínas poli ADP-ribosiladas parecem funcionar na reparação e na replicação de DNA e na diferenciação celular. A deficiência severa de niacina pode aumentar a suscetibilidade ao dano oxidativo sobre o DNA, devido a pouca disponibilidade de NAD. Deficiência da niacina A deficiência de niacina se caracteriza por transtornos na pele e no trato gastrointestinal, com sinais como perda de apetite, crescimento retardado, fraqueza, dermatite, desordens digestivas e diarreia. Uso de dietas a base de milho podem ser indutoras de deficiência devido ao baixo conteúdo de Trp e niacina nesse cereal. A deficiência de niacina causa pelagra em humanos, uma doença envolvendo a pele, o trato gastrointestinal e o sistema nervoso central. Os sinais da evolução da pelagra compreendem dermatite, diarreia, demência e, se não tratada, morte. A doença chamada de língua preta é consequência de deficiência de niacina em aves e cães, e consiste numa inflamação da língua e da cavidade bucal, que leva a crescimento retardado por diminuição do consumo de alimento. Nos cães, um sinal característico é babar uma saliva grossa e viscosa, devido a glossite e gengivite. Deficiência não corrigida pode levar a desidratação severa, emaciação e morte. Devido à coceira cutânea, podem desenvolver dermatite traumática. No gato não ocorre síntese de niacina a partir de Trp, sendo dependentes da inclusão desta vitamina na dieta. Na deficiência, apresentam sinais clínicos similares aos apresentados pelo cão. Em humanos, a quantidade de NAD nas hemácias é considerada um bom indicador do status de niacina. A suplementação de niacina em bovinos pode ser benéfica, principalmente em animais estressados (transporte de gado), durante o período pós-parto e em vacas com cetose subclínica. 41 Toxicidade Podem ocorrer efeitos tóxicos deniacina em níveis muito além dos seus requerimentos (10 a 20 vezes). A nicotinamida é 2 a 3 vezes mais tóxica que o ácido nicotínico. Administração de elevadas doses de ácido nicotínico em humanos podem causar vasodilatação, coceira, sensação de calor, náusea, vômito e lesões cutâneas. Em cães, doses de 2 g de ácido nicotínico por dia produzem sinais de fezes sanguinolentas, convulsões e morte. 42 Piridoxina (vitamina B6) A vitamina B6 é um termo coletivo para piridoxina (piridoxol), piridoxal e piridoxamina (Figura 19), todos derivados da piridina e com atividade bioquímica equivalente. Eles diferem apenas na natureza do grupo funcional ligado ao anel. A piridoxina ocorre principalmente nas plantas, enquanto o piridoxal e a piridoxamina são encontrados em alimentos de origem animal. A maioria das dietas para animais contém quantidades adequadas de vitamina B6, mas em algumas condições, deficiências podem ocorrer, principalmente em aves e suínos. György foi o primeiro pesquisador em reconhecer a vitamina B6 como uma vitamina específica, quando demonstrou que uma doença similar à pelagra em ratos, conhecida como acrodinia, podia ser prevenida por esta vitamina, mas não por tiamina, riboflavina ou niacina e propôs o nome de piridoxina a este composto. A forma coenzimática da vitamina B6 é o piridoxal-fosfato (PLP). Os ruminantes e os equinos obtêm vitamina B6 a partir de síntese microbiana ruminal ou intestinal, respectivamente, e os requerimentos em monogástricos são da ordem de 2 a 4 ppm na dieta (MS). Figura 19. Estrutura das três formas mais importantes da vitamina B6 Funções da piridoxina Todos os três compostos podem servir como precursores da coenzima biologicamente ativa, o PLP, o qual funciona como uma coenzima para um grande número de enzimas (em torno de 60), particularmente aquelas que catalisam reações envolvendo aminoácidos, como coenzima de reações de transaminação, descarboxilação e racemização de aminoácidos. A maioria das enzimas dependentes de vitamina B6 são as transaminases, as quais usam α-cetoglutarato como o composto aceptor de grupos amina. As aminotransferases são específicas para pares específicos de aminoácidos e cetoácidos (nas reações chamadas de “pingue-pongue”). Elas representam uma 43 importante ligação entre o metabolismo de aminoácidos, glicídeos e ácidos graxos, bem como no ciclo de Krebs. Também PLP participa em reações de descarboxilação não oxidativa convertendo aminoácidos em suas aminas correspondentes (por exemplo, histamina, serotonina, taurina, γ- aminobutírico, etanolamina), as quais atuam em eventos fisiológicos relacionados ao metabolismo hormonal e como componentes de fosfolipídeos e sais biliares. Adicionalmente, a vitamina B6 participa nas seguintes funções: síntese de niacina (a partir de Trp), formação de ácido δ- aminolevulínico (primeiro passo da síntese de porfirina), conversão de ácido linoleico em araquidônico, síntese de adrenalina e noradrenalina, incorporação de Fe no grupo heme, transporte de aminoácidos e formação de anticorpos. Deficiência da piridoxina Em função da importante atividade da piridoxina no metabolismo de aminoácidos e proteínas, uma deficiência vai acarretar uma diminuição na retenção de nitrogênio e pobre utilização das proteínas da dieta com excessiva excreção de nitrogênio. É possível observar retardo no crescimento, dermatite, convulsões, anemia e alopecia. A deficiência de vitamina B6 é raramente vista em animais, pois a maioria das dietas possuem adequadas quantidades da vitamina. Os ruminantes e os equinos praticamente não sofrem de deficiência. Porém, gado estressado, por exemplo, por transporte de longa distância, pode sofrer diminuição de vitamina B6. No caso dos equinos, apesar de não sofrerem deficiência em condições normais, é recomendável fornecer uma suplementação de vitamina B6 em situações de treinamento ou atividade intensa. Em geral, a deficiência de vitamina B6 está caracterizada por baixa resposta imune humoral e celular. Em suínos, caninos e felinos afetados por deficiência severa de vitamina B6 é possível encontrar sinais como baixo apetite e crescimento, anemia microcítica hipocrômica, esteatose hepática, pelo áspero, dermatite e edema subcutâneo. Situações avançadas podem causar degeneração de nervos periféricos, manifestada por desordens do movimento, ataxia e, no fim, convulsões. Nas aves, é típica a postura de asas estendidas e cabeça apoiada no chão. Em deficiência severa, os frangos se tornam excitáveis com movimentos sem sentido e terminando em convulsões violentas e morte, o que faz necessária a diferenciação com encefalomalácia. Anemia e depressão de imunoglobulinas M e G também são um sinal frequente em aves com deficiência de vitamina B6. A dosagem da forma fosforilada da vitamina B6 (PLP) no plasma pode ser uma boa ferramenta diagnóstica para determinar o status desta vitamina no organismo. 44 Toxicidade Como as demais vitaminas do complexo B, a vitamina B6 exibe uma toxicidade muito baixa. Entretanto, doses excessivas de vitamina B6 podem causar sinais clínicos relacionados com o sistema nervoso periférico, tais como alterações na marcha, incoordenação motora, convulsões, paralisia e morte. Piridoxal é duas vezes mais tóxica que piridoxina ou piridoxamina. 45 Ácido pantotênico O ácido pantotênico foi descoberto em 1933 por Roger Williams. Em 1937, Snell observou que era um fator essencial para o crescimento de leveduras e de bactérias ácido-lácticas e ácido- propiônicas. Mais tarde, Elvehjen, Jukes e outros demonstraram que o ácido pantotênico era essencial para os animais e, em 1940, Williams isolou e determinou a estrutura e deu o nome ao ácido pantotênico, inspirado na palavra grega pantos, que significa “encontrado em toda parte”. Lipmann e Kaplan, em 1947, descobriram no fígado que a forma ativa do ácido pantotênico é a coenzima A. Os ovos, o fígado e as leveduras são as mais importantes fontes de ácido pantotênico, embora a vitamina seja amplamente distribuída em todos os alimentos. Não se reconhecem deficiências de ácido pantotênico em ruminantes devido a sua síntese no rúmen. Em monogástricos são mais frequentes as deficiências em suínos e aves. Os requerimentos nestas espécies são da ordem de 10 a 12 ppm na dieta (MS). O ácido pantotênico é uma amida composta de ácido pantoico unido a β-alanina (Figura 20). Figura 20. Estrutura do ácido pantotênico Ele pode ser encontrado na forma livre ou unido, principalmente como coenzima A ou como transportadora de grupos acila (ACP). Para ser absorvido no intestino, deve estar na forma livre. Em todos os tecidos, o ácido pantotênico pode ser convertido em coenzima A ou em outros compostos em que a vitamina é grupo funcional. A maioria do ácido pantotênico no sangue é encontrada nas hemácias como coenzima A, mas no plasma existe na sua forma livre. Funções do ácido pantotênico O ácido pantotênico é um componente da coenzima A (Figura 21), que contém, além do ácido pantotênico, uma molécula de ADP em um extremo e outra de β-mercaptoetilamina no outro 46 extremo. Esta última possui um grupo tiol (SH) que constitui o sítio ativo da vitamina, atuando na transferência de grupos acila. O grupo tiol da coenzima A (CoA) transporta compostos acila como ésteres do tiol ativados. Exemplos de enzimas que têm as coenzimas do ácido pantotênico como cofator (com sua respectiva forma ativa) incluem: piruvato desidrogenase (CoA), α-cetoglutarato desidrogenase (CoA), ácido graxo oxidase (CoA), ácido graxo sintetase (ACP), propionil-CoA carboxilase (CoA) e acetil-CoA sintetase (fosfopanteteína). Essas coenzimas participam em mais de 100 vias metabólicas, envolvendo o catabolismo de glicídeos, proteínas e lipídeos, e a síntese de lipídeos, neurotransmissores, hormôniosesteroidais, porfirinas e hemoglobina. A função mais importante da CoA é atuar no transporte de ácidos carboxílicos, que têm o potencial de se transferir a outros grupos e estando na forma ligada à CoA se tornam “ativos”. A forma mais comum é a que liga o ácido acético para formar acetil-CoA, composto comum de rotas catabólicas e anabólicas, tendo atividade fundamental no ciclo de Krebs. A proteína transportadora de grupos acila (ACP) substitui a CoA durante o processo de síntese de ácidos graxos. O ácido pantotênico também estimula a formação de anticorpos através da incorporação de aminoácidos às imunoglobulinas. Figura 21. Estrutura da coenzima A Deficiência do ácido pantotênico A deficiência de ácido pantotênico produz, em geral, os seguintes sinais: retardo no crescimento e na eficiência de conversão de alimento, lesões na pele, transtornos do sistema nervoso, desordens gastrointestinais, inibição da formação de anticorpos e diminuição da função adrenal. Em suínos é característico ocorrer desordens do sistema locomotor. Em condições severas, observa-se “passo militar ou de ganso”. Com o avanço do problema podem cair ou sentar na “posição de cachorro”. O problema ocorre por desmielinização dos nervos braquial e ciático. Nas 47 porcas ocorre falha na fertilidade. Nas aves, a deficiência de ácido pantotênico se reflete em baixa produção e eclodibilidade de ovos, além de dermatite, problemas de locomoção, anomalias na plumagem e inflamação das pálpebras, fazendo com que os olhos fiquem grudados. Em cães se observa apetite errático, perda de peso, baixa resposta imune e diminuição de colesterol e de lipídeos no sangue. Toxicidade Como a maioria das vitaminas do complexo B, o ácido pantotênico não apresenta toxicidade conhecida em doses relativamente elevadas. Em ratos se observa dano hepático com doses de 100 vezes o requerimento nutricional. 48 Biotina O nome biotina foi dado por Kögl e Tönnis em 1936 a um fator de crescimento isolado da gema de ovo necessário para leveduras. Por muitos anos acreditou-se que a biotina não era um composto essencial devido a sua ampla distribuição nos alimentos e a sua síntese pela microflora intestinal. Entretanto, o achado de lesões de pele e perda de pelo em animais e pessoas que consumiam grandes quantidades de ovo cru levou à identificação de um composto antagonista da biotina (avidina) e à revisão da essencialidade desta vitamina. A avidina é uma proteína termolábil, secretada pelo oviduto das aves, que se encontra na clara do ovo. A biotina é uma molécula orgânica nitrogenada com um núcleo de enxofre e grupo funcional carboxílico (Figura 22). Pode existir em forma livre (biotina) ou ligada a proteínas (biocitina) através do grupo carboxila a um aminoácido, geralmente lisina. Está presente em muitos alimentos e deve ser absorvida na forma livre no intestino, para o qual conta com uma enzima de origem pancreática e intestinal chamada biotinidase, que rompe a ligação presente na biocitina. Ruminantes e equinos não possuem requerimentos de biotina devido à síntese desta vitamina pelas bactérias do trato intestinal. Nas demais espécies os requerimentos rondam 0,1-0,2 ppm na dieta (MS). Perus têm maiores requerimentos do que frangos. Figura 22. Estrutura da biotina Funções da biotina A biotina é uma coenzima nas reações de carboxilação, nas quais ela serve como carregador do dióxido de carbono ativado. A biotina liga-se covalentemente ao grupo ε-amino de resíduos de lisina nas enzimas dependentes de biotina. A biotina constitui um grupo prostético de várias enzimas que participam em reações de carboxilação. As mais importantes dessas enzimas são a 49 piruvato carboxilase (que catalisa a conversão do piruvato em oxalacetato, participando de forma essencial na via de gliconeogênese), a acetil-CoA carboxilase (que catalisa a conversão do acetil- CoA em malonil-CoA, participando na biossíntese de ácidos graxos), e a propionil-CoA carboxilase (produzindo metil-malonil-CoA, essencial no aproveitamento de propionato para a gliconeogênese nos ruminantes e de ácidos graxos de número ímpar de carbonos em todas as espécies animais). No metabolismo dos glicídeos, a biotina participa como coenzima nas seguintes reações: carboxilação de piruvato a oxalacetato, conversão de malato a piruvato, interconversão de succinato a propionato e conversão de oxalosuccinato a α-cetoglutarato. No metabolismo nitrogenado, a biotina participa em reações de síntese proteica, desaminação de aminoácidos, síntese de purina e metabolismo dos ácidos nucleicos. No metabolismo dos ácidos graxos participa da primeira reação de síntese como coenzima da acetil-CoA carboxilase que converte acetil-CoA em malonil-CoA. A biotina é requerida na síntese de ácidos graxos insaturados de cadeia longa. Na deficiência de biotina está comprometida a síntese de ácido araquidônico e, portanto, de prostaglandinas. Deficiência de biotina Apesar de a biotina ser essencial para o funcionamento normal de adrenal, tireoide, trato reprodutivo e sistema nervoso, o sinal clínico mais característico da sua deficiência é a dermatite. Os casos de deficiência são raros porque a vitamina está amplamente distribuída nos alimentos e uma grande proporção das necessidades de biotina é suprida por bactérias intestinais. Em vacas leiteiras, casos de deficiência são relatados esporadicamente, onde se observam lesões nos cascos devido à falha na síntese de proteína da camada granular na sola do casco. Em suínos foram relatados casos de deficiência de biotina por uso de sulfatalidina ou clara de ovo cru. No primeiro caso por depressão da microflora intestinal e no segundo por efeito antagônico da avidina sobre a biotina. Também pode ocorrer deficiência na presença de streptavidina, proteína proveniente da actinobactéria Streptomyces avidinii, que liga a biotina com muita avidez, inviabilizando sua utilização. A bactéria está presente no solo, em alimentos mofados e em excrementos. Os sinais clínicos de deficiência de biotina em suínos se caracterizam por alopecia, dermatite, úlceras cutâneas, inflamação da mucosa oral e lesões dos cascos (rachaduras), além de crescimento retardado e prejuízo na conversão alimentar. Em aves, os sinais de deficiência são crescimento reduzido e ineficiente conversão, além de dermatite, problemas de plumagem (penas quebradas), deformações em pernas e bicos e inflamação das pálpebras. Os sinais em aves são similares à deficiência de ácido pantotênico, mas na deficiência de biotina primeiro aparecem as lesões nas pernas e depois em bico e olhos, enquanto na deficiência de ácido pantotênico aparecem antes os 50 problemas nos olhos e só em casos severos se observam problemas nas pernas. A deficiência de biotina em aves pode causar perose, sinal típico da deficiência severa de Mn. Em cães, a deficiência de biotina se manifesta por pelo sem brilho e quebradiço, dermatite e prurido. Em gatos se observa diarreia sanguinolenta, anorexia e emaciação, além de dermatite, alopecia e hipersalivação. Toxicidade A biotina aparentemente não é tóxica, mesmo em grandes doses. Em suínos e aves, espécies em que se acostuma suplementar esta vitamina, são indicados níveis de tolerância de até 10 vezes os requerimentos. A suplementação desta vitamina deve ser realizada de forma muito criteriosa, devido a ser uma das vitaminas mais caras. 51 Folacina (ácido fólico) O ácido fólico ou folacina começou seu protagonismo como molécula essencial no metabolismo quando foi descoberto, em 1931 por Willis, que um fator presente em leveduras funcionava para tratar anemia macrocítica tropical em mulheres na Índia. Day e colaboradores em 1935 também descreveram um fator presente em leveduras e extratos hepáticos que prevenia anemia em macacos eque designaram como vitamina M. Similar achado em frangos foi relatado em 1939 por Hogan e Parrot, que identificaram um fator hepático chamado Bc. Finalmente, em 1940, Snell descreveu um fator de crescimento obtido de folhas de espinafre, sendo designado como ácido fólico, do latim folium (folhas). Ele identificou o ácido fólico como sendo a mesma vitamina M e o fator Bc. A deficiência de ácido fólico é mais relatada em mulheres grávidas como fator de prevenção de anemia megaloblástica, doenças cardiovasculares e defeitos da medula espinhal em fetos, como espinha bífida e anencefalia. Em animais, as necessidades de folacina são preenchidas pelos alimentos e pela síntese bacteriana intestinal. A folacina está amplamente distribuída nos alimentos, especialmente nas carnes. Aves e suínos podem requerer suplementação de folacina em determinadas condições, como em alimentos contendo sulfas ou grãos contaminados com fungos. As células cancerosas, devido a seu rápido crescimento, têm maiores necessidades de folacina, fato que motivou o uso de drogas inibidoras da síntese de folacina em terapia oncológica química (metotrexate e 5-fluorouracila). A estrutura da folacina tem 3 partes diferenciadas (Figura 23): um núcleo de pteridina, uma molécula de ácido p-aminobenzoico (PABA) e uma molécula de glutamato. Nos alimentos naturais, podem existir de um a nove resíduos de glutamato em sua estrutura. Na forma sintética, existe apenas um resíduo. Depois de ser absorvido no intestino, o ácido fólico é reduzido a sua forma ativa, o tetra-hidrofolato (THF ou H4folato) nos lisossomos, pela enzima H2folato-redutase. Na circulação, a vitamina encontra-se como N5-metil-H4folato. Dentro das células, o H4folato aparece na forma poliglutâmica, a qual é biologicamente mais potente, sendo, dessa forma, armazenado no fígado. Os inibidores da ação de folacina, usados como drogas anticancerígenas, atuam bloqueando a conversão do ácido fólico a H4folato ou bloqueando a transferência de unidades de carbono do H4folato às moléculas aceptoras. Os requerimentos de folacina são desconhecidos para ruminantes e equinos devido à síntese microbiana intestina. Nas demais espécies são da ordem de 0,2 a 1,3 ppm na dieta (MS), sendo maior em porcas gestantes. Em todas as espécies as necessidades de folacina aumentam na lactação e na gestação. 52 Figura 23. Estrutura do ácido fólico Funções do ácido fólico A forma ativa do ácido fólico é o ácido 5, 6, 7, 8-tetra-hidrofolato (Figura 24), o qual está envolvido com a transferência de unidades de carbono em várias reações de síntese de lipídeos, proteínas, ácidos nucleicos, hormônios e neurotransmissores. Figura 24. Estrutura do tetra-hidrofolato (THF ou H4folato) As unidades de C podem ser grupos metila, metilene e formila. Uma importante reação é a transferência de unidades simples de C da serina ao THF para formar 5-metilTHF. Este composto fornece os grupos metila para a homocisteína, passo necessário para a síntese de metionina. Outras transferências de grupos metila são essenciais na síntese de purinas e pirimidinas, na formação de ácidos nucleicos, ressaltando a importância da folacina na reprodução e multiplicação celular, efeito 53 que é mais notório em tecidos de rápido crescimento. O THF também participa na interconversão de serina e glicina, na degradação de histidina e na síntese de grupos metila para compostos como metionina, colina e timina. A atividade desta vitamina é necessária na hematopoiese, na manutenção do sistema imune e na função exócrina do pâncreas. A vitamina B12 está estreitamente ligada à ação da folacina, pois regula a proporção de grupos metila a serem transferidos pelo THF e também é necessária para o transporte de metil-THF através das membranas. Deficiência de ácido fólico Uma dieta sem folato pode causar uma deficiência em poucas semanas. O principal resultado da deficiência de ácido fólico é a anemia megaloblástica (macrocítica) e leucopenia, causadas pela diminuição na síntese de purinas e pirimidinas, que leva a uma incapacidade das células sanguíneas precursoras em produzir DNA e, portanto, se dividir. Os tecidos mais afetados na deficiência de ácido fólico são aqueles de rápida taxa de crescimento ou regeneração, como epitélio gastrointestinal, epiderme e medula óssea. Nos ruminantes, as bactérias ruminais preenchem as necessidades de folacina. Porém, animais jovens podem sofrer deficiências, as quais se manifestam por leucopenia, com predisposição a sofrer infecções que podem causar diarreia, pneumonia e morte. Em porcas gestantes com deficiência de folacina ocorre mortalidade embrionária ou diminuição da leitegada. As aves são talvez a espécie que sofre mais com dietas deficientes de folacina. Nesses casos ocorre uma severa anemia megaloblástica, baixo crescimento e eficiência alimentar, além de problemas na plumagem, a qual sofre descoloração, baixa produção de ovos e eclodibilidade e até perose. Em humanos, a deficiência de folacina é a deficiência vitamínica mais comum, estando muito associada a condições de pobreza e má nutrição. Toxicidade A folacina é considerada uma vitamina não tóxica. 54 Cianocobalamina (vitamina B12) A vitamina B12 foi a última vitamina a ser descoberta em 1948 por Rickes e colaboradores, e possui algumas características que a fazem única entre as demais vitaminas: é a mais potente das vitaminas com baixas quantidades requeridas, é sintetizada somente por micro-organismos, de forma que não se encontra nos vegetais, e tem na sua estrutura um núcleo de cobalto (Co). Os animais obtêm a vitamina pré-formada, a partir de sua flora bacteriana natural ou pela ingestão de alimentos derivados de outros animais. A cianocobalamina está presente em quantidades apreciáveis no fígado, no leite, em ovos, camarões frescos, carne de porco e de galinha. A história da cianocobalamina se remonta a início do século 19, quando Combe descreveu uma anemia fatal em humanos, que foi chamada de anemia perniciosa. Vários pesquisadores procuravam um fator hepático que fosse efetivo no tratamento da anemia perniciosa, que inicialmente foi confundido com o ferro. Em 1929, Castle postulou que a anemia perniciosa era devida a uma interação entre um fator extrínseco (na dieta) e um fator intrínseco (no suco gástrico). Após a descoberta da vitamina B12 por Rickes, foi elucidada a sua complicada estrutura em 1956 e em 1961 foi relatada a forma coenzimática da vitamina (coenzima B12) por Lenhert e Hodgkin. Esta última pesquisadora recebeu o prêmio Nobel pela elucidação da estrutura da vitamina B12 mediante cristalografia de raios X. Figura 25. Estruturas da vitamina B12 e da coenzima B12 55 A estrutura da vitamina B12 lembra a da porfirina, com 4 núcleos pirrólicos unidos entre si com átomos de N em cada núcleo coordenados a um átomo de Co (Figura 25). A estrutura básica tetrapirrólica aqui recebe o nome de núcleo de corrina, acoplada em baixo com um nucleotídeo e em cima com um cianeto (CN), o que lhe dá o nome de cianocobalamina. A forma ativa da vitamina B12 é a coenzima B12, que pode estar em duas formas: a cobamamida ou adenosilcobalamina, na qual o CN é substituído pela 5’-desoxiadenosina e a metilcobalamina, na qual o CN é substituído por um grupo metila. A vitamina B12 precisa de compostos que se unem a ela para poder ser absorvida no intestino. Inicialmente, no estômago, por efeito do baixo pH e as peptidases, a B12 é liberada e posteriormente ligada a um fator não intrínseco, secretado pela saliva, conhecido como cobalofilina. Dessa forma ingressa no intestino, onde o meio alcalino e as proteases pancreáticas liberam a B12 da cobalofilina para se unir a um fator intrínseco. Insuficiência pancreática pode causar baixa absorção e deficiência de B12. O fator intrínseco é umaglicoproteína secretada pelas células parietais do estômago e a ligação da vitamina B12 a este fator é indispensável para a sua absorção no íleo. Depois de absorvida, a vitamina B12 é transportada pelo sistema portal por outras proteínas conhecidas como transcobalaminas, das quais foram identificados os tipos I, II e III. De forma sucinta, para a correta absorção de vitamina B12 são necessários os seguintes requisitos: adequada quantidade de vitamina B12 na dieta, normal função gástrica para liberar a vitamina B12 das proteínas da dieta, normal produção de cobalofilina na saliva, normal produção de fator intrínseco no estômago, normal função pancreática para liberar a vitamina B12 do fator intrínseco e normal função absortiva do íleo (receptores). Nos ruminantes, a produção de vitamina B12 é garantida pelas bactérias ruminais, desde que tenham fonte de Co. Apenas 3% do Co da dieta é convertido em vitamina B12 no rúmen, e do total desta vitamina produzida, apenas 1 a 3% é absorvida no íleo, mas é quantidade suficiente para as necessidades do animal. O principal órgão de armazenamento da vitamina B12 é o fígado, onde também é realizada a transformação para as formas ativas coenzimáticas. Os requerimentos da vitamina B12 são muito baixos (da ordem de ppb na dieta), o que a faz a mais potente vitamina. Em geral, os requerimentos em animais monogástricos rondam os 9 a 26 ppb na dieta (MS), sendo maiores em cão e gato e menores nas aves. Nos ruminantes, é essencial a disponibilidade de Co no alimento. Concentrações de Co no solo menores de 2 ppm são consideradas deficitárias para ruminantes. Devem-se considerar situações de alta pluviosidade e rápido crescimento das plantas como fatores que podem diluir a quantidade de Co nas plantas e chegar a ser deficitário para os animais. Sabe-se também que o Co é necessário para as bactérias fixadoras de N nas raízes das leguminosas. 56 Funções da vitamina B12 A vitamina B12 atua, na sua forma coenzimática, no metabolismo de aminoácidos, proteínas, ácidos nucleicos, ácidos graxos e glicídeos. Nos animais, a coenzima B12 é necessária para a atividade de três enzimas: metilmalonil-CoA mutase e leucina mutase (na forma de adenosilcobalamina) e metionina sintetase (na forma de metilcobalamina). Nos animais ruminantes, a reação da metilmalonil-CoA mutase é indispensável para a conversão do propionato (proveniente da fermentação de glicídeos no rúmen) até succinil-CoA, como fonte de glicose (rota de gliconeogênese, Figura 26). Figura 26. Via de utilização do propionato para dar succinil-CoA A reação 4 corresponde à metilmalonil-CoA mutase, enzima que requer a coenzima B12 Animais ruminantes com deficiência de Co e, portanto, de vitamina B12, sofrem de hipoglicemia e desencadeiam sinais de anorexia, enfraquecimento e baixo desempenho. Nesses casos, a aplicação parenteral de vitamina B12 melhora o apetite em poucas horas e o fornecimento de Co via oral leva a melhora em 7 a 10 dias. Esta reação também cobra importância na degradação de alguns aminoácidos e na utilização de ácidos graxos com número ímpar de átomos de carbono. Na deficiência de vitamina B12, ácidos graxos anormais acumulam-se e são incorporados nas 57 membranas celulares, incluindo as do sistema nervoso. Isso pode contribuir para algumas manifestações neurológicas da deficiência da vitamina B12. Os efeitos da deficiência de cobalamina são mais pronunciados em células que se dividem rapidamente, tais como o tecido eritropoiético da medula óssea e as células da mucosa intestinal. Esses tecidos necessitam das formas N5-N10- metileno e N10-formil do tetra-hidrofolato (THF) para a síntese de nucleotídeos, necessários para a replicação do DNA. Na deficiência da vitamina B12, a forma N5-metil-THF não é usada eficientemente. Uma vez que a forma metilada não pode ser convertida diretamente em outras formas de THF, a forma N5-metil acumula, enquanto os níveis das demais formas diminuem. Assim, pode ocorrer uma deficiência de formas de THF necessárias para a síntese de purinas e de timina, resultando em sinais de anemia megaloblástica (anemia perniciosa), sinal característico em humanos, mas não em animais. O derivado metil da coenzima B12 é requerido na conversão de homocisteína em metionina. Outra função importante da vitamina B12 é na manutenção dos grupos sulfidrilo (-SH) do glutation na forma reduzida. Deficiência da vitamina B12 Nos animais, diferentes dos humanos, não são encontrados os sinais mais importantes da deficiência de vitamina B12 como são anemia megaloblástica (anemia perniciosa) e lesões neurológicas, muito embora possa ser observada uma anemia moderada em suínos e ruminantes. Os sinais neurológicos na deficiência de B12 ocorrem por deficiência de derivados de H4folato, necessários para a síntese de purinas e dTMP (e, portanto, DNA). A deterioração neurológica deve- se à desmielinização progressiva do tecido nervoso. Na deficiência de B12 ocorre interferência com a formação da mielina devido ao acúmulo de metil-malonil, o qual é inibidor competitivo do malonil-CoA, interferindo, portanto, na síntese de esfingomielina. Em humanos, a deficiência de vitamina B12 está relacionada à deficiência de fator intrínseco ou a dietas estritamente vegetarianas. Nos ruminantes, a deficiência de Co é determinante em casos de deficiência de vitamina B12, situação conhecida como marasmo enzoótico, caracterizado por anorexia, pelo áspero, engrossamento da pele, anemia, emaciação e, eventualmente, morte, caso não haja tratamento ou mudança de alimentação. A deficiência de Co tem sido associada a fotossensibilização em cordeiros, situação caracterizada por cabeça inchada, que responde a tratamento parenteral com vitamina B12. Em ocasiões, a deficiência de Co pode levar a cetose e fígado gorduroso por causa da extrema deficiência de energia, uma vez que está bloqueada a via gliconeogênica a partir de propionato ruminal. Em suínos, a deficiência de vitamina B12 leva a anorexia, perda dramática do crescimento e anemia tipicamente microcítica embora moderada. Também pode aparecer pelo 58 áspero, vômito e diarreia, bem como sinais neurológicos, como excitabilidade, incoordenação e vocalização. Em fêmeas, a deficiência se manifesta por reprodução alterada, principalmente falhas no estro, aborto, diminuição de leitegadas e mortalidade neonatal. Em aves, a deficiência de B12 reduz crescimento e consumo de alimento e piora a conversão alimentar. Também pode haver sinais nervosos e plumagem defeituosa. Perose pode ocorrer de forma secundária devido à falta de colina ou metionina como fontes de grupos metila. Outros sinais encontrados incluem anemia, erosão de moela e infiltração de gordura no coração, fígado e rins. Em poedeiras, a eclodibilidade se vê seriamente reduzida. Em cães e gatos, a deficiência de B12 se manifesta principalmente por anemia não regenerativa, baixo crescimento, emaciação, letargia, reprodução comprometida e, em gatos, também se observa alta excreção de ácido metilmalónico. Em cavalos não se relata deficiência de vitamina B12 devido a sua síntese pelas bactérias intestinais e sua posterior absorção. Toxicidade A suplementação de vitamina B12 não representa risco, mesmo em quantidades elevadas. Em ruminantes, a necessidade é de Co mais do que vitamina B12, devido ao processo de síntese desta vitamina pelas bactérias do rúmen. Nesses animais pode existir necessidade de suplementação com Co, o qual não pode exceder 5 ppm na dieta. A toxicose de Co produz policitemia moderada, respiração dificultosa e excessiva defecação, micção e salivação. 59 Colina Embora a colina não preencha as condições totais de uma vitamina (nutriente essencial requerido em pequenas quantidades que deve ser obtido na dieta) tem sido classificada como vitamina do complexo B.Pode ser sintetizada pelo fígado e é requerida em grandes quantidades, uma vez que faz parte da estrutura da maior parte dos fosfolipídeos (> 50%) das membranas animais e do neurotransmissor acetilcolina. Não é requerida como coenzima. A colina foi isolada por Streker, em 1849, na bile de porcos a partir da lecitina (fosfatidil-colina). Mais tarde, em 1867, foi estabelecida a sua estrutura química por Bayer e em 1929 foi determinado o seu papel essencial na formação da acetilcolina. Na década de 1920 foi observado o potencial da colina na prevenção de lipidose hepática em cães, com privação de insulina, atribuindo desde então sua característica como “fator lipotrópico”. A colina é uma amônia ligada a 3 grupos metila que lhe conferem sua capacidade como doadora de grupos metila, além de estar unida a um grupo hidroxietila. A acetilcolina é um ácido acético com ligação éster de colina e a lecitina é um fosfoglicerídeo com uma colina ligada no C3 (Figura 27). Figura 27. Estruturas da colina, acetilcolina e lecitina (fosfatidilcolina). R1 e R2 representam ácidos graxos Embora a colina possa ser sintetizada nos tecidos animais, principalmente no fígado, pode não haver quantidades suficientes às necessidades do organismo quando seus precursores e/ou mediadores (metionina, vitamina B12 e folacina) estão deficitários. A colina é sintetizada como 60 lecitina nos tecidos pela metilação sequencial da fosfatidil-etanolamina, com participação de uma N-metiltransferase e com S-adenosilmetionina como doador de grupos metila. A colina pode ser obtida na dieta a partir do consumo de fosfolipídeos que a contenham. Os requerimentos são bem maiores do que a maioria das vitaminas, estando em torno de 2.000 ppm na dieta. A colina está presente em todos os tecidos como componente dos fosfolipídeos de membrana e sua liberação nas células ocorre por ação da fosfolipase C, que quebra a lecitina para render diacilglicerol e fosfocolina. Apenas uma pequena quantidade da colina é acetilada com acetil-CoA para produzir acetilcolina, por ação da enzima colina-acetiltransferase, presente em terminações nervosas colinérgicas. A acetilcolina deve ser hidrolizada de novo, após o estímulo nervoso, mediante a enzima acetilcolinesterase. Funções da colina A colina participa das seguintes funções: (1) na forma de lecitina faz parte da estrutura das membranas celulares e das lipoproteínas de muito baixa densidade (VLDL), que transportam triglicerídeos no sangue, além de ser fator essencial no amadurecimento da cartilagem óssea; (2) é um “fator lipotrópico” evitando a esteatose hepática mediante a promoção do transporte de ácidos graxos na forma de lecitina ou a utilização dos ácidos graxos no próprio fígado; (3) é precursora da acetilcolina, neurotransmissor do sistema nervoso parassimpático; e (4) é fonte de grupos metila participando da síntese de metionina e creatina. O envolvimento das vitaminas folacina e B12, bem como da metionina, no metabolismo dos grupos metila, faz com que estas substâncias possam substituir parcialmente as necessidades de colina. Esta última função (doador de grupos metila) constitui o principal fator que determina a patologia em casos de deficiência de colina. Para ser fonte de grupos metila, a colina é convertida em betaína (composto produzido por oxidação da colina). Deficiência de colina Os principais sinais de deficiência de colina incluem baixo crescimento, lipidose hepática, perose em aves, hemorragia no rim e nas articulações e hipertensão. A severidade dos sinais clínicos está influenciada por outros nutrientes como metionina, vitamina B12, folacina e gordura. Os ruminantes obtêm grande parte das necessidades de colina a partir da sua síntese pelas bactérias ruminais, mas em ocasiões de alta exigência metabólica (altas taxas de crescimento em gado de corte, alta produção em vacas leiteiras) a quantidade de colina pode não ser suficiente, sendo 61 recomendado suplementar com até 750 ppm de colina na dieta. Em vacas leiteiras de alta produção é comum a suplementação de colina como preventivo de lipidose hepática, embora tenha pouco ou nenhum efeito sobre a produção ou sobre o percentual de gordura no leite. Em suínos, a deficiência de colina produz leitões de conformação alterada (pernas curtas e barrigudos), incoordenação de movimentos, lipidose hepática, oclusão renal e, em recém-nascidos, uma condição de pernas estendidas que pode ser prevenida com suplementação de colina nas fêmeas gestantes. Esta última condição aumenta quando é reduzida a quantidade de alimento fornecido às porcas gestantes (de 3,2 a 1,5 kg/dia), o que resulta em menor consumo de colina e metionina. A deficiência de colina também se manifesta nas porcas por baixa taxa de concepção e diminuição da leitegada. Em aves jovens (frangos e perus), a deficiência de colina causa retardo no crescimento e perose, provavelmente em função do papel da colina no processo de maturação da cartilagem óssea. Em galinhas poedeiras, a suplementação de colina previne a esteatose hepática. Em cavalos não se conhecem evidências de deficiência de colina. Toxicidade Intoxicação experimental com colina pode resultar em sinais clínicos como salivação, tremores, puxadas musculares, cianose, convulsões e paralise respiratória. Fornecimento de colina em quantidades que dobrem os requerimentos diários (2.000 ppm) não tem maiores efeitos em suínos, porém pode causar efeitos em frangos, tais como menor crescimento e piora na eficiência alimentar. 62 Ácido ascórbico (vitamina C) A história da vitamina C se confunde com a história do escorbuto, uma doença em humanos caracterizada por sinais clínicos de gengivite hemorrágica e perda de dentes, sendo potencialmente fatal por causa de múltiplas hemorragias. O escorbuto foi descrito desde tempos ancestrais, sendo relatadas epidemias quando havia carência de frutas frescas, principalmente de frutas cítricas. Em 1747, James Lind, médico da Marinha Britânica relacionou o escorbuto, que acometia os marinheiros em viagens prolongadas, com a deficiência de frutas frescas e estabeleceu a rotina de fornecer limões aos soldados. Em 1907, Holst e Frolich descobriram que o porquinho-da-índia (cobaia) podia sofrer de escorbuto, proporcionando assim um animal experimental para o estudo da deficiência de vitamina C. Em 1928, Szent-Györgyi isolou um fator antiescorbuto em várias frutas, denominando-o ácido hexurônico, um derivado da glicose. Inicialmente, devido aos altos requerimentos comparado com outras vitaminas, o ácido ascórbico não foi considerado como vitamina, mas em 1933, o ácido hexurônico foi sintetizado por Richstein e estabelecida sua atividade como fator antiescorbuto, designado-o como vitamina C. A vitamina C é um composto hidrossolúvel e termolábil, que pode ser sintetizado pelas plantas e pelos tecidos da maioria das espécies animais, com exceção de primatas, cobaia, peixes, morcegos frutívoros, insetos e algumas aves. Essas espécies têm deficiência da enzima gulonolactona oxidase, que converte L-gulonolactona em 2-ceto-gulonato, composto que se transforma por isomerização espontânea em ácido L-ascórbico. A forma ativa da vitamina C é o ácido ascórbico (Figura 28) que pode estar na forma reduzida ou oxidada (ácido dehidroascórbico). Figura 28. Estrutura do ácido ascórbico (formas oxidada e reduzida) A forma oxidada pode sofrer outra oxidação, se convertendo na forma inativa, denominada ácido dicetogulônico, evento que pode ser acelerado pela luz e calor. Este fato faz da vitamina C a 63 mais instável das vitaminas. Os animais domésticos não têm requerimentos nutricionais de vitamina C, pois podem sintetizar as quantidades necessárias, existindo requerimentos apenas naquelas espécies com deficiência da enzima gulonolactona oxidase. Funçõesda vitamina C Apesar de a vitamina C não ter forma coenzimática conhecida, ela participa em diversas reações. Um papel muito bem documentado é seu envolvimento na síntese de colágeno, proteína fibrosa componente da pele e do tecido conectivo. A vitamina C participa das reações de hidroxilação da lisina e da prolina, para produzir hidroxi-lisina e hidroxi-prolina, as quais são necessárias na síntese do colágeno, sendo essencial tanto para a manutenção normal do tecido conectivo, como para recompor tecidos danificados. Dessa forma, a vitamina C participa na cicatrização de feridas e fraturas e no controle de sangramentos gengivais. O requerimento da vitamina C nesses processos tem a ver com um efeito protetor da hidroxilase, através da oxido- redução de núcleos de Fe e grupos tiol presentes na enzima. A vitamina C mantém o estado ferroso (Fe2+) do Fe ligado à enzima, e mantém os grupos tiol no seu estado reduzido (-SH). Adicionalmente, a vitamina C facilita a absorção do Fe da dieta no intestino. O ácido ascórbico tem a capacidade de ceder e receber elétrons, o que lhe confere um papel essencial como antioxidante, estabilizando as células mediante a proteção dos lipídeos das membranas, evitando sua peroxidação pelos radicais livres. Assim, o ácido ascórbico torna-se essencial na resposta imune do organismo. Os principais mecanismos contra o dano dos radicais livres envolvem, além da vitamina C, o β-caroteno (vitamina A) e a vitamina E, como as principais vitaminas antioxidantes, além das metaloenzimas glutation peroxidase (Se), catalase (Fe) e superóxido dismutase (Cu, Zn, Mn). A vitamina C também tem efeito estimulador da atividade fagocítica dos leucócitos, da função do sistema retículo-endotelial, da formação de anticorpos e da produção de interferon, contribuindo assim na defesa contra as infecções. Por outra parte, a vitamina C reduz a quantidade de glicocorticoides circulantes, os quais têm efeito supressor sobre a função dos neutrófilos, e tem efeito poupador da vitamina E mediante a regeneração da forma reduzida do α-tocoferol. Deficiência de vitamina C Em termos práticos, os animais domésticos não sofrem de deficiência de vitamina C, uma vez que a sintetizam a partir da glicose no fígado e no rim. Entretanto, em situações de dietas 64 desbalanceadas, transtornos metabólicos, ou em deficiência de vitaminas A e/ou E, pode haver sinais de deficiência de vitamina C, que incluem escorbuto, principalmente em ruminantes jovens sob condições estressantes (frio, umidade, baixo consumo de colostro). Nestes animais, a síntese de vitamina C começa a funcionar a partir das 2 a 3 semanas de vida, tendo os níveis adultos até os 3 meses de idade. Os ruminantes são a espécie que mais poderia sofrer de deficiência de vitamina C, em comparação com os monogástricos, porque não tem acesso a fonte exógena, uma vez que o ácido ascórbico da dieta é destruído pela flora ruminal. Em suínos recém-desmamados, sob condições ambientais adversas, pode ocorrer deficiência de vitamina C, principalmente se existe um balanço energético negativo. Nesses casos, podem se observar sinais como fraqueza, dor óssea e hemorragias cutânea e muscular. Situação similar pode ser observada em pintinhos recém- nascidos, principalmente se há condições de manejo estressantes, tais como frio ou calor excessivo, subnutrição, vacinações e presença de doenças como a coccidiose. Nessas condições, a suplementação de vitamina C (150 ppm na dieta) melhora o desempenho dos frangos. Em galinhas poedeiras, recebendo 100 ppm de vitamina C pode haver melhoria na vida de postura, na qualidade da casca e na produção de ovos. Suplementos de 200 ppm de vitamina C em frangos sob condições de estresse por calor podem melhorar as respostas de ganho de peso e conversão alimentar. O porquinho-da-índia, espécie que não pode sintetizar vitamina C, pode manifestar a deficiência em anorexia, perda de peso, anemia e hemorragias dispersas. A típica deficiência de vitamina C resulta em humanos no escorbuto, uma doença caracterizada por gengivas doloridas e esponjosas, dentes frouxos, fragilidade dos vasos sanguíneos, edemas nas articulações e anemia. A maioria dos sinais pode ser explicada por uma deficiência na síntese do colágeno, resultando em tecido conectivo defeituoso. Toxicidade Em geral, altas doses de vitamina C são bem toleradas, tendo se relatado efeitos tóxicos em megadoses, que incluem acidose, problemas gastrointestinais e glicosúria. Como a vitamina C melhora a absorção intestinal de Fe, pode ocorrer acúmulo de Fe (hemocromatose), que afeta a função hepática. 65 Carnitina Para a maioria das espécies animais, a carnitina não é considerada uma vitamina, uma vez que pode ser sintetizada pelo próprio organismo. Porém, em circunstâncias em que a síntese está diminuída devido à falta dos seus aminoácidos precursores (metionina e lisina) pode haver situações deficitárias. A carnitina é essencial em alguns insetos, como o bicho-da-farinha (Tenebrio molitor) e a mosca das frutas (Drosophila melanogaster), nas quais constitui uma verdadeira vitamina. A carnitina foi isolada de extratos de carne e identificada em 1905. Fraenkel estudou os requerimentos nutricionais do bicho-da-farinha, o qual é utilizado em alimentação animal, e propôs o reconhecimento de uma vitamina do complexo B, a qual foi identificada como carnitina em 1932. A carnitina é uma amina quaternária (β-hidroxi-γ-trimetilaminobutirato), similar à colina, bastante solúvel em água, que pode estar na forma livre (Figura 29) ou como éster. Figura 29. Estrutura da carnitina (β-hidroxi-γ-trimetilaminobutirato) A carnitina é sintetizada no fígado e no rim a partir de dois aminoácidos precursores, metionina e lisina, tendo ainda como cofatores o ácido ascórbico, a nicotinamida, a piridoxina e o Fe. É armazenada no tecido muscular e excretada pelo rim, o qual reabsorve quase 90% do total excretado, tendo, portanto, um alto grau de conservação. Não existem requerimentos nutricionais da carnitina nos animais, uma vez que quantidades adequadas são sintetizadas pelo organismo em situação normal. Funções da carnitina A carnitina participa do transporte dos ácidos graxos de cadeia longa desde o citoplasma até o interior da mitocôndria, onde sofrem β-oxidação. Os ácidos graxos esterificados com a coenzima A (grupos acil-CoA) não podem atravessar a membrana da mitocôndria e devem ser transferidos à 66 carnitina, no citoplasma, por ação da enzima carnitina-acil transferase I, transformando-os em grupos acil-carnitina, que entram na matriz mitocondrial, onde são retransferidos à coenzima A mediante a enzima carnitina-acil transferase II. Dessa forma, os ácidos graxos (como grupos acil- CoA) são oxidados dentro da mitocôndria para a geração de ATP. Portanto, o papel da carnitina é considerado essencial para a utilização desses substratos energéticos. A carnitina também serve de agente protetor das células contra o efeito tóxico de um possível acúmulo de compostos acil-CoA, captando os grupos acila como ésteres de carnitina, os quais são depois transportados ao fígado para serem catabolizados ou ao rim para serem excretados. Também são atribuídas funções à carnitina em processos como lipólise, cetogênese e detoxificação de amônio. Deficiência de carnitina O principal evento que ocorre na deficiência de carnitina é a falha na oxidação dos ácidos graxos, o que ocasiona um desvio desses compostos para a síntese de triglicerídeos, particularmente no fígado, podendo levar a uma esteatose hepática. Além do balanço negativo de energia que a falta de utilização de ácidos graxos pode ocasionar, quantidades acumuladas de grupos acil-CoA afetam o ciclo de Krebs, a gliconeogênese e o ciclo da ureia, incrementado o déficit de energia e levando a sinais clínicos que incluemencefalopatia e icterícia. Em ruminantes e outros animais, o uso de carnitina é recomendado em casos de intoxicação por amônia por estimular a síntese de ureia e consequentemente a incorporação de amônia. Estudos na patogenia da cetose das vacas e da toxemia da gestação de ovelhas e cabras, têm levado à hipótese de uma desrepressão que sofreria a enzima carnitina-acil transferase I, o que permitiria a entrada descontrolada de ácidos graxos ao interior da mitocôndria e a geração excessiva de corpos cetônicos. Em outras espécies, como suínos, a suplementação de carnitina produziu melhora no ganho de peso e diminuição de gordura na carcaça. Em certas famílias de cães com cardiomiopatia dilatada têm sido encontrados baixos valores de carnitina no miocárdio. Toxicidade Em animais não existem estudos que mostrem a tolerância máxima de carnitina. Apenas em humanos foi relatada diarreia em casos de suplementação bem acima das quantidades consumidas na dieta normal. O isômero D-carnitina interfere com a função normal do isômero L-carnitina, que é o composto natural. 67 Bibliografia ABUELO, A.; HERNANDEZ, J.; BENEDITO, J. L.; CASTILLO, C. 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