Ciclo da Biotina (cofactor das apoenzimas)

A biotina é uma vitamina hidrossolúvel do complexo B essencial em todos os organismos para um metabolismo e crescimento celular normal. É também conhecida como vitamina H ou B7 ou coenzima R. A biotina foi reconhecida inicialmente como uma vitamina essencial em sistemas vivos em 1936, quando foi isolada como um factor de crescimento da levedura de gema de ovo por Kogl e Tonnis (Wolf and Feldman 1982).

A estrutura da biotina foi determinada por du Vigneaud et al. em 1942 e foi sintetizada pela primeira vez 2 anos mais tarde por Harris et al. (Wolf and Feldman 1982). Biotina (C10H6O3N2S) é um anel heterocíclico anexado a uma cadeia lateral alifática que termina num grupo carboxilo (Figura 7).

Nos humanos a biotina desempenha um papel importante em processos metabólicos como gluconéogenese, síntese de ácidos gordos e catabolismo dos aminoácidos onde actua como cofator de quatro importantes enzimas conhecidas como carboxilases dependentes de biotina ou apocarboxilases: ACC, PCC, PC e a MCC (Figura 8) (Wolf 2001; Pacheco-Alvarez et al. 2002; Rodriguez-Melendez and Zempleni 2003; Gravel and Narang 2005).

Figura 8 - Funções desempenhadas pelas carboxilases dependentes de biotina no metabolismo humano.

Adaptado Alvarez et al, 2002.

Estas enzimas usam a biotina como vector de transferência de grupos carboxilo entre moléculas dadoras e aceitadoras durante reacções de carboxilação. Biotina serve como transportador “C02” em reacções em que o grupo carboxilo é fixado num aceitador (carboxilases), transferidos de um dador para um aceitador (transcarboxilases), ou libertado a partir de um dador como dióxido de carbono (descarboxilases). Para a biotina desempenhar a sua função necessita de se ligar às apocarboxilases, tornando-as holoenzimas activas.

Na sua evolução, os organismos eucariotas perderam a capacidade de sintetizar biotina sendo necessário satisfazer as necessidades da vitamina através da dieta, através da reutilização de biotina endógena e possivelmente através de captura de biotina geradas na flora intestinal. Na dieta a biotina está presente em baixas concentrações em relação à maioria das vitaminas hidrossolúveis e não está facilmente disponível devido à maioria estar covalentemente ligada a proteínas. Assim na dieta a biotina encontra-se presente sob duas formas, forma livre e a forma ligada a uma proteína (McMahon 2002). Na forma ligada, a vitamina associada por uma ligação covalente a um polipeptídeo através do resíduo lisina, é degradada por proteases digestivas para libertar a biotina que é posteriormente utilizada em reacções de carboxilação. Esta reacção é realizada pela biotinidase pancreática, que cliva especificamente a ligação entre a biotina e o grupo-amina do resíduo lisina.

A utilização de biotina para ligação covalente às carboxilases e a sua reutilização através da libertação da biotina das carboxilases após degradação proteolítica constitui a “ciclo da biotina” (Figura 9).

Figura 9- Ciclo da biotina.

Adaptado Pacheco- Alvarez et al 2002.

O ciclo da biotina é formado por três proteínas diferentes. Nos hepatócitos, a primeira proteína é o transportador multivitamínico dependente sódio (SMVT), que é responsável pelo transporte da biotina através da membrana da célula. A segunda etapa do ciclo, já no interior da célula, é catalisada por HCS, uma enzima responsável pela transformação da biotina em biotinil-5-AMP (B- AMP) e sua associação às apocarboxilases num resíduo lisina específico. A última participante no ciclo biotina é a enzima biotinidase responsável pela libertação de biotina da biocitina (biotina- lisina) ou biotinilpeptídeos derivados, quer da degradação proteolítica das holocarboxilases, quer

HCS Biotinidase

sequência em torno do local de ligação da biotina (resíduo lisina) nas diferentes apoenzimas é altamente conservada nas diferentes espécies (Dupuis et al. 1999).

A importância deste ciclo na manutenção de níveis de biotina dentro da célula é evidenciada pelo facto que mutações em qualquer das enzimas biotinidase ou HCS resultam em doenças do metabolismo potencialmente letais. As mutações no HCS levam à ausência na ligação da biotina as apocarboxilases (biotinilação) não ficando estas funcionais o que origina o MCD. As mutações na enzima biotinidase levam a um bloqueio, quer da libertação da biotina da alimentação, quer da reentrada da biotina no ciclo após proteólise das carboxilases para posterior reutilização, devido a não libertação da biotina da biocitina (biotina – lisina). A deficiente reciclagem da biotina resulta num défice secundário de biotina levando a uma alteração na actividade de todas as carboxilases. Estas situações são resolvidas com suplementação de biotina na dieta, uma vez que o mecanismo de absorção intestinal da biotina e a biotinilação das apocarboxilases estão inalterados. A deficiência isolada de cada uma das carboxilases tem sido associada a uma doença genética.

Tem sido sugerido que a deficiência em biotina está associada a desnutrição proteica e a sua deficiência em mulheres grávidas pode ter um efeito teratogénico (Mock 2009). Pode causar diminuição na proliferação celular, alterar a função imune, alterar a expressão de genes e conduzir a um desenvolvimento fetal anormal (Rodriguez-Melendez and Zempleni 2003). Durante a gravidez a deficiência em biotina é demonstrada pelo aumento da excreção do ácido 3-HIVA e diminuição urinária da excreção de biotina.

A função importante da biotina na regulação da expressão de genes foi estudada por Alfonso León- del-Rio (Leon-Del-Rio 2005) quando demonstrou o efeito nos níveis de mRNA das enzimas que participam no ciclo da biotina em células hepáticas humanas numa situação de deficiência em biotina. A incubação de células hepáticas num meio sem biotina resultou numa redução gradual dos níveis de mRNA que codificam a enzima HCS, carboxilases e o transportador SMVT, e mantém a expressão de genes envolvidos na utilização biotina exógena não ocorrendo nenhum efeito na expressão da biotinidase.