Notas sobre doenças congénitas da oxidação em
ββββ
Índice1 Introdução ... 1
2 Patogenia nas deficiências congénitas da oxidação em β ... 1
2.1 O sistema da carnitina. Défices primário e secundário de carnitina. ... 1
2.2 O défice de carnitina-palmitil transférase II ... 2
2.3 As desidrogénases de acil-CoA e o défice de MCAD ... 3
2.4 A conversão de ∆2-trans-enoil-CoA em acetil-CoA ... 4
3 Sintomas e sinais clínicos associados às deficiências da oxidação em β; sua prevenção e tratamento. ... 5
4 Bibliografia ... 5
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Introdução
A oxidação em β é uma via metabólica que tem particular relevância durante o jejum. Consiste na oxidação dos ácidos gordos que se convertem em acetil-CoA. Ocorre quer nas mitocôndrias, quer nos peroxissomas mas o processo é mais ativo nas mitocôndrias. Com exceção dos eritrócitos existe em praticamente todos os órgãos e células; no caso do cérebro, contudo, o processo é demasiado diminuto para ter relevância do ponto de vista energético.
Nos músculos, o destino metabólico da acetil-CoA formada é a oxidação completa a
CO2 no ciclo de Krebs mas, no fígado, para
além deste, um outro destino é possível: a conversão em corpos cetónicos no ciclo de
Lynen. O acetoacetato e o β-hidroxibutirato
formados no fígado podem, nos tecidos extra-hepáticos (cérebro incluído), ser reconvertidos em acetil-CoA e este ser oxidado no ciclo de Krebs.
A importância da oxidação em β (e da
formação/oxidação dos corpos cetónicos) no metabolismo energético fica evidente em situações patológicas em que há défices enzimáticos ou de transportadores que a comprometem. Todas estas deficiências são doenças autossómicas recessivas em que ocorrem mutações nos dois alelos dos genes pertinentes.
Os sintomas e sinais clínicos associados a estes défices podem ser uma consequência da deficiência de síntese de ATP na situação nutricional em que esta síntese está dependente da oxidação dos ácidos gordos (jejum) ou da acumulação de intermediários que podem ter efeitos tóxicos.
Sendo a oxidação em β mais relevante
quando a insulina e a glicemia estão diminuídas durante o jejum não será
surpreendente a observação de que os sintomas e sinais clínicos associados às deficiências da
oxidação em β possam frequentemente
revelar-se apenas (ou sofrer agravamentos) neste estado nutricional. O facto de o consumo de ATP estar aumentado em situações de infeção (nomeadamente com febre) ou em situações em que aumenta a atividade física ajuda a
explicar que as crises ocorram mais
frequentemente quando estas condições
também se verificam.
Durante o jejum a insulina baixa o que
provoca aumento da hidrólise de
triacilgliceróis no tecido adiposo com
libertação aumentada de ácidos gordos para o plasma. Este fenómeno que se acompanha de diminuição da glicemia leva ao aumento dos ácidos gordos livres plasmáticos. Os ácidos gordos vão entrar para as células e, por ação da sintétase de acil-CoA, vão originar acis-CoA. A esmagadora maioria dos ácidos gordos têm 16 ou 18 carbonos e as sintétases de acil-CoA que atuam nestes ácidos situam-se fora da mitocôndria. Contudo, as enzimas da oxidação
em β capazes de interagir com os acis-CoA
formados são intramitocondriais o que implica a entrada destes para dentro da mitocôndria.
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Patogenia nas deficiências
congénitas da oxidação em
ββββ
2.1 O sistema da carnitina. Défices
primário e secundário de carnitina.
O processo de entrada dos acis-CoA para a
mitocôndria envolve a ação de duas
transférases (carnitina-palmitil transférase I e II), de uma translocase (trocador carnitina/acil-carnitina) e depende da presença de carnitina
aminoácido que (embora não faça parte da proteínas) está normalmente presente na dieta e
que também pode ser sintetizado
endogenamente.
A entrada de carnitina do plasma para as fibras musculares assim como a sua recaptação do filtrado glomerular para as células tubulares renais é um processo de transporte ativo
secundário dependente do Na+ e o
transportador denomina-se OCTN2 (organic
cation/carnitine transporter 2). Quando existem mutações no gene codificador da OCTN2 há défice de recaptação renal da carnitina: a carnitina que é filtrada no glomérulo renal acaba por se perder na urina e as concentrações plasmáticas e celulares de carnitina descem. Esta condição designa-se por défice primário de carnitina e é uma das causas possíveis de deficiência na oxidação em
β. O seu tratamento consiste na administração
de carnitina em doses farmacológicas e é eficaz.
Para além do défice de OCTN2 outras causas que podem comprometer a entrada de
acis-CoA para a mitocôndria e,
consequentemente, a oxidação em β são os défices da carnitina-palmitil transférase I, da
carnitina-palmitil transférase II e da
translocase da carnitina/acil-carnitina.
A carnitina-palmitil transférase I é uma enzima situada na membrana externa da mitocôndria que catalisa a transferência do resíduo acilo de acis-CoA para a carnitina
formando-se acil-carnitina. Quando, por
mutação no seu gene, há défice nesta enzima um dos sinais analíticos que podem ajudar ao diagnóstico é o aumento na concentração da carnitina livre plasmática com diminuição das acil-carnitinas. A carnitina total (somatório de carnitina livre e esterificada) também está aumentada nesta condição patológica.
Em todas as outras patologias congénitas da
oxidação em β em que estão comprometidos
passos situados a jusante da ação da carnitina-palmitil transférase I pode haver acumulação de acil-carnitinas. Porque as acil-carnitinas são inibidoras da OCTN2, uma das consequências desta acumulação é a inibição da recaptação tubular renal de carnitina. Assim, um dos sinais que pode estar presente nos défices da
oxidação em β em passos situados a jusante da
ação da carnitina-palmitil transférase I é a diminuição da concentração plasmática quer da carnitina livre quer da carnitina total. Este défice de carnitina diz-se secundário porque
resulta do aumento das acil-carnitinas que bloqueiam a recaptação de carnitina no rim.
Quando o défice enzimático (ou da
translocase) leva à acumulação de acil-carnitinas contendo resíduos de ácidos gordos de cadeia longa (incluindo ácidos gordos
hidroxilados)1 uma das consequências pode ser
a ocorrência de arritmias no coração porque estas acil-carnitinas alteram a função de canais iónicos situados na membrana sarcoplasmática das células do miocárdio.
Depois de formada, a acil-carnitina entra para dentro da mitocôndria por ação da translocase carnitina/acil-carnitina que se situa na membrana mitocondrial interna: o processo envolve a saída de carnitina livre para fora da mitocôndria. Dentro da mitocôndria, por ação catalítica da carnitina-palmitil transférase II (situada na membrana mitocondrial interna), a acil-carnitina transfere o seu resíduo acilo para a coenzima A formando-se acil-CoA e carnitina livre. Défices da translocase são muito raros, mas os défices da carnitina-palmitil transférase II e, sobretudo, o défice da desidrogénase de acil-CoA de cadeias médias
(MCAD), são dos défices enzimáticos
hereditários mais frequentes.
2.2 O défice de carnitina-palmitil
transférase II
Numa das formas clínicas de apresentação do défice de carnitina-palmitil transférase II (a forma mais benigna) os doentes tem uma vida normal exceto se fizerem exercício físico prolongado. Nesse caso, a incapacidade para oxidar de forma adequada os ácidos gordos
plasmáticos e sintetizar ATP leva a
incapacidade muscular associada a dor que podem ser sintomas de lesão das fibras musculares esqueléticas (rabdomiólise). Evitar o exercício físico prolongado é uma medida preventiva que deve ser aconselhada a estes doentes. Nesta condição a doença pode ser silenciosa.
A forma de apresentação referida acima corresponde muitas vezes a mutações genéticas em que o produto formado (a carnitina-palmitil transférase II) ainda tem alguma atividade enzimática residual. Nas mutações que
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Acil-carnitinas contendo resíduos de 3-hidroxi-palmitato, 3-hidroxi-oleato ou 3-hidroxi-linoleato podem formar-se na mitocôndria e passar para o plasma quando há défice da desidrogénase de hidroxi-acil-CoA de cadeias longas (LCHAD).
resultam na anulação da atividade da carnitina-palmitil transférase II a apresentação clínica pode ser mais grave. Na chamada forma neonatal severa, o recém-nascido pode ter insuficiência cardíaca, arritmias, fraqueza
muscular, convulsões, alterações de
consciência e pode ter também malformações congénitas cerebrais e renais. É uma situação de muito mau prognóstico com uma sobrevida que, em geral, é curta (poucos anos).
2.3 As desidrogénases de acil-CoA e
o défice de MCAD
O primeiro passo da oxidação em β
propriamente dita é catalisado por
desidrogénases de acil-CoA. As
desidrogénases de acil-CoA são enzimas que têm como grupo prostético o FAD e que
catalisam a conversão dos acis-CoA em ∆2
-trans-enoil-CoA. Os eletrões aceites pelo FAD
levam à redução deste a FADH2.
Seguidamente os eletrões são sequencialmente
captados pelos grupos prostéticos
(FAD/FADH2) de outras
duas flavoproteínas. A primeira é uma proteína da matriz mitocondrial designada por ETF (flavoproteína de transferência de eletrões) e a segunda designa-se de oxiredútase da ETF-Q. A oxiredútase da ETF-Q é uma enzima da membrana interna da mitocôndria que catalisa a transferência dos eletrões entre a ETF e a ubiquinona (coenzima Q). A subsequente oxidação do ubiquinol pelo oxigénio envolve a ação dos complexos III e IV da cadeia respiratória.
Apesar de a expressão “desidrogénase de acil-CoA” poder ser usada no singular, a
atividade de conversão de acil-CoA em ∆2
-trans-enoil-CoA é, no homem, catalisada por 4
desidrogénases de acil-CoA (isoenzimas) com especificidades diferentes relativamente ao tamanho da cadeia carbonada dos resíduos dos ácidos gordos ligados ao CoA. Há algum grau de sobreposição entre as especificidades destas diferentes desidrogénases, mas as suas designações derivam do tamanho da cadeia carbonada dos substratos sobre os quais têm preferência. A desidrogénase de acil-CoA de cadeia muito longa (VLCAD; da expressão
inglesa “Very Long Chain Acyl-CoA
Dehydrogenase”) tem maior atividade quando a cadeia tem entre cerca de 24 e 14 carbonos e existe na membrana mitocondrial interna. As
restantes 3 desidrogénases de acil-CoA são
enzimas da matriz mitocondrial. A
desidrogénase de acil-CoA de cadeia média (MCAD; da expressão inglesa “Medium Chain
Acyl-CoA Dehydrogenase”) atua
preferencialmente em acis-CoA em que o resíduo acilo tem entre 12 e 4 carbonos e a desidrogénase de acil-CoA de cadeia curta (SCAD; da expressão inglesa “Short Chain Acyl-CoA Dehydrogenase”) entre 6 e 4 carbonos. Existem dúvidas acerca da real atividade da 4ª desidrogénase de acil-CoA; designa-se por desidrogénase de acil-CoA de cadeia longa (LCAD; da expressão inglesa “Long Chain Acyl-CoA Dehydrogenase”), mas é possível que os seus substratos naturais sejam ácidos gordos ramificados.
Neste grupo de enzimas o defeito enzimático mais frequente é o défice de MCAD. Como já referido é uma das doenças genéticas mais frequentes que se conhecem e tem uma incidência que foi estimada em 1/10000 nascimentos.
De facto, a esmagadora maioria dos doentes só tem sintomas e sinais clínicos quando as
condições metabólicas implicam lipólise
aumentada e diminuição da oxidação dos glicídeos (jejum). Seriam condições que,
normalmente, envolveriam aumento da
oxidação em β e da síntese de corpos cetónicos
mas que, neste caso, estão comprometidas. No
fígado, o défice de oxidação em β leva a
diminuição da produção de ATP e de acetil-CoA o que compromete a gliconeogénese: a gliconeogénese usa o ATP formado na
oxidação em β como fonte de energia para a
síntese de glicose e o acetil-CoA é ativador alostérico de uma enzima da gliconeogénese, a carboxílase do piruvato. O défice de formação de acetil-CoA também compromete a síntese de corpos cetónicos pois o acetil-CoA formado
na oxidação em β é o substrato do ciclo de
Lynen. A hipoglicemia (resultante do
comprometimento da gliconeogénese) e a
ausência, simultânea, de um aumento
compensador na síntese de corpos cetónicos são uma combinação que pode pôr em causa a função cerebral. Estas crises de hipoglicemia hipocetótica são frequentemente provocadas pelo jejum que pode ser uma consequência da recusa alimentar que ocorre, por falta de apetite, durante infeções virais. Estas infeções são banais numa criança normal, mas podem pôr em risco a vida dos doentes com défice de
MCAD. Evitar as situações de jejum e administrar uma dieta rica em hidratos de carbono sobretudo em caso de infeções intercorrentes ou mesmo recorrer à infusão intravenosa de soro glicosado são medidas que, normalmente, previnem a instalação do coma e eventuais lesões cerebrais irreversíveis. No entanto, estão descritos casos de morte súbita nestes doentes e o défice de MCAD é uma das possíveis causas do Síndrome de Morte Súbita do Recém-nascido (SIDS; da expressão inglesa “Sudden Infant Death Syndrome”).
Nesta condição patológica, o bloqueio no processo oxidativo ocorre quando os acis-CoA formados atingem, após alguns “ciclos de encurtamento”, um tamanho de cadeia que os faria substratos da MCAD. Estando esta enzima deficiente, os acis-CoA de cadeia média acumulam-se na mitocôndria. O octanoil-CoA é um exemplo e quando este composto se acumula na mitocôndria pode ter várias “vias de escape”.
Uma destas “vias de escape” é a sua hidrólise com libertação de ácido octanoico não esterificado (ácido gordo saturado com oito carbonos). O ácido octanoico pode sair da mitocôndria de forma independente do sistema da carnitina e passar para o sangue. A hipoglicemia hipocetótica característica das crises que ocorrem nesta patologia pode contribuir para a obnibulação da consciência e o coma. No entanto, nos doentes com défice de MCAD, estas alterações cerebrais podem também ser, em parte, causadas pelos efeitos narcóticos do ácido octanoico.
O ácido octanoico e outros ácidos gordos não esterificados que escapam para o citoplasma (como o hexanoico) são substratos de oxigénases do retículo endoplasmático do fígado e rim. Por ação de uma enzima da família dos citocromos P450, os ácidos gordos (não ligados ao CoA) sofrem oxidação em ómega (o último carbono) sendo, num primeiro passo, hidroxilados nesse carbono. As reações subsequentes envolvem a ação da desidrogénase alcoólica e da desidrogénase de aldeídos que levam à formação de ácidos dicarboxílicos. O ácido dicarboxílico com 8 carbonos designa-se de ácido subérico e o que contém 6, adípico. Quando há défice de MCAD a excreção urinária aumentada de ácidos subérico e/ou adípico pode indicar o diagnóstico.
O octanoil-CoA que se acumulou pode ter uma “segunda via de escape”. O octanoil-CoA
acumulado pode reagir com carnitina livre (por ação da carnitina-palmitil transférase II a catalisar a reação inversa da que normalmente opera) formando-se octanoil-carnitina que acaba aparecendo no plasma onde, quando detetada, pode ser útil no diagnóstico. Também pode ser útil para o diagnóstico o défice secundário de carnitina (não esterificada e total) que, como já referido, é causado pela inibição da OCTN2 pelas acil-carnitinas. O facto de os doentes com défice de MCAD não terem arritmias cardíacas faz supor que, ao contrário das acil-carnitinas de cadeia longa, as acil-carnitinas de cadeia média não alteram a atividade dos canais iónicos das membranas.
Uma “terceira via de escape” é a transferência do resíduo de ácido octanoico do octanoil-CoA (ou de ácido hexanoico do hexanoil-CoA) para a glicina formando octanoil-glicina (ou hexanoil-glicina) que acaba por passar para o plasma e ser excretada na urina. A sua deteção na urina pode ser um dado importante para o diagnóstico do défice de MCAD.
2.4 A conversão de ∆∆∆∆2
-trans-enoil-CoA em acetil--trans-enoil-CoA
O ∆2-trans-enoil-CoA é substrato da
hidrátase e também aqui, à semelhança da desidrogénase de acil-CoA, existem duas isoenzimas com especificidades que dependem do tamanho da cadeia: uma isoenzima designa-se hidrátadesigna-se de cadeias longas e a outra crotónase. Em ambos os casos o produto da
reação é um β-hidroxiacil-CoA que é substrato
da desidrogénase do β-hidroxiacil-CoA.
Tal como no caso da hidrátase também
existem duas desidrogénases do β
-hidroxiacil-CoA: uma designa-se desidrogénase do β
-hidroxiacil-CoA de cadeias longas (LCHAD; da expressão inglesa “Long Chain
Hydroxy-Acyl-CoA Dehydrogenase”) e outra
desidrogénase do β-hidroxiacil-CoA de cadeias
curtas (SCHAD; da expressão inglesa “Short Chain Hydroxy-Acyl-CoA Dehydrogenase”).
Na atividade das desidrogénases do β
-hidroxiacil-CoA o agente oxidante é o NAD+.
A reoxidação do NADH formado no processo depende da ação dos complexos I, III e IV da cadeia respiratória sendo, como sempre, o oxigénio o oxidante último.
Em cada ciclo de encurtamento o último passo é a ação de uma tiólase: uma transférase
em que o CoA funciona como substrato aceitador do resíduo acilo encurtado de dois carbonos e em que também se liberta acetil-CoA. Neste passo existem 3 isoenzimas: tiólase de cadeias longas, de cadeias médias e de cadeias curtas.
Na realidade, a hidrátase de cadeias longas, a LCHAD e a tiólase de cadeias longas são 3 atividades de uma mesma proteína que se situa na membrana mitocondrial interna e se designa por proteína mitocondrial trifuncional (MTP; da expressão inglesa “Mitochondrial Trifunctional Protein”).
Como causas de deficiência congénita na
oxidação em β foram apontados neste texto
apenas alguns exemplos mas, na literatura científica, estão descritos défices enzimáticos em quase todas as enzimas/isoenzimas da
oxidação em β.
3
Sintomas e sinais clínicos
associados às deficiências da
oxidação em
ββββ
; sua prevenção e
tratamento.
A propósito da deficiência de MCAD, já foi referido que uma das apresentações clínicas
dos défices enzimáticos da oxidação em β são
crises de hipoglicemia hipocetótica e também foi referida a importância da prevenção do jejum e da dieta hiperglicídica nestes doentes.
Também foi referido que o tratamento do défice primário de carnitina consiste na administração de carnitina e que a prevenção das crises de rabdomiólise consiste em evitar o exercício físico prolongado.
A ETF e a oxiredútase de ETF-Q têm como grupo prostético o FAD que é um derivado da vitamina B2 (riboflavina). Alguns casos de défice de ETF ou da oxiredútase de ETF-Q respondem ao tratamento com doses elevadas desta vitamina.
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