Metabolismos da frutose e da galactose e sua relação com a intolerância hereditária à frutose e a galactosemia clássica

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Metabolismos da frutose e

da galactose e sua relação

com a intolerância

hereditária à frutose e a

galactosemia clássica

Seminário a cargo de:

Rui Fontes

e Elisa Leão Teles

(Unidade de Doenças Metabólicas do Serviço de Pediatria do Hospital de S. João)

Glicose Glicose-6-P Frutose-6-P Frutose-1,6-bisP Dihidroxiacetona-P Frutose-1-P Frutose Gliceraldeído Gliceraldeído-3-P ATP ATP ATP ATP ADP ADP ADP ADP H2O Pi H2O Pi ATP ADP piruvato Acetil-CoA lactato As enzimas que catalisam a conversão da frutose em frutose-1-P (cínase da frutose), a cisão desta em dihidroxiacetona-P e gliceraldeído (aldólase B) e a fosforilação deste em gliceraldeído-3-P (cínase do gliceraldeído) só existem no fígado, rim e enterócitos. Glicogénio

A absorção intestinal de frutose é relativamente lenta e não estão descritos sintomas de intoxicação aguda em indivíduos normais quando a frutose é administrada por via oral. Contudo, porque a atividade da cínase da frutose é, normalmente, muito maior que a da aldolase B a injeção intravenosa de frutose pode provocar sintomas agudos: dor abdominal, vómitos e hipoglicemia.

hepatócito Frutose-1-P ≈0 ATP ≈2,5 mM ADP ≈0,1 mM Pi ≈1 mM Mg2+_livre ≈_{0,7 mM} Situação Basal Frutose ≈0 Pi ≈1 mM Mg2+_livre ≈_{0,7 mM} plasma hepatócito Frutose-1-P ≈3 mM ATP ≈1,5 mM ADP ≈0,1 mM Pi ≈0,5 mM Mg2+_livre ≈≈≈≈_{0,9 mM}

Após injeção intravenosa de frutose Frutose ≥1 mM

Pi ≈0,8 mM Mg2+_livre ≈_{0,9 mM}

plasma

Sequência de eventos quando a velocidade de entrada de frutose no meio interno e a sua fosforilação no fígado, rim e intestino excede a velocidade da cisão aldolítica catalisada pela aldólase B.

Frutose-1-P

↓

↑

↑

1- O ATP está maioritariamente na forma MgATP2-_;

se o ATP baixa o Mg2+ _{fica na forma livre e sai para o}

plasma

2- O ADP estimula a fosforilação oxidativa gastando o Pi que baixa quer dentro da célula quer no plasma (porque entra do plasma para a célula)

3- A cínase do adenilato converte parte do ADP formado em AMP (2 ADP ↔AMP + ATP)

4- A descida do Pi intracelular “desinibe” a desamínase do AMP (o primeiro passo para a degradação dos nucleotídeos de adenina) e, consequentemente, leva à formação de urato (que sobe no plasma).

AMP IMP urato H2O NH₃

Pi

Resultados de Ressonância Magnética Nuclear do Fígado em indivíduos normais e em doença com Intolerância Hereditária à Frutose administrando frutose i.v. na dose de 0,2 g/kg em 2,5 min.

Boesiger et al. (1994) Ped Res 36: 436

A injeção intravenosa de frutose provoca efeitos

semelhantes nos doentes com deficit de aldolase B(HFI) e nos indivíduos normais, mas o efeito é muitíssimo mais prolongado (10-20 min versus 7 horas) no caso dos doentes com HFI.

Frutose-1-P

Steinman & Gitzelman (1981) 36: 297

Episódios repetidos de crise aguda provocados pela ingestão de frutose ou pela ingestão crónica de frutose pelos doentes com deficit de aldólase B leva a lesão hepática e tubular renal.

PORQUÊ? Glicogénio Glicose-1-P Glicose-6-P Glicose F-1,6-BP Gliceraldeído-3-P DHA-P

Frutose-1-P

Nos episódios agudos também pode haver hipoglicemia provocada pela ação inibidora da F-1-P na fosforílase do glicogénio e na própria aldólase.

Com este conhecimento bioquímico como se prevê que se

apresente o doente que tem intolerância à frutose, doença

hereditária do metabolismo devida a deficiência da

aldólase B?

Apresentação:

Aguda

Crónica

CASO CLÍNICO

Apresentação a cargo das Doutoras Esmeralda

Rodrigues e Teresa Campos da equipa liderada

pela Dra Elisa Leão.

(Unidade de Doenças Metabólicas do Serviço de

Pediatria do Hospital de S. João.)

A galactose é, a par com a glicose, o primeiro monossacarídeo com que contactamos pois a lactose é o açúcar do leite e do colostro.

Glicose Glicose-6-P Glicose-1-P UDP-Glicose UDP-Galactose ATP UTP PPi ADP

A UDP-galactose e a UDP-

N-acetil-galactosaminasão dadores de galactose ou de N-acetil-galactosamina na síntese de

glicoproteínas, proteoglicanos, glicolipídeos e… lactose na mama da mulher que amamenta.

Frutose-6-P glutamina glutamato Glicosamina-6-P N-acetil-Glicosamina-6-P Acetil-CoA UDP-N-acetil-glicosamina UDP-N-acetil-galactosamina N-acetil-Glicosamina-1-P CoA UTP PPi

A galactose e a N-acetil-galactosamina são, a par com a glicose e outras oses (como a manose, por exemplo) um importante constituinte de glicolipídeos, glicoproteínas e proteoglicanos.

Globosídeo

Galacto-cerebrosídeo

Glicoproteína Porção glicídica (glicosaminoglicano) de

um proteoglicano

No processo de síntese de glicolipídeos, glicoproteínas e proteoglicanos que contêm resíduos de galactose intervêm galactosil-transférases em que o dador de galactose é a UDP-galactose.

Após o nascimento do bebé produz-se na mama da mãe uma proteína (lactalbumina) que se liga à galactosil-transférase e que lhe modifica a especificidade: o substrato aceitador passa a ser a glicose e começa a formar-se lactose.

A síntese de UDP-galactose (e de UDP-N-acetil-galactosamina) a partir de glicose, a contínua síntese de glicoproteínas, proteoglicanos e glicolipídeos assim como a contínua hidrólise destas substâncias nos lisossomas explica a

formação endógena de galactose livre (cerca de 1 a 2 g/dia).

H2O

lisossomas

Outros constituintes das glicoproteínas, proteoglicanos e glicolipídeos

1,5 g de galactose é a quantidade de galactose que existe em 60 mL de leite de vaca ou em 40 mL de leite humano.

Qual o destino metabólico normal da galactose (1) produzida endogenamente ou (2) da que se forma no lume intestinal a partir da hidrólise da lactose?

Glicose Glicose-6-P Glicose-1-P UDP-Glicose Glicogénio ATP UTP ADP PPi Pi H2O Pi CO2 Cínase da galactose Uridil transférase da galactose-1-P As enzimas que permitem a conversão da galactose em glicose-1-P e, por essa via, em glicogénio ou a sua oxidação existem em todos os tecidos mas são mais ativas no fígado.

Nos tecidos onde existe glicose-6-Pase a galactose pode converter-se em glicose e aumentar a glicemia. 4-Epi-mérase

A equação soma que descreve as ações da cínase da galactose, da uridil-transférase da galactose-1-P e da 4-epimérase:

Galactose + ATP →→→→Glicose-1-P + ADP

ATP ADP Cínase da galactose Uridil transférase da galactose-1-P 4-Epimérase UDP-Glicose Quando há défice de atividade de uma das 3 enzimas apontadas há aumento da galactose no plasma (galactosemias) que se agrava sempre que o indivíduo bebe leite. A forma mais grave e mais conhecida é o deficit de uridiltransférase da galactose-1-P: a galactosemia clássica…

Glicose-1-P NADPH

NADP+

Galactitol

A ausência de um modelo animal que reproduza a doença humana leva a que persistam dúvidas acerca da patogenia de algumas das alterações agudas e/ou crónicas da galactosemia por deficit de uridiltransférase da galactose-1-P.

Redútase das aldoses

Apresentação a cargo das Doutoras Esmeralda

Rodrigues e Teresa Campos da equipa liderada

pela Dra Elisa Leão.

(Unidade de Doenças Metabólicas do Serviço de

Pediatria do Hospital de S. João.)

CASO CLÍNICO de galactosemia clássica

1- A patogenia dos sinais e sintomas agudos (vómitos, perda de apetite, diarreia, letargia, insuficiência hepática, falência tubular renal e, eventualmente, sepsis e morte) é desconhecida.

2- As cataratas (opacificação do cristalino) são uma consequência da conversão da galactose em galactitol. O seu desenvolvimento é prevenido pela dieta isenta de galactose.

O galactitol formado acumula-se no cristalino e têm efeito osmótico…

Outra hipótese é que o consumo de NADPH leve à diminuição de GSH e a stress oxidativo…

Patogenia das alterações observadas na

galactosemia por deficit de uridil-transférase

da galactose-1-P

Entre as hipóteses avançadas destaca-se a ideia de que a galactose-1-P acumulada em altas concentrações nos órgãos provocaria depleção de ATP. Trata-se eficazmente com dieta isenta de galactose.

3- As alterações que persistem ao longo da vida (alterações da fala, baixo QI, disfunção ovárica nas mulheres; são independentes da terapêutica) poderão ser causadas (1) por alterações no conteúdo em resíduos de galactose nas

glicoproteínas e glicolipídeos ou/e (2) por diminuição de fosfolipídeos contendo inositol.

Uma das hipóteses é que a causa seja a ação inibidora da galactose-1-P (que está sempre aumentada relativamente ao normal mesmo quando se faz dieta sem lactose) nas galactosil-transférases e na fosfátase de inositol-1-fosfato.

Gal-1-P inibe galactosil-transférases porque compete com UDP-Gal pelo centro ativo em UDP-galactose

Glicolipídeos e

glicoproteínas

Inositol-1-fosfato inositol

Gal-1-Pinibeuma enzima do metabolismo dos inositídeos (a fosfátase de inositol-1-P)

Bibliografia:

1. Steinmann, B., Gitzemann, R. & van den Berghe, G. (2008) Disorders of fructose metabolism in The online metabolic and molecular bases of inherited disease – OMMBID. (Valle, D., Beaudet, A. L., Vogelstein, B., Kinzler, K. W., Antonarakis, S. E. & Ballabio, A., eds), McGraw-Hill, Inc, New York.

2. Steinmann, B., Santer, R. & van den Bertghe, G. (2006) Disorders of Fructose Metabolism in Inborn Metabolic Diseases (Fernandes, J., Saudubray, J.-M., van den Berghe, G. & Walter, J. H., eds) pp. 135-142, Springer Medizin Verlag, Berlin.

3. Berry, G. T. (2006) Disorders of Galactose Metabolism in Inborn Metabolic Diseases (Fernandes, J., Saudubray, J.-M., van den Berghe, G. & Walter, J. H., eds) pp. 121-130, Springer Medizin Verlag, Berlin.

4. Bosch, A. M. (2006) Classical galactosaemia revisited, J Inherit Metab Dis. 29, 516-25.

5. Leslie, N. D. (2003) Insights into the pathogenesis of galactosemia, Annu Rev Nutr. 23, 59-80.

6. Yasawy, M. I., Folsch, U. R., Schmidt, W. E. & Schwend, M. (2009) Adult hereditary fructose intolerance, World J Gastroenterol. 15, 2412-3.

7. Fridovich-Keil, J. L. (2006) Galactosemia: the good, the bad, and the unknown, J Cell Physiol. 209, 701-5.