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CAPÍTULO 7 LAS VITAMINAS 7.1. INTRODUCCIÓN Las vitaminas son un conjunto heterogéneo de sustancias orgánicas que participan destacadamente en el metabolismo celular. Actualmente se conoce que la mayoría de las vitaminas actúan como coenzimas, acompañando a las enzimas en los complejos procesos de biocatálisis que tienen lugar en las células. El término de vitaminas quiere decir amina vital pues la primera vitamina aislada presentaba esta función. Hoy se conoce la estructura de la inmensa mayoría de ellas encontrándose que son muy variadas. Sin embargo, el término vitamina, propuesto por C. Funk, bioquímico polaco, en 1911, se sigue manteniendo. Las vitaminas, o en muchos casos las provitaminas, son sintetizados por las plantas, las bacterias o por las levaduras, mientras en los animales superiores y en el hombre la síntesis es prácticamente nula. Ello indica que estos compuestos deben estar presentes en la dieta para asegurar su desarrollo y crecimiento normal. La deficiencia total o parcial de las vitaminas en la alimentación de los animales conduce a procesos patológicos en la mayoría de los casos, bastante específicos y definidos, que desaparecen al suministrar la vitamina deficitaria. Para su clasificación y nomenclatura es mejor dividir las vitaminas en liposolubles e hidrosolubles en dependencia de su solubilidad en solventes de las grasas o en el agua. En cuanto a la denominación la mayoría de los vitaminas presentan un nombre químico, por ejemplo, retinol, riboflavina, etc.; y un nombre funcional que representa o indica la acción principal de la vitamina o la carencia que evita, por ejemplo, vitamina del crecimiento, antiescorbútica, etc. En la tabla 7.1 se representa la clasificación y nomenclatura. 7.2. RETINOL O VITAMINA A 7.2.1. Introducción Esta vitamina, también conocida como vitamina antixeroftálmica, o vitamina protectora de los epitelios, ocupa un lugar de primer orden en la nutrición y el metabolismo de los animales y el hombre a causa de su indispensabilidad para todas las especies. La vitamina A está constituida químicamente por el anillo de la beta yonona y una cadena lateral insoprenoide liposoluble, de donde deriva la característica liposoluble de esta vitamina. Recientemente se ha desmostado que la vitamina A puede existir en tres formas en el organismo; como retinol, como retinal con función aldehídica y como ácido retinoico. Ácido Ácido Ácido Ácido Ácido Ácido En la figura 7.1 se establecen las estructuras de estas vitaminas. Es de señalar que la forma aldehídica de la vitamina A tiene dos isómeros geométricos uno cis y otro trans. La vitamina A como tal se encuentra presente en los productos de origen animal, tales como aceite de pescado, leche y sus derivados, huevos, hígado y otros tejidos y productos animales. En los productos de origen vegetal se encuentran los llamados carotenos que actúan como provitamina A, aunque no todos son vitamina A. De los muchos carotenos cuyas estructuras son conocidas, solo los que tienen el anillo yonona pueden actuar como provitamina A y convertirse en el organismo animal en vitaminas A. Los carotenos que tienen este anillo son el alfa, beta y gamma caroteno. Se caracterizan por estar constituidos una larga cadena central alifática y en los extremos dos agrupaciones cíclicas diferentes en los distintos carotenos, que son alfa y beta yonona (figura 7.2.). La agrupación beta yonona existe en los carotenos naturales y es el fundamento bioquímico de su acción vitamínica, pues esa misma agrupación constituye totalmente la molécula de vitamina A y no existe en los pigmentos que no son provitaminas. Ácido Ácido 7.2.2. Metabolismo El metabolismo de las vitaminas A y los carotenos se realiza en parte en el epitelio intestinal y en el hígado. Los carotenos son separados por acción de una carotenasa, mientras los ésteres de vitamina A son hidrolizados por una lipasa inespecífica. El contenido de grasa y la secreción biliar son factores importantes en la absorción intestinal en los principios vitamínicos. La acción de la carotenasa (Beta caroteno 15-15 dioxigenasa) produce la liberación de la vitamina A aldehído (retinal) la cual en el propio epitelio se transforma en retinol. También en el epitelio intestinal la vitamina A se conjuga con el ácido palmítico y por medio de los quilomicrones es llevada al hígado la cual la almacena en forma de palmitato de retinol. Desde el hígado, previa desesterificación, la Vitamina A es movilizada para los tejidos que la requieren, en mayor grado fotorreceptores de la visión. Hacia estos tejidos es transportada unida a una proteína formando un complejo de vitamina A-proteína. Parte de la vitamina A se puede eliminar por la orina conjugada con el ácido glucurónico, también se puede eliminar por las heces. También se puede segregar cantidades apreciables de vitamina A por la leche y el calostro 7.2.3. Actividad Biológica En relación a la actividad biológica de la vitamina debemos diferenciar en cuanto a la función de la vitamina A propiamente (retinol); la función del retinal (aldehído) en la visión y la función del ácido retinoico en las glándulas y tejidos epiteliales, además de otros efectos no muy bien esclarecidos en relación con estas tres formas de vitamina A. Una acción general es su actividad antioxidante. Ver estrés oxidativo, capitulo 8. 1. Acción protectora sobre los epitelios La acción sobre los epitelios de la vitamina A, parecen ser debidas al ácido retinoico. Cuando se presentan deficiencias debido a la vitamina A la administración de ácido retinoico suple en gran medida las consecuencias de la misma. El ácido retinoico no puede ser reducido a retinal y después de su administración a los animales con déficit de vitamina A se aprecia un incremento del crecimiento. Se ha demostrado que el ácido retinoico promueve síntesis de la glucosaminas, mucopolisacáridos, glucopéptidos y glucoproteínas. La síntesis de estas sustancias es de suma importancia para el mantenimiento de la función de las células, tejidos y glándulas epiteliales, así como para la constitución de la sustancia ósea. Se ha demostrado que el ácido retinoico contrarresta la formación de queratina en la mucosa bronquial. Cuando existe escasez, o carencia completa de esta vitamina, los epitelios, especialmente los digestivos, los de las vías respiratorias y los de los órganos urogenitales, se encuentran en un proceso degenerativo caracterizado por progresiva queratinización la cual disminuye notablemente la permeabilidad celular y los intercambios nutritivos. También se presentan fenómenos de descamación (propiedad común a otras vitaminas), hay que tener presente de que prescindiendo de que en condiciones de avitaminosis los animales manifiestan casi siempre disminución del apetito, la acción benéfica sobre el crecimiento es probablemente el resultado de las condiciones óptimas del funcionamiento del epitelio digestivo, que seguramente se refleja en los fenómenos de absorción de las sustancias nutritivas. La acción epitelio protectora debe ser considerada como la acción biológica más importante de la vitamina A. También se presentan fenómenos de descamación y procesos ulcerativos de la mucosa. Como es lógico, la resistencia de los epitelios frente a la invasión de bacterias resulta así fuertemente disminuida y muchos microorganismos patógenos encuentran abierto el camino para la penetración de los tejidos en la sangre. Los niveles de vitamina A en las membranas deben estar en una concentración óptima. Las variaciones por encima o por debajo de esta hacen que estas membranas se conviertan en inestables y también pueden ser inducidos cambios funcionales en las enzimas asociadas con la fosforilación oxidativa 2. En el proceso de la visión. La vitamina A, bajo la forma de retinal (aldehído) tiene, además, otra importante función biológica, en cuanto es indispensable para la síntesis de la púrpura visual o rodópsina, proteína presente en la retina, que participa en el fenómeno de la visión, (Figura 7,3). Esto nos explica que cuando hay escasez de vitamina A en el organismo, se manifiesta la nictalopía o ceguera nocturna, ya que en el proceso de la captación de la luz por los bastones o conos se transforma la rodópsina, por lo que es necesario su síntesis en la oscuridad a partir de nuevas fuentes de vitamina A. En todo este proceso la captación de la luz se hace posible por la ópsina, la cual es una proteína con varios grupos cargados negativamente que producen un estado de hiperpolarización de la membrana del receptor, que posteriormente se transmite por las células nerviosas de la retina de nervio óptico. La rodópsina es un cromoprótido sensible a la luz en los fotorreceptores (conos y bastones). Está formado por la ópsina (proteína) y el retineno (cis-vitamina A aldehído o retinal) el cual se une a la proteína por el grupo epsilón amino del aminoácido lisina. Bajo la acción de la luz se altera la unión de estos compuestos actuando la ópsina en la membrana del receptor y liberándose trans vitamina A aldehído, la cual es hidrogenada por medio de una deshidrogenasa NADH2 dependiente a la vitamina A (retinol) en la forma trans. Por medio de una isomerasa se convierte la forma trans en cis la cual se deshidrogena a la forma activa, o sea, el cis-retinal. Los fotorreceptores tienen una alta actividad de deshidrogenasa e isomerasa de vitamina A, de manera que el desdoblamiento y regeneración de la rodópsina es muy veloz. Siempre, como es lógico hace falta un aporte de vitamina A adicional el cual se obtiene de las reservas del plasma y del hígado. 3. Otras funciones de la vitamina A La vitamina A como tal (retinol) se emplea por distintos tipos de células (por ejemplo, los hepatocitos) para la formación del fosfato de retinol, el cual en presencia del GDPmanosa, forma el fosfato de retinol-manosa, forma de incorporar la manosa a los glucopéptidos y glucoproteínas que la requieran, en este caso actuaría la vitamina A como coenzima. Otras acciones atribuibles a la vitamina A en general, pues no está bien definido a cual forma en particular, son las relacionadas con la actividad reproductora, procesos infecciosos, detoxicante y metabólica en general. Los procesos sexuales y reproductivos tienen como base casi siempre un epitelio (epitelio germinativo, epitelio vaginal, epitelio uterino, etc.), de ahí que la acción protectora de la vitamina A sobre los epitelios se manifieste también dentro del área de la actividad sexual y reproductiva de los animales. Su carencia produce por tanto infertilidad, tanto en la hembra como en el macho, en diferente grado: puede presentarse entre otras alteraciones, anafrodisia, muerte fetal, degeneración testicular, etc., que provocan enormes pérdidas en la masa ganadera. Además, hay que considerar que para la síntesis de las hormonas de la reproducción es necesaria la presencia de la vitamina A. Así, la reacción pregnanoloma- progesterona necesita la acción de ésta vitamina para producirse adecuadamente y la progesterona es, además de una hormona de la reproducción, un paso obligado para la síntesis de las demás. De forma que si sumamos la acción epitelio-protectora de los órganos genitales y la acción sobre las hormonas de la reproducción de la vitamina A, vemos que su acción sobre este aspecto es de primer orden. Se ha demostrado que la vitamina A presente una acción estimuladora sobre las células del sistema retículo endotelial. Estimula la actividad fagocitaria, lo que unido a la acción epitelio-protectora, hacen de ésta vitamina una de las principales para inhibir los procesos infecciosos. Es conocido que la principal acción detoxicante del organismo radica en el hígado, donde por medio de la oxidación o conjugación, se eliminan del medio interno los productos tóxicos o desechos del metabolismo. Esos procesos se realizan por medio de determinadas sustancias, tales como la glicocola, glutamina, cisteína, metionina, etc., y ácido glucurónico. Este proceso se ve estimulado por medio de la vitamina A, y se ha demostrado que con una buena reserva de esta vitamina el hígado puede realizar esta función con el ácido glucurónico solo, ahorrando otros elementos más importantes para el organismo. La vitamina A cumple también importantes funciones dentro del metabolismo. Entre otros se encuentran las siguientes: favorece el depósito de glucógeno en el hígado, la síntesis de las purinas para los ácidos nucleicos y la reproducción celular aumenta la reserva de lípidos y participa también en el metabolismo de la colesterina y de los fosfolípidos Además de lo expuesto anteriormente, se ha observado que el crecimiento de los animales no progresa normalmente en ausencia de esta vitamina. En primer lugar se afecta el esqueleto y en segundo, los tejidos blandos. 7.3. TOCOFEROL O VITAMINA E 7.3.1. Introducción La vitamina E o vitamina antiestéril, cuyo nombre químico es tocoferol es un vitamina liposoluble de gran importancia en el metabolismo. Existen el alfa, el beta y el gamma tocoferol. Químicamente están constituidas por el anillo del cromano y una cadena lateral isoprenoide según vemos en la figura 7.4. Como se puede observar la diferencia entre los mismos depende del número y localización de los radicales metílicos. Existen otros tocoferoles en dependencia del número y ubicación de estos radicales. Debemos señalar que el alfa tocoferol es el elemento vitamínico más activo y potente. También es el más fácil de obtener sintéticamente y es el usado terapéuticamente, razones por las cuales cuando hablamos de vitamina E debemos tener presente que nos estamos refiriendo al alfa tocoferol. La mayor proporción del alfa tocoferol se halla en las plantas verdes: a medida que aumenta la edad de los vegetales disminuye en ellos la tasa de tocoferol. Las harinas de hierba son fuente abundante de vitamina E; algunos aceites de pescado contienen cantidades considerables de esta vitamina. Es muy sensible al oxígeno del aire y a las sustancias oxidantes (permanganato, cloruro férrico, etc.). 7.3.2 Metabolismo El organismo animal es capaz de formar grandes depósitos de vitamina E en el hígado, tejido adiposo, pulmones y en el bazo, por lo que generalmente los síntomas de carencia no se presentan hasta trascurridos varios meses de falta de vitamina en la dieta. La carencia de vitamina E puede producirse también por la presencia de sustancias que la destruyen en el alimento o en el organismo. El nivel de vitamina E es particularmente elevado en la hipófisis, suprarrenal y en el tejido adiposo subcutáneo. Para la absorción de la vitamina E se necesita la presencia de bilis. Solamente parte de la que se toma por vía oral se absorbe. La absorción es, generalmente, tanto mejor cuanto menos es la cantidad de tocoferol ingerido. Durante el periodo de alimentación verde (en caso de herbívoros), la mayor parte de alfa tocoferol ingerido (80-90%) se excreta inalterado con las heces. Las necesidades de vitamina E dependen del aporte de ácidos grasos insaturados, de aminoácidos azufrados y de selenio. Cuando se ingieren abundantes grasas con elevada proporción de ácidos grasos (esto sucede en el período de lactancia en forma de grasa láctea o dietas ricas en aceites), existe mayor necesidad de vitamina E, observándose en esa etapa de la vida con mayor frecuencia problemas carenciales de vitamina E. Si se agregan antioxidantes a los alimentos se estabilizan los compuestos sensibles a la oxidación (carotenos, vitaminas A y E), con lo cual disminuye la necesidad de vitamina E. 7.3.3. Actividad biológica Una de las principales propiedades de la vitamina E es su capacidad antioxidante. La vitamina E es efectiva como sustancia antioxidante en las membranas de las células, de las mitocondrias, de los lisosomas y del retículo endoplasmático. Por ello evita la formación de peróxidos a partir de los ácidos grasos no saturados que constituyen parte de estas membranas y que se oxidan espontáneamente en presencia del oxígeno. La formación de estos peróxidos tiene un efecto nocivo sobre las membranas afectándose la función de las mitocondrias y se produce la salida de las enzimas de los lisosomas. También evita la oxidación espontánea de los grupos sulfidrilos, lo cual es importante para mantener el glutatión reducido y otros grupos -SH de las proteínas. Se ha señalado también su posible participación en la protección de la vitamina A de los agentes oxidantes, según estos criterios la deficiencia de la vitamina E conlleva a una menor disponibilidad de vitamina A. Las acciones biológicas de la vitamina E están también relacionadas con el selenio y los aminoácidos azufrados. El selenio forma parte de la enzima glutatión peroxidasa. Esta enzima normalmente protege a las células contra agentes oxidantes tales como el H2O2 y los peróxidos lipídicos. Por otra parte la glutatión presenta un resto de cisteína en su estructura (Figura 2.8), participando en el transporte se sustancias (aminoácidos) a nivel celular. Por todo ello se entiende el papel sinérgico entre la vitamina E, el selenio y los aminoácidos azufrados. En este sentido previene la formación de peróxidos y la glutatión peroxidasas descompone, por medio del glutatión, estos peróxidos. La falta de vitamina E produce distrofia respiratoria a nivel de los tejido En relación con estos hechos se plantea que el papel principal de la vitamina E seria proteger la integridad armónica y funcional de la célula. Su carencia se manifiesta por una distrofia (alteración del crecimiento y la nutrición), sobre todo del hígado y el sistema muscular. La vitamina E es conocida como vitamina antiestéril pues su carencia produce en las ratas alteración de la reproducción, lo que explica dado que las alteraciones afectan el feto y a los órganos sexuales. En la hembra, el celo, la ovulación, la fecundación del óvulo y la formación del cuerpo lúteo son normales, así como la nidación del huevo fundado. Una vez formada la placenta, si hay carencia acusada de la vitamina E, se producen en ellas alteraciones circulatorias, el contenido del glucógeno de las fibras musculares del útero disminuye y se producen alteraciones degenerativas. Los trastornos en la nutrición del feto producen su muerte. Al contrario que en las hembras la carencia de vitamina E en los machos produce alteraciones de las glándulas sexuales, lo que origina lesiones degenerativas de los testículos. Los espermatozoos pierden su motilidad y muestran anomalías morfológicas, las espermatogonias, los espermatocitos y los tubos seminíferos se atrofian, la síntesis de testosterona disminuye y hay reducción de la libido sexual, por lo que los animales se comportan como si estuvieran castrados. Se ha demostrado que la vitamina E normaliza, sobre todo, el intercambio de líquido entre los vasos y el tejido conjuntivo. Esto se ha probado porque la carencia de esta vitamina aumenta la permeabilidad del tejido conjuntivo, con lo que se forman edemas o exudados. Debemos aclarar que ciertas dietas pobres en proteínas y en aminoácidos azufrados (especialmente cisteína), producen una necrosis hepática masiva aguda, que se intensifica por la deficiencia de la vitamina E. Nos resta señalar que esta necrosis hepática mejora al administrar vitamina E o un compuesto conocido como factor 3, que no es nada más que un compuesto orgánico que contiene selenio. Lo anterior nos permite pensar que la bioquímica y patología de la deficiencia de la vitamina E están íntimamente ligadas a la deficiencia del selenio. 7.4 CALCIFEROL O VITAMINA D 7.4.1. Introducción Existen dos compuestos principales con actividad vitamínica D, la D2 o ergocalciferol y la D3 o colecalciferol. Ambas vitaminas. la D2 y la D3 fueron aisladas en 1932 y 1937 respectivamente (Figura 7.5). Posteriormente se han identificado otras, que se han designado D1, D4, D5 y D6, pero las fundamentales son estas dos. Su distribución en los vegetales y cereales es escasa. Es abundante su localización en los productos de origen animal, sobre todo en los aceites de hígado de pescado, donde se localizan las provitaminas ergosterol y 7 deshidrocolesterol El ergosterol es el más característico de los aceites vegetales, mientras que el 7 deshidrocolesterol aparece en la grasa animal. 2 7.4.2. Metabolismo Su absorción ocurre por la vía intestinal. Es favorecida por la acción de los ácidos y sales biliares; entra por vía linfática y pasa al hígado y a la piel donde por acción de las radiaciones ultravioletas se convierte en vitamina D. Recientemente se ha demostrado que estas vitaminas sufren aún dos procesos metabólicos más para que sean activas, los cuales se realizan en el hígado y el riñón respectivamente. Estas son la hidroxilación en el carbono 25 en el hígado formando la 25-hidroxi vitamina D2 y la 25- hidroxi vitamina D3. Estas sustancias se muestran más activas que las consideradas tradicionalmente. Posteriormente ambas pasan al riñón donde se forma la 1- 25 dihidroxi vitamina D3 y similar para la D2. Esta reacción es situada a nivel de las mitocondrias de las células renales. Las síntesis química de la 1- 25 dihidroxi D3 ha permitido demostrar que esta es la forma activa y última de la vitamina D. Los animales que han sufrido la ablación de los riñones no responden a la inyección de D3 pero sí a la 1,25 dihidroxi D3, esto ilustra la necesidad de la etapa renal. El riñón, que realiza esta ultima etapa, se comporta como la glándula endocrina. En el siguiente esquema (Figura 7.6) puede apreciarse esta síntesis, donde aparece también la 24-25 dihidroxi D3, que es la forma inactiva, formada también por el riñón cuando se hace falta la forma activa, en dependencia del nivel de Calcio. (Activa) (Inactiva) 7.4.3. Actividad biológica Bajo esta hipótesis, cuando el animal acusa una necesidad del Calcio (hipocalcemia), el riñón responde fabricando la 1,25 dihidroxi D3 (o D2), que moviliza el calcio óseo y aumenta la absorción intestinal. En este mecanismo actúa como intermediaria la PTH (hormona paratiroidea). La hipocalcemia provoca la síntesis de PTH, que estimula en las células renales la producción de esta "vitamina". El nivel de fósforo interviene directamente en su síntesis. Esta vitamina es considerada actualmente como una hormona. Su acción provoca aumento de la calcemia y mayor absorción del calcio por el intestino. Regulando la relación calcio-fósforo disminuye la eliminación de fósforo por el riñón y se hace imprescindible para el normal desarrollo del sistema óseo. El mecanismo de acción a nivel intestinal es estimulando el sistema de transporte del calcio, así como los del fosfato. El afecto primario de la vitamina D activa se realiza en el intestino aumentando la absorción del calcio, pues también existe un efecto secundario sobre los huesos estimulando la salida del calcio, con el objetivo de regular la calcemia. En la figura 7.7 se muestra un esquema de este proceso. La deficiencia de vitamina D provoca en los animales jóvenes el raquitismo y en los adultos la osteomalacia, ambos caracterizados por trastornos en la formación del hueso. Estos procesos pueden tener otras causas, por lo que la aplicación de la vitamina D no cura todas estas alteraciones. Es conocido que ciertas enfermedades óseas resisten el tratamiento con vitamina D Estos trastornos óseos pueden aparecer en el curso de las enfermedades renales crónicas debido al papel del riñón en la síntesis del principio activo de la vitamina D. 7.5. METIL NAFTOQUINONA O VITAMINA K 7.5.1. Introducción Se conoce también como vitamina antihemorrágica. Es una vitamina liposoluble, de color amarillo, sensible a la luz y los álcalis. Está formado por el núcleo naftoquinona y una cadena lateral isoprenoide. Se encuentra localizada en las plantas verdes, sobre todo en la alfalfa, espinaca, col, coliflor y otros vegetales. En los productos de origen animal se encuentran en el hígado, carne y huevos. Los rumiantes la sintetizan en el rumen, así como en el ciego la mayoría de las especies. Su absorción se realiza por el intestino favorecida por la acción de la bilis. 7.5.2. Actividad Biológica La vitamina K tiene como principal función estimular la síntesis de protrombina por el hígado, por lo que resulta un factor imprescindible para la coagulación sanguínea. Además, la vitamina K participa en los procesos de oxidación - reducción que ocurre a nivel celular. El síntoma más característico de la deficiencia de vitamina K es la hemorragia y el aumento del tiempo de coagulación de la sangre. La vitamina K es requerida para la formación de los factores de coagulación por el hígado tales como la proconvertina, componente tromboplástico del plasma y la protrombina. La protrombina presenta en su constitución el ácido gamma carboxi glutámico que se forma a partir de restos de glutámico por carboxilación. La carboxilación ocurre después de la incorporación del ácido glutámico a la molécula proteica de la protrombina, por acción de una carboxilasa que requiere de una vitamina K para su acción. En la figura 7.9 esta relación. + CO2 7.6 ÁCIDO LIPOICO El ácido lipoico, llamado a veces ácido tiótico o factor de oxidación del piruvato, es una vitamina del complejo B. Está formado por una cadena de 8 carbonos con función ácida que posee dos grupos sulfhídricos en las posiciones 6 y 8. Presenta dos formas: una oxidada cíclica y otra reducida abierta llamada ácido dihidrolipóico. En la figura 7.10 se presenta las estructuras de estos compuestos. lipoico El ácido lipóico actúa como coenzima en la descarboxilación oxidativa del ácido pirúvico, del cetoglutárico y otros cetoácidos. En esta acción del ácido lipóico participa junto a la vitamina B1 la coenzima A y otros factores. Estos aspectos serán estudiados a continuación con el aspecto correspondiente de la vitamina B 1. 7.7. TIAMINA O VITAMINA B1 7.7.1. Introducción La vitamina B1 o tiamina es una de las principales vitaminas del complejo B. Por supuesto, es una vitamina hidrosoluble. La vitamina B1 está formada por la unión de un anillo pirimidínico sustituido a una anillo tiazólico mediante un puente metílico (Figura 7.11). La forma activa de esta vitamina en las células es el pirofosfato de tiamina, se encuentra ampliamente distribuidas en las levaduras, salvado de trigo, cubiertas de cereales y semillas, pastas, carnes, etc. Se sintetiza en la panza. Su absorción ocurre por vía intestinal, para lo cual se requiere cierto equilibrio con las vitaminas C y B6 y con el ácido nicotínico, igualmente, los corticoesteroides estimulan su absorción. Pasa a la sangre por la vena porta, que la lleva al hígado donde se almacena, al igual que el corazón los músculos y el SNC. Parte es excretada por la orina en dependencia de la cantidad ingerida. 7.7.2. Actividad biológica La tiamina en forma de difosfato de tiamina (piro fosfato de tiamina) es la coenzima que interviene en la descorboxilación de los cetoácidos, tales como el piruvato o alfa cetoglutarato. El pirofosfato de tiamina es también un cofactor esencial para la actividad de la trancetolasa en el ciclo de las pentosas. De esta manera interviene en la descarboxilación del pirúvico, del cetoglutárico y en la formación de la acetil CoA. En la figura 7,12 se representa un esquema sobre la descarboxilación del ácido pirúvico. La reacción en su conjunto requiere de un sistema multienzimático formado por tres enzimas: la piruvato deshidrogenasa, la dihidrolipoil transacetiilasa y la dihidrolipoil deshidrogenasa y con la colaboración de cinco coenzimas, el pirofósfato de tiamina, el ácido lipóico, la coenzima A, el FAD y el NAD. Como es lógico suponer todos los factores son necesarios para este proceso, sin embargo, por ser la vitamina B1 el primero de los dos cofactores que actúan, la deficiencia de la misma se manifiesta por acumulación de ácido pirúvico y ácido láctico (dado el equilibrio que existe entre ambos en la célula). Al permitir la descarboxilación del pirúvico y la formación de la acetil CoA, impide la acumulación del pirúvico y del láctico en el sistema nervioso, con lo cual evita la polioneuritis típica de su deficiencia. Tambien el acetil CoA es necesario para la formación de la acetil colina Figura. 7.15. Descarboxilación oxidativa. Acetil + CO2 Que desempeña una función fundamental en la transmisión del impulso nervioso. Otros síntomas de la carencia es la pérdida de apetito, edema, hipertrofia cardiaca, polineuritis y afecciones del nervio óptico y el globo ocular. En las aves prevalece el proceso nervioso. Se describe como signo clínico manifiesto la polineuritis al igual que en el hombre y la paloma, donde recibe el nombre de beriberi. 7.8 RIBOFLAVINA O VITAMINA B 2 7.8.1. Introducción La riboflavina o vitamina B2 constituye también un factor vitamínico del complejo B, determinándose que estaba formada por un anillo flavínico, derivado de la isoaloxacina y el alcohol de la ribosa (Figura 5.13). Se encuentra en cantidades apreciable en la levadura, huevo, leche, asi como en muchos vegetales y frutas. También la contiene el tejido animal como el del riñón, el corazón y el hígado. Su absorción ocurre en el intestino como ester fosfórico lo que constituye su forma activa, o sea el pirofosfato de riboflavina. Su excreción ocurre fundamentalmente por la orina y las heces fecales. 7.8.2. Actividad Biológica. La riboflavina es un constituyente de varios sistemas enzimáticos que intervienen en el metabolismo intermediario. La riboflavina actúa como una coenzima para la transferencia de hidrogeno. Esta coenzima es fosforilada a riboflavina 5 fosfato, la cual se incorpora como flavín mononucleótido o flavin adenin dinucleótido (FMN o FAD) a las deshidrogenasas aerobias formando sus coenzimas. O sea como FAD o FMN participan activamente en los procesos de oxidación-reducción, como eslabón fundamental de la cadena respiratoria. De esta forma participa activamente en el metabolismo de glúcidos, lípidos y proteínas. Además de esta función fundamental la B2 interviene directamente en el metabolismo del triptófano y en la síntesis del ácido nicotínico. También se considera un factor de crecimiento. La deficiencia de riboflavina se manifiesta en crecimiento errático, diarreas intermitentes, dermatitis, alopecia, particularmente alrededor de la cabeza, salivación excesiva, así como lagrimeo. En los estadios prolongados, se observa disfagia y ocasionalmente colapso. En otros animales la arriboflavinosis provoca síntomas similares pero predomina la dermatitis, glocitis, lesiones oculares y los trastornos nerviosos. En los pollos el síntoma característico es la incoordinación motora. 7.9 ÁCIDO PANTOTENICO 7.9.1. Introducción Es un compuesto formado por la condensación de la beta alanina y el ácido alfa gamma dioxi beta dimetilbutírico (ácido pantoico): 3 Es sintetizado en el rumen de vacunos y ovejas en grado tal que no se necesita agregarlo a sus raciones. Se encuentra bastante distribuido, sobre todo en la jalea real, miel especial para alimentar las larvas de reinas. Su absorción es por el intestino. Puede ser sintetizada por el organismo a partir del ácido pantoico y la beta alanina. Parece que el hígado es el órgano donde se deposita. 7.9.2. Actividad Biológica En su forma activa el ácido pantoténico es un constituyente de la coenzima A, también llamada coacetilasa, coenzima que interviene en las reacciones de acetilación. En las reacciones que interviene la coenzima A la combinación del metabolismo con la coenzima ocurre en el grupo sulfhidrilo (SH) del radical de pantoteina por medio de un tio enlace macro energético, derivado de un resto de cisteína. Como constituyente de la coenzima A es esencial para varias reacciones fundamentales del metabolismo. La más importante es la combinación de la coenzima A con el acetato para formar Acetil CoA. Bajo esta forma el ácido acético participa en varios procesos metabólicos importantes. Igualmente esta coenzima A es esencial en el metabolismo de los lípidos. El primer paso en la oxidación de los ácidos grasos es la formación de un derivado de la coenzima A y la separación de un fragmento de dos carbonos se lleva a cabo por medio de una reacción tiolítica que utiliza otra molécula de coenzima A. La coenzima A también interviene en la síntesis del colesterol y de hormonas esteroides a través del acetato activo. La deficiencia experimental de esta vitamina en el ternero se caracteriza por diarreas, detención del crecimiento, imposibilidad de mantenerse en sus extremidades, así como se ha observado alopecia similar a las que padecen las ratas deficientes de ácido pantoténico. En el hombre y otras especies la deficiencia se manifiesta por un cuadro de insuficiencia suprarrenal. 7.10. ACIDO NICOTINICO Y NICOTINAMIDA 7.10.1 Introducción Tanto el ácido nicotínico, como su amida la nicotinamida presentan actividad vitamínica, constituyendo una de las principales vitaminas del complejo B. También conocida con el nombre de niacina o factor PP o vitamina antipelagrosa. El ácido nicotínico debe este nombre a que se aisló de la nicotina del tabaco. Químicamente es un derivado de la pirinina (Figura 7.14). Este ácido se encuentra muy distribuido en la naturaleza, sobre todo en la levadura, semillas, arroz, leche, huevos, carnes, etc. A nivel del intestino se absorbe tanto el ácido nicotínico como la nicotinamida que circulan y pasan al hígado, pulmón y riñón, donde se localizan en mayor proporción. Su excreción se realiza por el riñón como trigonelina (metilada) y parte conjugada con la glicocola. FIGURA 7.14. Estructura del ácido nicotínico y de la nicotinamida 7.10.2 Actividad Biológica El ácido nicotínico interviene en el funcionamiento de dos coenzimas, pues es parte de ellas, estas son la coenzima NAD y la coenzima NADP. Estas coenzimas actúan como transportadoras de hidrógeno y de electrones a causa de su oxidación y reducción reversibles y son un eslabón fundamental de la cadena respiratoria, necesario para la oxidación de la mayoría de los sustratos, ya sean glúcidos, lípidos o proteínas, o derivados de ellos. Además de esta función, la nicotinamida interviene en el metabolismo del azufre, ya que su deficiencia está asociada a lesiones dérmicas o pelagrosas por alteración en el metabolismo de este mineral. En el hombre y en el cerdo las manifestaciones de la carencia de ácido nicotínico se conoce con el nombre de pelagra (pelleagra; piel ruda, áspera). En el perro el síntoma típico es la lengua negra, que se debe a una necrosis en la base de este órgano, diarreas, anemia y otros trastornos. 7 11 PIRIDOXINA, PIRIDOXAL O VITAMINA B6 7.11.1. Introducción La vitamina B6, también conocida antiguamente como adermina o vitamina antidermatítica, es uno de los principales factores del complejo B. En el organismo se encuentra como fosfato de piridoxal, fosfato de piridoxina o fosfato de piridoxamina (Figura 7.15). Piridoxina Como puede observarse son derivados del anillo de la piridina. Se encuentra muy distribuida en las levaduras, cereales, legumbres, y en productos animales, tales como la leche, huevos, en carnes, hígado, etc. Constituye, junto con la B1 la B2 y el ácido nicotínico, las cuatro vitaminas fundamentales del complejo B. Su absorción ocurre por el intestino delgado y el mayor depósito se encuentra en el hígado y el riñón. Se excreta por la orina y las heces. 7.11.2. Actividad Biológica Su papel fundamental estaría dado por ser la coenzima que participa en el proceso de transaminación, mediante el cual se transfiere el grupo amino de los aminoácidos a una cetoácido. La reacción es francamente reversible y se desarrolla como sigue (Figura 7.16) 2 Por un mecanismo similar con reversión de las reacciones antes señaladas y a partir de otro cetoácido diferente, se forma un nuevo aminoácido. La vitamina B6 resulta tambien la coenzima de las descarboxilasas de los aminoácidos. La deficiencia de vitamina B6 se caracteriza por alteraciones dérmicas y nerviosas. 7,12 BIOTINA La biotina es un factor vitamínico hidrosoluble. Contiene los anillos del imidazol y el tiofeno condensados (Figura 7. 17). La biotina se encuentra en la cáscara de arroz y otras semillas, en la papa y algunos productos animales. Se conoció como factor bios o vitamina H. Su actividad biológica esta relacionada con los procesos de carboxilación, encontrándose que la biotina se combina covalentemente con restos de lisina presente en las moléculas de la enzima carboxilasa, participando activamente en la reacción de carboxilación (fijación de CO2). La biotina en presencia de la enzima carboxilasa, el CO2 y el ATP fija el grupo carboxílico. Un ejemplo de esto es la conversión del piruvato en oxaloacetato; igualmente para formar el carbono 6 en la síntesis de las purinas. La fijación del CO 2 es un paso esencial en la síntesis de los ácidos grasos por el sistema no mitocondrial soluble del citoplasma. En esta reacción se añade CO2 al acetato de la acetil CoA para formar el malonil CoA. A causa de lo reducido de las necesidades en condiciones normales de alimentación, no se presenta ninguna carencia de biotina. En los vacunos y demás rumiantes, la síntesis se verifica en el rumen en cantidad suficiente para satisfacer las necesidades orgánicas. 7.13 ÁCIDO PARAAMINOBENZOICO (PABA) El PABA es un factor vitamínico hidrosoluble presente en la levadura, salvado de arroz y en la leche. Su estructura aparece en la figura 7.18. Su acción más marcada es su participación en la formación del ácido fólico. La manifestación más conocida es la acromotriquia, o sea, la falta de color del pelo, esto ha sido observado en las ratas. Una función conocida del PABA es su participación en el crecimiento bacteriano donde puede ser inhibida su acción por las sulfonamidas. 7.14 MESOINOSITOL Es una vitamina presente en los vegetales, semillas de cereales y oleaginosas en estado de ácido inositolfosfórico o fitina. Un fermento, la fitinasa, lo desdobla en inositol y ácido fosfórico. Este compuesto presenta la siguiente formula (Figura 7.19) En forma de fitina puede unirse al calcio, formando el fitinato de calcio. Su función principal es de disminuir el colesterol, por tanto, es un agente lipotrópico. Igualmente interviene en el crecimiento de pollos, bacterias y levaduras. Las manifestaciones carenciales son: detención del crecimiento e incoordinación motora, un signo característico es la degeneración grasa del hígado. El mesoinositol es un componente normal de los fosfolípidos. 7. 15 COLINA Y CARNITINA La colina factor vitamínico que responde a la siguiente estructura: + La Colina se encuentra en los huevos, leche, hígado y otros productos animales. Su actividad biológica está relacionada con la formación de los fosfolípidos y la acetil colina, necesaria para la transmisión del impulso nervioso. Puede ser sintetizada en el hígado a partir de los grupos metílicos de la metionina por medio de la colina sintetasa. De estructura muy similar a la colina es la carnitina, factor de crecimiento en algunos animales inferiores. Los animales superiores la pueden sintetizar. Su estructura es: + N Este factor juega un importante papel, sobre todo en el tejido muscular donde es muy abundante, en el transporte de los ácidos grasos desde el citoplasma al interior de la mitocondria con vista a su oxidación 7,16 ÁCIDO FÓLICO 7.16.1 Introducción El ácido fólico es una vitamina hidrosoluble encontrada primeramente en las hojas de la espinaca y bastante distribuida en las plantas y en los productos de origen animal. Se considera un factor hematopoyético pues su carencia produce, entre otras cosas, anemia. Químicamente esta formada por un anillo pterínico sustituido, el PABA y el ácido glutámico. El ácido fólico es conocido también como ácido pteroilglutámico, En el organismo el ácido fólico se convierte por reducción en su forma activa (coenzima) el ácido tetrahidrofólico (THF). En la figura 7.20 se presentan las estructuras de estos compuestos. OH H-C H- c 7.16.2 Actividad Biológica El ácido fólico, bajo su forma activa como THF es la coenzima encargada de transportar grupos formil (-CHO), hidroximetil (-CH2OH) y metil (-CH3). Estos compuestos, llamados fracciones de C1 son producidos fundamentalmente durante la descomposición de los aminoácidos (glicina, serina e histidina) los cuales aportan los grupos al ácido tetrahidrofólico, sobre todos los grupos formil, formando diferentes derivados (Figura 7.21). 3 Las enzimas que poseen THF con estos fragmentos C1 son muy importantes para la biosíntesis de los ribonucleótidos y de los desoxirribonucleótidos y otras reacciones. El N10 formil-THF aporta durante la síntesis de la adenina y la guanina dos átomos de carbono de las posiciones 2 y 8 del anillo purina. De la misma manera este compuesto interviene en la formación de la formil metionina que participa en la síntesis proteica. EL N5 N10- metíl -THF aporta el grupo metil para la síntesis de la timina y de la hidroxi metil citidina. También por medio del N5 metíl -TFH se puede formar la cobalamina (vitamina B12) que aporta el grupo metil a la síntesis de metionina. Dado el papel del ácido fólico en la formación de los ácidos nucleicos se comprende los síntomas de su deficiencia sobre todo la anemia. El ácido fólico se considera un factor eritropoyético, o sea, necesario para la normal entropoyesis o formación de los glóbulos rojos de ahí que su deficiencia provoque anemia, también se presenta leucopenia granulocítica y otras alteraciones hemáticas. 7.17 COBALAMINA O VITAMINA B12 7.17.1 Introducción Esta vitamina se aisló por primera vez en 1948 del hígado del vacuno. Al grupo de la vitamina pertenecen diversos compuestos químicos de estructuras semejantes. Su molécula posee un anillo porfirínico modificado, en cuyo centro se encuentra un átomo de cobalto que puede ir unido a un grupo hidroxilo, ciano, nitro o clorocobalamina. La forma activa del la vitamina como coenzima es la hidroxicobalamina. Otros componentes de la molécula son la ribosa, el dimetilbenzimidazol y el amino 2 propanol (figura 7.22) N N También se ha encontrado el desoxiadenosil cobalamina como coenzima de varias enzimas. Su distribución corresponde a los productos animales tales como el hígado, riñón, pescados y otros productos. Los vegetales no la poseen. Es sintetizada en la panza de los rumiantes en cantidad suficiente si el contenido de cobalto en la dieta es el necesario. En los cultivos del hongo Streptomyces griceus se produce en cantidades apreciable. Su absorción se ve condicionada a la unión con el factor intrínseco presente en el jugo gástrico, así como a la presencia de un "aceptador" en la pared intestinal que regula la cantidad absorbida. En la sangre circula unida a un alfa 1 globulina, que impide su excreción renal. Esta unión también es limitada, pues cuando la B12 esta en exceso se satura y el resto se elimina por la orina. 7.17.2 Actividad Biológica Al parecer la vitamina B12 presenta varias formas estructurales que participan en algunas líneas metabólicas. La desoxiadenosil cobalamina porta el nucleósido adenosina unido al cobalto de la vitamina B12 la cual se conoce como coenzima que actúa junto a la metil malonil CoA isomerasa. Otras funciones de la B12 es su participación en la formación de los grupos metílicos de la metionina. En este caso actúa como coenzima de la metionina sintetasa. El grupo metíl es procedente del N 5 metil tetrahidrofólico que pasa a la B12 formando la metílcobalamina, que finalmente cede el metil a la homocisteina para formar la metionina. Una función muy importante de la B12 es que es esencial para la maduración normal de los eritrocitos. Ha sido demostrado que en el hígado del vacuno esta vitamina cataliza la reacción de la isomerasa, en la cual el metil malonil coenzima A es convertido en succinil CoA, un intermediario del ciclo del ácido cítrico, forma de incorporar el propiónico al metabolismo general. Interviene también en la síntesis de ácidos nucleicos mediante su acción sobre las purinas. Asimismo, participa en la formación del grupo metilico de la timina en acción acoplada con el ácido folínico, así como para la formación de la ribosa y la desoxirribosa. Todo esto determina su estrecha relación con la síntesis de ácidos nucleicos, lo que explica los trastornos neurológicos de su deficiencia, así como la anemia. También protege los grupos tiol (-SH) reducidos, o sea, en su deficiencia se mantendrían oxidados (_-S-S-) y por tanto inactivos: asimismo contribuye a la distribución adecuada del ácido pantoténico y la coenzima A. De todo esto se desprende su participación en el metabolismo de los lípidos, glúcidos y proteínas, estimulando el crecimiento, el apetito, la reproducción, etc. La deficiencia de la vitamina ocurre, al igual que en otras especies, en los rumiantes en dependencia de una insuficiente síntesis por la microflora ruminal ante una carencia de cobalto. Se acompaña de una rápida disminución de B12 en el contenido del hígado y de la sangre. Esta deficiencia se caracteriza por anorexia, detención del crecimiento, agotamiento progresivo, debilidad muscular y desarrollo de anemia. La deficiencia de B12 presenta en los rumiantes mayor significación clínica que en los animales monogástricos, ya que los primeros derivan gran parte de su energía y sintetizan mucha de su glucosa a partir del ácido propiónico, y al faltar ésta, no participa la enzima metil malonil CoA isomerasa, necesaria para tal fin. De donde la pérdida del apetito y el descenso de la glucosa plasmática son lo mejores indicadores del desarrollo de un deficiencia de cobalto y por tanto de ésta vitamina. 7.18 ÁCIDO ASCORBICO O VITAMINA C 7.18.1 Introducción La vitamina C fue identificada como el ácido ascórbico por Szent- Gyurgy y lograda su síntesis en 1933. Se oxida fácilmente, pasando a la forma deshidrogenada; ambas formas son fisiológicamente activas y las dos se encuentran en equilibrio en los líquidos del cuerpo (Figura 7.23) Esta vitamina es inestable y si el alimento se almacena durante mucho tiempo, se pierde en su mayor parte. También se destruye por la ebullición, destrucción que se acelera en presencia de iones metálicos (hierro, cobre). Esta vitamina se origina a partir de una hexosa, la L-gulosa, y puede originarse de la glucosa y la galactosa. =o =o Es, posiblemente, una de las vitaminas más distribuidas en la naturaleza, pues casi todos los frutos y la mayoría de los vegetales la contienen. Son muy ricos en ella, sobre todo, los cítricos, la col, los tomates, las hierbas tiernas, etc. Además, la leche, el hígado y otros tejidos animales la contienen. Su absorción es por el intestino delgado en sus primeras porciones y parece almacenarse en el aparato de Golgi, que la contiene en bastante proporción. Su excreción ocurre por la orina, sudor, saliva y las heces. 7.18.2. Actividad Biológica La vitamina C es un potente antioxidante como veremos al tratar el estrés oxidativo. La vitamina C tiene una gran importancia para la formación y el metabolismo del tejido conjuntivo y mesenquimatoso, es un activador de numerosas enzimas (arginasa, fosfatasa, citocromo oxidasa, etc.) y actúa también como sistema redox. El alto contenido de la hipófisis, el cuerpo lúteo y las suprarrenales en esta vitamina demuestran su intervención en las síntesis de diversas hormonas. Protege el revestimiento de los vasos sanguíneos y es esencial para la producción de la sustancia impermeabilizante del endotelio capilar, con lo cual evita hemorragias. Estimula la eritropoyesis e interviene en el metabolismo del hierro. Facilita la oxidación de tirosina y contribuye también a la transformación del ácido fólico en fólinico (tetrahidrofólico). Una acción muy importante de la vitamina C es su capacidad antialérgica, la cual realiza al estimular la síntesis de los corticoides; también es un estimulante de la actividad fagocitaria y en la producción de anticuerpos por lo que resulta que su acción es útil para prevenir las infecciones. Recientemente se ha esclarecido bastante el mecanismo bioquímico de muchas de estas actividades de la vitamina C, señalándose que el ácido ascórbico (vitamina C) actúa como coenzima de varios sistemas enzimáticos de las hidroxilasas que incorporan radicales hidroxilos (-OH) a diferentes sustratos. Entre otras hidroxilasas que dependen de la vitamina C tenemos: prolina hidroxilasa y lisina hidroxilasa que participa en la formación de la hidroxi prolina y la hidroxi lisina, aminoácidos esenciales para la síntesis del colágeno; hidroxilasas esteroidales, encargadas de las síntesis de los corticosteroides y hormonas sexuales, dopamina beta hidroxilasa que participa en la síntesis de la noradrenalina y la adrenalina y otras más. La carencia de vitamina C provoca el cuadro del escorbuto, conocido desde tiempos remotos. En general se presenta gingivitis, caída de los dientes, hemorragias, trastornos óseos y disminución de la resistencia a las infecciones. Finalmente en la tabla 7.2 se recoge las principales acciones biológicas de las vitaminas. TABLA 7.2 Resumen de las acciones biológicas de las vitaminas. o Vitaminas Principales acciones biológicas A.................................... Rodopsina, síntesis de glucoproteínas y mucopolisacáridos. ...................................... Acción epitelio protectora y metabólica. Antioxidante D....................................Absorción del calcio. E................................... Acción antioxidante sobre los ácido grasos poliinsaturados. K................................... Síntesis de factores de la coagulación. B1............................ ......Coenzima de los cetoácidos descarboxilasas Ácido lipoico................ Decarboxilación de los cetoácidos B2………………...... .....Coenzima de las deshidrogenasas aerobias (FAD y FMN) Ácido Nicotínico............Coenzima de las deshidrogenadas anaerobias. (NAD y NADP). B6. ……………………..Coenzima de las transaminasas y aminoácido descarboxilasas. Ácido Pantoténico........ Formación de la coenzima A (CoA - SH). Biotina...........................Coenzima de las carboxilasas. PABA........ ....................Formación del ácido fólico. Ácido Fálico o ................. Donador de grupos fornil (R- CHO) Mesoinositol................. Formación de fosfolípidos. Colina............................ Formación de fosfolípidos y acetilcolina. Carnitina....................... Metabolismo de los ácidos grasos B12................................ Formación de metil grupos, síntesis de pirimidinas, ácidos …………………………nucleicos y coenzimas de la metil malonil CoA isomerasa. C............................... Reacciones de oxido reducción. Coenzima de las hidroxilasas ………………………. (Formación de glucocorticoides y otros productos).Antioxidante