Texto originalmente publicado no site do

NAEQ - Núcleo de Apoio ao Ensino de Química da

UCS - Universidade de Caxias do Sul, em março de 2005.

Nosso metabolismo é realmente fantástico. Entretanto, algumas imperfeições podem acarretar em problemas sérios a nossa saúde. Este artigo mostrará um pouco mais da química que envolve apatologia denominada Fenilcetonúria.

 

          Antes de fazermos uma análise química sobre as causas da patologia que dá título a este artigo, considera-se importante alguns balizamentos iniciais com o objetivo de fundamentar a discussão que será feita mais adiante. Será necessário a compreensão dos conceitos de aminoácidos e proteínas, suas características estruturais fundamentais e suas principais funções.

          As proteínas são polímeros estruturais e funcionais primários dos seres vivos e possuem uma gama de atividades, dentre as quais podemos citar o transporte de vitaminas, coagulação sanguínea, ação hormonal, catálise de reações bioquímicas dentre outras. Porém, para se entender como elas trabalham, é necessário um estudo sobre os constituintes dessa macromolécula, ou seja, dos aminoácidos.

Figura 1 - Quatro diferentes grupamentos ligam-se ao carbono a de um aminoácido

          Sabe-se que existem aproximadamente 300 aminoácidos, presentes em vários sistemas animais, de plantas e microorganismos, mas dentre esses muitos aminoácidos, apenas 20 deles são codificados pelo DNA e constituem proteínas. Vemos na figura 1 que uma aminoácido tem uma estrutura padrão, a qual podemos notar que possui componentes responsáveis por suas propriedades químicas.

          Cada aminoácido tem um carbono central, denominado carbono a, ao qual se ligam quatro diferentes grupos (veja na figura 1). Com exceção da glicina, todos os demais aminoácidos contêm carbono assimétrico (o átomo de carbono a), ou também chamado de carbono quiral1.

          Em termos de função química, os aminoácidos são caracterizados por possuírem função mista, ou seja, possuem mais do que uma função orgânica em sua estrutura. Como podemos ver na figura 1, existe um grupo carboxila, de caráter ácido, o qual caracteriza os ácidos carboxílicos e o grupo amina, de caráter básico, grupamento que caracteriza as moléculas denominadas aminas.

         

          As proteínas são sintetizadas como uma seqüência de aminoácidos unidos em uma estrutura poliamida linear (polipeptídeo) mas assumem uma configuração tridimensional complexa ao realizarem suas funções. Essa estrutura foi esclarecida por Emil Fischer (1852-1919), que verificou serem esses compostos formados pela condensação entre muitas moléculas de a-aminoácidos através de ligações denominadas ligações peptídicas.

Figura 2 - Ligação Peptídica entre a aminoácidos

          A ligação entre duas moléculas de a-aminoácidos gera um dipetídio, da mesma forma que três moléculas de a-aminoácidos formam um tripeptídeo. Portanto, é de se esperar que as proteínas são polipetídeos que resultam da condensação de milhares de moléculas de a-aminoácidos.

O caráter anfótero dos aminoácidos

          A palavra 'anfótero' vem do grego amphóteros que significa 'um e outro'. No caso dos aminoácidos, eles são denominados assim pois eles podem ter tanto comportamento ácido como comportamento básico, lembrando que, quando falamos em ácido e base, estamos falando a luz da teoria de Brönsted e Lowry. E uma vez que ácidos e bases se neutralizam formando sal, em um aminoácido ocorrerá uma neutralização intermolecular, formando um sal interno.

¹zwitteríon vem do alemão (Zwitterion: zwitter, 'híbrido', + 'ion').

 

Figura 3 - Enzima fenilalanina hidroxilase

        Existem várias doenças clínicas nas quais altas concentrações de aminoácidos são encontrada no plasma e na urina. Uma concentração anormal elevada de aminoácidos na urina é chamada genericamente de aminoacidúria.

         

          A Fenilcetonúria (PKU ou phenylketonuria) é a doença mais comum causada pela deficiência de uma enzima do metabolismo de um aminoácidos em específico. Como vimos nos parágrafos anteriores, os aminoácidos são essenciais pré-cursores na produção de proteínas, as quais possuem funções importantíssimas para a manutenção do organismo

 

          Esta mudança dramática no comportamento pode ser localizada em  uma minúscula mutação  de um único gene no cromossomo 12. Este gene - chamado PAH - contém instruções para fazer o enzima PAH, também conhecida de fenilanalina hidroxilase.

 

          Portanto, considera-se a PKU um erro inato clássico do metabolismo, resultante da ausência ou deficiência da enzima fenilalanina hidroxilase. A hidroxilação da fenilalanina é uma etapa necessária, tanto na degradação normal do esqueleto de carbono deste aminoácido quanto na síntese de tirosina. Para fazer a conversão, a PAH  pega um átomo de oxigênio (O)  e o transfere para o anel aromático da fenilalanina. Posteriormente, um íon de hidrogênio  (H+) liga-se ao oxigênio, completando a transformação em tirosina. (veja figura 4). Em pessoas com PKU possuem uma mutação no gene PAH que muda a forma do enzima PAH. A mutação pode acontecer em qualquer um dos milhares de bases de DNA dentro do gene.

        

          Mutações diferentes têm efeitos diferentes na enzima. Algumas mutações mudam a forma da enzima, fazendo com que esta não reconheça mais a fenilalanina. Outros mutações mudam a forma da enzima fazendo com que a ela trabalhe muito lentamente. Existem também mutações que mudam a enzima de forma a deixá-la instável, acarretando na degradação da mesma.

 

          Caso não se tome providências nos primeiros dias de vida do nenê, este defeito metabólico leva a uma excreção urinária excessiva de fenilpiruvato, fenilactato e fenilacetato, causando diversos distúrbios, sendo que o mais grave é o retardo mental. Inclusive, esses últimos três compostos mencionados dão a urina um odor de "rato".  

       A PKU foi descrita primeiramente  em 1934 por um doutor norueguês chamado Asbjorn Folling. Uma mãe de duas crianças com deficiência no aprendizado, tendo uma 7 e outra 4 anos, contou para o Dr. Folling que a urina das meninas tinha

um cheiro estranho. Esse fato levou o Dr. Folling a investigar as crianças em detalhes. Depois de obter um pouco de urina das crianças, ele adicionou a amostra um pouco de cloreto férrico. Este composto geralmente é utilizado para a determinação de corpos cetônicos em diabéticos. Normalmente, a solução ficava castanha, quando há presença de corpos cetônicos. A amostra analisada ficava verde!

         

       Usando as métodos da química orgânica, ele conseguiu isolar a substância da urina das crianças e finalmente identificou a anomalia como uma phenylketone. Devido a esse achado que deu-se  nome fenilcetonúria para a patologia.

Degradação da Fenilalanina no organismo

        Além de todos estes efeitos citados, os indivíduos com PKU tendem a ter uma pigmentação muito pobre na pele, andar claudicante (incerto, vacilante, duvidoso) além de uma alta freqüência de epilepsia. Note na figura 4 que um dos pré-cursores da melanina é a tirosina que, por sua vez, é produzida pela hidroxilação da fenilalanina, reação que é catalisada pela fenilalanina hidroxilase, enzima que, em virtude de sua ausência,  torna-se responsável pela patologia.

          É interessante perceber que o adoçante artificial aspartame (nome comercial: NutraSweetÒ) é o N-aspartilfenilalanina metil éster, que quando ingerido, é metabolisado produzindo fenilalanina como produto. Lembremos que na Coca-Cola Light Ò existe um recado: "Atenção fenilcetonúricos: contém Fenilalanina".

          A quantidade em um litro de bebida adoçada pode se aproximar da quantidade de fenilalanina obtida, normalmente, na dieta diária. Isso não faz mal aos indivíduos normais, mas é uma ameaça para pacientes fenilcetonúricos, os quais devem ter uma dieta pobre em fenilalanina.

Figura 4 - Degradação da fenilalanina

         

          Fazendo uso do rigor das palavras, está errada a afirmação que na bebida 'contém fenilalanina', pois a molécula de fenilalanina tomará a sua  forma de aminoácido quando o aspartame, substância responsável pelo sabor doce da bebida, for metabolizado pelo nosso organismo. "Hum!?" pensarão alguns leitores desconfiados. Mas foi exatamente isso que você leu: "após ser metabolizado".

 

          O aspartame, ao contrário da maioria dos adoçantes artificiais do mercado, é metabolizado pelo nosso organismo e produz aproximadamente as mesmas calorias que a sacarose. Sabendo-se que ele é aproximadamente 200 vezes mais doce que a sacarose, a massa utilizada é bem menor e a sua função de promover 'menos calorias' além de ser usado como adoçante dietético pode ser realizada com eficiência. Inclusive, em função dessa propriedade do aspartame ser 200 vezes mais doce que a sacarina, pode-se fazer aquela clássica experiência das latas de refrigerante em que se coloca uma lata de bebida diet e uma lata de bebida normal em um recipiente com água. A lata de bebida diet (com aspartame)  flutua enquanto a normal (com sacarose) afunda em função da diferença de densidades das duas bebidas.

          Agora, voltando ao assunto principal do artigo :)... tratando-se de um aminoácido de cadeia ramificada, a fenilalanina não pode ser sintetizada pelo homem, sendo portanto um aminoácido essencial tendo que estar sempre disponível para a formação de proteínas. A PKU é uma doença metabólica autossômica recessiva, afetando aproximadamente 1 em cada 10.000 indivíduos da população caucasiana. Devido ao seu caráter genético, a única forma (por enquanto) de combater a doença é a prevenção. Existe um teste denominado "teste de pezinho" no qual é feita a detecção de traços de fenilpiruvato, fenilactato e fenilacetato, tanto na urina como também no plasma sanguíneo. Ele é um dos exames feitos na triagem neonatal e é considerado fundamental pela comunidade científica na prevenção de doenças genéticas, como é o caso da  Fenilcetonúria.

 

          Em casos onde se constata a doença, é necessário um controle rigoroso da dieta e a fenilalanina deve ser fornecida em quantidades apenas suficientes para a síntese de proteínas, regeneração de tecidos e crescimento normal da criança. Portanto, a dieta deve ser personalizada e a criança deve ser submetida a exames periódicos para controle dos níveis plasmáticos de fenilalanina. A dieta deve ser iniciada bem cedo, após o nascimento, para evitar que danos cerebrais irreversíveis se instalem.

 

      Além de retardo mental, causa também retardo no desenvolvimento psicomotor (andar ou falar), convulsões, hiperatividade, tremor, microcefalia e atraso no desenvolvimento. O paciente com PKU não tratada tipicamente mostra sintomas de retardo mental com cerca de um ano de vida. Praticamente, todos os pacientes não tratados apresentam um QI inferior a 50. A expectativa de vida dos pacientes não tratados é baixa: a maioria morre por volta dos 30 anos. Portanto, o teste do pezinho é fundamental para assegurar a saúde da criança recém nascida.

 

Entrevista

          Com o objetivo de sabermos mais sobre o assunto, entrevistamos o professor do Departamento de Física e Química da Universidade de Caxias do Sul, Dr. Raul Riveros que irá responder algumas perguntas e nos auxiliará na melhor compreensão de alguns aspectos importantes desta patologia.

 

[NAEQ]

          Prof. Dr. Raul, primeiramente é um prazer poder fazer essa entrevista com o Sr. Gostaríamos de saber um pouco mais sobre esta patologia que, apesar de ser relativamente rara, não possui cura. A fenilcetonúria é denominada de doença "autossômica recessiva". Em termos práticos, o que realmente significa esta denominação?

 

[Dr. Raul Riveros]

Para responder esta pergunta, precisamos primeiro definir o que é uma herança autossômica recessiva ou dominante. A designação autossômica nos remete aos cromossomos que não estão diretamente envolvidos na determinação do sexo nos eucarioticos superiores, e são chamados de autossômicos. Assim, uma herança é aquela em que a marca genética estudada, seja ela qual for não parece estar ligada aos cromossomos sexuais, e sim a algum outro cromossomo.

Para cada gene, a natureza dornece muitos alelos possíveis. Quanto mais alelos um gene tem, mas polimórfico ele será; muitos deles resultam em produtos genéticos normais (geralmente uma proteína), mas alguns dos alelos produzirão uma proteína alterada e são chamados 'mutantes' em contraposição aos demais designados 'selvagens'.

Se o produto gênico alterado de um alelo produzir um fenótipo alterado no indivíduo, a herança é dita dominante.Caso contrário, a presença de um produto gênico alterado simultaneamente igual a quantidade de produto normal não produzir alteração do fenótipo do portador, a herança é dita 'recessiva'.

 

[NAEQ]

          A triagem neonatal é comumente chamada de "Teste do pezinho" pois, ao se coletar o sangue para análise laboratorial, retira-se do pé do bebe a amostra de sangue. Por que o sangue para a amostra é retirado justamente do pé da criança?

 

[Dr. Raul Riveros]

Dr. Raul Riveros

          Esta parte do bebê é de grande irrigação sanguínea. Desta forma, é mais fácil coletar a amostra. O calcanhar do bebê é estimulado com massagem e apertos suaves. Outro aspecto que é importante na escolha do colar da inserção da amostra é a facilidade de manuseio do pé da criança..

 

[NAEQ]

          A triagem Neonatal ou, como é popularmente chamado "Teste do Pezinho", é realizado nos recém-nascidos com o objetivo de identificar, além da fenilcetonúria, muitas outras doenças. De que forma ele é feito?

 

[Dr. Raul Riveros]

          As técnicas de analise utilizadas são das mais variadas. Vão desde precipitação com TCA e NA2SO4 para proteínas; técnica de eletroforese2 além de cromatografia3 de camada delgada.

Emiliano Chemello

chemelloe@yahoo.com.br

Glossário

1 Quiral: palavra de etimologia grega que significa "mão", originando dois isômeros opticamente ativos, os quais desviam o plano da luz polarizada.

 

2 Eletroforese: Migração das partículas de uma solução coloidal sob a influência de um campo elétrico.

 

3 Cromatografia: Técnica para separação dos componentes de uma mistura fluida, ger. líquida ou gasosa, e que se baseia na adsorção ou partição seletivas de cada um desses componentes por duas fases imiscíveis em contato, uma das quais estacionária e a outra, móvel.

 

Bibliografia utilizada

 

Halkides, Christopher J., Classroom Demonstration of a Spot Test for Phenylpyruvic Acid and Its Relationship to Phenylketonuria.  J. Chem. Educ. 2004, 81, 366 - 367.

 

Baynes, John, Dominiczak, Marek H. "Bioquímica Médica". São Paulo: Editora Manole, 2000.

 

Thomas, M. Delvin. "Manual de Bioquímica com Correlações Clínicas". São Paulo: Editora Edgard Blücher Ltda, 2002.

 

Koolman, Jan; Röhm, Klaus-Heinrich. "Color Atlas of Biochemistry" - New York: Editora Thieme Stuttgart, 1996.

 

Fonseca, Martha R. Marques. "Completamente Química - Química Orgânica" - São Paulo: FTD, 2001.

 

 

Para saber mais...

 

 PKU News: News and Information about Phenylketonuria

http://www.pkunews.org/

 

 

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Prof. Emiliano Chemello | Caxias do Sul | RS | Brasil