Vitaminas - NOIC

Autor: Davi Maricato

Vitaminas são moléculas orgânicas requeridas pela dieta animal para o funcionamento biológico do corpo, sendo micronutrientes essenciais e atuando principalmente como precursores de coenzimas e cofatores enzimáticos, embora algumas também atuem como substratos em etapas de ativação metabólica e em reações de biossíntese. Cada vitamina possui uma estrutura química distinta, e elas podem ser obtidas através da alimentação ou sintetizadas parcialmente ou totalmente no corpo a partir de outros compostos químicos.

A carência parcial de vitaminas no corpo é chamada de hipovitaminose, enquanto o excesso de vitaminas é chamado de hipervitaminose e sua ausência ou carência extrema, avitaminose¹. Também existem as pró-vitaminas, substâncias pelo qual o organismo consegue sintetizar as vitaminas. Exemplos incluem uma porção de carotenóides (pró-vitamina A) e esteróis (pró-vitamina D).

Vitaminas Lipossolúveis e Hidrossolúveis

As vitaminas podem ser classificadas em dois grupos: vitaminas hidrossolúveis, isto é, que são solúveis em água; e vitaminas lipossolúveis, isto é, que são solúveis em gorduras². A solubilidade das vitaminas está associada à sua polaridade e, portanto, à sua estrutura química. No geral, é possível agrupar as vitaminas quanto a sua solubilidade da seguinte maneira:

Vitaminas Lipossolúveis: A, D, E, K;
Vitaminas Hidrossolúveis: C e complexo B.

A riboflavina³ (figura à esquerda), conhecida como vitamina B₂, por exemplo, é uma vitamina hidrossolúvel, enquanto a vitamina A, ou retinol⁴ (figura à direita), é uma vitamina lipossolúvel.

Ao analisar a estrutura química de cada uma dessas moléculas, é possível notar que a riboflavina possui múltiplos heteroátomos ao longo de sua molécula, notadamente nitrogênios dos grupos funcionais amina e amida, e uma cadeia carbônica ligada ao ciclo central que possui 4 grupos funcionais hidroxila (-OH), conferindo a molécula um caráter fortemente polar e, portanto, tornando-a solúvel em água.

O retinol, por sua vez, é formado quase exclusivamente por carbonos e hidrogênios ao longo de sua cadeia, possuindo apenas um grupo hidroxila ao final de sua cadeia conjugada, sendo então majoritariamente apolar e solúvel em outros compostos apolares, como as gorduras.

Vitaminas hidrossolúveis, com exceção da vitamina B₁₂ (que consegue ser armazenada no fígado em reservas hepáticas que podem durar vários anos), não são associadas a quadros de hipervitaminose, uma vez que conseguem ser excretadas na urina. Entretanto, o excesso de vitaminas lipossolúveis (principalmente A e D) acarreta em sua deposição no tecido adiposo e fígado, e esse acúmulo pode tornar-se tóxico e potencialmente nocivo à saúde.

As Vitaminas no Corpo Humano

As vitaminas participam muitos processos fisiológicos do organismo. Embora sejam necessárias em quantidades pequenas, sua ausência ainda compromete o funcionamento normal de células, tecidos e órgãos.

Entre as principais funções desempenhadas por diferentes vitaminas no corpo humano estão:

Participação no metabolismo energético, auxiliando enzimas na obtenção de energia a partir dos alimentos;
Manutenção do sistema imunológico;
Formação e manutenção de tecidos, como pele, ossos, músculos e vasos sanguíneos;
Síntese de hormônios, neurotransmissores e moléculas sinalizadoras;
Proteção contra danos oxidativos causados pelos radicais livres⁵;
Participação na coagulação sanguínea e na renovação celular.

Cada vitamina possui funções específicas no corpo humano. A vitamina C, por exemplo, é essencial para a síntese de colágeno e atua como antioxidante. A vitamina D regula a absorção intestinal de cálcio e fósforo, sendo chave para a mineralização óssea. As vitaminas do complexo B atuam principalmente como coenzimas no metabolismo de carboidratos, lipídios e proteínas, enquanto as vitaminas A, E e K participam, respectivamente, da visão e diferenciação celular, da proteção antioxidante e da coagulação sanguínea.

A tabela a seguir mostra a função das vitaminas essenciais para o bom funcionamento do corpo humano:

Vitamina	Principais funções no organismo	Sintomas da deficiência
Vitaminas Hidrossolúveis:
B₁ (Tiamina)	Coenzima na remoção de CO₂ de compostos orgânicos	Beribéri (formigamento, falta de coordenação motora, redução da função cardíaca)
B₂ (Riboflavina)	Componente das coenzimas FAD e FMN	Lesões na pele, como rachaduras nos cantos da boca
B₃ (Niacina)	Componente das coenzimas NAD⁺ e NADP⁺	Lesões na pele e gastrointestinais, delírios, confusão
B₅ (Acido pantotênico)	Componente da coenzima A	Fadiga, dormência, formigamento nas mãos e pés
B₆ (Piridoxina)	Coenzima utilizada no metabolismo dos aminoácidos	Irritabilidade, convulsões, espasmos musculares, anemia
B₇ (Biotina)	Coenzima na síntese de gorduras, glicogênio e aminoácidos	Inflamação escamosa da pele, distúrbios neuromusculares
B₉ (Ácido fólico)	Coenzima no metabolismo de ácidos nucleicos e aminoácidos	Anemia, malformações do tubo neural em fetos
B₁₂ (Cobalamina)	Produção de ácidos nucleicos e glóbulos vermelhos	Anemia, dormência, perda de equilíbrio
C (Ácido ascórbico)	Utilizada na síntese de colágeno; antioxidante	Escorbuto (degeneração da pele e dos dentes), cicatrização lenta
Vitaminas Lipossolúveis:
A (Retinol)	Componente dos pigmentos visuais; manutenção dos tecidos epiteliais	Cegueira, doenças da pele, redução da imunidade
D	Auxilia na absorção e utilização de cálcio e fósforo	Raquitismo (deformidades ósseas) em crianças, amolecimento dos ossos em adultos
E (Tocoferol)	Antioxidante; ajuda a prevenir danos às membranas celulares	Degeneração do sistema nervoso
K (Filoquinona)	Importante na coagulação do sangue	Deficiência na coagulação sanguínea

Apesar do organismo humano ser capaz de sintetizar parcialmente ou totalmente algumas vitaminas, como veremos depois, ele não é capaz de sintetizá-las em quantidades suficientes e, por isso, sua obtenção por meio da alimentação torna-se indispensável para a manutenção da saúde.

Alimentação

A principal fonte de vitaminas para os seres humanos é através da alimentação. Uma dieta equilibrada e diversificada é normalmente capaz de fornecer todas as vitaminas necessárias para indivíduos saudáveis.

Os alimentos de origem vegetal são especialmente ricos em vitaminas hidrossolúveis e em diversos carotenóides⁶, enquanto alimentos de origem animal fornecem quantidades significativas de vitaminas lipossolúveis e vitamina B₁₂.

Na tabela abaixo são mostrados alguns exemplos de fontes alimentares para cada tipo de vitamina:

Vitamina	Principais fontes alimentares
Vitaminas Hidrossolúveis:
B₁ (Tiamina)	Carne suína, leguminosas, amendoim, grãos integrais
B₂ (Riboflavina)	Laticínios, carnes, grãos enriquecidos, vegetais
B₃ (Niacina)	Nozes, carnes, grãos
B₅ (Ácido pantotênico)	Carnes, laticínios, grãos integrais, frutas e vegetais
B₆ (Piridoxina)	Carnes, vegetais, grãos integrais
B₇ (Biotina)	Leguminosas, outros vegetais, carnes
B₉ (Ácido fólico)	Vegetais verdes, frutas cítricas, nozes, leguminosas, grãos integrais
B₁₂ (Cobalamina)	Carnes, ovos, laticínios
C (Ácido ascórbico)	Frutas cítricas, brócolis, tomates
Vitaminas Lipossolúveis:
A (Retinol)	Vegetais verde-escuros e alaranjados, frutas e laticínios
D	Laticínios, gema de ovo
E (Tocoferol)	Óleos vegetais, nozes, sementes
K (Filoquinona)	Vegetais verdes; também produzida por bactérias do cólon

O processamento e o preparo dos alimentos podem reduzir significativamente o teor de algumas vitaminas, especialmente das hidrossolúveis. A vitamina C, por exemplo, é facilmente degradada pelo calor, pela luz e pelo contato prolongado com o oxigênio (formando, neste último caso, sua forma oxidada, representada na figura à direita). Da mesma forma, parte das vitaminas do complexo B pode ser perdida durante o cozimento em água devido à sua elevada solubilidade.

O gráfico acima provém de um estudo da degradação de vitamina C em polpas congeladas de cupuaçu, e mostra que houve uma degradação significativa do teor de vitamina C no decorrer do tempo (2 meses de análises), onde o valor inicial encontrado foi de 23,7mg/100g no inicio das análises e, ao final, o valor obtido foi de 14mg/100g.

Por esse motivo, é recomendado o consumo regular de frutas, verduras e legumes frescos, além de métodos de preparo que preservam melhor os nutrientes, como o cozimento a vapor ou consumo cru (quando este não apresenta riscos à saúde).

Em algumas situações específicas, como durante a gestação, envelhecimento, dietas restritivas, doenças intestinais ou deficiência nutricional, pode ser necessária a suplementação vitamínica. Entretanto, o uso de suplementos deve ser realizado com orientação profissional adequada, uma vez que, como comentado anteriormente, o excesso de determinadas vitaminas (hipervitaminose), principalmente as lipossolúveis, pode causar efeitos tóxicos a partir do seu acúmulo.

Síntese de Vitaminas no Organismo

Embora a maior parte das vitaminas seja obtida pela alimentação, algumas delas podem ser produzidas de forma parcial ou total pelo próprio organismo ou por microrganismos que compõem a microbiota intestinal.

O principal exemplo é a vitamina D. Sua síntese inicia-se na pele, onde um derivado do colesterol, o 7-desidrocolesterol, é convertido em pré-vitamina D3 pela ação da radiação ultravioleta B (UVB) proveniente da luz solar. Posteriormente, essa molécula sofre transformações no fígado e nos rins até originar sua forma biologicamente ativa, o calcitriol.

A produção de vitamina D depende de diversos fatores, como a intensidade da radiação solar, estação do ano, latitude, horário de exposição, quantidade de melanina na pele, idade e uso de protetor solar. Dessa forma, exposição ao sol não garante necessariamente suficiência de vitamina D, e mesmo indivíduos expostos ao sol podem apresentar deficiência vitamínica em determinadas condições.

Outra vitamina parcialmente sintetizada no organismo é a vitamina K. Diversas bactérias da microbiota intestinal produzem menaquinonas (vitamina K₂), que contribuem para o suprimento dessa vitamina. Entretanto, essa produção nem sempre é suficiente para atender às necessidades do organismo, além de sua absorção depender da presença de bile e lipídios, razão pela qual sua ingestão alimentar continua sendo importante.

Além disso, diversas vitaminas podem ser produzidas a partir de pró-vitaminas. O exemplo mais conhecido é o β-caroteno, um carotenóide presente em vegetais alaranjados e verde-escuros, que pode ser convertido em vitamina A no intestino e no fígado. Veremos mais adiante o processo de conversão de β-caroteno em vitamina A.

É importante destacar que a capacidade de sintetizar vitaminas varia entre as espécies animais. Muitos mamíferos, por exemplo, sintetizam vitamina C (ácido ascórbico) a partir da glicose, enquanto seres humanos, outros primatas e morcegos perderam essa capacidade ao longo da evolução devido à inativação do gene responsável pela enzima L-gulonolactona oxidase, presente na biossíntese dessa vitamina. Como consequência, a vitamina C tornou-se um nutriente essencial para essas espécies.

Em condições normais, uma alimentação equilibrada junto de exposição solar adequada e atividade da microbiota intestinal é suficiente para manter níveis adequados da maioria das vitaminas. Entretanto, fatores como doenças, alterações metabólicas, uso prolongado de medicamentos e dietas inadequadas podem comprometer esse equilíbrio e levar ao desenvolvimento de deficiências vitamínicas.

Função das Vitaminas

Uma visão mais ampla da função das vitaminas no organismo humano foi abordada no tópico anterior, “As Vitaminas no Corpo Humano”. Veremos a seguir, em mais detalhe, como as vitaminas podem desempenhar diversas funções em mecanismos bioquímicos.

Vitaminas como Cofatores Enzimáticos (Coenzimas)

Uma das funções bioquímicas das vitaminas consiste em atuar como coenzimas ou como precursoras de coenzimas. Embora sejam frequentemente utilizados como sinônimos, os termos coenzima e cofator possuem significados distintos. Como a função das vitaminas está atrelada à processos enzimáticos, é recomendado a leitura da aula sobre enzimas do Curso NOIC de Química Orgânica para a melhor compreensão dos processos que serão mostrados posteriormente.

Um cofator é qualquer componente não protéico necessário para a atividade catalítica de uma enzima, e podem ser classificados em duas categorias:

Íons metálicos (Mg²⁺, Zn²⁺, Fe²⁺, Cu²⁺, Mn²⁺ etc.);
Moléculas orgânicas, chamadas de coenzimas.

Assim, toda coenzima é um cofator, mas nem todo cofator é uma coenzima. Coenzimas são moléculas orgânicas de baixa massa molecular que se associam às enzimas e participam diretamente da catálise, permitindo que determinadas reações químicas ocorram.

Ao contrário da enzima, que permanece estruturalmente inalterada após a reação, a coenzima frequentemente sofre modificações químicas transitórias durante o processo catalítico, sendo posteriormente regenerada em outras reações metabólicas.

Diversas vitaminas participam da formação de cofatores orgânicos que permanecem fortemente ligados à enzima durante toda sua atividade. Quando essa ligação é praticamente permanente, a coenzima recebe o nome de grupo prostético⁷.

O grupo hemo, representado acima, é um complexo de coordenação metálico que age como grupo prostético de hemoproteínas, como a hemoglobina, em que seu íon ferroso (Fe²⁺) central serve como ponto de ligação do oxigênio (O₂).

Grande parte das vitaminas do complexo B exerce essa função. Após sofrer modificações no organismo, cada vitamina origina uma coenzima especializada na transferência de determinados grupos químicos ou elétrons entre moléculas.

Essa especialização provém diretamente da estrutura química distinta de cada vitamina. Nelas, há anéis heterocíclicos contendo nitrogênio, enxofre ou fósforo, além de grupos funcionais capazes de sofrer oxidação, redução ou formar ligações transitórias com substratos, o que permite que essas moléculas atuem como intermediárias nas reações metabólicas.

Alguns dos principais exemplos de vitaminas do complexo B como coenzimas podem ser encontrados na tabela a seguir:

Vitamina	Coenzima formada	Função Química Principal
B₁ (Tiamina)	Pirofosfato de tiamina (TPP)	Descarboxilação de α-cetoácidos e transferência de aldeídos
B₂ (Riboflavina)	FMN e FAD⁸	Transferência de elétrons em reações de oxirredução
B₃ (Niacina)	NAD⁺ e NADP⁺⁹	Transporte de hidretos (H^–) em reações de oxirredução
B₅ (Ácido pantotênico)	Coenzima A (CoA)	Transporte de grupos acila
B₆ (Piridoxina)	Fosfato de piridoxal (PLP)	Reações envolvendo aminoácidos
B₇ (Biotina)	Biotina ligada à enzima	Transporte de CO₂
B₉ (Ácido fólico)	Tetraidrofolato (THF)	Transporte de unidades de carbono
B₁₂ (Cobalamina)	Metilcobalamina e adenosilcobalamina	Transferência de grupos metila e rearranjos moleculares

Podemos analisar mais detalhadamente alguns exemplos apresentados na tabela acima.

A niacina (vitamina B₃) origina o NAD⁺, cuja principal função consiste em receber um íon hidreto (H⁻), formado por um próton e dois elétrons. Durante essa reação ocorre a redução do NAD⁺ em NADH.

\huge \mathrm{NAD}^+ + 2e^- + \mathrm{H}^+ \rightarrow \mathrm{NADH}

Esse processo permite o transporte de elétrons provenientes da oxidação de carboidratos, lipídios e proteínas até a cadeia respiratória mitocondrial, onde serão utilizados na síntese de ATP.

Já a riboflavina (vitamina B₂) origina FMN e FAD, cujos anéis de isoaloxazina podem aceitar um ou dois elétrons, característica essa que lhes permite participar de um número maior de mecanismos de oxidação do que o NAD⁺. Em diversas flavoproteínas¹⁰, o FAD encontra-se ligado de maneira extremamente estável ao sítio ativo, participando repetidamente das reações sem se dissociar da proteína.

Outro exemplo importante é a biotina (vitamina B₇). A estrutura mostrada abaixo corresponde à forma livre da biotina:

Nas carboxilases (ligases que catalisam a adição de um grupo carboxila), a biotina encontra-se covalentemente ligada ao grupo ε-amino de um resíduo de lisina da enzima por meio de uma ligação amida. Na posição da cadeia lateral terminal (grupo carboxílico -COOH), encontra-se o ponto de ligação covalente com o resíduo de lisina das carboxilases, formando a biocitina no contexto enzimático.

Embora de forma isolada a biotina não apresente mobilidade, na enzima ela torna-se parte de um sistema que apresenta flexibilidade. Essa estrutura móvel funciona como um “braço oscilante”, transportando CO₂ entre dois centros catalíticos da enzima.

Vitaminas como Substratos Enzimáticos

Além de sua atuação como coenzimas, algumas vitaminas participam diretamente de reações metabólicas como substratos enzimáticos. Nesse caso, a própria vitamina sofre transformação química durante a reação, originando outra molécula biologicamente ativa.

Diferentemente das coenzimas, que normalmente são regeneradas continuamente, a vitamina utilizada como substrato pode passa por uma sequência de modificações irreversíveis que levam à formação de seu metabólito ativo. Abaixo, veremos alguns exemplos de forma mais aprofundada.

Ativação da vitamina D:

A forma da vitamina D obtida pela alimentação ou sintetizada na pele (colecalciferol) possui atividade biológica muito baixa.

Assim, ela sofre duas hidroxilações sucessivas:

No fígado, a enzima 25-hidroxilase adiciona um grupo hidroxila no carbono 25 da molécula, formando 25-hidroxivitamina D (calcidiol¹¹);
No rim, a enzima 1α-hidroxilase adiciona outro grupo hidroxila no carbono 1, formando 1,25-di-hidroxivitamina D (calcitriol¹²).

O calcitriol é a forma hormonal ativa da vitamina D, responsável por regular a expressão gênica de proteínas envolvidas na absorção intestinal de cálcio e fósforo. Nesse processo, a vitamina D atua como o substrato das enzimas hidroxilases.

Conversão do β-caroteno em vitamina A:

O β-caroteno é considerado uma pró-vitamina A, como mencionado anteriormente. No intestino delgado, a enzima β-caroteno-15,15′-dioxigenase promove a clivagem oxidativa da dupla ligação central da molécula. Desse modo, cada molécula de β-caroteno produz duas moléculas de retinal.

Posteriormente, pode ocorrer a conversão de retinal para retinol (que atua no armazenamento e transporte de vitamina A no organismo), ou a conversão de retinal para ácido retinóico (que atua como hormônio regulador da expressão gênica).

Nessa reação, é possível observar que o substrato da reação é a própria pró-vitamina.

Conversão da vitamina B₆:

A piridoxina (PN), piridoxal (PL) e piridoxamina (PM) representam diferentes formas da vitamina B₆. Essas moléculas são fosforiladas pela piridoxal quinase utilizando ATP, originando seus respectivos derivados fosforilados (PNP, PLP e PMP). Posteriormente, a piridoxina-5′-fosfato e a piridoxamina-5′-fosfato são convertidas em piridoxal-5′-fosfato (PLP) pela piridox(am)ina-5′-fosfato oxidase (PNPO).

O produto final das reações é o piridoxal-fosfato (PLP), a forma biologicamente ativa da vitamina B₆.

O grupo aldeído presente no PLP permite a formação reversível de uma base de Schiff com resíduos de lisina das enzimas ou diretamente com aminoácidos do substrato. Essa ligação covalente transitória estabiliza intermediários de reação e possibilita processos como a transaminação, descarboxilação, racemização e eliminação de grupos laterais.

Assim, para conseguir atuar como coenzima, a vitamina B₆ primeiro passa por processos de transformação enzimática, sendo inicialmente o substrato da reação de fosforilação.

Prefixo “hipo-” = abaixo; “hiper-” = acima; “a-” = ausência. ↩︎
Prefixo “lipo-” deriva do grego lipos (“gordura”); “hidro-” deriva do grego hydor (“água”). ↩︎
O nome “riboflavina” deriva de ribose (presente em sua estrutura) e flavus (“amarelo”, em latim), devido à coloração amarela da vitamina. ↩︎
O retinol recebe seu nome por ter sido inicialmente identificado como um componente importante da retina. ↩︎
Radicais livres são espécies químicas contendo elétrons desemparelhados, sendo altamente reativas. ↩︎
O nome carotenóides deriva de “caroteno”, que deriva do latim carota (“cenoura”), alimento do qual o pigmento foi isolado inicialmente. ↩︎
O termo “prostético” deriva do grego prostithenai (“acrescentar”, “adicionar”). ↩︎
FMN: flavina mononucleotídeo; FAD = flavina adenina dinucleotídeo. ↩︎
NAD: nicotinamida adenina dinucleotídeo. ↩︎
Recebem o nome de “flavoproteínas” pois possuem flavinas (FMN, FAD) como grupos prostéticos. ↩︎
Calcidiol: dois grupos hidroxila (-diol). ↩︎
Calcitriol: três grupos hidroxila (-triol). ↩︎