Las vitaminas y los errores congénitos del metabolismo

Las vitaminas son moléculas orgánicas, con diferente composición química, que el organismo necesita como nutrientes en muy pequeñas cantidades (micronutriente).

No pueden ser sintetizadas por el organismo, por lo que deben obtenerse a partir de los alimentos naturales de la dieta.

Un compuesto determinado puede ser considerado vitamina para un organismo (animal o planta), pero no para otro, que ya es capaz de sintetizarlo en cantidades suficientes para cubrir sus necesidades.

Nomenclatura de las vitaminas

Las vitaminas se agrupan bajo una misma letra (A, B, C, D, E, F, K) que incluye una serie de compuestos con funciones biológicas similares.

Las letras les fueron asignadas cuando se desconocía su composición química y, en algunos casos (G, H) su mejor conocimiento ha determinado su reasignación en categorías ya existentes. Por ejemplo, la vitamina H (de Haut: piel en alemán) es la biotina o vitamina B8.

Los vitámeros son compuestos químicamente relacionados que tienen las mismas funciones vitamínicas, a veces en diferente grado de actividad.

Por ejemplo, los vitámeros de la vitamina B6 (piridoxina, piridoxamina y piridoxal y sus ésteres fosforados), muestran todos igual actividad biológica, aunque el piridoxal fosfato es la forma fisiológicamente activa de la vitamina. Los vitámeros de una vitamina se pueden convertir los unos en los otros y viceversa.

Función de las vitaminas

Las vitaminas tienen diferentes funciones bioquímicas y algunas de ellas tienen varias funciones, como la vitamina A:

• Funciones hormonales ( ej. vitamina D).
• Precursores de coenzimas (ej. vitaminas B)
• Antioxidantes (ej. vitaminas E, A y C)
• Transcripción génica, visión, piel, etc…(vitamina A)
• Modificación de proteínas de la coagulación (vitamina K)

Clasificación de las vitaminas

La clasificación más antigua y simple, que permite agruparlas según sus mecanismos de asimilación, consiste en distinguir:

• Las vitaminas hidrosolubles: solubles en agua, por lo que son fácilmente excretables por la orina y no se almacenan, lo que implica que deben formar parte de la ingesta diaria (vitaminas B y C).
• las vitaminas liposolubles: solubles en grasas (lípidos), lo que permite que se absorban en el tracto intestinal con ayuda de las grasas y tienen tendencia a almacenarse (vitaminas A, E, D y K).

Breves notas históricas de las vitaminas

Mucho antes de identificar las vitaminas y conocer su composición, se sabían las cualidades de determinados alimentos que las contenían y que resultaban indispensables para mantener la salud.

En el antiguo Egipto, por ejemplo, se sabía que el hígado era indispensable para prevenir la ceguera nocturna. Y James Lind, en 1749, descubrió la importancia de los cítricos en la prevención del escorbuto, por lo que la Real Marina Británica adoptó el uso de limones y limas en sus expediciones, ya que en los navíos se alimentaban a base de conservas.

A principios del s. XIX se identificaron algunas vitaminas, aunque al desconocerse su composición química, se les asignaron letras alfabéticas, a veces modificadas posteriormente.

El aceite de pescado se utilizó para curar el raquitismo en las ratas, y el nutriente liposoluble mal aislado se llamó vitamina A, aunque posteriormente la actividad antirraquítica se denominó vitamina D.

En 1881, Nikolai Lunin de la Universidad de Tartu, alimentó ratones con mezclas artificiales de sustancias y vio que no sobrevivían, por lo que dedujo que los alimentos naturales (como la leche) contenían pequeñas cantidades de compuestos indispensables para la vida, además de proteínas, grasas y azúcares. Lunin llamó vitaminas a estos compuestos indispensables.

A lo largo del siglo XX fueron identificados el resto de las vitaminas y su composición química, aunque se han mantenido sus denominaciones alfabéticas al referirse a sus actividades biológicas.

Fuentes de vitaminas

Las vitaminas se hallan en los alimentos, de manera que una alimentación equilibrada contiene todas las vitaminas que necesita el ser humano. Algunas se pueden sintetizar a partir de sus precursores, como la vitamina B3 o niacina a partir del triptófano. Otras, como la vitamina K y la biotina, las sintetizan los microbios intestinales. La vitamina D requiere radiación ultravioleta de la luz del sol.

¿Cuáles son las vitaminas para el ser humano?

En las tablas siguientes se resumen las vitaminas hidrosolubles y liposolubles, sus principales nomenclaturas químicas (vitámeros activos), sus fuentes, y las manifestaciones clínicas causadas por su deficiencia.

Deficiencias vitamínicas

Las vitaminas liposolubles se absorben y se almacenan en el hígado y en los tejidos grasos, y, debido a ello, no es necesario tomarlas todos los días por lo que, tras un consumo suficiente, es posible subsistir un tiempo sin su aporte. En cambio, debe evitarse su acumulación, ya que pueden ser tóxicas en exceso, causando hipervitaminosis.

Las vitaminas hidrosolubles no se almacenan y se eliminan por la orina, por lo que se requiere una ingesta prácticamente diaria, ya que dependen de la dieta.

Relación entre vitaminas y errores congénitos del metabolismo

Los ECM pueden estar relacionados con un defecto vitamínico por dos causas principales:

• Dietas restringidas en proteínas naturales: Las fuentes de muchas vitaminas son alimentos ricos en proteínas, por lo que muchos defectos del metabolismo intermediario (aminoacidopatías y acidemias orgánicas) que se tratan con dietas restringidas en proteínas naturales, darían lugar a niveles bajos de vitaminas. Por ello, los pacientes deben suplementar su dieta con fórmulas especiales que, además de los aminoácidos indispensables, contengan vitaminas y otros micronutrientes, que eviten las deficiencias nutricionales y aseguren el crecimiento adecuado del paciente.
• Defectos del metabolismo de las vitaminas (receptores, transportadores y enzimas implicadas en su síntesis).

Además, existen ECM sensibles a vitaminas, en las que éstas son precursoras de coenzimas cuya enzima mutada es deficiente. En este caso, la suplementación vitamínica será la base del tratamiento.

Defectos del metabolismo de las vitaminas

Muchas vitaminas son precursoras de coenzimas, que son indispensables para la correcta actividad enzimática. Si se produce un defecto en una vía de síntesis de alguna de estas coenzimas a partir de la vitamina precursora, se producirá un defecto de la actividad de la enzima por defecto de su coenzima activadora de la reacción.

Se han descrito diferentes defectos metabólicos debidos a mutaciones implicadas en el metabolismo de coenzimas:

1.- Enzimas del metabolismo de las vitaminas

• Metabolismo de la biotina: Las deficiencias de biotinidasa y deficiencia múltiple de carboxilasas.
• Metabolismo de la vitamina B6: Las deficiencias de piridoxina-5-fosfato oxidasa y piridoxal quinasa.
• Metabolismo de la vitamina B12: Un conjunto de enzimas implicadas en el metabolismo intracelular de la vitamina B12, cuya deficiencia da lugar a las variantes Cbl (A, B, C, D, E, F, G, H).
• Metabolismo del folato: Existen unos cuantos defectos, el más importante de los cuales es la deficiencia de metilentetrahidrofolato reductasa (MTHFR).

2.- Transportadores de vitaminas

La proteína mutada puede ser un transportador implicado en el metabolismo de una vitamina.

• Transportadores de hidroxicobalamina: Deficiencias genéticas de Factor intrínseco y transcobalaminas, especialmente la II.
• Transportador cerebral de folato.
• Transportador de vitamina E (proteína transportadora de α-tocoferol), cuya deficiencia causa un defecto de vitamina E, que cursa con degeneración espinocerebelosa y retinopatía.
• Transportador de tiamina.

3.- Receptores de vitaminas

Receptor de hidroxicobalamina: Deficiencia de cubilina y/o amnionless, causante del síndrome de Imerslund-Gräsbeck.

ECM que responden al tratamiento con vitaminas (vitamino-dependientes o vitamino-sensibles)

El defecto genético se localiza en el gen que codifica a la enzima y se debe a mutaciones causantes de un plegamiento deficiente de la proteína enzimática. La administración de la coenzima (derivado de la vitamina) en dosis relativamente elevadas, protege la degradación de la proteína enzimática mutada, retardando su degradación y aumentando así su actividad residual.

Este es el caso de:

• Deficiencia de CBS (homocistinurias clásicas), que responden a B6.
• Leucinosis (MSUD) y Deficiencia de piruvato deshidrogenasa (PDH), que responden a tiamina.
• Polimorfismos de MTHFR, que responden a folato.
• Deficiencia múltiple de deshidrogenasas (MAD), que responde a riboflavina.
• Deficiencia de metilmalonil- CoA mutasa (MMA), que responde a B12.
• Hiperoxaluria primaria, que responde a vitamina B6.

Ejemplo de los defectos de la absorción, transporte y metabolismo de la vitamina B12 (cobalamina)

La vitamina B12 o cobalamina se ingiere con la dieta (leche y derivados, carnes y huevos) y se absorbe mediante una serie de proteínas: haptocorrina de la saliva, el factor intrínseco del jugo gástrico y el receptor del complejo factor intrínseco-cobalamina del íleo distal (formado por dos proteínas: cubilina y amnionless).

Se han descrito defectos causados por mutaciones en los genes que codifican el factor intrínseco y el receptor cubilina/amnionless (en este último caso causan el síndrome de Imerslund-Gräsbeck), que cursan ambos con deficiencia de vitamina B12 y anemia megaloblástica.

Una vez absorbida la cobalamina-factor intrínseco, se libera éste y la cobalamina se une al transportador transcobalamina II, que la transporta al interior de la célula. El defecto genético de transcobalamina II causa una deficiencia sérica de cobalamina, como todos los defectos descritos anteriormente.

La cobalamina-transcobalamina II penetra en la célula por endocitosis, y en el lisosoma se libera de la transcobalamina. Debe salir del lisosoma mediante un transportador específico, para transformarse en las dos coenzimas activas que se conocen en el hombre, metilcobalamina (Me-Cbl) y adenosilcobalamina (Ado-Cbl).

El defecto del transportador da lugar la variante Cbl F. Antes de proseguir este proceso, el cobalto (Co3+) contenido en la cobalamina se debe reducir y en este proceso interviene una reductasa cuyo defecto da lugar a las variantes CblC, CblD.

La variante CblC es uno de los defectos más frecuentes dentro del metabolismo de la cobalamina. Los defectos intracelulares de la cobalamina cursan con valores séricos normales de B12 y con aciduria metilmalónica con homocistinuria.

Una vez liberada la hidroxicobalamina dentro de la célula, en parte se transforma en Me-Cbl en el citoplasma celular, mediante el complejo metionina sintasa-metionina sintasa reductasa (cuyo defecto causa las variantes CblF y Cbl E, respectivamente). Ambos defectos causan solo hiperhomocisteinemia.

La cobalamina en parte penetra en la mitocondria para transformarse en Ado-Cbl, mediante una serie de reacciones, cuyo defecto causa las variantes CblA y CblB, que cursan con acidemia metilmalónica, porque el defecto de Ado interfiere en el metabolismo de metilmalonil-CoA mutasa.

La descripción de pacientes con todos estos defectos ha facilitado el conocimiento del metabolismo normal de la vitamina B12, así como la comprensión de la importancia de cada uno de los pasos implicados en el mismo, por las consecuencias clínicas y bioquímicas que han manifestado los afectados por estos defectos genéticos.

Tabla periódica de vitaminas. Foto: Stephan Hochhaus en Flickr con licencia (CC BY 2.0)