Assassinato ou acidente médico?

Morte no centro de doenças metabólicas

porNancy M. Boury

Department of Animal ScienceIowa State University, Ames, IA

1

IntroduçãoLogo após sua graduação você foi escolhido para uma

posição muito competitiva e mal paga no grupo da Dra. Carla Polycarpo, do centro de doenças metabólicas do HU. Você será um trainee de farmácia e auxiliará o grupo responsável por pacientes com suspeita de desordem metabólica no andar de emergência.

Para se preparar para seu primeiro dia no centro, a Dra. Polycarpo solicitou que você pesquisasse sobre o metabolismo normal de açúcar, particularmente a glicose.

2

Sexta-feira à noite no centro de doenças metabólicas….

Depois de trabalhar toda a semana na solicitação da Dra. Polycarpo você se sente pronto para qualquer desafio!

No elevador, à caminho do andar de emergência, a Dra. Polycarpo já faz algumas perguntas para ver se você está pronto…

3

CQ#1: Qual das enzimas abaixo realiza uma reação que produz ATP na via glicolítica?

A. Hexoc(k)inase (HK)B. (Pho)Fosfoglicomutase isomerase(PGI)C. (Pho)Fosfofrutoc(k)inase (PFK) D. Triose (pho)fosfato isomerase(TPI)E. Piruvato c(k)inase(PK)

4

5

Resposta certa: ERacional: Existem somente duas enzimas que catalizam reações com formação de ATP na via glicolítica, a fosfoglicerato cinase e a piruvato cinase. Hexocinase e fosfofrutocinase usam ATP e as outras duas isomerases não usam, nem formam ATP.

CQ#2: Quais das enzimas abaixo quebra um açúcar de 6 carbonos em um açúcar de 3 carbonos?

A. Hexocinase (HK)B. Fosfoglicoisomerase (PGI)C. Fosfofructocinase (PFK)D. Aldolase E. Enolase

6

7

A melhor resposta é: DRacional: Aldolase (opção D) é a enzima responsável por quebrar frutose-1,6-bisfosfato em dois açúcares menores de 3 carbonos – dihidroxiacetona fosfato e gliceraldeído 3-fosfato. As 3 primeiras enzimas catalizam reações antes desta etapa. A enolase, depois.

Dra. PolycarpoRevisão de glicólise

A glucose é uma fonte importante de energia, mas essa energia tem que ser convertida de uma forma potencial em grande quantidade (~680 quilocalorias por mol de glucose) para uma forma mais utilizável, como o ATP (~7.3 quilocalorias por mol). Imagine você em frente a uma máquina de coca-cola por 1 real, com somente uma nota de 100 reais?

8

Revisão de homeostasia de glicose da Dra. Polycarpo

• Seu corpo (em particular o cérebro) precisa de glucose para os processos celulares. Quando você come, seus níveis de glucose aumentam temporariamente, sinalizando ao pâncreas que insulina deve ser liberada. Quando você está sem comer por várias horas, seu pâncreas vai liberar glucagon, que faz com que o fígado libere glucose dos estoques de glicogênio.

• Se o nível de açúcar sanguíneo está muito alto, seus vasos sanguíneos ficam danificados e os órgãos que eles suprem de sangue também. Desta forma, altos níveis de açúcar no sangue levam à injúria dos rins, coração, fígado e cérebro ao longo do tempo (por quê?)

• Se o nível de açúcar sanguíneo está baixo, o cérebro vai ficar sem energia. Como resultado, você pode desmaiar, entrar em coma e potencialmente morrer … (Alguém pode trazer uma tabela do tipo de fonte de energia utilizado por cada tecido?) 9

Jejum- Níveis diminuídos de glucose sanguínea

Pâncreas libera

glucagon

Fígado Receptores de glucagon

Fígado libera glucose no

sangue

Alimentado – Níveis

aumentados de glucose sanguínea

Pâncreas libera insulina

Células do corpo têm receptores de insulina

Corpo armazena glucose

sanguínea

Níveis normais

de glucose

10

Revisão de homeostasia de glicose da Dra. Polycarpo

• Os diabéticos ou têm células que não respondem à insulina corretamente (Diabetes tipo II) ou não produzem insulina (Diabetes tipo I).

• Contudo, o desequilíbrio de glucose não é a única coisa a se preocupar no centro de doenças metabólicas. Existem doenças genéticas onde a pessoa não possui enzimas necessárias para quebrar glucose ou outros açúcares, uma vez que eles atingem suas células alvo.

11

• Uma vez que a glucose entra na célula, a hexoquinase vai adicionar um grupo de fosfato à glucose. Isso dá à glucose uma carga negativa e a “prende” dentro da célula.

• Essa adição de um grupo fosfato se dá no início da via glicolítica, também conhecida como via de Embden Meyerhof Parnas (Quem são ?).

12

Por favor, dividam-se em grupos, troquem de trabalhos e chequem uns

as respostas dos outros.

13

Embden-Myerhof Pathway

14

Quantos erros foram encontrados no trabalho que vocês corrigiram?

A. 0-1B. 2-3C. 4-5D. Mais que 5

15

Qual foi o erro mais comum?

Se a glicólise é necessária para usar glucose, como pode uma pessoa viver

sem todas as enzimas necessárias para glicólise?

16

A Paola, uma das colegas de trabalho, está incomodada porque sabe que a clínica frequentemente trata as pessoas com deficiência enzimática e pergunta:

Uma reação– várias enzimas diferentes…

• Isoenzimas usam os mesmos reagentes para produzir os mesmos produtos

• Elas podem ter:– Genes diferentes– Expressão tecidual diferente– Tempos diferentes de expressão no

desenvolvimento• Elas vão ter, provavelmente, afinidades

diferentes pelos seus substratos. 17

A fosfofrutocinase como exemplo

• 3 formas diferentes e 3 genes diferentes:– PFK – L é expressa no fígado; o gene para esta enzima é

encontrado no cromossomo 21 – PFK – M é expressa no músculo; o gene para esta enzima é

encontrado no cromossomo 12– PFK – P é expressa nas plaquetas; o gene para esta enzima é

encontrado no cromossomo 10• Olhando no trabalho de casa– essa é a mesma reação

– Adiciona um segundo fosfato à frutose 6 fosfato, formando frutose 1,6-bisfosfato

(Alguém traz um parágrafo falando das diferenças de hexocinase e glicocinase?)

18

CQ#3: Se uma pessoa é deficiente em todas as três formas de PFK, a pessoa …

A. Teria menos glicogênio armazenado que o normal.

B. Teria mais atividade mitocondrial que o normal.

C. Estaria morta.D. Produziria mais energia por molécula

de glucose porque a glicólise estaria desregulada.

19

• A melhor resposta é: C• Racional: isoenzimas são diferentes formas de uma enzima que catalisam a

mesma reação. Contudo, se uma pessoa não tem nenhuma das enzimas necessárias para completar um processo fundamental como a glicólise, nenhuma das suas células será capaz de sobreviver. Se a glicólise não produzir piruvato, a mitocôndria não terá substrato para começar o ciclo do ácido cítrico. O glicogênio não será afetado, já que as células não estão funcionais e a quantidade de energia por molécula de glucose não será aumentada pela deleção de um enzima chave.

20

Hora da clínica abrir…Dra. Polycarpo pergunta aos internos, “Alguma pergunta antes de começarmos a ver os pacientes? Por favor, mantenha seu trabalho de casa na mesa para usar como referência quando discutirmos sobre os pacientes…

21

Paciente #1: Ana é uma adolescente e jogadora de golfe que foi referenciada à clínica depois de ser recusada na doação de sangue e estar ficando cansada facilmente durante os treinos.

Perfil metabólico do sangueGlucose sanguínea +

Glucose-6-fosfato ++

Frutose-6-fosfato ++

Frutose-1,6,bisfosfato ++

Gliceraldeído-3-fosfato ++

1,3-bisfosfoglilcerato ++

Fosfoenolpiruvato ++

Piruvato -

ATP -

Concentração de células sanguíneas

-

Levels (+ = normal, - = decreased levels, ++ = increased levels)

22

CQ#4: Assumindo que a Dra. Polycarpo está correta sobre a Ana ter um defeito na via glicolítica, qual o defeito mais provável baseando-se no perfil metabólico sanguíneo da paciente? A. HexocinaseB. FosfofrutocinaseC. Triosefosfato isomeraseD. Piruvato cinaseE. Aldolase

23

• A resposta correta é: D• Racional: O sangue da paciente tem níveis normais de glucose. Os

produtos iniciais da via (G6P, F6P, FBP, G3P) também estão presentes em níveis elevados. As deficiências enzimáticas possíveis são mutase, enolase ou piruvato cinase. Considerando que a única molécula não presente é o piruvato, o último passo é o único que pode ter problemas. A enzima que cataliza a formação de piruvato a piruvato cinase.

24

Paciente #2: Maria é uma mãe de três com 32 anos reclamando de fadiga e cãibra muscular com o exercício. Ela sempre disse que a sua intolerância ao exercício se devia a sua vida sedentária. Recentemente ela entrou para uma academia e depois de uma semana de aulas de aeróbica foi ao seu médico que pediu uma série de exames sanguíneos. O resultado foi anormal para algumas coisas, levando a uma biópsia muscular e indicação ao centro de doenças metabólicas.

25

Marie’s Blood Test ResultsLevels (+ = normal, - = decreased levels, ++ = increased levels)

26

Blood Metabolic Panel Glucose sanguínea +

Glucose-6-fosfato ++

Frutose-6-fosfato ++

Frutose-1,6,bisfosfato -

Gliceraldeído-3-fosfato -

1,3-bisfosfoglicertao -

Piruvato -

ATP -

Concentração de células vermelhas -

CQ#5: Qual a deficiência enzimática mais provável?

A. Piruvate cinaseB. HexocinaseC. FosfofructocinaseD. Triosefosfato isomeraseE. Aldolase

27

28

A resposta correta é: C

Racional: A piruvato cinase afetaria somente a formação de piruvato a partir de fosfoenolpiruvato, tudo antes deste passo está normal. A hexocinase causaria ausência de todos os substratos listados, já que a glucose não seria fosforilada. Defeitos na triosefosfato isomerase afetariam somente a conversão de dihidroxiacetona fosfato a gliceraldeído-3 –fosfato, então a frutose 1,6 bisfofato ainda estaria presente. A frutose 1,6 bisfosfatato também estaria mais alta se a aldolase fosse deficiente. Então, a fosfofrutocinase, que fosforila frutose-6-fosfato a frutose 1,6 bsifosfato é a opção correta. Tudo antes desta reação está em níveis normais e depois, em níveis baixos.

CQ#6: Se você quisesse testar as hemácias para a habilidade delas em completar a glicólise, que composto você tentaria detectar?

A. Frutose-6-fosfatoB. AldolaseC. PiruvatoD. FosfofrutocinaseE. Dihidroxiacetona fosfato

29

30

A resposta correta é: C

Racional: O piruvato é formado durante o último passo da glicólise e então é o melhor indicador de uma via funcional. As opções B e D são enzimas, não são produtos. A frutose 6-fosfato e a dihidroxiacetona fosfato são passos da via.

CQ#7: Se você tivesse as células da Ana em um tubo de ensaio, que substância você poderia adicionar para permitir que essas células produzam piruvato?

A. GlucoseB. Frutose-1,6,bisfosfatoC. InsulinaD. GlucagonE. Frutose-6-fosfato

31

• A resposta correta é: B• Racional: Se as células fossem incapazes de formar frutose1,6-

bisfosfato porque elas não têm a enzima PFK1, adicionar o seu produto capacitará as células a completar a glicólise. A insulina e o glucagon não afetam a vias intracelulares dessas células anormais. A glucose e a frutose 6-fosfato são encontradas em passos anteriores ao da enzima deficiente e já estão em excesso nestas células.

32

Patiente #3: Léo é um contador de 25 anos. Ele não é anêmico, e ultimamente sofreu dois desmaios. Um aconteceu depois de beber acidentalmente uma coca-cola normal, o outro aconteceu depois de comer uma salada de frutas “adoçada naturalmente". O dentista dele falou que ele fosse à clínica da Dra. Carla Polycarpo, que suspeitou que talvez ele tivesse intolerância hereditária à frutose e recomendou um teste de monitoramento de tolerância à frutose. Léo chegou no hospital no dia seguinte para realizar o exame.

33

Intolerância hereditária à frutose• IHF é uma doença recessiva em que indivíduos não

possuem uma cópia funcional da Aldolase B. • Indivíduos com IHF normalmente se tornam sintomáticos

durante o desmame, quando os bebês trocam o leite materno e usam formula com sucrose ou sorbitol, mas ela pode ficar indetectável até a idade adulta se o indivíduo usar uma dietar com pouco açúcar.

• Eles são capazes de metabolizar a glucose porque eles possuem a aldolase A e C. Contudo, no fígado, a aldolase B é quem quebra frutose-1 fosfato em dihidroxiacetona fosfato e gliceraldeído 3-fosfato na via glicolítica. Já que pacientes com IFH não possuem a aldolase B, eles são incapazes de quebrar a frutose no fígado.

34

Metabolismo da frutose no fígado

Frutocinase

Gliceraldeído 3-fosfato(G3P)

Dihidroxiacetona fosfato(DHAP)

Frutose

Frutose 1-fosfato

SangueDentro da célula

Glicogênio

Glucose-6-fosfato

Aldolase B

Inibe

35

CQ#8: A glicogênio fosforilase é uma enzima necessária para liberar glicose das moléculas de glicogênio. Uma pessoa com IHF que ingere frutose 1-fosfato teria:

A. Altos níveis de frutose sanguínea. B. Altos níveis de frutose 1-fosfato no sangue.C. Altos níveis de glucose no sangue. D. Baixos níveis de frutose no sangue. E. Baixos níveis de glucose no sangue.

36

37

A resposta certa é: B e E

Racional: Como a glicogênio fosforilase é inbida por excesso de frutose 1-fosfato, a glucose não pode ser liberada dos estoques de glicogênio. Se os níveis de glucose sanguínea caem, o glucagon vai ser liberado, que deve levar à liberação de glicose pelo fígado. Contudo, como os níveis de frutose 1-fosfato estão altos em pacientes de IHF que comeram frutose, a enzima glicogênio fosforilase vai estar inibida, impedindo a liberação de glucose pelo fígado. Isso vai levar a uma hipoglicemia.

Regulação da glicólise• A glicólise é reversível. A maioria das enzimas pode

funcionar para quebrar glicose (glicólise) ou sintetizar glicose (gliconeogênese).

• Os produtos de uma reação enzimática particular podem inibir a própria enzima.

• Vários pontos de controle existem. Por exemplo: • A hexocinase é inibida por glucose 6-fosfato e a sua

atividade é estimulada por fosfato livre. • A fosfofrutocinase é inibida por ATP e frutose 1,6 bisfosfato. • A piruvato cinase é inibida por ATP, mas ativada por frutose

1,6 bisfosfato e fosfoenolpiruvato.

38

Sábado no hospital:

Quando você chega ao hospital no seu plantão de sábado você descobre que Léo foi encontrado morto logo depois do almoço. O que aconteceu?

39

A manhã de LéoA enfermeira do Léo estava ocupada com a técnica de enfermagem… Você escuta que há mais ou menos uma hora atrás Léo estava bem e que ele disse que o teste o deixou muito cansado e que ele ia tirar um cochilo. Quando a enfermeira voltou ele estava morto!

Você vê a Dra. Polycarpo atrás da mesa dela olhando os testes de Léo.

.

40

Teste de tolerância à glucose – Nível de glucose

41

CQ#9: Qual foi o efeito da frutose intravenosa no Léo?

A. Um aumento dos níveis de glucose sanguínea.

B. Uma diminuição dos níveis de glucose sanguínea.

C. Um aumento nos estoques de glicogênio. D. Uma diminuição rápida da pressão sanguínea.

42

43

A resposta certa é: B

Racional: A questão liga a idéia geral de que a frutose 1-fosfato inibe a liberação do fígado de glucose a partir de glicogênio. Aos pacientes com suspeita de IHF é fornecida uma dose controlada de de frutose intravenosa. As pessoas sem IHF não conseguem mudar os níveis de glucose no sangue, contudo, pessoas sem aldolase B (pacientes IHF) vão mostrar uma queda na concentração de glucose.

Explicação dos resultados do teste

• A falta de Aldolase B causa um aumentoThe lack of Aldolase B causes a build-up of fructose-1-phosphate. – This will trap phosphate in the liver. – Fructose-1-phosphate will inhibit glycogen

phosphorylase.• Glycogen phosphorylase is required for the

liver to break glycogen into glucose-6-phosphate.

44

CQ#10: Se muita frutose foi dada ao Léo, ele estaria em sério risco de coma ou morte. Se encontrado à tempo, que tratamento você recomendaria ao Léo?

A. InsulinaB. GlucagonC. GlucoseD. FrutoseE. Fosfofrutocinase

45

• A resposta correta é: C• Racional: A frutose inibe a glicogênio fosforilase, que previne a

pessoa de liberar glicose em resposta ao glucagon. Ao longo do tempo, a glucose é usada pelas células e o seu nível no sangue diminui porque não está havendo liberação de glicose dos estoques de glicogênio. A solução é dar glicose, ou oralmente ou intravenosa.

46

Então o que aconteceu com o Léo depois do teste?

47

Foram encontradas gotas de sangue e uma seringa no tanque da enfermaria ….

A Dra. Polycarpo ficou curiosa sobre o sangue e a seringa…

48

Enquanto o hospital esperava os resultados da análise de DNA do sangue e a análise química da seringa, a Dra. Polycarpo pegou uma pequena amostra e testou-a para algumas coisas…

49

Resultados

Composto Paciente 1 Ana

Paciente 2Maria

Paciente 3Léo

Amostra do tanque

Glucose sanguínea + + - +

Glucose-6-fosfato + ++ + -

Frutose-6-fosfato + ++ + -

Frutose-1,6,bisfosfato + - + -

Gliceraldeído-3-fosfato + - + -

1,3-bifosfoglicerato + - + -

Fosfoenolpiruvato ++ - + -

Piruvato - - + -

Concentração de células vermelhas

- - + - 50

Níveis (+ = normal, - = diminuído ou ausente, ++ = aumentada)

CQ#11: Se a seringa encontrada na enfermaria continha ______, isso seria uma causa para uma grande investigação….

A. Insulina B. GlucagonC. FrctoseD. AldolaseE. Glucose

51

• A resposta correta é: A or C• Racional: Tanto a insulina quanto a frutose são respostas corretas

porque: Uma overdose de insulina é fatal de qualquer forma! Contudo, considerando que o Léo sofre de IHF, uma alta dose de frutose teria um efeito similar. Os açúcares do Léo, que já estavam baixos depois do teste de tolerância, estariam ainda mais reduzidos, levando ao coma e morte se muita frutose foi injetada. O glucagon normalmente aumenta os níveis de glucose, mas não no caso do Léo, porque a frutose 1-fosfato inibe a mesma enzima que o glucagon ativa. A aldolase também teria pouco efeito e glucose salvaria a vida do Léo se ele estivesse em uma crise induzida por frutose.

52

CQ#12: A Dra. Polycarpo reporta seus resultados à polícia, dizendo que eles devem procurar por uma pessoa com:

A. Deficiência de piruvato cinaseB. Diabetes tipo IC. Deficiência de fosfofrutocinaseD. Doença do estoque de glicogênioE. Deficiência de hexocinase.

53

• A resposta correta é: E• Racional: TA amostra de sanguem tem níveis anormais de todos os

intermediários da glicólise, incluindo a glucose 6-fosfato. Também tinha níveis de glucose normais.

54

A Dra. Polycarpo resolveu o problema?

Mais tarde naquela semana, você está lendo o jornal e lê que a polícia prendeu o indivíduo que assassinou o Léo. Parece que o indivíduo tinha alguns problemas de ordem financeira com Leão, que o Léo havia detectado. O assassino também era paciente da clínica e escutou a enfermeira falando sobre o caso do Léo. Ele conhecia o teste….

55