4- Glucosilación no enzimática de proteínas

La glucosilación no enzimática de proteínas denominada reacción de Maillard y más recientemente llamada glicación ha sido estudiada sistemáticamente desde principios del siglo pasado [Maillard 1912] a partir de su aplicación en la industria alimentaria en el mejoramiento del aspecto y del sabor de los alimentos. Estos alimentos modificados se ingieren diariamente con la dieta y se sabe actualmente que algunos de ellos pueden ser nocivos para el organismo.

Por más de 50 años, el avance en el estudio químico de esta reacción estuvo directamente vinculado con la ciencia y la tecnología alimentarias. Su relevancia fisiológica se puso de manifiesto a partir del descubrimiento de moléculas de hemoglobina glucosiladas en la sangre de individuos sanos y del aumento en su proporción en personas que padecen diabetes [Koenig et al.,1976].

En personas diabéticas descompensadas, la concentración de glucosa en la sangre se encuentra sustancialmente aumentada. Además, la falta de insulina o de sensibilidad de los receptores celulares para esta hormona hace que las células musculares y del tejido adiposo, que normalmente son los principales consumidores de glucosa, no pueden utilizar este azúcar.
Por el contrario, el resto de las células del organismo que no necesitan de insulina para que la glucosa ingrese al interior celular, se encuentran con una elevada concentración de glucosa intracelular. Esta situación favorece la glucosilación de un gran número de proteínas intra y extra celulares [Brownlee, 1995].
Las proteínas de vida media corta (proteínas plasmáticas) y las presentes en las células que son rápidamente remplazadas (glóbulos rojos) alcanzan a formar bases de Schiff o productos Amadori. Se ha encontrado que estos compuestos están asociados al desarrollo de patologías vasculares y renales [Cohen et al., 1995;1996] y al anormal funcionamiento del mecanismo de transporte del calcio [González Flecha et al.,1990; 1993].

Lugardo Díaz Sandraa, Pérez Gutiérrez RM, Gallardo Navarro Y T. AISLAMIENTO, IDENTIFICACION Y EFECTO ANTI-GLICACION, DE LAS FRACCIONES OBTENIDAS DEL EXTRACTO HIDRO-ALCOHOLICO DE LA SEMILLA DE Bixa orellana. XII CONGRESO NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGIA DE ALIMENTOS. Jueves 27 y Viernes 28 de Mayo de 2010. Guanajuato, Gto.

3- Reação de Maillard

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A Reação de Maillard (RM) correpohnde a uma série de reações de escurecimento não enzimático primeiramente relatada por Louis Camille Maillard em 1912. A reação de Maillard ocorre também em organismos vivos, sendo, neste caso denominada "glicação" (Finot, 2005).

Carboidratos aldeídicos ou cetônicos, a exemplo da glicose e frutose, reagem não-enzimaticamente com grupos amínicos livres encontrados em proteínas, para formarem aldiminas e cetiminas, conhecidas como bases de Schiff ou compostos de Maillard. Essas bases são os primeiros compostos a serem formados na reação de glicação e são instáveis. Estes complexos de Maillard sofrem modificações para ceto-aminas secundárias, conhecidas como arranjos moleculares de Amadori, que os tornam mais estáveis, porém quimicamente reversíveis.

Aderson de F. Dias. A Reação de Maillard nos Alimentos e Medicamentos, 2009

A reação de Maillard causa o maior impacto sobre as propriedades sensoriais e nutricionais. Esta reação ocorre não apenas em alimentos durante o processamento, mas também em sistemas biológicos.

A reação de Maillard conhecida por provocar o escurecimento não enzimático, em virtude dos produtos finais, ou seja, as melanoidinas serem de cor marrom.

Dentro desta nomenclatura de escurecimento não enzimático, ainda temos a caramelização (na ausência de grupos amino), as interações entre quinonas com aminas e aminoácidos, os lipídios oxidados e proteínas, os derivados de açúcares e ácido ascórbico oxidado com aminoácidos e proteínas.

Já o escurecimento enzimático, por exemplo, a oxidação de polifenóis a quinonas, na ausência de proteínas, ocorre por meio de enzimas.

Nos alimentos temos alguns açúcares que reagem com os grupos aminas de aminoácidos e proteínas, por ex.: A ribose em carnes; a lactose nos laticínios, a maltose nos cereais. Quando se trata de sacarose deve ser observado que esta se hidrolisa facilmente a glicose e frutose.

Assim, entre os carboidratos mais reativos temos, em ordem decrescente na seguinte ordem:

Triose>tetrose>pentose>hexose>dissacarídeos

derivados a-dicaronil>Aldose>cetose>áçucares redutores>oxalácidos

A protonação do grupo carbonil aumenta sua reatividade com agentes nucleofílicos, enquanto a do grupo amina diminui a reatividade. Por outro lado os amonoácidos mais reativos são a lisina, arginina, triptofano e histidina( pro apresentarem um grupo amina livre em suas cadeias laterais) ou grupamentos amina de nucleobases (Nass et al., 2007).

Máxima atividade em pH pouco ácido com aminas. Em temperaturas acima de 40°C, atividade de água na faixa de 0,3 a 0,7, pH na faixa de 6 a 8 (preferencialmente alcalino), umidade relativa de 30 a 70%, presença de cátions metálicos como Cu2+, Fe3+ que podem catalisar a reação, e da composição química do alimento (Morales & Van Boekel, 1997).

Máxima em pH pouco alcalino com aminoácidos.

O grupo amino que se liga a estas carbonilas é o epslon -e- amino grupo da lisina, o grupo guanidil da arginina e o tiol da cisteína.

Assim o grupo amino não protonado ao carbono eletrônico liga-se a amina formando glicosilamina ou carbonilamina - ocorre desidratação da imina - Produto de Amadori

As iminas também são hidrolisadas a glicoaldeído que é oxidada a glioxal.

Os aminoácidos que tem enxofre e grupos aromáticos são transformados em diferentes compostos heterocíclicos.

Aldeído - cetosamina - Produtos de Amadori

Cetonas - aldosaminas - Produtos de Heyns

Desta forma Pirrois, Pirazinas (formadas pelos dimerização de cetosaminas)

Cisteína da derivados de tiol responsável pelo aroma de carnes assadas e cozidas.

Degradação de Strecker degradação de açúcares com aminoácidos - a- dicarbonila, quebra de aminoácidos a aldeídos, amônia e CO2.

A reação de Maillard é uma complexa série de reações entre os açúcares redutores e amino grupos de proteínas que levam ao escurecimento, fluorescência e cross-linking de proteína, denominados produtos finais da glicação avançada, formados durante os estágios posteriores da reação de Maillard, se acumulam nos tecidos de vida longa das proteínas, como tecidos colágenos e cristalinos, e podem contribuir para o desenvolvimento de complicações em idosos, diabetes, aterosclerose.

A RM também pode ocorrer in vivo pela via do estresse carbonílico, na qual a oxidação de lipídeos ou de açúcares gera compostos dicarbonílicos intermediários altamente reativos. A glicólise e a autoxidação de glicose, por exemplo, produzem metilglioxal e glioxal, os quais interagem com amonoácidos para formar produtos finais desta reação. Estes compostos dicabonílicos chegam a ser 20 mil vezes mais reativos do que a glicose e estão presentes tanto in vivo quanto nos alimentos (Meade et al, 2003; Huebschmann et al, 2006; Charissou et al., 2007b; Barbosa, Lima e Seara, 2008).

2- Glicotoxinas

Os tóxicos do cigarro produzem na cadeia metabólica produtos terminais chamados glicotoxinas que, ao reagir por ligação cruzada com as proteínas, provocam efeitos mutagênicos no DNA (ácido desoxirribonucléico) que induzem ao câncer e às neoplasias em geral.
As glicotoxinas também contribuem para o envelhecimento precoce, catarata, arteriosclerose, insuficiência renal, retinopatias e diabetes. Portanto, sendo indutor do efeito mutagênico e promotor de multiplicação de células, o fumo é considerado um cancerígeno completo.


UN ENFOQUE PENDIENTE PARA LA SALUD PÚBLICA EN MÉXICO: PRODUCTOS TÓXICOS DE LA GLICACIÓN DE PROTEÍNAS EN LOS ALIMENTOS

Ma. Teresa Sumaya-Martínez, Eduviges del Pilar Padilla Mendoza, José Guadalupe Sampedro Pérez

Área Académica de Nutrición, Instituto de Ciencias de la Salud

Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo.

E-mail: teresumaya@hotmail.com

Introducción

De acuerdo al Programa Especial de Ciencia y Tecnología (PECYT) 2001-2006 del CONACYT, la Biotecnología es una de las cinco áreas estratégicas de investigación en nuestro país, dentro de ésta la detección y la prevención de enfermedades es una de las prioridades para el desarrollo de México en el sector salud (1).

En ciertas enfermedades como en la diabetes mellitus tipo 2 y algunos tipos de cáncer la prevención suele requerir un menor gasto social que el tratamiento (2). Recientemente, en Estados Unidos y en países europeos, el consumo de alimentos elaborados a altas temperaturas se ha considerado como un importante factor de riesgo en la incidencia de éstas enfermedades. El empleo de altas temperaturas durante la cocción de alimentos se ha asociado científicamente a la formación de diversos compuestos nocivos, en este articulo se denominarán como glicotoxinas a todos los productos intermedios y finales de la glicación de proteínas con efecto tóxico. Algunos de éstos compuestos como la carboximetil-lisina y la pentosidina se han relacionado con el aumento de las complicaciones secundarias a la diabetes y otros como la acrilamida pueden presentar actividad neurotóxica y cancerígena (3,4).

Siendo esto un hallazgo reciente, en México no existe aún una legislación que regule la concentración de estas moléculas en alimentos procesados. Además entre los profesionales de la salud no se maneja la suficiente información sobre este fenómeno, por lo cual no han considerado las temperaturas de cocción de alimentos como un factor de riesgo en la incidencia de ciertos tipos de cáncer o en el rápido deterioro de las personas con diabetes.
Productos de la Glicación de Proteínas (PGP) en alimentos
La glicación de proteínas o Reacción de Maillard en los alimentos se inicia con la reacción de los grupos amino de proteínas, péptidos o aminoácidos libres con los grupos carbonilo de azúcares reductores (glucosa, fructosa, etc.). Esta reacción es acelerada por la temperatura de cocción y esta influenciada por varios factores tales como el pH, el tiempo de cocción, la presión, etc.; además, puede promoverse significativamente por la presencia de metales de transición como el cobre y el hierro (5, 6). Por lo tanto la variación de cualquiera de estos factores altera la velocidad y los productos finales de la reacción de glicación.
Debido a su complejidad una gran parte de los artículos científicos publicados sobre la Reacción de Maillard reportan resultados del análisis realizado en sistemas modelo, donde se hace reaccionar un aminoácido con un azúcar reductor y se controlan las condiciones del medio de reacción. En cambio, en sistemas alimentarios las variables de reacción aumentan y tanto su estudio como la determinación de los productos de la glicación adquieren mayor dificultad.
Durante la cocción de alimentos la glicación de proteínas genera PGP (algunos de ellos volátiles y otros de alto peso molecular como las melanoidinas) que les confieren características sensoriales, es así como el color y sabor característicos de la carne asada deseables para la aceptación por parte del consumidor son productos de ésta reacción. Sin embargo, simultáneamente pueden formarse PGP de naturaleza tóxica (llamados glicotoxinas) cuando los alimentos se someten a altas temperaturas de cocción como en el freído, el rostizado, el asado y el horneado. Dado que en México es frecuente el uso de aceites vegetales y mantecas animales para el freído de los alimentos las concentraciones de glicotoxinas en alimentos pudiera ser muy alta; además el uso de aceites y mantecas recalentados puede aumentar la producción de compuestos cancerígenos debido a la oxidación de las grasas (7).
Es así como las reacciones químicas que convierten a las papas fritas, las galletas crujientes y la carne rostizada en alimentos atractivos a la vista y al paladar son también responsables de la formación de compuestos tóxicos.

Por otra parte, estudios recientes han verificado un aspecto benéfico menos conocido de esta reacción: la formación de PGP con actividad antioxidante cuando se utilizan pH’s neutros de reacción y temperaturas moderadas de cocción (<95°C), dichos compuestos no presentan citotoxicidad en células durante pruebas in vitro (8).

PGP en alimentos y enfermedades crónicas degenerativas

En el organismo la glicación de proteínas se lleva a cabo en forma endógena produciendo una gama heterogénea de compuestos llamados AGEs (Advanced Glycoxidation End-Products). Los AGEs se forman por la glicación no enzimática de proteínas, lípidos y ácidos nucleicos (9). En los últimos años, los AGEs han sido asociados con la prevalencia de complicaciones ligadas a la diabetes, con el cáncer, ateroesclerosis y con la manifestación de enfermedades neurodegenerativas tales como el Alzheimer (10, 11, 12, 13). Los efectos patológicos de los AGEs están relacionados con su capacidad de formar enlaces covalentes de entrecruzamiento con las proteínas del torrente sanguíneo y de tejidos, con lo cual modifica la función biológica de éstas.

Otro fenómeno importante que ocurre durante la glicación de proteínas es la formación de radicales libres de oxígeno altamente reactivos que promueven el estrés oxidativo, y que activan la respuesta inflamatoria celular e inician la respuesta del sistema inmune (14, 15).

Recientemente se ha puesto en evidencia que algunos AGEs son de la misma naturaleza química que algunas glicotoxinas formadas durante la cocción de los alimentos (tales como la carboximetil-lisina y la pentosidina), del consumo total de éstos compuestos un 10% es absorbido por el organismo lo que aumenta significativamente los niveles de AGEs en la sangre y en los tejidos (16,17). Además, se ha reportado que las proteínas glicadas pueden quelar y activar iones metálicos como el cobre y el hierro, los cuales conservan su actividad oxidativa–reductora y continuaran promoviendo la glicación de proteínas (18,19). Por lo cual el consumo excesivo de alimentos fortificados con hierro y cobre por personas con enfermedades crónicas degenerativas podría promover la prevalencia de complicaciones.

Por otra parte, algunos PGP como las aminas heterocíclica (producidas durante el freído o rostizado de carne ó pescado por la reacción entre aminoácidos, azúcares y creatinina), han mostrado un efecto cancerígeno en estomago y colon (20). La acrilamida es un PGP neurotóxico que se forma durante la cocción de alimentos ricos en almidones y en el aminoácido asparagina, tales como las papas, cereales y algunos granos. Cuando estos alimentos se calientan a temperaturas superiores a 120°C, por ejemplo durante la preparación de papas fritas u horneadas, se induce la formación de la acrilamida como un producto de la reacción de Maillard entre la glucosa y la asparagina. La cantidad de acrilamida formada dependerá principalmente del tiempo y la temperatura aplicada, alcanzando su máximo a 170°C (21, 22). Entre los alimentos de mayor riesgo por su elevado contenido en acrilamida están las papas fritas (1312 mg/Kg), las hojuelas de cereal (298 mg/Kg), las palomitas (218 mg/Kg), el chocolate en polvo (75 mg/Kg), el café en polvo (200 mg/Kg), entre muchos otros; de acuerdo a los alimentos de mayor consumo en los Estados Unidos se calcula que mas del 40% contienen acrilamida. Con base en la cantidad consumida de acrilamida por kilogramo de peso, la población más expuesta al consumo de altas dosis por la dieta son los niños (23).

PGP y complicaciones asociadas con la diabetes

En México la mortalidad debida a alguna complicación secundaria a la diabetes mellitus aumenta constantemente y ya para el año 2001 se situó en la primera causa de muerte. Así mismo, la diabetes genera un gran impacto económico al sector salud de nuestro país, donde el costo directo de su atención en el año 2005 se estima superior a los 317 mil millones de dólares (2). Es así como uno de los principales desafíos de los programas de salud en México es la atención al paciente con diabetes.

La diabetes es una enfermedad manifestada con hiperglicemias que implican la presencia de concentraciones anormalmente altas de glucosa en sangre. Así, en el manejo nutricional de la persona con diabetes tipo 2 el control de las concentraciones séricas de glucosa es la parte angular en el tratamiento de esta enfermedad y la dieta se centra en las restricciones de ingesta de azúcares simples y el control de carbohidratos. En cambio, el tipo de procesamiento y método de cocción de los alimentos no se ha considerado entre las recomendaciones dietéticas de la persona con diabetes. Es así como la ingesta de caldos y otros alimentos asados, rostizadas ó fritos se lleva cabo indistintamente sin considerar que el consumo de glicotoxinas alimentarias puede ser un factor de riesgo para el aumento de las complicaciones ligadas a la diabetes.

En las personas con diabetes la hiperglicemia provoca altos niveles de productos de la glicación de proteínas como la pentosidina y la carboximetil-lisina, los cuales en diversos estudios han mostrado promover las complicaciones ligadas a la diabetes tales como neuropatías, retinopatías, insuficiencia renal, problemas vasculares, etc. El principal daño por los AGEs en pacientes con diabetes ocurre en tejidos y órganos ricos en colágena donde la entrada de glucosa no esta regulada por insulina, tales como el riñón, la retina y el endotelio vascular (24,25,26).

Como se menciono anteriormente, los productos de la glicación pueden ser introducidos al organismo a través de la dieta en forma de glicotoxinas excediendo en ocasiones a la cantidad de AGEs producidos por la hiperglicemia misma (27). Estudios clínicos con pacientes con diabetes han mostrado que la ingesta de dietas bajas en glicotoxinas puede reducir los niveles circulantes de AGEs y con ello la manifestación de complicaciones diabéticas (28).

Además, en los hábitos alimentarios de la persona con diabetes es común que la ingesta de azúcares simples sea sustituida por carnes, quesos, aderezos, etc., los cuales son alimentos que contienen una elevada concentración de glicotoxinas en forma de carboximetil-lisina (CML). Recientemente se reportó la concentración de CML en mas de 200 alimentos de consumo cotidiano en Estados Unidos y se verificó que la cocción de carne de res en caldo (100°C, 1hr) produce 3 veces menos de CML que la carne frita (225°C, 15 min) (2). Por lo tanto, el cambio de las técnicas de cocción de alimentos de las persona con diabetes podría disminuir el consumo de glicotoxinas alimentarias.

Conclusiones

En México existe un alto consumo de alimentos preparados a altas temperaturas (fritos, asados ó rostizados) por lo que resulta de gran importancia el estudio del contenido de glicotoxinas en estos alimentos y proponer alternativas biotecnológicas para reducir la formación de las mismas. Además, es imperativo integrar en los esquemas actuales de atención de la diabetes mellitus tipo 2 el control del consumo de glicotoxinas alimentarias.

Resumen

Actualmente se sabe que los alimentos fritos, asados u horneados contienen una gran cantidad de glicotoxinas, éstas son producidas generalmente durante la cocción a altas temperaturas. En humanos y en modelos animales se ha demostrado que la ingesta de glicotoxinas alimentarias está asociada con la prevalencia de complicaciones secundarias a la diabetes y con la incidencia de algunos tipos de cáncer. Siendo un hallazgo reciente la presencia de glicotoxinas en alimentos, aún no se ha difundido la información suficiente entre los profesionales de la salud. En México, entre las directrices para la prevención y atención de la diabetes mellitus tipo 2 no se encuentra el control del consumo de glicotoxinas alimentarias. Aún más, la concentración de glicotoxinas en alimentos procesados a nivel industrial aún no esta legislada.

Palabras clave: Glicotoxinas, Acrilamida, Carboximetil-lisina, Cáncer, Diabetes

Abstract

Currently it is known that fried, roasted or beaked foods contain high concentrations of toxic carbohydrates derivatives called glycotoxins. These toxic compounds are largely formed at elevated temperatures during cooking. In humans and animal models the intake of dietary glycotoxins has been related to secondary complications in diabetes and also to an increase in the incidence of some classes of cancer. The presence of glycotoxins in foods is a recent finding and therefore, information of their negative effects in humans is scarce between nutritional and health professionals. In Mexico, the management in the intake of dietary glycotoxins is not considered by the guidelines for prevention and attention for diabetes mellitus type 2. Furthermore, a regulation on the concentration of glycotoxins presented in industrially processed foods is far to be considered.

Keywords: Glycotoxins, Acrylamide, Carboxymethyl-lysine, Cancer, Diabetes

Referencias

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30. Declaración de Acapulco, Op.cit.

http://www.respyn.uanl.mx/vii/3/ensayos/productosdelaglicacion.htm

1. Conceito e Formação de AGEs

AGEs são um grupo de moléculas formadas no corpo e nos alimentos durante a preparação, por aquecimento. Já foi comprovado que os AGEs ingeridos, aumentam significativamente a inflamação e estresse oxidativo. Os AGEs são formados através de reações não enzimáticas, a partir de interações aminocarbonílicas, entre açúcares redutores, seus produtos de oxidação, ou lipídeos oxidados, e proteínas, aminofosfolipídeos ou ácidos nucléicos.
AGEs são originados de intermediários dicarbonílicos, potentes agentes de glicação, dentre os quais, destacam-se:

• o glioxal, 
• o metilglioxal e 
• o 3DG (3-deoxiglicosona), por sua alta reatividade (MONNIER, 2003; HUEBSCHMANN et al., 2006; THORNALLEY, 2008). 

Compostos Dicarbonilas como glioxal e metilglioxal são reativos intermediários dicarbonila da reação não-enzimática de escurecimento e de ligação cruzada de proteínas durante a reação de Maillard.
Particularmente o metilglioxal, presente em todas as células, é considerado como o mais reativo, sendo formado, principalmente, pela β-eliminação não-enzimática do grupo fosfato das trioses fosfato, derivadas da glicólise.

Glioxal (GO),um metilglioxal (MG), e deoxiglucosonas (3DG) pertencem a uma série de dicarbonílicos, identificados como intermediários na reação de Maillard.
GO é formado em auto-oxidação da glicose em condições fisiológicas e também como um produto da peroxidação lipídica.
MG é formado pela decomposição não enzimática espontânea da triose fosfato de intermediários da glicólise e por reações catalisadas açúcar fragmentação-amina. É também um produto do metabolismo de acetona e treonina.
Ambos GO e MG são descontaminados por Glioxalase -dependente via-glutationa, produzindo ácido Hydroxyacetic e D-lactato, respectivamente.
MG também pode ser neutralizado pela enzima aldose redutase dependente, NADPH, gerando 1,2-propanodiol.
A concentração de MG é elevada no sangue de pacientes diabéticos in vivo, e os metabolitos do MG desintoxicação, acetol e 1,2-propanodiol, também aumentou no sangue durante a cetoacidose diabética.

Os produtos finais da glicação e oxidação não enzimática de proteínas e lipídeos (AGEs - advanced glycation end products), e a interação com seus receptores (RAGEs - receptor for advanced glycation end products- imunoglobulinas presentes na superfície de algumas células como fibroblastos, macrófagos, células do endotélio vascular e do tecido periodontal), são considerados um dos grandes responsáveis pelas complicações crônicas (por ex. nefropatia, retinopatia, neuropatia) em pacientes diabéticos e de outras doenças crônicas.

A formação de produtos finais de glicação avançada (AGEs) ocorre por duas vias distintas:

• a reação de Maillard glicação / 
• e a via oxidativa. 

A reação não enzimática de carboidratos com cadeias laterais de lisina e grupos amino terminal N de macromoléculas (aminoácidos, proteínas, fosfolipídios e ácidos nucleicos) é chamada de reação de Maillard ou glicação. O produto final desse processo, denominado produtos de glicação avançada (AGEs), afeta adversamente as propriedades funcionais de proteínas, lipídios e DNA.
Em proteínas teciduais vida longa, essas modificações químicas acumulam com a idade e pode contribuir para a fisiopatologia do envelhecimento e complicações a longo prazo do diabetes, aterosclerose e insuficiência renal.
Os estudos prospectivos a longo prazo são planejados para determinar se essa intervenção pode afetar os resultados da diabetes em pacientes com nefropatia diabética. Helen Vlassara.

Os grupos carbonila podem ser introduzidos em proteínas via reação com aldeídos derivados da peroxidação lipídica (MDA) ou gerados a partir da reação de redução de açúcar (glicose) ou produtos de sua oxidação com resíduos de lisina (reações de glicação e de glicoxidação formando carboximetil-lisina) (VASCONCELOS et al., 2007, ELLIS 2007).

Os AGEs podem ser classificados de acordo com sua origem. Takeuchi et al., 2004, reconheceram seis classes distintas de AGEs:

• os derivados de glicose (AGE-1), 
• os derivados de outros carboidratos, como os de gliceraldeído (AGE-2), 
• os de a-dicarbonila, como os glicoaldeídos (AGE-3), 
• metilglioxal (AGE-4), 
• glioxal (AGE-5), 
• 3-deoxiglicosona (AGE-6).

Os agentes de glicação são: glioxal, metilglioxal e 3-deoxiglicosona são formados, também, na glicação de proteínas por glicose.

O metilglioxal, presente em todas as células é considerado como o agente da glicação mais reativo. É formado também pela fragmentação de trioses fosfato e pelo catabolismo da acetona e de treonina.

O glioxal é também formado na peroxidação de lipídios.

A 3-deoxiglicosona pode ser formada a partir de glicose-3-fosfato.

Em alguns casos, a glicação está envolvida não somente com a glicose, mas também com compostos formados pela glicação por outros compostos já formados por glicoxidação. Por exemplo, a glicose pela via oxidativa pode gerar pentosidina e N- e- carboximetilisina; enquanto pela via não oxidativa pode gerar pirralina. http://www.belsan.org/glycation.htm

Efeitos de produtos finais da glicação avançada (AGEs).

AGEs desempenham um papel fundamental no desenvolvimento de doenças crônicas relacionadas com a idade, como diabetes, insuficiência renal, aterosclerose e doença de Alzheimer. Em particular AGEs estão envolvidos no desenvolvimento de complicações cardiovasculares, de diabetes e insuficiência renal. Os produtos finais de glicação avançada (AGEs) são um grupo heterogêneo de moléculas, produzidas por glicação e oxidação in vivo. A glicação é a principal causa espontânea de dano a proteínas celulares e extracelulares em sistemas fisiológicos, acometendo cerca de 0,1 a 0,2% de resíduos de arginina e de lisina (Thornalley, 2002; Thornalley et al., 2003).

O conhecimento das alterações bromatológicas no alimento submetido a um processamento é imprescindível para a correta suplementação das exigências nutricionais, além de participar na escolha do tipo de processamento. Embora ocorram naturalmente nos alimentos, compostos potencialmente tóxicos ao organismo podem ser gerados no processamento, especialmente quando submetidos à alta temperatura.

Dentre as reações que ocorrem, as que mais contribuem para a formação dos tóxicos são a oxidação lipídica, as reações de escurecimento não enzimático, e aquelas decorrentes dos processos de defumação e cura de produtos cárneos. Com base no exposto, faz-se necessário conhecer os tipos de compostos gerados no processamento de alimentos, e a que nível estes podem afetar a saúde humana. Também é fato a considerar o conhecimento das técnicas de processamento mais apropriadas, além da importância de estabelecer critérios para o uso indiscriminado destes produtos.

O objetivo principal do processamento é evitar as alterações provocadas pelas enzimas próprias dos produtos naturais ou por microrganismos que, além de causarem o apodrecimento dos alimentos, podem produzir toxinas que afectam a saúde aos consumidores. Contudo, é bem conhecido que o preparo dos alimentos a temperaturas elevadas (acima de 120°C) produzem glicotoxinas conhecidas como produtos finais de glicação avançada (AGEs, do inglês "Advanced Glycation End Products")( Thornalley, 2005; Uribarri et al., 2001).

A produção destas glicotoxinas (exógenas) é dependente da temperatura, do tempo de preparo dos alimentos, do método de preparo e da composição dos alimentos (Thornalley, 2005; Uribarri et al., 2005). As reações que produzem as glicotoxinas exógenas e endógenas são conhecidas como reações de Maillard (Thornalley, 2005; Uribarri et al., 2005). Vlassara e seus colaboradores descobriram que as altas temperaturas alcançadas pelas frituras desencadeiam um processo químico baseado na rápida interação entre gorduras, proteínas e açúcares, que produz compostos perigosos para a saúde (chamados AGEs). Quanto mais alta a quantidade de açúcares ingerida na dieta, mais alta é a produção desses compostos.

O tratamento térmico, assim como a luz ou exposição ao oxigênio podem afetar negativamente a qualidade do produto, segurança e valor nutricional, por meio de dano oxidativo de lipídios e proteínas dos alimentos. Vários são os marcadores químicos comumente utilizados para avaliar estas modificações.

AGE presente em alimentos persistem ao processo digestivo e são transportados, como partículas de peso molecular menor para dentro da corrente sangüínea, com pequenos peptídeos e aminoácidos presentes na digestão, diretamente proporcional à quantidade ingerida. Embora não mais que 10% de AGEs ingeridos são contidos no espaço intravascular, uma porção adicional provavelmente é distribuída ao espaço extravascular junto com os AGEs formados endogenamente. Consistente com afirmações prévias, entretanto, 70% dos AGEs ingeridos escapam da absorção, provavelmente devido à documentada resistência de ligações cruzadas de AGE à hidrólise ácida ou enzimática no trato digestivo. As glicotoxinas ingeridas diariamente são retidas em vários tecidos ao longo do tempo.

Animais alimentado com dietas modificadas, com AGEs, por 12 meses, apresentaram aumento do rim e do fígado e pigmentação cumulativa nestes órgãos, resultando em lesões aceleradas, renal e vascular, típicas do diabetes(Koschinsky et al., 1997).

Somente 1/3 dos AGEs absorvidos que aparecem no soro foi detectado, 48h depois, na urina; os outros 2/3 permanecem indeterminado. Embora uma porção pode, possivelmente, ser excretado lentamente.

Absorção dos AGEs: Koschinsky T, He C, Mitsuhashi T, Bucala R, Liu C, Buenting C, et al. Orally absorbed reactive glycation products (glicotoxins): an environmental risk factor in diabetic nephropathy. Proc Natl Acad Sci U S A. 1997; 94(12):6476-9.

Depois da ingestão de um alimento assado, grelhado ou frito, uma parte dos AGEs é eliminada pelos rins e outra fica circulando no sangue. Como são estruturas muito instáveis, essas toxinas favorecem a formação de radicais livres e, em conseqüência, danificam vários órgãos e tecidos do organismo, especialmente as artérias. Ao analisar cerca de 200 homens e mulheres, os pesquisadores observaram que, entre as pessoas com 45 anos ou mais, a concentração de AGEs no sangue era, em média, 35% maior do que entre os mais jovens. Ou seja, com o passar do tempo, o organismo acumula ainda mais essas toxinas. O que fazer? Por enquanto, a única maneira de reduzir a quantidade de AGEs na alimentação é optar por prepará-la cozida, fervida ou no vapor, preferencialmente em temperaturas abaixo de 120ºC.

Diabete/ AGEs /doença periodontal

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ALVES, Crésio; Andión, Juliana e Brandão, Márcia e Menezes, Rafaela. Mecanismos patogênicos da Doença periodontal Associada diabetes melito AO. Arq Bras Endocrinol Metab [online]. 2007, vol.51, n.7, pp. 1050-1057. ISSN 0004-2730.

Os produtos finais da glicação e oxidação não enzimática de proteínas e lipídeos (AGEs - advanced glycation end products) e a interação com seus receptores (RAGEs - receptor for advanced glycation end products), imunoglobulinas presentes na superfície de algumas células com fibroblastos, macrófagos, células do endotélio vascular e do tecido periodontal, são considerados um dos grandes responsáveis pelas complicações crônicas (por ex. nefropatia, retinopatia, neuropatia) em pacientes diabéticos.

Carboidratos aldeídicos ou cetônicos, a exemplo da glicose e frutose, reagem não-enzimaticamente com grupos amínicos livres encontrados em proteínas, para formarem aldiminas e cetiminas, conhecidas como bases de Schiff ou compostos de Maillard. Essas bases são os primeiros compostos a serem formados na reação de glicação e são instáveis. No entanto, períodos longos de glicemia elevada e, sobretudo, se as proteínas utilizadas na glicação pertencerem a estruturas de longa duração (por ex. colágeno, cristalino, mielina, elastina, mioglobina, hemoglobina, lipoproteínas de baixa densidade) fazem com que os complexos de Maillard sofram modificações para ceto-aminas secundárias, conhecidas como arranjos moleculares de Amadori, que os tornam mais estáveis, porém quimicamente reversíveis. As condições que originam esses complexos, quando mantidas, permitem o acúmulo dos AGEs, que por serem moléculas estáveis não se degradam mesmo quando os níveis de glicemia retornam à normalidade. Pele, rins, artérias, capilares e proteínas do sangue são os principais locais de depósito dos AGEs.

A formação dos AGEs está relacionada ao tempo em que o organismo ficou exposto à hiperglicemia. Portanto, quanto maior a duração do diabetes e pior o controle glicêmico, maior será a quantidade desses produtos circulando e acumulados nos tecidos periodontais. O controle da glicemia provavelmente é uma das poucas, se não a única, maneira de reduzir a formação dos AGEs.

A associação dos AGEs com seus receptores (RAGEs) estimula a produção excessiva, por macrófagos, de mediadores inflamatórios como a interleucina 1 e 6, fator de crescimento I, fator de necrose tumoral alfa, prostaglandina e fator estimulador de colônias dos granulócitos. Essas substâncias estimulam a transformação do colágeno em compostos menos solúveis, mais resistentes à ação de enzimas e menos flexíveis, o que contribui para a dificuldade de cicatrização encontrada em pacientes diabéticos. Elas também ativam osteoclastos e colagenases, conduzindo à destruição do osso e tecido conjuntivo, aumentando a progressão e severidade da doença periodontal.

Simultaneamente, a infecção periodontal, condicionada por células fagocitárias com monócitos, pode induzir a um estado crônico de resistência à insulina, contribuindo para o ciclo de hiperglicemia. O acúmulo dos AGEs aumenta a trilha clássica da destruição tecidual, resultando em doença periodontal mais grave e em maior dificuldade de controlar a glicemia do diabético.

O retardo na ocorrência dessas complicações pode ser alcançado com a diminuição da formação e acúmulo desses produtos através do melhor controle glicêmico. Além disso, muitas pesquisas estão sendo realizadas para encontrar um medicamento que seja capaz de inibir a formação e os efeitos dos AGEs nos tecidos. A aminoguanidina demonstrou eficácia na inibição do entrecruzamento ocasionado pelos AGEs e as proteínas do plasma e colágeno, retardando a evolução de lesões microvasculares encontradas na retina e glomérulos de animais diabéticos.

Em diabéticos, a atividade dos neutrófilos polimorfonucleares está modificada devido à diminuição da quimiotaxia, aderência, fagocitose e destruição intracelular, o que diminui a capacidade imunológica e a resposta inflamatória desses pacientes. Estas alterações são causadas, em parte, pela hiperglicemia e acúmulo de AGEs, que provocam ativação contínua dos polimorfonucleares (resposta hiper-inflamatória) com ativação espontânea da cadeia oxidativa e liberação da mieloperoxidase, elastase e outros elementos dos grânulos neutrofílicos.

As características funcionais de diversas moléculas da matriz extracelular são alteradas pela ação dos AGEs. O colágeno foi a primeira proteína em que se observou a presença de ligações intermoleculares covalentes produzidas pelos AGEs. O menos sensível à degradação enzimática é o colágeno glicosilado. Isso dificulta uma cicatrização normal do tecido danificado, o qual é observado com colágeno tipo IV proveniente da membrana basal glomerular quando exposta à ação das metaloproteinases. A formação de AGEs no colágeno tipo IV na membrana basal dificulta a associação lateral dessas moléculas em uma estrutura tridimensional complexa que gera reticulação das fibras de forma anárquica, causando aumento da permeabilidade. No colágeno tipo I, a agregação molecular resultante induz certa distorção da estrutura molecular da fibrila.

O diabetes melito está relacionado a diversas alterações que podem predispor à doença periodontal. Dentre elas, destacam-se as alterações bioquímicas, como produção de AGES, hiperglicemia intracelular gerando distúrbios nas vias do poliol, alterações na saliva, distúrbios imunológicos, como redução da função dos neutrófilos e aumento da produção de citocinas e mediadores inflamatórios, alterações genéticas que aumentam a probabilidade de desenvolvimento da doença periodontal e lesões teciduais, como comprometimento do metabolismo do colágeno, aumento da permeabilidade vascular e espessamento da membrana basal capilar.

Os AGEs parecem ser um dos principais responsáveis pelas alterações que levam à doença periodontal, pois estão relacionados à diminuição da eficiência dos neutrófilos, aumento da destruição dos tecidos conjuntivo e ósseo, danos vasculares e produção exagerada de mediadores inflamatórios.

http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0004-27302007000700005

EFEITO DE PRODUTOS FINAIS DE GLICAÇÃO AVANÇADA SOBRE O ÍNDICE DE APOPTOSE DE ILHOTAS PANCREÁTICAS

EFEITO DE PRODUTOS FINAIS DE GLICAÇÃO AVANÇADA SOBRE O ÍNDICE DE APOPTOSE DE ILHOTAS PANCREÁTICAS MURÍDEAS

Costal FSL1; Coimbra CN1; Oliveira ER1; Passarelli M2; Correa-Giannella MLC1

1Disciplina de Endocrinologia e Metabologia Departamento de Clínica Médica da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo (FMUSP); 2Departamento

de Clínica Médica da FMUSP

8º congresso paulista de diabetes e metabolismo. Águas de Lindóia, 15 a 18 de maio 2008. Arquivos Brasileiros de Endocrinologia e Metabologia.

Introdução: A falha na produção de insulina pelas células-b do pâncreas é uma característica comum do diabetes melito (DM) tipo 1 e tipo 2. Várias evidências sugerem que a apoptose seja a principal forma de morte das células-β nestas desordens, devido às características inerentes ao seu fenótipo especializado, inclusive no DM 2, em que a glico e a lipotoxicidades podem induzir apoptose. Os produtos finais de glicação avançada (AGEs) que se formam a partir de proteínas cronicamente expostas à hiperglicemia interagem com o receptores scavenger tipos I e II (Scarb 1 e 2), CD36, e com seu receptor específico (AGER) e desencadeiam vias de sinalização que induzem estresse oxidativo, aumento de citocinas inflamatórias e aumento da transcrição do NF-κB, com conseqüentes danos celulares. Estudos em linhagens de células-β e em ilhotas pancreáticas demonstraram que os AGEs podem causar diminuição da biossíntese da insulina e estresse oxidativo capaz de desencadear apoptose, contudo, os efeitos dos AGEs sobre a viabilidade de ilhotas pancreáticas não foram extensivamente investigados.

Objetivos: Investigar a expressão de receptores de AGEs em ilhotas pancreáticas murídeas, bem como os efeitos dos AGEs no índice de apoptose de ilhotas mantidas cronicamente em concentrações suprafisiológicas de glicose.

Material e Métodos: Ilhotas extraídas de ratos Wistar mantidas em meio de cultura contendo 23 mM de glicose foram tratadas com 5 mg/L de uma das três preparações de AGEs (albumina glicada, glioxal ou metilglioxal) por 48, 72, 96 e 120 horas. Para a análise da apoptose celular, foi utilizado o método de detecção de fragmentação de DNA (kit cell death detection Elisaplus) e a expressão dos genes Scarb 1, CD36 e Ager foi avaliada por RT-PCR.

Resultados e conclusões: As ilhotas pancreáticas expressam RNA dos três receptores de AGEs analisados. Em 48 horas, os AGEs promoveram diminuição do índice de apoptose em relação às ilhotas não tratadas, enquanto após 72, 96 e 120 horas, os AGEs aumentaram o índice de apoptose em relação às ilhotas não tratadas. O aumento do índice de apoptose de ilhotas em cultura expostas aos AGEs por períodos prolongados está de acordo com os dados disponíveis na literatura para outros tipos celulares, entretanto, o achado de redução do índice de apoptose observado em ilhotas expostas aos AGEs por 48 horas foi inesperado. Sabe-se que a interação dos AGEs com o AGER ativa o NF-κB, um fator de transcrição crítico para a expressão de genes pró- e antiapoptóticos, dependendo do tempo de exposição, do tipo celular e da cronicidade do estímulo. Assim, como o evento final na célula reflete um balanço entre os fatores pró e antiapoptóticos, pode-se levantar a hipótese de que em menores tempos de exposição, os AGEs favoreçam um perfil antiapoptótico das ilhotas pancreáticas, mas que a cronicidade do estímulo favoreça um perfil pró-apoptótico, o que poderia contribuir para a perda de células-β em situações de hiperglicemia crônica.

AGEs e preparo dos alimentos

http://apps.einstein.br/revista/arquivos/PDF/1664-ECv8n2p96-7.pdf


Rosana Maria Cardoso, Miguel Ângelo de Góes Junior, Bento Fortunato Cardoso dos Santos.
A influência da forma de preparo dos alimentos no desenvolvimento de doenças crônicas. Educ Contin Saúde. 2010;8(2 Pt 2): 96-7.

MONTAGNER, 2010 Além disso, os grupos carbonila podem ser introduzidos em proteínas via reação com aldeídos derivados da peroxidação lipídica (MDA) ou gerados a partir da reação de redução de açúcar (glicose) ou produtos de sua oxidação com resíduos de lisina (reações de glicação e de glicoxidação formando carboximetil-lisina) (VASCONCELOS et al., 2007, ELLIS 2007).