Resumo Metabolismo do Heme

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Arlindo Ugulino Netto – BIOQUÍMICA II – MEDICINA P2 – 2008.1 
 
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FAMENE 
NETTO, Arlindo Ugulino. 
BIOQUÍMICA 
 
METABOLISMO DO HEME 
(Profª. Maria Auxiliadora) 
 
 As porfirinas são compostos cíclicos formados por 4 anéis pirrólicos caracterizados pela grande afinidade a íons 
metálicos (Fé++ � hemoglobina; Mg � clorofila). 
 Em outras palavras, as porfirinas são uma classe de moléculas orgânicas com uma 
estrutura geral de macrociclo tetrapirrólico (formado por quatro anéis pirrolo), ligados por 
ligações metínicas (-CH -), que possui no seu centro um espaço apropriado para acomodar 
um íon metálico. Este liga-se a quatro átomos de azoto presentes no centro. Os 
representantes mais comuns desta classe de compostos são o grupo hemo, que contém 
ferro, a clorofila, que contém magnésio, e os pigmentos biliares. 
As porfirinas são pigmentos de cor púrpura e de origem natural. A estrutura em anel 
da porfirina é a razão pela qual todos os derivados porfíricos absorvem luz a um comprimento 
de onda próximo dos 410 nm, dando-lhes a sua cor característica. A presença adicional de 
um íon metálico pode afetar esta propriedade devido ao fenômeno de transferência de carga 
dos átomos de azoto para o metal, que possui uma energia na gama da radiação visível. 
Os derivados metálicos da porfirina comportam-se frequentemente como compostos de coordenação, em que o 
íon metálico ligado aos azotos pode ter capacidade de ligar mais um ou dois grupos químicos no eixo perpendicular ao 
plano do anel da porfirina. 
Há porfirinas de origem natural que, no macrociclo, apresentam substituintes nas posições β-pirrólicas, e 
porfirinas sintéticas, onde os substituintes encontram-se nas posições meso do esqueleto porfirínico. 
 
GRUPO HEME 
O grupo heme (protoporfirina IX de ferro) encontra-se em proteínas 
(denominadas, por esta razão, proteínas hémicas) como a hemoglobina, a 
mioglobina, a catalase e os citocromos. 
Na hemoglobina, assim como na mioglobina, o ferro tem a função de 
ligar uma molécula de dioxigénio, possibilitando o seu transporte na corrente 
sanguínea para todo o organismo. 
Na catalase, o ferro tem uma função catalítica, aliada à sua capacidade 
de mudar o seu estado de oxidação; neste caso, o ferro catalisa a dismutação do 
peróxido de hidrogénio. 
Em proteínas como os citocromos, o grupo hemo serve de meio de 
transporte eletrónico entre proteínas, recebendo um ou dois eletrons de uma 
proteína e transferindo-os para outra. Proteínas contendo um ou mais grupos 
hemo têm uma coloração entre o cor-de-rosa e o vermelho. 
 
 
 
SÍNTESE DO GRUPO HEME 
 Inicialmente, a síntese do 
grupo heme tem ocorrência 
mitocondrial e é amplamente 
distruibuída em todo o organismo 
devido a sua importância. Porém, 
essa síntese ocorre 
majoritariamente em dois tecidos: o 
hepático e o hematopoético (células 
da medula óssea). 
 Essa síntese tem início 
quando o succinil CoA 
(intermediário do ciclo de Krebs) se 
condensa com a glicina, liberando 
a CoA, formando o composto ALA 
(ácido δ-amino levulínico), pela 
ação da enzima ala sintetase que 
requer a vitamina B6 para atuar. 
 
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 Duas moléculas de ALA se unem, já no citosol, e por desidratação, formam o porfobilinogênio, por meio da 
enzima ALA Desidrase (essa enzima é inibida pelo metal chumbo). O porfobilinogênio, já como um anel pirrólico, se une 
com mais 3 compostos iguais, por meio da ação da enzima uroporfirinogênio sintase, formam o uroporfirinogênio III, 
liberando 4 moléculas de amônia (NH4+) que serão transformadas em uréia no fígado. 
 
OBS1: Intoxicação por chumbo (Pb) inibe a ezima PBG-Sintetase (ALA-desidrase), causando quadros de anemia 
microcrômica. 
 
Através da enzima uroporfirinogênio III descarboxilase, o uroporfirinogênio III sofre uma descarboxilação, 
originando o coproporfirinogênio III. Este volta à mitocondria e é oxidado pela coproporfirinogênio oxidase, originando 
o protoporfirinogênio IX, que será oxidado (perdendo 6H+), para formar a protoporfirina IX. A protoprofirina recebe 
um íon Fe++ cedido pela ferroquelatase, formando, então grupo Heme. 
 
 
 
OBS2: A enzima reguladora da biossíntese do heme é a ALA sintetase: é modulada negativamente por altas 
concentrações celulares de heme (o heme se liga a uma proteína apo-repressora a, a nível de DNA, regula 
negativamente a transcrição da enzima 1). Baixos níveis de heme ativa a produção da ALA sintetase. 
OBS3: Defeitos da ferroquelatase ou carência do íon Fe++, causa a chamada anemia ferropriva. 
OBS4: Os compostos originados a partir da protoporfirina, incluindo a mesma, são compostos que apresentam 
pigmentação. Os compostos anteriores são incolores. 
 
 
PORFIRIAS 
 Constituem um grupo de patologias severas, sendo doenças metabólicas causadas por distúrbios de alguma das 
enzimas da biossíntese do grupo heme. Em geral, os defeitos são de origem genética e, por isso, são hereditários. Até 
então, não foram relatadas deficiências das enzimas ALA sintase e PBG Sintetase. 
 
TIPOS DE PORFIRIAS 
• Porfirias primárias : 
� Formas neurológicas e/ou psiquiátricas: o paciente relata dores intensas semelhante a “facas 
incandescentes” perfurando partes variadas do corpo e apresenta espasmos musculares decorrentes da 
ação tóxica dos substratos das enzimas acometidas sobre o sistema nervoso; a urina geralmente 
apresenta cor roxa ou púrpura. 
� Formas cutâneas associadas à fotossensibilidade cutânea 
• Porfirias secundárias ou adquiridas: defeito metabólico decorrente de uma inibição enzimática secundária à 
toxina ou droga. Ex: intoxicação por chumbo: inibição da porfobilinogênio sintase, resultando no aumento de ALA 
(ácido amino levulínico). 
 
OBS5: Deficiência na enzima coproporfirinogênio oxidase causa uma baixa concentração de heme, deixando a produção 
de ALA e dos demais intermediários aumentada, causando um acúmulo desses compostos. Clinicamente, o paciente 
apresenta anemia profunda (produção inadequada de heme), fraqueza muscular, dores intesas devido à neurotoxidade 
do acúmulo de ALA e porfobilinogênio. Apresentam também acúmulo de uroporfobilinogênio na própria pele, e quando 
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ocorre exposição a luz solar, esses porfirinogênios são oxidados a suas profirinas, que ao se acumularem, formam 
radicais livres de O2 na pele, que começam a causar ulcerações (fotossensibilidade). 
 
 
DEGRADAÇÃO DO HEME 
A hemoglobina (frequentemente abreviada como Hb) é uma metaloproteína que contém ferro presente nos 
glóbulos vermelhos (eritrócitos) e que permite o transporte de oxigênio pelo sistema circulatório. A hemoglobina é um 
tetrâmero composto de dois tipos de cadeias de globina. Cada uma dessas cadeias contém cerca de 141 aminoácidos. 
Existem quatro grupos heme por proteína; estes possuem um íon de ferro no seu centro, que liga a molécula de O2. É 
uma proteína alostérica, pois a ligação e a liberação do oxigênio é regulada por mudanças na estrutura provocadas pela 
própria ligação do oxigênio ao grupo heme. 
A principal forma de degradação do grupo heme provém da 
degradação diária da hemoglobina (em torno de 2 milhões de 
hemácias são degradadas diariamente). As hemácias têm uma 
sobrevida de 120 dias. Um adulto de 80Kg renova cerca de 6g de 
hemoglobina diariamente. A degradação de hemoglobina resulta 
em três produtos: 
1) Globina: 
� Reutilizada na forma de seus AA constituintes. 
� Incorporada às proteínas plasmáticas 
 
2) Liberação do ferro do heme (armazenado para uma eventual 
utilização) 
 
 3) A porção porfirínica, livre de ferro, forma a biliverdina 
(Heme oxidase). A biliverdina é reduzida (pela ação da enzima 
biliverdina redutase) a bilirrubina. 
 
O grupo heme da hemoblobina é oxidado emnível das 
células do sistema retículo endotelial, principalmente no baço, 
fígado e medula, através da enzima chamada heme-oxidase. Por 
ação dessa enzima, o heme fica então de cadeia aberta (acíclico), 
sendo chamada de biliverdina. Nesse processo, há consumo de 
NADPH e O2, bem como a produção de CO (única reação do 
organismo que produz monóxido de carbono). 
A biliverdina é reduzida pela biliverdina redutase e se 
transforma na bilirrubina, composto hidrofóbico que é o produto 
final da degradação do heme. A biliverdina (de coloração verde) e 
a bilirrubina (de coloração amarela) são pigmentos biliares. Após 
formada, o destino da bilirrubina é o fígado, sendo transportada até 
ele pela corrente sanguínea, associada à albumina. 
 
PIGMENTOS BILIARES 
Por tanto, a degradação do heme leva à formação de pigmentos biliares: biliverdina e bilirrubina. 
 
 
BILIRRUBINA 
Composto tetrapirrólico de cadeia aberta. É um produto da degradação das hemoproteínas (hemoglobina, 
mioglobina e citocromos). Aproximadamente 75% da bilirrubina provém da hemoglobina dos eritrócitos, que são 
fagocitados pelas células mononucleares do baço, medula óssea e fígado. 
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A bilirrubina é o principal produto do metabolismo do heme da hemoglobina. Cerca de 70% a 80% da bilirrubina 
são provenientes da destruição dos eritrócitos velhos, 15% de fontes hepáticas, e o restante é proveniente da destruição 
de hemácias defeituosas na medula óssea e nos citocromos. 
A hemoglobina é metabolizada no baço e no sistema reticuloendotelial, sendo degradadas em heme e globina, o 
anel heme é aberto, produzindo ferro livre e biliverdina, que é reduzida a bilirrubina pela enzima biliverdina redutase. 
Essa bilirrubina recém-formada circula no sangue ligada à albumina sérica (bilirrubina não-conjugada ou indireta). É 
transportada pelo sistema porta até o fígado, onde penetra no hepatócito por dois mecanismos distintos: difusão passiva 
e endocitose. Uma vez dentro do hepatócito, a bilirrubina desliga-se da albumina e forma um complexo protéico com as 
chamadas proteínas Y e Z. Logo depois, liga-se a um outro complexo chamado ligandina. É então transportada para o 
retículo endoplasmático liso, onde se torna um substrato da enzima glicuronil transferase, dando origem a um 
diglicuronídeo conjugado (mono- e triglicuronídeos também são formados). A bilirrubina, agora já conjugada (direta), é 
transportada até a membrana celular. Na face oposta aos sinusóides e próxima aos canalículos biliares, ela é excretada 
diretamente, alcançando o trato intestinal, onde é metabolizada pelas bactérias da flora intestinal, sendo desconjugada, 
formando os estercobilinogênio (fornece a cor escura das feses), sendo excretado pelo próprio intestino, por meio das feses. Parte 
do estercobilinogênio é absorvida e novamente excretada pelo fígado, e uma pequena fração é excretada pelos rins na 
forma de urobilinogênio (fornece a cor amarelada da urina). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
• Bilirrubina Indireta ou Livre 
� Não é solúvel em água 
� Transportada no plasma ligada fortemente à albumina 
� Não é filtrada pelos glomérulos (não é excretada pela urina). Normalmente, não se tem 
presença de bilirrubina indireta na urina. 
 
• Bilirrubina Direta 
� Conjugada com o ácido glicurônico 
� É solúvel em água 
� Pode ser filtrada pelos glomerúlos 
� Eliminada na urina 
 
 
OBS6: Nas anemias hemolíticas, há um predomínio de bilirrubina indireta devida a hemólise maciça. 
OBS7: Um aumento dos níveis de bilirrubina sérica (hiperbilirrubinemia) reflete-se numa cor amarela das escleras, das 
mucosas e da pele à qual se chama icterícia. Acompanhando os mecanismos envolvidos no metabolismo da bilirrubina, 
é possível correlacionar o aumento de seus níveis séricos com alterações de uma das etapas do seu metabolismo. Os 
níveis séricos da bilirrubina indireta são determinados pela velocidade de produção e pela velocidade de remoção dessa 
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bilirrubina da circulação. Os distúrbios que alteram a capacidade de depuração do fígado estão ligados à captação e/ou 
conjugação hepática. Os aumentos de bilirrubina indireta não levam ao aumento da bilirrubina na urina. Os níveis séricos 
da bilirrubina direta são determinados pela capacidade de excreção da bilirrubina pelo fígado, ou seja, pela integridade 
fisiológica do hepatócito e da permeabilidade das vias biliares intra- e extra-hepáticas. Patologias que alterem essas 
funções cursam com aumento da bilirrubina direta, e muitas vezes da bilirrubina indireta, e com a presença de bilirrubina 
na urina. 
• Bilirrubina Total ���� 1,0 mg/dl 
� Bilirrubina Direta � 0,4 mg/dl 
� Bilirrubina Indireta � 0,6 mg/dl 
 
OBS8: Feses esbranquiçadas e urina escura são sinais clínicos que determinam a não formação do estercobilinogênio. 
Isso é característica de uma icterícia obstrutiva, em que algum agente físico (como um cálculo biliar por exemplo), esta 
obstruindo o sistema biliar, impedindo a passagem na bilirrubina conjugada para o intestino. A bilirrubina acumulada nos 
canalículos biliares será regurgitada ao fígado, causando icterícia. 
 
 
ANÁLISES BIOQUÍMICAS 
Os metabólitos da bilirrubina são responsáveis pela coloração marrom das fezes. Se a bilirrubina não atingir o 
intestino, as fezes adquirem uma cor pálida. No intestino, a bilirrubina é metabolizada pelas bactérias, produzindo a 
estercobilinogênio ou coprobilinogênio. Este é parcialmente reabsorvido e excretado na urina como urobilinogênio. 
 
 Icterícia: é caracterizada por uma coloração amarelada de pele e mucosas devida a uma acumulação de bilirrubina 
no organismo. Pode ser causada por: 
� Hemólise: Um aumento na degradação de hemoglobina produz a bilirrubina, que sobrecarrega o 
mecanismo de conjugação. 
� Incapacidade do mecanismo de conjugação no interior do hepatócito 
� Obstrução do sistema biliar 
 
• Classificações da Icterícia 
1. Icterícia Pré-hepática: produção aumentada de bilirrubina causada por hemólise, causando uma 
hiperbilirrubinemia não-conjugada. Também é característica da icterícia fisiológica nos neonatos, que 
ocorre devido a uma imaturidade do fígado (mais especificamente da enzima UDP-glicuronil transferase) 
do recém-nascido. Pode ser causada também por anemia hemolítica, incompatibilidade ABO/Rh e 
envenenamento por picada de cobra (causa hemólise). Neste tipo de Ictericia aumenta bastante a 
quantidade de sais biliares, e conseqüentemente a quantidade de bilirrubina transformada em 
urobilinogênio pelas bactérias intestinais, o que provoca fezes bastante escuras. Além disso também 
aumenta a reabsorção entérica urobilinogênio e a sua consequente excreção pela urina escurecendo-a 
(pode-se diferenciar da coluria porque a espuma é branca). Sua característica laboratorial se dá por: 
bilirrubina total elevada; predomínio de bilirrubina indireta; ausência de bilirrubina na urina; fosfatase 
alcalina normal; AST levemente aumentada e ALT normal; LDH e Gama glutamil transferase normais; 
Urobilinogênio presente na urina; Urobilinogênio fecal (estercobilina) presente. Sendo específico, as 
condições que apresentam elevação da bilirrubina não conjugada no sangue: 
� Anemia hemolítica: Na hemólise intensa, a hiperbilirrubinemia não conjugada é discreta (< 
4 mg/dL). A capacidade do fígado de metabolizar a bilirrubina é elevada. 
� Icterícia Fisiológica Neonatal: Resulta de uma hemólise acelerada e de um sistema 
hepático imaturo para captação, conjugação e secreção da bilirrubina. Atividade reduzida da 
UDP-glicuronil transferase. Redução na síntese do ácido UDP-glicurônico. 
 
OBS9: O recém-nascido pode apresentar icterícia que geralmente se inicia após as primeiras 24 ou 48 horas de vida, 
chamada icterícia fisiológicado recém-nascido, desaparece espontaneamente após poucos dias e deve-se a um 
metabolismo hepático pouco maduro. A causa é uma deficiência temporária na conjugação da bilirrubina pela deficiência 
da enzima UDP- glicuroniltransferase. A icterícia neonatal tem como significado clínico: 
� Icterícia nas primeiras 24 horas de vida: 
� Investigação para excluir hemólise 
� Incompatibilidade sanguínea 
� Uso de fototerapia 
� Icterícia Tardia: após 10 dias de nascimento 
� Erro inato do metabolismo 
� Defeito estruturais dos dutos biliares 
 
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OBS10: O tratamento da hiperbilirrubinemia não-conjugada se dá por meio da fototerapia (luz ultravioleta que isomeriza 
a bilirrubina em uma forma atóxica): acima de 8,0 mg/dL; ou por exotransfusão sanguínea para impedir o dano cerebral 
icterícia nuclear (>20 mg/dL). 
OBS11: O Kernicterus é um quadro caracterizado quando a bilirrubina não coujugada é lipossolúvel e atravessa a 
barreira hematoencefálica, causando encefalopatia, dano cerebral e morte. 
 
2. Icterícia Hepática: distúrbios do metabolismo intra-hepático da bilirrubina. Há um defeito da fixação, 
conjugação e excreção. Ocorre nas hepatites e cirrose; Doença de Gilbert (defeito na captação); Síndrome 
de Criegler Najjar (deficiência de UDP-glicuronil transferase) e Síndrome de Rotor (defeito de excreção). 
Os sinais clínicos são: bilirrubina total muito elevada (bilirrubina direta e bilirrubina indireta); predomínio de 
bilirrubina direta; presença de bilirrubina na urina; presença de urobilinogênio na urina; fosfatase alcalina 
normal ou pouco aumentada; ALT e AST bastante aumentada e gamaglutamil transferase normal. 
 
3. Icterícia Pós-hepática: Causada devido ao bloqueio de algum ducto do sistema biliar. Há a formação 
normal da bilirrubina livre e conjugada (elevação de bilirrubina direta). Caracterizada pela ausência de 
urobilinogênio na urina. Sua características laboratoriais são: bilirrubina total elevada; bilirrubinúria; 
predomínio de bilirrubina direta; ausência de urobilinogênio; fosfatase alcalina bastante aumentada; AST, 
ALT e Gama glutamil transferase elevadas. 
 
 
CONDIÇÕES QUE APRESENTAM ELEVAÇÃO DA BILIRRUBINA NÃO CONJUGADA NO SANGUE 
 Síndrome de Crigler-Najjar, Tipo I (Icterícia não conjugada não hemolítica): Distúrbio raro causado por 
defeito metabólico primário na conjugação da bilirrubina. Caracterizada por icterícia congênita severa e ausência 
da atividade de UDP-glicuronil-transferase nos tecidos hepáticos. Doença fatal durante os primeiros quinze 
meses de vida. A bilirrubina sérica excede 20 mg/dL. 
 
 Síndrome Crigler-Najjar, Tipo II: Anomalia mais leve do sistema de conjugação. A bilirrubina mantém-se < 20 
mg/dL. É um tipo benigno, que pode responder ao tratamento com fenobarbital. 
 
 Síndrome de Gilbert: há um defeito na captação de bilirrubina pelas células do parênquima hepático. É muito 
freqüente e ocorre em 5 a 7% da população. É causada por uma mutação no gene UGT-1A1, localizado no locus 
2q37 (sendo a mutação mais freqüente a (TA)7TAA, que está presente em até 36% dos africanos e 7% dos 
asiáticos). Como resultado da mutação (que tem mecanismos variados de herança), a atividade da enzima UDP-
glucuronil-transferase está reduzida em graus variados (o que faz com que a síndrome se manifeste 
diferentemente de pessoa para pessoa), mas geralmente em torno de 25% do normal, reduzindo a 
transformação da bilirrubina indireta (não conjugada) em bilirrubina direta (conjugada). 
 
 Hiperbilirrubinemia Tóxica: Disfunção hepática induzida por toxinas causadas pelo clorofórmio, tetracloreto de 
carbono, acetaminofem, virus da hepatite, cirrose e envenenamento. Ocorre lesão das células parenquimatosas 
hepática; obstrução biliar intra-hepática e presença de hiperbilirrubinemia conjugada. 
 
 
CAUSAS DE HIPERBILIRRUBINEMIA CONJUGADA 
 Obstrução da Árvore Biliar: há um bloqueio dos condutos hepáticos ou biliares. Devido a essa obstrução, a 
bilirrubina conjugada não é excretada, sendo regurgita para as veias hepáticas e linfáticas. A bilirrubina 
conjugada aparece no sangue e na urina (icterícia colúrica). Já a icterícia colestática é caracterizada por uma 
icterícia obstrutiva extrahepática, em que há obstrução dos dutos biliares intra-hepáticos. 
 
 Icterícia Idiopática Crônica (Síndrome de Dubin-Johnson): Hiperbilirrubinemia conjugada na infância ou 
durante a vida adulta causada por um defeito na secreção hepática da bilirrubina conjugada para a bile. 
 
 Síndrome de Rotor: Condição rara caracterizada por hiperbilirrubinemia conjugada crônica. Há uma histologia 
normal do fígado, e a causa ainda não identificada.