biotransformação

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Professora Janete Eliza de Sá Soares 1 
Toxicocinética: 
biotransformação 
Toxicologia II 
Departamento de Farmácia 
FFOE 
UFC 
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Biotransformação 
 Comportamento geral de substâncias administradas por via oral: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
* Boa absorção através de transporte especializado: açúcares, aminoácidos, 
neurotransmissores, íons metais. 
** Reabsorção a partir do intestino ou eliminação pelas fezes. 
Substância Absorção no GI Biotransformação 
Metabólito 
produzido 
Excreção 
Lipossolúvel 
 (maioria 
absorvida) 
S/ mecanismo  
 renal  reabsorção 
renal  acúmulo 
C/ mecanismo Mais polar 
Renal 
Sistema hepatobiliar** 
Não absorvidas   
Nas fezes (na forma 
inalterada) 
Hidrossolúvel 
 (maioria não 
absorvida) 
  
Nas fezes (na forma 
inalterada) 
Absorvidas* 
S/ mecanismo 
(a maioria) 
 
Renal (na forma 
inalterada) 
C/ mecanismos Mais polar Renal 
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Biotransformação 
 Biotransformação de xenobióticos ou 
metabolismo de droga é o processo de 
conversão substâncias químicas lipofílicas, 
prontamente absorvidas no trato gastrointestinal e 
em outros locais, em substâncias químicas 
hidrofílicas que são excretadas prontamente, em 
geral, em urina ou bílis. 
 Exceções: reações de acetilação e metilação 
são reações biotransformação que podem 
diminuir a solubilidade em água de certos 
xenobióticos. 
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Biotransformação 
 Em geral, ocorre a inativação dos agentes tóxicos 
por biotransformação. 
 Bioativação de uma substância deve ser 
considerada. 
 Biotransformação através de enzimas específicas 
e inespecíficas e de degradação não enzimática. 
 
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Biotransformação 
 Degradação não enzimática: 
 
 Pelo ácido gástrico: 
 
 
 
 
 
 NaHCO3 + HCl gástrico  H2O + CO2 + NaCl. 
 Hidrólises de ésteres (por exemplo, adoçante 
artificial aspartame). 
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Biotransformação 
 
Éster metílico de L-aspartil-L-fenilalanina 
 
 
aspartato fenilalanina metanol 
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Biotransformação 
 Biotransformação de xenobióticos é catalisada 
por vários sistemas de enzimas (específicas e 
inespecíficas) que podem ser divididos em 
quatro categorias: 
 
1. Hidrólises (por exemplo, carboxiesterase) 
2. Redução (por exemplo, carbonil redutase) 
3. Oxidação (por exemplo, citocromo P450) 
4. Conjugação (por exemplo, UDP-glicuronosil-
transferase) 
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Biotransformação 
Em geral, a biotransformação é realizada por um 
número limitado de enzimas. 
As enzimas CYP2D6 e CYP3A4: metabolizam 
mais da metade das substâncias efetivas orais de 
uso atual. 
Em geral, a biotransformação ocorre em etapas 
sucessivas e os metabólitos intermediários nem 
sempre detectáveis. 
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 Fígado   concentração de enzimas. 
 Outros: pulmões, rins, adrenais, pele e mucosa 
gastrintestinal. 
Biotransformação 
 Homogeneizado hepático: 
 
 
•1° Precipitado: núcleos, mitocrôndias, lisossomas e 
fragmentos de membranas. 
•2° Precipitado: fragmentos de retículo endoplasmático 
(microssomas). 
•Sobrenadante (citosol): enzimas solúveis (fração 
solúvel). 
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Biotransformação 
Tipos de Reações: 
 
 Reações de oxidação 
Reações de Fase I 
 Reações de redução 
 
 Reações de hidrólise 
 
 
Reações de Fase II Reações de conjugação 
 ou síntese 
Enzimas microssômicas (em 
geral): expõe ou adiciona 
grupos sulfidrilas, hidroxilas, 
aminas ou carboxilas 
Enzimas citosólicas 
(em geral): adiciona 
co-fatores endógenos 
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 Citocromo P-450: 
 
 Enzimas fixas nos fosfolipídeos das membranas do 
retículo endoplasmático. 
 
 Hemeproteína (Fe no núcleo), suas isoenzimas são 
CYP (ex. CYP3A2 isoenzima 2 da família 3 e 
subfamília A). 
 
 Hepático e extra-hepático (biossíntese de hormônios 
esteróides). 
Biotransformação 
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 Sistema citocromo P-450: 
 
Biotransformação 
 
 
 Citocromo P-450: enzima terminal 
 Sistema oxidase 
 de função mista NADPH citocromo P-450 
redutase: enzima intermediária 
(transferência de e da NADPH 
para o Citocromo P-450). 
 (P 450) 
 Citocromo b5: alternativa de 
(transferência de e para o 
Citocromo P-450. 
 
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Biotransformação 
Fonte: OGA, 2003. 
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Biotransformação 
Fonte: DALE, 2004. 
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Biotransformação 
• Citocromo P450: 
 
• Diversos tipos de reações de oxidação são catalisadas: 
 
1. Hidroxilação de carbono aromático e alifático. 
2. Epoxidação de ligação dupla. 
3. (S-, N- e I-) oxigenação de heteroátomo e N-hidroxilação. 
4. (O-, S- e N-)desalquilação de heteroátomo. 
5. Transferência de grupo oxidativo. 
6. Clivagem de ésteres. 
7. Dehidrogenação. 
 
 
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Biotransformação 
• Reações catalisadas pelo P450: 
7-hidroxicumarina Cumarina 
Cumarina 
3,4-epóxido cumarina 
Orto-hidroxifenilacetaldeído 
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Redução pelo citocromo P-450: em condições de  O2  
azo-redução, nitro-redução e desalogenação redutiva. 
 
Exemplos de redução (biativação): 
 e 
 Citocromo P-450 CCl4 formação de 
 radicais intermediários 
 livres e tóxicos 
 e 
 
Biotransformação 
Citocromo P-450 CF3CHBrCl formação de 
 halotano radicais 
 intermediários 
 livres e tóxicos 
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 Desalogenação 
redutiva: 
 
Exemplo: tetracloreto 
de carbono e P450 
Peroxidação 
lipídica 
Desalogenação redutiva 
Fosgênio 
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 Reações de azo-redução: 
Biotransformação 
2-amino-6-nitrobenzilálcool 
Acetilação, 
sulfatação 
X = COCH3 
 SO3H 
Ligação 
covalente a 
proteína e DNA 
F
ÍG
A
D
O
 
IN
T
E
S
T
IN
O
 
F
ÍG
A
D
O
 
2,6-dinitrotolueno 2,6-dinitrobenzilalcool 
-glicuronidase Nitro-redução 
2,6-dinitrobenzilalcool 
glicuronato 
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Biotransformação 
Fígado 
Medula óssea 
Ligação a 
proteína e 
DNA levando à 
supressão da 
medula 
Radical fenoxil 
Benzeno Fenol Hidroquinona 
Hidroquinona 
estimulação 
PHS mieloperoxidase 
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Biotransformação 
Reações oxidação de álcool, aldeído e cetona: 
 
•Álcool desidrogenase (ADH): contém zinco, citosólica 
presente em diversos tecidos (fígado - com  níveis -, rins, 
pulmões e mucosa gástrica). 
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Biotransformação 
• Aldeído desidrogenase (ALDH): oxida aldeídos a ácidos 
carboxílicos com NAD+ como co-fator. Também possuem 
atividade de esterase. 
 
 
 
 
• 
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Biotransformação 
• Polimorfismo da aldeído desidrogenase (ALDH):  % 
de população no Japão, na China, em Taiwan e no Vietnam 
(45-53%) são deficientes de ALDH2 devido a uma mutação 
pontual (Glu487Lys487)  síndrome corada (formação 
rápida de acetaldeído  dilatação dos vasos sanguíneos 
faciais pela liberação de catecolaminas). 
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Biotransformação 
 
 Álcoois, cetonas e aldeídos  biotransformados por 
enzimas solúveis em  tecidos (desidrogenages, 
redutases e oxidases)   da toxicidade ou biativação. 
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Biotransformação 
Esterases e amidases: 
 
 Catalisam a hidrólise de ésteres e amidas, 
respectivamente. 
 Esterases citosólicas  específicas  
aceticolinesterase e pseudocolinesterase. 
 Esterases microssômicas  inespecíficas. 
 Oxidação de carbono e hidrólise de ésteres  
álcoois, cetonas e aldeídos. 
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 Reações de hidrólise: 
 
Biotransformação 
Acetato de vinila 
(precursor do acetato de polivinila , PVA) 
Carboxiesterase 
Acetato 
Acetaldeído 
Ligação covalente com 
DNA e Proteínas 
Tumores Nasais 
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Biotransformação 
Acetilcolinesterase: 
Atração eletrostática 
Acetilcolina Ácido acético 
Acetilcolinesterase 
Sítio estérico 
Colina 
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Biotransformação 
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Biotransformação 
Reações de conjugação ou de síntese: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Exemplos: glicuronilação ou glucuronidação, sulfatação ou sulfonação, 
acetilação ou acilação, metilação e conjugações com glutationa e com 
aminoácidos. 
Reações 
de Fase II 
Tipo de Enzima Ação enzimática 
Sintetases Síntese do doador de grupo químico 
Transferases 
Transferência de grupo químico do 
doador ao substrato ou ao produto da 
Fase I 
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Biotransformação 
Glicuroniltransferases: 
 
• Substância (substrato) + ácido uridinodifosfato glicurônico 
(AUDPG)  glicuronatos (substrato-glicuronil)  polares 
 excreção renal e hepática. 
 
 AUDPG* = Doador de glicuronila 
* UDP-glicose, UDP-xilose, 
UDP-galactose 
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Biotransformação 
Glicuroniltransferases: 
 
• Principal caminho de biotransformação de 
xenobióticos em mamíferos (com exceção dos felinos, 
como leões, linces e gatos domésticos). 
 
• Ocorrem nos retículos endoplasmáticos: fígado, rins, 
TGI, pulmões, próstata, glândulas mamárias, pele, 
cérebro, baço, e mucosa nasal. 
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Biotransformação 
Glicuroniltransferases: 
 
• Vários tipos de UDP-glicuronil-transferases. 
 
• Substratos: álcoois aromáticos e alifáticos, ácidos 
carboxílicos, amina 1ª e 2ª e grupos sulfidrílicos livres. 
 
• Glicuronatos: N-glicuronatos, O-glicuronatos e S-
glicuronatos. 
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Biotransformação 
Glicuroniltransferases: 
 
• Reduzidas as concentrações de glicuroniltransferases 
em recém-nascidos  intoxicação por 
hiperbilirrubinemia. 
• Microbiota intestinal  -glicuronidase  degrada o 
complexo substrato-glicuronila (glicuronato)  
reabsorção da aglicona (CICLO ENTERO-HEPÁTICO). 
• Os N-glicuronatos são os mais resistentes às -
glicuronidase. 
• Hidrólise ácida ou básica: degrada o complexo 
substrato-glicuronato. 
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Biotransformação 
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Biotransformação 
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Biotransformação 
Sulfotransferases: 
 
• ATP + sulfato inorgânico  3’-fosfoadenosina-5’-fosfossulfato 
  (PAPS) 
 Doador do grupo sulfato 
 
• Substrato + PAPS  sulfatos orgânicos ionizados  
excreção renal. 
• Substratos: moléculas com OH  fenóis e álcoois 
alifáticos. 
• Encontram-se: enzimas solúveis do fígado, rins, intestino, 
pulmões entre outros. 
• Atividade:  com a idade e o sexo dos organismos. 
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Biotransformação 
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Biotransformação 
Metilação: 
 
• Metiltransferases: N-metiltransferases, O-
metiltransferases e S-metiltransferases. 
 
• Substratos: aminas aromáticas e alifáticas, N-
heterocíclicos, fenóis mono e polihídricos e 
compostos com grupos sulfidrílicos. 
 
• Grupo doador de metila: S-adenosil-metionina 
(síntese na fração solúvel do fígado). 
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Biotransformação 
S-adenosil-metionina (SAM) 
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Biotransformação 
N-metilação 
Nicotina Íon N-metilnicotínio 
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Biotransformação 
Acetilação: 
 
• Enzimas: N-acetiltransferases no citosol. 
• Substrato: arilaminas (aminas 1ª aromáticas), 
hidrazinas (R–NH–NH2), hidrazidas (R–NH–NH–
COCH3), sulfonamidas e certas aminas alifáticas 
1ª (cisteína conjugada). 
 
 
 
 
 
• Co-fator: acetil-coenzima A. 
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Biotransformação 
Acetilação: 
 
• Como a metilação, acetilação torna o produto formado 
menos solúvel em água. 
• Alguns xenobióticos apresentam aumento de sua 
excreção renal: isoniazida. 
• Ausentes nos cães. 
• No homem, camundongos, coelhos e alguns macacos há 
polimorfismo (acetiladores rápidos e lentos de acordo 
com a acetilação da isoniazida). 
• Suscetibilidade ao câncer por aminas aromáticas: 
dependente de polimorfismos destas enzimas. 
• Acetiladores lentos  mais suscetíveis ao câncer de 
bexiga induzido por benzidina e corantes aromáticos. 
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Biotransformação 
Conjugação com a Glutationa: 
 
• Substrato + glutationa S-transferase + glutationa 
(co-fator GSH: glicina, ácido glutâmico e 
cisteína). 
Ácido -glutâmico Cisteína Glicina 
 
GLUTATIONA 
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Biotransformação 
Conjugação com a Glutationa: 
 
• Carbono eletrofílico do substrato + grupo sulfidril 
nucleofílico da glutationa. 
• Localização da glutationa S-transferase: 
citoplasma e no retículo endoplasmático (fígado, 
intestino, rins e adrenais). 
• Atividade da glutationa S-transferase citosólica 5-
40  glutationa S-transferase microssômica. 
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Biotransformação 
R-Cl + glicina-cisteína-ácido glutâmico 
  glutationa S-transferase (- Cl) 
glicina-(cisteína-R)-ácido glutâmico 
  -glutamiltranspeptidase (- ácido glutâmico) 
 glicina-(cisteína-R) 
  cisteinil glicinase (- glicina) 
 cisteína-R (= cisteína conjugada) 
  N-acetiltransferase + acetilcoenzima A 
N-acetilcisteína-R 
(= N-acetilcisteína conjugada = ác. mercaptúrico) 
  
 Eliminação renal 
 
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Biotransformação 
Situação problema: 
 
• Bromobenzeno e clorofórmio + Citocromo P-450  
metabólitos  ativos. 
• Seus metabólitos  ativos + macromoléculasdos 
hepatócitos ou GSH. 
 
• Duas hipóteses: 
 
1) GSH por algum fator pode estar diminuída no 
organismo (por. exemplo, relacionado à nutrição). 
2) Depleção da GSH pelos metabólitos ativos  
promoção da peroxidação lipídica com lesões 
teciduais (GSH é cofator da glutationa peroxidase). 
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Biotransformação 
NADPH-CITOCROMO - 
REDUTASE 
Paraquat oxidado Paraquat reduzido 
Ânion superóxido 
radical livre 
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Biotransformação 
 Morte celular 
 Peroxidação lipídica 
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Biotransformação 
P450 e variação biológica: 
 
Variações de expressão e regulação da enzimas P450: 
 
• Cozimento da carne  determinadas aminas 
heterocíclicas  bioativadas 
 
• Determinadas aminas heterocíclicas + CYP1A2 (membro 
da superfamília do P450, presente em humanos e nos 
ratos e ausente nos macacos cinomolgos)  produtos 
genotóxicos (tumores no colo). 
 
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Biotransformação 
Espécie e 
raça; 
Fatores 
genéticos 
•N-hidroxilação do praguicida N-2-
fluorenilacetamida e formação de tumores: (+) 
ratos, (+) camundongos, (+) cão, (-) cobaias. 
•Mesma dose de isoniazida em  indivíduos 
humanos:  níveis plasmáticos  velocidades 
de acetilações . 
•Acetilação lenta em caucasianos (X = 55%). 
•Acetilação rápida em orientais. 
Fatores Internos constitucionais 
Fatores que modificam a biotransformação 
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Biotransformação 
Sexo 
•Melhor observada em ratos e 
camundongos. 
•Ratos machos:  metabolização de 
substâncias. 
•Ratos machos:  hepatoxicidade do CCl4. 
•Ação anabólica dos hormônios sexuais 
masculinos nestes animais. No humano: 
nada acentuado. 
Fatores Internos constitucionais 
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Biotransformação 
Idade 
•Fetos e recém-nascidos: sem ou pouca 
capacidade de biotransformação. 
•Idosos:  capac. de excreção renal. 
•Fetos humanos: aos 6 meses  20 -
50% da ativ. do cit. P-450, mas com 
padrão de isoenzimas  qualitativa em 
relação ao adulto. 
Fatores Internos constitucionais 
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Biotransformação 
Estado 
Nutricional 
•Desnutrição   de proteínas, de Fe, Cu, Mg, Ca, Zn, 
complexo B, vitamina C e tocoferol  composição e 
manutenção do P-450. 
• letalidade e hepatoxicidade da dimetilnitrosamina em 
ratos com dieta pobre em proteínas   N-desmetilação 
 evitando a formação do agente alquilante. 
• hepatoxicidade do paracetamol, bromobenzeno em 
jejum de 1 dia:  glutationa hepática. 
Estado 
Patológico 
•Doenças hepáticas: cirrose, icterícia obstrutiva, 
carcinomas e hepatite. 
•Doenças cardiovasculares   fluxo sanguíneo 
hepático. 
Fatores Internos condicionais 
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Biotransformação 
Indução 
enzimática 
•Ação no sistema de oxidase de função mista 
•Hormônios esteróides, inseticidas clorados, 
barbitúricos (fenobarbital), hidrocarbonetos 
aromáticos policíclicos carcinogênicos (3,4-
benzopireno), etc. 
•Acelera a biotransformação. 
•Estimula a síntese protéica  tolerância 
bioquímica. 
•HC arom. policíclicos: efetivos em tecidos extra-
hepáticos (pulmões, rins, TGI e pele)  proteína 
citosólica induzíveis. 
•Enzimas conjugantes citosolicas são de difícil 
indução. Exceção: GSH-S-transferase. 
Fatores externos 
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Biotransformação 
Inibição 
enzimática 
•Mecanismos múltiplos: inibição da síntese 
protéica e competição com os substratos nos 
centros ativos das enzimas. 
•Enzimas: colinesterases, monoaminooxidases 
(MAO), aldeídodesidrogenase, citocromo P-
450. 
•Intoxicação por metanol:  formaldeído. 
•Inibição da aldeídodesidrogenase pelo 
dissulfiram: acúmulo de aldeído. 
Fatores externos 
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Biotransformação 
Inibição 
enzimática 
•Inibição da acetilcolinesterase pelos IOF: 
sudorese, salivação, lacrimejamento, 
miose, diarréia. 
 
•Inibição do sistema enzimático do 
retículo endoplasmático ( síntese 
protéica): dactinomicina, cloranfenicol, 
tetraciclina. 
Fatores externos 
Professora Janete Eliza de Sá Soares 57 
Biotransformação 
Dieta e 
ambiente 
• Dieta: 
 
 Suco de toranja e erva-de-são-joão 
(medicina popular no tratamento da 
depressão)  inibem o metabolismo de 
vários xenobiótico. 
 
 Couve-de-Bruxelas  aumentam o 
metabolismo de vários xenobiótico. 
 
Ambiental: 
 
 Fumo de cigarros  induzem o metabolismo 
das enzimas do P450. 
Fatores externos 
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Biotransformação