Cap 17 - Biossíntese do colesterol e esteroides

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Biossíntese de Colesterol e Esteroides
 
M.H. Dominiczak
A.M. Wallace
OBJETIVOS
Após concluir este capítulo, o leitor estará apto a:
Listar os principais passos envolvidos na síntese da molécula de colesterol.
Discutir a regulação da concentração intracelular de colesterol.
Explicar os mecanismos que governam o metabolismo e a excreção do colesterol.
Descrever os ácidos biliares e sua circulação êntero-hepática.
Resumir as principais vias de síntese dos hormônios esteroides.
INTRODUÇÃO
 
O colesterol é um componente essencial das membranas celulares dos mamíferos. Ele também é o precursor de compostos
ativos biologicamente importantes, tais como os ácidos biliares, hormônios esteroides e vitamina D. A hemostasia do
colesterol é importante na etiologia da aterosclerose (Cap. 18) e ele é o principal componente das pedras na vesícula.
Os humanos sintetizam 1 g de colesterol a cada dia, principalmente no fígado. A taxa de síntese de colesterol endógeno
e a ingestão pela dieta determinam sua concentração no plasma. Uma dieta diária típica do ocidente contém
aproximadamente 500 mg (1,2 mmol) de colesterol diariamente, principalmente na carne, ovos e produtos do leite (Cap. 22).
Sob circunstâncias normais, 30-60% disto são absorvidos durante a passagem através dos intestinos. Após a absorção
intestinal, o colesterol é transportado para o fígado e para os tecidos periféricos como um componente das partículas de
lipoproteína, os quilomícrons. Eles são absorvidos pelo fígado. O fígado reempacota o colesterol e os triglicerídeos em
outras lipoproteínas menores – as lipoproteínas de muito baixa densidade, VLDL ( Cap. 18). Os triglicerídeos contidos nas
VLDL passam por hidrólises sequenciais nos tecidos periféricos, transformando as partículas em VLDL remanescentes e
então, após hidrólises mais extensas, em lipoproteínas de baixa densidade (LDL). As VLDL remanescentes e as LDL levam
o colesterol de volta para o fígado pela ligação ao receptor de membrana apoBE (receptor de LDL). Entretanto, eles
também podem entrar pela parede vascular.
Os humanos não podem metabolizar o anel esteroide do colesterol – ele é excretado na bile ou como colesterol livre ou
na forma de ácidos biliares. A maior parte dos ácidos biliares é reabsorvida no Íleo terminal e volta ao fígado. Este ciclo é
conhecido como circulação êntero-hepática.
Nos passos iniciais, a via da síntese do colesterol fornece substratos para a síntese de compostos importantes na
proliferação celular e no crescimento tumoral, no transporte de elétrons e na melhora do estresse oxidativo. Os oxiesteroides
gerados nos estágios tardios da via são moléculas de sinalização que tomam parte na regulação da homeostasia do colesterol
(Fig. 17.1).
Fig. 17.1 Síntese de colesterol e vias relacionadas
(modificado de Charlton-Menys V, Durrington PN. Exp. Physiol. 2007; 93:27-42, com permissão). SMC, célula muscular lisa; CoQ, coenzima Q.
 
ESTRUTURA DO COLESTEROL
 
A estrutura do colesterol é mostrada na Figura 17.2. Ele tem um peso molecular de 386 Da e contém 27 átomos de carbono,
dos quais 17 são incorporados em quatro anéis unidos (núcleo ciclopentanoperidrofenantreno), dois estão em ângulo com
grupos metil ligados nas junções dos anéis AB e CD e oito estão na cadeia lateral periférica. O colesterol é quase
inteiramente composto por átomos de carbono e hidrogênio; existe um grupo hidroxil solitário ligado ao carbono 3. O
colesterol também é quase completamente saturado, tendo somente uma dupla ligação entre os átomos de carbono 5 e 6.
Fig. 17.2 Estrutura do colesterol. A-D é a notação convencional usada para descrever os quatro anéis. Números 1-27 descrevem
os átomos de carbono.
 
O colesterol diminui a fluidez da membrana
O colesterol (principalmente o colesterol livre) é um componente essencial das membranas celulares. Ele é encontrado
em maiores concentrações nas membranas plasmáticas (até 25% do conteúdo lipídico), enquanto está virtualmente ausente
nas membranas internas mitocondriais. Ele é mantido na bicamada lipídica por interações físicas entre o anel esteroide planar
e as cadeias de ácidos graxos. A ausência de ligação covalente significa que ele pode se transferir para dentro ou para fora
da membrana. As membranas são estruturas fluidas nas quais ambas as moléculas de lipídeos e proteínas se movem e
passam por mudanças conformacionais ( Cap. 8). Quanto mais fluida a bicamada fosfolipídica for, mais permeável será a
membrana. Na temperatura corporal, as cadeias longas de hidrocarbonetos da bicamada lipídica são capazes de movimentos
consideráveis. O colesterol está localizado entre essas cadeias de hidrocarbonetos, formando interações fracas e assim
reduzindo a fluidez. Esta rigidez relativa é aumentada ainda mais se o colesterol estiver adjacente a ácidos graxos saturados.
O colesterol forma regiões de agregação dentro da bicamada lipídica. Em áreas de grupos de colesterol pode haver 1 mol de
colesterol por 1 mol de fosfolipídeo, enquanto em áreas adjacentes pode não existir colesterol. Assim, a membrana contém
áreas ricas em colesterol e impermeáveis e áreas sem colesterol e mais permeáveis.
COLESTEROL LIVRE E ESTERIFICADO
 
O colesterol é fracamente solúvel em água. Somente cerca de 30% do colesterol circulante ocorrem na forma livre, a maioria
estando esterificada pelo grupo hidroxila a ácidos graxos de cadeia longa incluindo os ácidos oleico e linoleico. Os ésteres de
colesterol são muito menos solúveis em água do que o colesterol livre.
O colesterol da dieta trazido ao fígado está na maior parte de forma livre. No plasma, o colesterol está incorporado às
lipoproteínas (Cap. 18) e presente principalmente na forma de ésteres de colesterol. Os ésteres também são as formas
teciduais de armazenamento do colesterol. O colesterol é esterificado no plasma pela enzima colesterol-lecitina aciltransferase
e nas células pela acil-CoA:colesterol aciltransferase (ACAT). Sessenta a oitenta por cento dos ésteres de colesterol
presentes no plasma são absorvidos pelo fígado.
BIOSSÍNTESE DE COLESTEROL
 
O colesterol é sintetizado a partir da acetil-coenzima A. A HMG-CoA redutase é a enzima limitante de velocidade
da via
Virtualmente todas as células humanas têm a capacidade de fazer colesterol. O fígado é o principal local da biossíntese
do colesterol, e pequenas quantidades são sintetizadas no intestino, córtex adrenal e gônadas. A geração das muitas ligações
carbono-carbono e carbono-hidrogênio contidas na estrutura do colesterol requer uma fonte de átomos de carbono, uma
fonte de força redutora e quantidades significantes de energia. A acetil-coenzima A (acetil-CoA) fornece o ponto de partida
de alta energia. Ela pode ser derivada de várias fontes, incluindo a β-oxidação das cadeias longas de ácidos graxos, a
desidrogenação de piruvato e a oxidação de aminoácidos cetogênicos, tais como leucina e isoleucina. A força redutora é
fornecida pelo fosfato de nicotinamida dinucleotídeo reduzido (NADPH), que é gerado na via da pentose fosfato (Cap. 12).
HMG-CoA REDUTASE: UM EXEMPLO DE ENZIMA VELOCIDADE LIMITANTE DE UMA VIA
 
A HMG-CoA redutase é a enzima velocidade limitante na via da síntese de colesterol. Ela é uma enzima microssomal
ativa no seu estado não fosforilado. A fosforilação por uma quinase inibe a sua atividade. Sua síntese é estimulada pelos
níveis de colesterol no jejum ou na alimentação. Importante, a atividade da HMG-CoA redutase é controlada pela
concentração intracelular de colesterol. Ela é influenciada também por vários hormônios: insulina e triiodotironina aumentam a
sua atividade, enquanto glucagon e cortisol a inibem.
 
Energia adicional é fornecida pela quebra do trifosfato de adenosina (ATP). No total, a produção de 1 mol de colestero
necessita de 18 moles de acetil-CoA, 36 moles de ATP e 16 moles de NADPH. Todas as reações biossintéticas ocorrem
dentro do citoplasma, embora algumas dasenzimas necessárias estejam ligadas às membranas do retículo endoplasmático.
O ácido mevalônico é o primeiro composto na via da síntese do colesterol
Três moléculas de acetil-CoA são convertidas no 6-carbono ácido mevalônico ( Fig. 17.3). O primeiro de dois passos
são as reações de condensação levando à formação do 3-hidroxi-3-metilglutaril-CoA (HMG-CoA). Estas reações,
catalisadas pela acetoacetil-CoA tiolase e HMG-CoA sintase, são comuns na formação dos corpos cetônicos, embora o
último processo ocorra dentro da mitocôndria em vez do citosol. Estas reações também são favorecidas energeticamente já
que envolvem a quebra da ponte tioéster e a liberação da coenzima-A livre. A reação limitante da velocidade na biossíntese
do colesterol é aquela catalisada pela enzima microssomal HMG-CoA redutase que leva à formação irreversível de ácido
mevalônico.
ABSORÇÃO INTESTINAL DE COLESTEROL
 
O colesterol da dieta é absorvido a partir dos intestinos via um transportador de membrana conhecido como proteína
Nieman-Pick semelhante a C1 (NPC1L1). Outro transportador presente no lado apical dos enterócitos é o “cassette” ligante
de ATP G5/G8, contendo dois meio transportadores – ABCG5 e ABCG8. Estes transportam o colesterol de volta ao lúmen
do intestino e também estão envolvidos na secreção de esteroides não colesterol para a bile. A expressão destes
transportadores é regulada positivamente pelo receptor nuclear, receptor hepático X (ver adiante). Mutações no gene que
codifica para estes transportadores resultam em acúmulo tecidual de esteroides de plantas (sitosterolemia). O fármaco
ezetimibe suprime o transporte de colesterol mediado por NPC1L1 e tem sido usado no tratamento da hipercolesterolemia.
Fig. 17.3 Biossíntese do ácido mevalônico. O ácido mevalônico contém seis átomos de carbono, que são derivados de três
moléculas de acetil-CoA.
 
Fármacos que inibem a HMG-CoA redutase (estatinas)
Os inibidores da HMG-CoA redutase, conhecidos como estatinas, são fármacos diminuidores de lipídeos que são
usados para reduzir as concentrações de LDL circulantes em pacientes com, ou em, risco de doença cardiovascular
aterosclerótica. Eles reduzem o colesterol por inibir competitivamente a enzima hepática. Isto causa uma redução na
concentração intracelular de colesterol e, como resultado, aumento na expressão de receptores de LDL. A eliminação de
LDL aumenta, e o colesterol-LDL circulante (e o colesterol total no plasma) diminui. A atividade da HMG-CoA redutase
hepática está no seu pico cerca de seis horas após o escuro e no seu mínimo algumas seis horas após a exposição à luz. Por
este motivo as estatinas normalmente são tomadas à noite para garantir um efeito máximo.
O farnesil pirofosfato é produzido de três unidades de isopreno
Três moléculas de ácido mevalônico são, cada uma, descarboxiladas em 3 unidades de isopreno com 5 átomos de
carbono, que são sequencialmente condensadas para produzir a molécula de 15 átomos de carbono farnesil pirofosfato ( Fig.
17.4). As duas primeiras reações necessitam de quinases e ATP para gerar o pirofosfato. Uma descarboxilação resulta nas
unidades isopreno isoméricas isopentenil pirofosfato e dimetilalil pirofosfato, que se condensam para formar geranil
pirofosfato. Uma condensação adicional com o isopentenil pirofosfato produz o farnesil pirofosfato. Assim como sendo um
intermediário na biossíntese do colesterol, o farnesil pirofosfato é o ponto de ramificação para a síntese de dolicol e
ubiquinona (Fig. 17.1).
Fig. 17.4 Biossíntese do farnesil pirofosfato. O farnesil pirofosfato é composto de três unidades isopreno. ADP, adenosina
difosfato; Mg2+, magnésio; PPi, pirofosfato. Para o desvio transmetilglutaconato (consulte o quadro da pág. 209).
 
O esqualeno é uma molécula linear capaz de formar um anel
A esqualeno sintase é uma enzima presente no retículo endoplasmático que facilita a condensação de duas moléculas de
farnesil pirofosfato ( Fig. 17.5 ). Vários intermediários estão envolvidos, e o produto resultante é o esqualeno, um
hidrocarboneto com 30 carbonos contendo seis duplas ligações, o que permite dobrar-se em um anel similar ao núcleo
esteroide.
Fig. 17.5 Biossíntese do esqualeno. As seis duplas ligações permitem que a estrutura se dobre em um anel similar ao núcleo
esteroide.
 
O esqualeno se cicliza em lanosterol
Antes do fechamento do anel, o esqualeno é convertido a esqualeno 2,3-óxido pela esqualeno mono-oxigenase no
retículo endoplasmático. Daí em diante, a ciclização ocorre sob a ação da enzima oxidoesqualeno ciclase ( Fig. 17.6). É
interessante que, em plantas, existe um produto diferente da ciclização do esqualeno, conhecido como cicloartenol, que é
metabolizado adicionalmente a uma variedade de fitoesteroides, incluindo o β-sitosterol, em vez de colesterol.
Fig. 17.6 Biossíntese do colesterol. Estas reações ocorrem enquanto ligadas à proteína ligante de esqualeno e esteroides. FAD,
flavina adenina dinucleotídeo; NADH, nicotinamida adenina dinucleotídeo reduzida.
 
Os estágios finais da biossíntese do colesterol ocorrem em uma proteína transportadora
O esqualeno, o lanosterol e todos os intermediários seguintes são moléculas hidrofóbicas. A fim de que os passos finais
da via ocorram em um meio aquoso, os intermediários reagem enquanto ligados à proteína ligante de esqualeno e esteroides.
A conversão do lanosterol de 30 carbonos em colesterol de 27 carbonos envolve três reações de descarboxilação, uma
isomerização e uma redução (Fig. 17.6). O NADPH é consumido em quatro dessas reações.
Regulação da biossíntese do colesterol
 
Muitos fatores estão envolvidos na regulação da concentração intracelular do colesterol ( Tabela 17.1 ). Sob circunstâncias
normais, existe uma relação inversa entre a ingestão de colesterol pela dieta e a sua biossíntese. Isto garante um aporte diário
relativamente constante de colesterol. Isto também explica por que uma restrição na dieta parece exercer uma redução
moderada na concentração plasmática de colesterol.
Tabela 17.1 Regulação do colesterol intracelular (Fig. 17.1)
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Regulaçâo do colesterol intracelular
Fatores que aumentam a concentração intracelular de colesterol livre
biossintese de novo
hidrólise dos ésteres de colesterol intracelulares pela enzima colesterol éster hidrolase
ingestão na dieta de colesterol e absorção dos quilomícrons
absorção das lipoproteínas contendo colesterol (LDL)
Fatores que reduzem a concentração intracelular de colesterol livre
inibição da biossintese de colesterol
regulação negativa do receptor de LDL
esterificação intracelular do colesterol pela aci-coenzima A:colesterol acil transferase
liberação de colesterol para as lipoproteinas de alta densidade (HDL)
conversão do colesterol a ácidos biliares ou hormônios esteroides
Fatores que influenciam a atividade da HMG-CoA redutase
concentração intracelular de HMG-CoA
concentração intracelular de colesterol
hormônios: insulina, tri-iodotironina (+); glucagon, cortisol (-)
 
Existem duas fontes de colesterol intracelular: a síntese de novo e o fornecimento externo. O colesterol exógeno (da
dieta) alcança as células predominantemente como um componente das VLDL remanescentes e das LDL ( Cap. 18). Estas
lipoproteínas se ligam ao receptor apoB/E presente nas membranas plasmáticas e os complexos lipoproteína/receptor são
internalizados. No citoplasma, as vesículas carregando os complexos internalizados são atacadas por enzimas lisossomais, as
quais separam as LDL da molécula do receptor e hidrolisam os ésteres de colesterol. O colesterol livre é liberado para o
citoplasma. A apoproteína LDL é hidrolisada aos seus aminoácidos componentes.
TRATAMENTO DA HIPERCOLESTEROLEMIA
 
A despeito de um controle rígido da dieta, um homem de 50 anos de idade, com história familiar de doença
cardiovascular precoce, apresentou um resultado de colesterol séricode 8,0 mmol/L (309 mg/dL); (níveis desejáveis <4,0
mmol/L (≤155 mg/dL) ( Cap. 18). Ele também fumava 15 cigarros por dia. Foi então aconselhado a parar de fumar, e
prescrita uma estatina. Ele tolerou bem a terapia e três meses depois seu colesterol era de 5,5 mmol/L (212 mg/dL). A dose
de estatina foi aumentada e após mais três meses sua concentração de colesterol era de 4,1 mmol/L (158 mg/dL).
Comentário. A inibição parcial da HMG-CoA redutase levou a uma redução do colesterol plasmático total em cerca de
30-50% e do LDL-colesterol em 30-60%. Uma variedade de estatinas está agora disponível: elas seguem a descoberta
original de que a compactina (posteriormente renomeada para mevastatina), um metabólito de fungo isolado do Penicillium
citrinun, tinha propriedades inibitórias da HMG-CoA redutase. A inibição na atividade da HMG-CoA redutase leva a uma
redução na concentração intracelular de colesterol e um consequente aumento da expressão do receptor apo B/E ( Cap. 18)
e à redução no LDL-colesterol plasmático.
 
Assim, o colesterol intracelular livre pode ou ser derivado das lipoproteínas ou ser recém-sintetizado dentro da célula.
Estas duas fontes de fornecimento estão reciprocamente relacionadas. Um fator-chave regulando a síntese celular de
colesterol é a sua concentração intracelular. O aumento da concentração intracelular de colesterol livre resulta no seguinte
(Fig. 17.7):
uma redução em ambas as atividades e expressão da HMG-CoA redutase, limitando mais síntese de colesterol.
regulação negativa dos receptores de LDL, limitando mais entrada celular de colesterol.
aumento no efluxo de colesterol e fosfolipídeo da célula para as apoproteínas A.
aumento na taxa de conversão de colesterol para ácidos biliares e então sua excreção.
Fig. 17.7 Regulação da concentração intracelular de colesterol. O colesterol livre (e os oxisteroides) regula a concentração
intracelular de colesterol pela ligação com receptores nucleares e induzindo ou suprimindo a expressão de genes. Lembre que o
aumento na concentração intracelular de colesterol irá suprimir a síntese da HMG-CoA redutase e do receptor ApoB/E e também
aumentar a esterificação de colesterol e seu transporte das células. FFA: ácidos graxos livres; AcCoA: acetil coenzima A; LXR:
receptor X do fígado; SREBP: proteína ligante do elemento regulador de esteróis.
 
O DESVIO PARA TRANSMETILGLUTACONATO
 
O dimetilalil pirofosfato, uma das unidades isopreno formadas a partir do mevalonato ( Fig. 17.4 ), pode ser
desfosforilado e quebrado em acetoacetato e acetil-CoA, que podem então ser desviados para outras vias, tais como a
biossíntese de ácidos graxos. Este mecanismo é conhecido como o desvio transmetilglutaconato. Assim, compostos de alta
energia, uma vez destinados a serem convertidos em colesterol, podem ser alterados para satisfazer necessidades de maior
prioridade. Incidentalmente, um aumento na síntese de ácidos graxos irá aumentar a quantidade de substrato para a
esterificação do colesterol.
 
DEFEITO NA BIOSSÍNTESE DE COLESTEROL (INCIDÊNCIA DE 1 EM 20.000-40.000)
 
A síndrome de Smith-Lemli-Opitz se apresenta ao nascimento com microcefalia, seio nasal curto, queixo pequeno,
palato arcado alto e frequentemente com fissura na linha média. Frequentemente é acompanhada por defeitos no sistema
nervoso central (CNS), polidactilia e, em homens, genitália ambígua. A despeito da via de síntese e metabolismo do
colesterol ser bem compreendida, um defeito na 7-desidrocolesterol redutase só foi identificado em 1993. Enquanto algumas
dessas crianças morrem na infância, o restante, se assistidos na sua alimentação, sobrevive com retardo mental severo (QI
20-40). A maioria desenvolve retardo no crescimento. A patofisiologia envolve processamento incompleto das proteínas
embrionárias de sinalização (proteínas HH), resultando em defeitos variáveis em diferentes tecidos. O tratamento envolve
administração adicional de colesterol à criança. Isto melhora o crescimento, mas parece não ter benefícios no CNS, devido à
microcefalia embrionária e a outros defeitos no CNS.
 
Regulação da concentração intracelular de colesterol envolve a HMG-CoA redutase, o receptor de LDL, a
7α-hidroxilase e uma rede de receptores nucleares
Os receptores X do fígado (LXR) são fatores de transcrição ativados por ligantes que são membros da superfamília de
receptores nucleares ( Cap. 40). Eles formam heterodímeros com outras moléculas similares, tais como receptores X de
retinoides (RXRs) e os receptores X de farnesil (FXR). Os complexos resultantes se ligam aos elementos de resposta LXR
no DNA regulando a expressão gênica.
O LXR detecta a concentração intracelular de colesterol e regula sua síntese e seu efluxo das células. Curiosamente,
não é o próprio colesterol que se liga ao LXR, mas oxiesteroides, metabólitos do colesterol, tais como o 25-hidroxicolesterol
ou o 27-hidroxicolesterol (Fig. 17.1).
A ativação do LXR pelo ligante resulta em regulação positiva da síntese dos fatores de transcrição conhecidos como
proteínas ligantes de elementos reguladores de esteroides (SREBPs). Os SREBPs são sintetizados como precursores
integrais para a membrana do retículo endoplasmático. Eles são clivados por uma protease para liberar os fatores de
transcrição ativos, que se translocam para o núcleo e iniciam a transcrição (Fig. 17.7).
Existe uma outra molécula intermediária, a proteína ativadora da quebra de SREBP (SCAP) que possui um domínio
sensor de esteroides e carreia o precursor SREBP para a sua protease ativa. Este passo é regulador porque é bloqueado
pelos esteroides. Assim, quando a concentração intracelular de colesterol está alta, os genes de transcrição associados com a
síntese do colesterol são reprimidos. Por outro lado, quando os esteroides estão ausentes, o complexo SCAP/SREBP
alcançam a protease e a transcrição se inicia. As SREBPs agem nas regiões promotoras dos genes da HMG-CoA redutase,
da HMG-CoA sintase e do receptor de LDL.
Além da repressão da síntese intracelular de colesterol, sua concentração aumentada no hepatócito induz também, via
LXR, genes que codificam para os transportadores de colesterol que controlam seu efluxo das células para as partículas de
HDL. Isto inclui a expressão de ABCA1 (um transportador que controla o efluxo de colesterol das células para o HDL
nascente) e de ABCG1 (um transportador que estimula o efluxo de colesterol para HDL2 e HDL3 mais maduras; Cap. 18).
Note que o fator de transcrição PPARγ também age através do LXR regulando o efluxo de colesterol (Cap. 18). Finalmente,
a alta concentração intracelular de colesterol, também através de uma das SREBPs, induz as enzimas que catalisam a síntese
de ácidos graxos, fornecendo substratos para a esterificação do colesterol.
ÁCIDOS BILIARES
 
O fígado remove o colesterol ou em forma livre ou como ácidos biliares
Quantitativamente, os ácidos biliares são os produtos metabólicos do colesterol mais importantes. No homem, existem
quatro principais ácidos biliares (Fig. 17.8). Todos eles têm 24 átomos de carbono com os três átomos de carbono terminais
da cadeia lateral do colesterol sendo removidos durante a síntese. Eles também têm um núcleo esteroide saturado e diferem
somente no número e posição dos grupos hidroxila adicionais. Todos estes grupos hidroxila têm a configuração α (abaixo do
plano do núcleo) e isto significa que a isomerização do grupo hidroxila 3β do colesterol deva ocorrer.
Fig. 17.8 Estrutura dos ácidos biliares. Os ácidos biliares primários são sintetizados no fígado, e os ácidos biliares secundários no
intestino.
 
Os ácidos biliares são sintetizados no fígado
A biossíntese dos ácidos biliares ocorre nas células parenquimatosas do fígado, onde os ácidos cólico e quenodes
oxicólico são produzidos. Eles são conhecidos como os ácidos biliares primários. O passo limitante na biossíntese é a enzima
microssomal 7α-hidroxilase (também designada como CYP7A1), queintroduz um grupo hidroxil na posição 7 α do anel do
colesterol. Ela é uma mono-oxigenase microssomal que consiste de citocromo P-450 e necessita de NADPH e oxigênio
molecular.
Antes da sua secreção, os ácidos biliares primários são conjugados através do grupo carboxila, formando ligações
amida com glicina ou taurina (Fig. 17.8). No homem, existe uma razão 3:1 em favor dos conjugados de glicina. Os produtos
secretados são assim, principalmente os ácidos glicocólico, glicoquenodesoxicólico, taurocólico e tauroquenodesoxicólico.
No pH fisiológico, os ácidos biliares estão principalmente ionizados, assim eles ocorrem como sais de sódio ou potássio. Os
termos “ácidos biliares” e “sais biliares” são usados intercambiavelmente. Como seus nomes sugerem, estes compostos são
secretados a partir do fígado, via canalículos biliares e ductos biliares maiores, ou diretamente no duodeno ou armazenados
na vesícula biliar. Eles são importantes componentes da bile junto com água, fosfolipídeos, colesterol e produtos excretórios,
tais como a bilirrubina. O colesterol é bombeado para a bile pelas proteínas ABCG5 e ABCG8, cuja expressão é regulada
pelo LXR (ver anteriormente). Importante, a bile saturada com colesterol facilita a formação de pedras de colesterol na
vesícula.
CÁLCULOS BILIARES
 
Uma mulher de 45 anos de idade se queixa de dor abdominal no quadrante superior direito e vômitos após alimentos
gordurosos. A única anormalidade bioquímica foi um aumento moderado na fosfatase alcalina para 400 U/L (<260 U/L).
Entretanto, um ultrassom abdominal mostrou que a vesícula biliar continha cálculos biliares. Ela foi encaminhada ao cirurgião.
Comentário. Os cálculos biliares ocorrem em até 20% da população dos países do ocidente. A condição resulta da
formação de pedras ricas em colesterol dentro da vesícula biliar. O colesterol está presente em altas concentrações na bile,
estando solubilizado em micelas que também contêm fosfolipídeos e ácidos biliares. Quando o fígado secreta a bile com uma
razão colesterol para fosfolipídeo maior do que 1:1, torna-se difícil solubilizar todo o colesterol nas micelas; assim, existe uma
tendência para o excesso se cristalizar em torno de qualquer núcleo insolúvel. Isso é reforçado por maior concentração da
bile na vesícula biliar que ocorre como resultado da reabsorção de água e eletrólitos. A condição pode ser controlada
cronicamente através da redução do colesterol da dieta e aumento da disponibilidade de ácidos biliares que irão auxiliar na
solubilização do colesterol na bile e excreção via intestinos. O tratamento alternativo inclui a desintegração das pedras por
ondas de choque (litotripsia) e cirurgia. A fosfatase alcalina elevada é um marcador da colestase (Cap. 29).
 
Os receptores X participam na síntese e secreção de bile
Os receptores X coordenam a expressão de vários genes relevantes para a excreção de colesterol incluindo a
expressão da colesterol 7 α-hidroxilase. A excreção de colesterol para a bile também é regulada por outros receptores
nucleares. O receptor X de farnesil (FXR) se heterodimeriza com o receptor X de retinoides e se liga aos elementos de
resposta do ácido biliar no DNA. O FXR age como sensor celular do ácido biliar através da ligação do ácido biliar e
suprimindo suas sínteses. O FXR também induz a bomba de exportação de ácido biliar ABCBII que remove os ácidos
biliares do hepatócito para a bile.
Os ácidos biliares secundários são formados no intestino
Os ácidos biliares secundários se formam dentro do intestino pela ação de bactéria anaeróbica (principalmente
Bacteroides) nos ácidos biliares primários. Eles são os ácidos desoxicólico e litocólico ( Fig. 17.8). Somente uma proporção
dos ácidos biliares primários é convertida em ácidos biliares secundários. Isto necessita de hidrólise da ligação amida à glicina
ou taurina antes da remoção do grupo 7α-hidroxila.
Os ácidos biliares ajudam na digestão da gordura da dieta
A secreção de bile a partir do fígado e o esvaziamento do ducto biliar são controlados pelos hormônios gastrointestinais
hepatocrinina e colecistocinina, respectivamente. Eles são liberados quando o alimento parcialmente digerido passa do
estômago para o duodeno. Uma vez secretados no intestino, os ácidos biliares agem como detergentes (eles possuem grupos
polares carboxila e hidroxila), auxiliando na emulsificação dos lipídeos digeridos; isto ajuda a digestão enzimática e a
absorção da gordura da dieta (Cap. 10).
Os ácidos biliares recirculam via circulação êntero-hepática
Até 30 g de ácidos biliares passam do ducto biliar para dentro do intestino a cada dia, mas somente 2% disto
(aproximadamente 0,5 g) são perdidos pelas fezes. A maioria seria desconjugada e reabsorvida. A reabsorção passiva dos
ácidos biliares ocorre no jejuno e cólon, mas a maioria tem lugar no Íleo por transporte ativo. Os ácidos biliares reabsorvidos
são transportados no sangue via a veia portal ligados não covalentemente à albumina e são novamente secretados na bile. O
processo é conhecido como circulação êntero-hepática. A reabsorção intestinal explica por que a bile contém ambos os
ácidos biliares primários e secundários. O conjunto total de ácidos biliares é de somente 3 g, e por este motivo eles têm de
recircular 5-10 vezes ao dia.
Este fluxo de ácido biliar também contribui para o controle da síntese de ácidos biliares; a 7 α-hidroxilase está sob
controle por retroalimentação pela quantidade de ácidos biliares que retornam ao fígado através da veia porta. Os ácidos
biliares da dieta também reduzem a expressão da 7 α-hidroxilase. O metabolismo dos ácidos biliares está resumido na Figura
17.9.
Fig. 17.9 Circulação êntero-hepática dos ácidos biliares. Para a estrutura dos ácidos biliares primários e secundários, veja a
Figura 17.7.
 
O colesterol é excretado nas fezes
Assim, existe um considerável fluxo de colesterol do fígado para a bile e então para o duodeno. Cerca de 1 g de
colesterol é eliminado do corpo a cada dia através das fezes. Aproximadamente 50% disto são excretados como ácidos
biliares e o restante como os esteroides neutros isoméricos saturados coprostanol (5 β-) e o colestanol (5α-) produzidos pela
redução bacteriana da molécula de colesterol.
A colestiramina é uma resina ligante de ácido biliar que tem sido usada para reduzir o colesterol plasmático
A colestiramina é um fármaco que interrompe a circulação êntero-hepática de ácidos biliares. Ela leva a um aumento na
atividade da 7 α-hidroxilase, síntese aumentada de ácidos biliares e excreção aumentada de ácidos biliares.
Consequentemente existe uma síntese aumentada de colesterol e uma expressão aumentada do receptor de LDL. A
colestiramina foi um dos primeiros agentes efetivos e redutores de colesterol, mas tem sido substituída pelas estatinas. O mais
novo fármaco redutor de lipídeo que age no intestino é o azetimibe, mencionado anteriormente.
HORMÕNIOS ESTEROIDES
 
O colesterol é o precursor de todos os hormônios esteroides
Os mamíferos produzem muitos hormônios esteroides, alguns dos quais diferem somente por uma dupla ligação ou pela
orientação de um grupo hidroxila. Consequentemente foi necessário o uso de nomenclatura sistemática para detalhar as
estruturas exatas. Existem três grupos de hormônios esteroides ( Fig. 17.10). Os corticosteroides têm 21 átomos de carbono
na estrutura básica do anel de pregnano. A perda dos dois átomos de carbono restantes da cadeia lateral do colesterol
produz o anel androstano e o grupo de hormônios conhecidos como androgênios. Finalmente, a perda adicional do grupo
metila angular no átomo de carbono 19 como parte da aromatização do anel A resulta na estrutura estrano encontrada nos
estrogênios. A presença e posição de duplas ligações e a posição e orientação do grupo hidroxila ou outros grupos funcionais
no núcleo básico são características particulares de cada hormônio.
Fig. 17.10 Estrutura e nomenclatura dos hormôniosesteroides humanos mais importantes. São mostrados seus nomes
triviais e sistemáticos (em parênteses). Para a numeração dos átomos em uma molécula esteroide (Fig. 17.1 e Cap. 39).
 
A MEDIDA DE ESTEROIDES POR CROMATOGRAFIA GASOSAESPECTROMETRIA DE MA
(GC/MS)
 
No laboratório de endocrinologia clínica, a medida dos metabólitos esteroides urinários ajuda no diagnóstico de um
número de distúrbios herdados da síntese e metabolismo de esteroides adrenais e tumores produtores de esteroides. Isto é
particularmente valioso na identificação do local do defeito na hiperplasia adrenal congênita. Estas investigações são mais
frequentemente realizadas em neonatos com genitália ambígua, crianças com puberdade precoce e em pacientes com suspeita
de síndrome de Cushing ( Cap. 39). As anormalidades na síntese de esteroides são reveladas por uma alteração no padrão
dos metabólitos esteroides urinários.
A técnica usada é a cromatografia gasosa acoplada à espectrometria de massa (GC/MS); ela é muito similar ao método
adotado para a identificação de esteroides anabolizantes no esporte. Os metabólitos esteroides são excretados na urina
principalmente como conjugados com sulfato ou ácido glicurônico hidrossolúveis. O primeiro passo na análise envolve a
liberação enzimática dos esteroides de seus conjugados; isso é seguido por derivatização química para aumentar suas
estabilidades e melhorar a separação, que é realizada por cromatografia de gás em colunas capilares a altas temperaturas. A
detecção final é por fragmentação de massa: para cada metabólito esteroide, um único padrão de fragmentação iônica é
obtido, o que permite a identificação positiva e a quantificação.
 
DEFICIÊNCIA DE ESTEROIDE 21-HIDROXILASE
 
Uma criança nasceu com genitália ambígua. Dentro de 48 horas a criança estava hipotensa e em sofrimento. A
investigação bioquímica revelou:
Na+ 115 mmol/L (135-145 mmol/L)
K+ 7,0 mmol/L (3,5-5,0 mmol/L)
17-hidroxiprogesterona 550 nmol/L (<50 nmol/L)
Comentário. Este neném tem uma forma severa de deficiência de esteroide 21-hidroxilase, a mais comum de um grupo
de condições caracterizadas por defeitos na atividade de uma das enzimas da via esteroidogênica, conhecida como
hiperplasia adrenal congênita. A condição tem uma origem genética e leva à falência na produção de cortisol (e possivelmente
também aldosterona). Isto resulta em inibição reduzida na retroalimentação negativa na produção de ACTH pela pituitária. O
ACTH continua a estimular a glândula adrenal a produzir esteroides anteriores ao bloqueio da enzima. Os esteroides incluem
a 17-hidroxiprogesterona, que é ainda metabolizada à testosterona ( Fig. 17.10). Isto resulta em androgenização de uma
recém-nascida menina. A deficiência de mineralocorticoide causa eliminação renal de sal e necessita de tratamento urgente
com esteroides e fluidos. A terapia de manutenção de longo prazo com hidrocortisona e mineralocorticoides suprime a
produção de ACTH e androgênios. Uma forma menos severa desta condição, uma deficiência parcial da enzima, ocorre em
mulheres jovens que apresentam irregularidade menstrual e hirsutismo como consequência do excesso de androgênios
adrenais.
 
Biossíntese dos hormônios esteroides
 
A conversão do colesterol em hormônios esteroides ocorre somente em três órgãos: o córtex adrenal, os testículos nos
homens e o ovário nas mulheres.
Uma simplificação usada na prática é se considerar os corticosteroides como produtos do córtex adrenal, androgênios
como os produtos dos testículos e estrogênios como produtos do ovário. Uma via simplificada da síntese dos esteroides é
mostrada na Figura 17.11 (Cap. 39). A atividade relativa das enzimas esteroidogênicas em cada um desses três órgãos
determina o principal produto secretado; entretanto, isto não é regra e todos os três órgãos são capazes de secretar
pequenas quantidades dos esteroides pertencentes aos outros grupos. Em situações patológicas, tais como um defeito na
esteroidogênese ou um tumor secretor de esteroides, um padrão muito anormal de secreção de esteroides pode ocorrer.
Fig. 17.11 Via biossintética de esteroides. Note como a via se ramifica a partir do colesterol, levando circunstancialmente à
síntese de mineralocorticoides (p. ex., aldosterona), glicocorticoides (cortisol), androgênios (testosterona) e estrogênios (estradiol).
 
As enzimas mono-oxigenases citocromo P-450 controlam a esteroidogênese
A maioria das enzimas envolvidas na conversão do colesterol em hormônios esteroides são as proteínas do citocromo
P-450, que necessitam de oxigênio e NADPH. Em sua forma mais simples, este complexo enzimático catalisa a substituição
de uma ligação carbono-hidrogênio com uma ligação carbono-hidroxila; por isso, o termo coletivo ser mono-oxigenase. A
hidroxilação dos átomos de carbono adjacentes é o precursor da quebra da ligação carbono-carbono. A comparação da
estrutura do colesterol ( Fig. 17.2) com aquelas dos hormônios esteroides ( Fig. 17.10) demonstra que a via biossintética é
amplamente realizada pela quebra de ligações carbono-carbono e reações de hidroxilação. As enzimas envolvidas têm suas
próprias nomenclaturas nas quais o símbolo CYP é seguido por um sufixo específico. Assim, CYP21A2 se refere à enzima
que hidroxila o átomo de carbono 21 (Cap. 29).
Corticosteroides
 
A subestrutura celular do córtex adrenal é organizada em três camadas. As duas camadas internas ( zona fasciculata e zona
reticularis) são responsáveis pela síntese de cortisol (o principal glicocorticoide) e androgênios adrenais. A camada externa
(zona glomerulosa) é responsável pela síntese da aldosterona, o principal mineralocorticoide ( Cap. 23). Embora muitas das
etapas sejam similares, elas são controladas por mecanismos muito diferentes.
A biossíntese do cortisol depende da estimulação pelo hormônio pituitário adrenocorticotrófico (ACTH) que se liga ao
seu receptor de membrana e dispara um grupo de eventos intracelulares que causam a hidrólise dos ésteres de colesterol
armazenados em gotículas de lipídeos e a ativação da enzima colesterol 20,22-desmolase que converte o C-27 colesterol em
pregnenolona, a primeira da família C-21 pregnana dos corticoides. Esta é a etapa velocidade limitante da esteroidogênese.
Depois disso, a conversão do cortisol necessita da desidrogenação-isomerização e três reações sequenciais de hidroxilação
em C-17, -21 e -11, sob o controle das enzimas CYP. O controle da velocidade de biossíntese de cortisol é obtido por
retroalimentação negativa pelo cortisol na secreção de ACTH (Cap. 39).
O principal estímulo para a síntese de aldosterona não é o ACTH, mas a angiotensina II ( Cap. 23). O potássio é um
importante estímulo secundário. A angiotensina II, por ligação ao seu receptor, e o potássio trabalham cooperativamente para
ativar a primeira etapa da via: a conversão de colesterol em pregnenolona. A zona glomerulosa carece de 17 α-hidroxilase,
mas tem quantidades abundantes da 18-hidroxilase que catalisa a primeira reação de dois estágios, formando o grupo 18-
aldeído encontrado na aldosterona.
Androgênios
 
A conversão dos corticoides em androgênios necessita da 17-20 liase/desmolase e um substrato que contém o grupo 17 α-
hidroxila. Isto estimula a adição de um grupo 17α-hidroxila antes da quebra da ligação C17-C20 para produzir a estrutura do
anel androstano. Esta enzima é abundante nas células de Leydig dos testículos e nas células da granulosa do ovário. Nesses
casos, entretanto, a etapa limitante na quebra da cadeia lateral do colesterol é estimulada pelo hormônio luteinizante (LH) nos
testículos e pelo hormônio folículo estimulante (FSH) nos ovários. Assim, em dois tecidos diferentes o mesmo passo
biossintético é controlado por dois hormônios diferentes.
Estrogênios
 
A conversão dos androgênios em estrogênios envolve a remoção do grupo metila em C-19 pela 19-aromatase (Fig. 39.7). O
anel A passa por duas desidrogenações como parte dareação, produzindo o núcleo 1,3,5(10)-estratrieno característico.
Esta aromatase é mais abundante nas células da granulosa do ovário, embora a enzima do tecido adiposo também possa
converter alguma testosterona em estradiol. As ações biológicas dos hormônios esteroides são diversas e são melhor
consideradas como pertencentes ao sistema de hormônios trópicos. Esse sistema é descrito no capítulo 39. Muitos defeitos
genéticos foram identificados na estrutura das enzimas CYP – estes defeitos levam à biossíntese anormal de esteroides e a
distúrbios clínicos, tais como hiperplasia adrenal congênita.
Mecanismo de ação e eliminação dos hormônios esteroides
 
Os hormônios esteroides agem via receptores nucleares
Todos os hormônios esteroides agem pela ligação aos receptores nucleares ativados por ligante. Os receptores de
hormônios esteroides pertencem à superfamília de receptores hormonais, que incluem os receptores para o hormônio T3 da
tireoide e as formas ativas das vitaminas A e D ( capítulo 40). A especificidade de cada receptor é alcançada através das
diferentes cavidades hidrofóbicas em um pequeno domínio ligante de hormônio. Adjacente ao domínio ligante de hormônio
está um domínio ligante de DNA altamente conservado, que é caracterizado pela presença de dois zinc fingers (Fig. 34.3).
A ligação do esteroide facilita a translocação do receptor ativado para o núcleo e à ligação a um elemento específico de
resposta ao esteroide nas regiões promotoras dos genes-alvo, levando à transcrição ( Cap. 34). A variabilidade genética na
estrutura dos receptores esteroides pode transmitir um grau variável de resistência hormonal e diversas apresentações
clínicas. As ações biológicas dos hormônios esteroides são melhor consideradas como parte do sistema de hormônios
trópicos descrito no capítulo 39
.
Os hormônios esteroides são excretados na urina
A maioria dos hormônios esteroides é excretada pelos rins. Existem duas vias principais neste processo. Primeiro, a
potência biológica do esteroide tem que ser removida e isto é conseguido por uma série de reações de redução. Segundo, a
estrutura esteroide tem que se tornar hidrossolúvel, conseguido pela conjugação a um grupo glicuronídio ou sulfato,
geralmente através do grupo hidroxila em C-3. Como resultado, muitos conjugados de hormônios esteroides diferentes estão
presentes na urina, alguns em altas concentrações. Os esteroides urinários analisados por cromatografia gasosa-
espectrometria de massa identificam tipicamente mais de 30 de tais esteroides, e suas concentrações relativas podem ser
usadas para localizar defeitos específicos na via esteroidogênica (Fig. 17.12).
Fig. 17.12 Separação dos esteroides urinários realizada por espectrometria de massa. Este cromatograma de um teste clínico
ilustra um padrão de metabólitos esteroidais urinários de um paciente com uma variante de deficiência da 21-hidroxilase de uma
hiperplasia adrenal congênita. Nessa condição, os metabólitos esteroides mais evidentes são a 17-hidroxipregnenolona, o pregnanotriol
e o 11-oxopregnanotriol. Eixo-x, tempo em minutos, no qual os metabólitos esteroides cromatograficamente separados são
detectados pelo espectômetro de massa; eixo-y, abundância relativa (quantidade de Íons).
 
VITAMINA D3
 
A vitamina D3 (colecalciferol) também é derivada do colesterol e tem um papel-chave no metabolismo do cálcio. A vitamina
D e seus metabólitos são descritos no capítulo 25.
Resumo
 
O colesterol é um constituinte vital das membranas celulares e a molécula precursora dos ácidos biliares, hormônios
esteroides e vitamina D.
O colesterol é derivado da dieta e também é sintetizado de novo a partir da acetil-CoA. A biossíntese do colesterol é
finamente regulada. A enzima limitante de sua síntese é a HMG-CoA redutase.
O metabolismo do colesterol em ácidos biliares e hormônios esteroides envolve várias reações de hidroxilação catalisadas
pelas enzimas mono-oxigenases citocromo P-450.
Várias doenças estão associadas com anormalidades na regulação da homeostasia do colesterol ou seu metabolismo.
QUESTÕES DE APRENDIZADO
 
1. Descreva a regulação da concentração intracelular do colesterol.
2. O que são os ácidos biliares secundários e como eles são produzidos?
3. Discuta a circulação êntero-hepática dos ácidos biliares.
4. Discuta o papel das mono-oxigenases na síntese dos esteroides.
 
Leituras sugeridas
 
Charlton-Menys V, Durrington PN. Human cholesterol metabolism and therapeutic molecules. Exp Physiol. 2007;93:27-42.
Janowski BA, Willy PJ, Devi TR, Falck JR, Mangelsdorf DJ. An oxysterol signaling pathway mediated by the nuclear receptor
LXRa. Nature. 1996;383:728-731.
Marcil M, Brooks-Wilson A, Clee SM, et al. Mutations in the ABC1 gene in familial HDL deficiency with defective cholesterol efflux.
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Sakai J, Rawson RB. The sterol regulatory element-binding protein pathway: control of lipid homeostasis through regulated
intracellular transport. Curr Opin Lipidol. 2001;12:261-266.
Vegiopoulos A, Herzig S. Glucocorticoids, metabolism and metabolic diseases. Mol Cell Endocrinol. 2007;275:43-61.