AULA 07 - BIOTRANSFORMAÇÃO DE AGENTES TOXICOS

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Biotransformação
 xenobióticos absorvidos
 excretados inalterados ou quimicamente 
modificados
 comportamento cinético depende de suas 
propriedades físico-químicas
 substâncias lipofílicas
 facilmente absorvidas
 não facilmente excretadas (reabsorção e 
tendência a se acumular)
 xenobióticos lipofílicos
 excreção facilitada por mecanismos 
bioquímicos (próprios do organismo) que os 
transformam em substâncias mais polares e 
hidrossolúveis
 biotransformação
 alteração na estrutura química da substância 
que ocorre no organismo
 catalisada por enzimas não específicas 
(metabolizam substâncias endógenas)
 tipos de reação de biotransformação
 reações de fase I e de fase II
 reações de fase I
 oxidação, redução e hidrólise
 conferem polaridade aos xenobióticos
 expõem ou inserem grupamentos (sulfidrila, amina 
ou carboxila), com aumento de hidrofilicidade
 metabólitos podem ou não ser mais tóxicos que o 
composto original
 se mais tóxicos a biotransformação = ativação
Ativação do paration metílico
 reações de fase II
 glicuronidação, sulfatação, metilação, 
acetilação, conjugação com a glutationa e com 
aminoácidos
 às moléculas de xenobióticos provenientes das 
reações de fase I são incorporados cofatores 
endógenos
 compreendem duas reações: 
 de síntese de cofatores (sintetases) e 
 de transferência destes (transferases)
 xenobióticos
 a maioria sofre reações de fase I e de fase II
 exceções, por ex.: morfina, heroína e codeína, 
conjugação direta com ácido glicurônico
 enzimas de biotransformação
 amplamente distribuídas no organismo
 maior concentração no fígado
 outros órgãos: pulmões, rins, adrenais, pele e 
mucosa do trato gastrintestinal
 fígado
 contato com nutrientes e xenobióticos 
absorvidos no trato gastrintestinal, antes de 
serem distribuídos (efeito de primeira 
passagem)
 substâncias biotransformadas por enzimas 
hepáticas podem ser ativadas ou inativadas na 
sua primeira passagem pelo fígado
 removido, homogeneizado e submetido a 
sucessivas centrifugações à velocidades 
crescentes → diversas frações das células 
hepáticas
 precipitado de 9.000 g (núcleos, mitocôndrias, 
lisossomas e fragmentos de membranas)
 precipitado de 105.000 g (fragmentos do retículo 
endoplasmático = microssomas)
 sobrenadante ou citosol = fração solúvel (enzimas 
solúveis)
 enzimas de biotransformação
 microssômicas ou citosólicas dependendo da 
localização sub-celular
 microssômicas catalisam a maioria das reações 
de fase I
 citosólicas responsáveis principalmente pelas 
reações de fase II
Reações de fase I
 oxidação
 sistema citocromo P-450 (sistema oxidase de 
função mista) compreende:
 citocromo P-450 (CYP), enzima com afinidade aos 
substratos
 NADPH citocromo P-450 redutase, enzima 
responsável pela transferência de elétrons para o CYP
 NADH citocromo b5 redutase atua como alternativa 
na transferência de elétrons para o CYP
 fixas aos fosfolipídios da membrana do retículo 
endoplasmático
 citocromo P-450 (CYP)
 hemeproteína (átomo de ferro na porção 
heme)
 complexo da forma reduzida (Fe+2) com o 
monóxido de carbono (CO)
 absorbância máxima (espectrofotométrica) no 
comprimento de onda de 450 nm
 múltiplas formas
 variando quanto a especificidade de ação e 
estrutura das cadeias polipeptídicas
 267 famílias codificadas por mais de 5000 
genes
 designadas, como por ex.: CYP3A2, onde:
 3 indica a família
 A = subfamília
 2 = gene 
 redução
 algumas reações catalisadas pelo citocromo P-
450 (em baixa concentração de oxigênio)
 por ex.: bioativação do tetracloreto de carbono por 
desalogenação por redução 
 citocromo P-450 transfere o elétron diretamente ao 
substrato, reduzindo-o
 substratos que sofrem redução in vivo
 metais e xenobióticos com grupamentos 
aldeído, cetona, dissulfeto, sulfóxido, quinona, 
N-óxido, alqueno, azo ou nitro
 além dos CYPs, álcool desidrogenase (ADH) e 
aldeído oxidase catalisam reações de oxidação 
e redução 
 hidrólise
 substratos (xenobióticos com grupamentos 
éster (tio-ésteres e ésteres de ácido fosfórico), 
ácido carboxílico e amida
 catalisadas por carboxilesterases, 
colinesterases e paroxonases (enzimas com 
ampla distribuição tecidual e plasmática)
Reações de fase II
 glicuronidação
 glicuroniltransferase
 conjugação com o ácido glicurônico
 ácido uridinodifosfato glicurônico (AUDPG)
 doador do grupo glicuronila
 glicuronatos
 polares e excretados pelos rins e fígado
 ocorre nos retículos endoplasmáticos de 
diversos dos tecidos 
 UDP-glicuroniltransferase
 várias formas
 substratos 
 álcoois aromáticos e alifáticos, ácidos carboxilícos, 
aminas primárias e secundárias e grupos sulfidrila livres 
→ gerando O, N e S-glicuronatos
 glicuroniltransferase 
 praticamente ausente em recém-nascidos → alta 
incidência de intoxicação por hiperbilirrubinemia 
 sulfatação
 catalisada por sulfotransferases 
 enzimas solúveis presentes no fígado, rins, intestino, 
pulmões e outros tecidos
 doador do grupo sulfato
 3’-fosfoadenosina-5’-fosfosulfato (PAPS)
 síntese a partir de ATP e sulfato inorgânico
 gera
 sulfatos orgânicos ionizados e excretados 
predominantemente com a urina
 tipos de sulfotransferases
 arilsulfotransferase
 hidroxiesteróide sulfotransferase
 estrona sulfotransferase
 transferases de sais biliares 
 metilação
 catalisada por metiltransferases
 doador do grupo metila
 S-adenosilmetionina
 substratos
 aminas aromáticas e alifáticas, N-heterocíclicos, 
fenóis e compostos contendo grupo sulfidrila
 tipos de metiltransferase
 N-metiltransferase, O-metiltransferase e S-
metiltransferase
 acetilação
 principal via de biotransformação de arilaminas
 N-acetiltransferases (enzimas citosólicas)
 cofator endógeno
 acetilcoenzima A
 substratos
 aminas primárias aromáticas, hidrazinas, hidrazidas, 
sulfonamidas e certas aminas alifáticas primárias
 variação biológica
 entre espécies
 por ex.: cães desprovidos de N-acetiltransferase
 entre indivíduos da mesma espécie
 por ex.: entre humanos manifesta-se poliformismo 
genético
 acetiladores rápidos e acetiladores lentos, conforme 
capacidade de acetilar a isoniazida
 conjugação com a glutationa
 cofator endógeno
 glutationa (GSH), um tripeptídio (glicina, cisteína e 
ácido glutâmico)
 glutationa S-transferase (atividade citosólica e 
microssômica em vários órgãos)
 catalisa a etapa inicial
 reação de sulfidril nucleofílico da glutationa com o 
substrato (compostos com carbono eletrofílico) 
 produtos conjugados
 sofrem hidrólise → derivados cisteínicos que são 
acetilados formando N-acetilcisteína (ácido 
mercaptúrico)
 previne reações 
 xenobióticos eletrofílicos, por ex.: produtos de 
biotransformação do CCL4 com constituintes teciduais 
(lipídeos, DNA e proteínas)
 redução da concentração de GSH → aumento da 
toxicidade de substâncias que originam 
metabólitos reativos (radicais livres)
Fatores que modificam a 
biotransformação
 fatores internos
 relacionados ao próprio sistema biológico
 principalmente: espécie e raça, fatores 
genéticos, gênero, idade, estado nutricional e 
estado patológico
 fatores externos
 substâncias que atuam sobre os sistemas 
enzimáticos, ativando-os ou inibindo-os
Fatores internos
 espécie e raça
 variações qualitativas e quantitativas na 
biotransformação (presença ou não de enzimas e sua 
concentração)
 variação qualitativa, por ex.: biotransformação do 
praguicida N-2-fluorenilacetamida (FAA) 
 N-hidroxilação em ratos, camundongos, cães, mas 
não em cobaias
 cobaias menos sensíveis ao desenvolvimento de 
tumores (composto hidroxilado mais tóxico que o 
original)
 variação quantitativa, por ex.: inseticida 
O,O-diisopropilbenziltiofosfato
 toxicidade (DL50) difere entre ratos e camundongos
 camundongos mais suscetíveis (menor capacidade de 
biotransformação) hexobarbital
 velocidade variável de oxidação entre os ratos 
Holtzman, Sprague-Dawley e Wistar → variação do 
tempo de sono
 fatores genéticos
 variação da capacidade de biotransformação 
entre indivíduos da mesma espécie
 humanos, por ex.: acetilação da isoniazida
 N-acetiltransferase
 2 fenótipos distintos (acetiladores lentos e rápidos)
 caucasianos (50 a 60% de acetiladores lentos) e 
orientais (há predomínio de acetiladores rápidos)
 variações observadas entre espécies
 coelhos resistentes às ações da atropina
 possuem atropinesterase (hidrólise rápida da 
atropina)
 gene que expressa essa enzima é ausente na maioria 
das espécies de mamíferos
 gênero (variação entre os sexos 
masculino e feminino)
 por ex.: ratos machos metabolizam mais 
rapidamente o hexobarbital do que fêmeas 
 ratos machos com teor de citocromo P-450 
40% maior do que nas fêmeas
 devido a ação anabólica da testosterona
 ratas tratadas com testosterona → maior capacidade de 
biotransformação 
 machos castrados → redução da capacidade de 
biotransformação
 entre humanos
 pouca diferença na capacidade de biotransformação 
entre homens e mulheres
 uso de anticoncepcionais pode influir na 
biotransformação
 idade
 fetos e recém-nascidos
 praticamente desprovidos da capacidade de 
biotransformar xenobióticos (maior suscetibilidade 
comparados com adultos)
 após o nascimento, rápido desenvolvimento dessa 
atividade
 em idosos
 maior toxicidade devida a redução da atividade 
de biotransformação e excreção renal
 estado nutricional
ratos desnutridos → maior tempo de sono pelo 
hexobarbital
 diminuição das proteínas
 outros elementos nutricionais 
 ferro, cobre, magnésio, cálcio, zinco, vitaminas do 
complexo B e ácido ascórbico
 participam da composição e manutenção da 
integridade do citocromo P-450
 jejum por um dia
 redução da concentração de glutationa 
hepática
 potencialização da hepatotoxicidade de 
compostos desativados pela glutationa 
(paracetamol, bromobenzeno e outros)
 estado patológico
 doenças, principalmente hepáticas (cirrose, 
icterícia obstrutiva, carcinomas e hepatite)
 redução das atividades enzimáticas do fígado
 comprometimentos cardiovasculares com 
redução do fluxo sanguíneo hepático 
(modificam a biotransformação e depuração de 
xenobióticos)
Fatores externos
 indução enzimática
 atividade enzimática do sistema citocromo P-
450 pode ser estimulada por substâncias
por ex.: hormônios esteroidais, inseticidas 
clorados, barbitúricos e hidrocarbonetos 
aromáticos policíclicos
 sistema citocromo P-450
 responsável pela maioria das reações de 
oxidação de xenobióticos
 indutor acelera a sua biotransformação e de 
vários xenobióticos pelo aumento da síntese 
proteica
 resultando em tolerância metabólica
 outras enzimas passíveis de indução: álcool 
desidrogenase e transferases
 indutores enzimáticos
 fenobarbital e 3,4-benzopireno: protótipos, 
representando duas classes de agentes 
potentes
 experiências com ratos
 fenobarbital: efeito indutor demorado (3 dias de 
tratamento)
 3,4-benzopireno: efeito rápido (poucas horas), com 
duração maior do que do fenobarbital
 características da indução
 fenobarbital
 aumento do volume do fígado, proliferação do 
retículo endoplasmático, da síntese proteica e do teor 
de citocromo P-450
 3,4-benzopireno
 mesmas alterações, mas menos acentuadas
 interações entre fármacos
 muitas vezes ocorre por meio de indução enzimática 
provocada por um deles
 mecanismo de indução enzimática
 benzopireno e outros hidrocarbonetos 
policíclicos
 agonistas do receptor citosólico AhR (receptor de 
hidrocarboneto) nas células hepáticas
 complexo agonista-receptor 
 translocado para o núcleo, liga-se ao DNA e 
codifica para a síntese de proteínas (enzimas do 
citocromo P-450)
 etanol
 aumento da concentração de CYP2E1
 implicações toxicológicas
 CYP2E1 responsável pela ativação de diversas 
substâncias (tetracloreto de carbono, nitrosamina) a 
metabólitos tóxicos e carcinogênicos
 isoenzimas do citocromo p-450 em tecidos 
extra-hepáticos
 não prontamente induzidas por fenobarbital
 facilmente induzidas por hidrocarbonetos aromáticos 
policíclicos 
 receptor AhR presente em pulmões, rins, trato 
intestinal e pele
 enzimas de biotransformação de fase II
 maioria não são facilmente induzidas
 exceção: GSH-S-transferases
 inibição enzimática
 substâncias capazes de reduzir a 
biotransformação
 mecanismos de inibição
 inibição da síntese proteica
 competição com substratos endógenos pelos centros 
ativos
 enzimas passíveis de inibição
 várias, destacando-se as colinesterases, 
aldeídodesidrogenase e citocromo P-450
sob inibição
 agentes químicos destoxificados por 
biotransformação
 efeitos aumentados
 agentes químicos que sofrem ativação
 efeitos diminuídos
 inibição da aldeído desidrogenase
 dissulfeto de tetraetiltiuram (dissulfiram)
 outrora, tratamento do alcoolismo crônico
 acúmulo de aldeído (náusea, vômitos e hipotensão)
inibição da acetilcolinesterase
 mecanismo de ação de inseticidas organofosforados
 acúmulo de acetilcolina e hiperestimulação de receptores 
colinérgicos (síndrome colinérgica)
inibição do citocromo P-450
 inibição por várias substâncias
 por ex.: éster dietilaminoetanol do ácido propilacético 
(SKF525-A)
 inibidor do citocromo P-450
 aumento do efeito do hexobarbital e outros fármacos