Bioquímica - Metabolismo do ferro e xenobióticos

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Prova 4 Bioquimica Animal
Metabolismo do ferro 
 A habilidade do ferro em aceitar e doar elétrons o torna imprescindível para diversas reações biologicas. O ferro pode estar na forma de iônica (ferroso 2+ ou férrico 3+) e na forma heme – que è indispensável no transporte de O2 pelas hemácias.
 O heme é constituído por um anel tetrapirrólico com um íon central de ferro e parte de sua síntese ocorre na mitocôndria e parte no citosol.
 O RNAm da ALAS-2 contém elementos reguladores de ferro (IREs). Os IREs interagem com proteínas reguladoras de ferro (IRPs), a ligação IRP—IRE impede a tradução do RNAm de ALAS-2 diminuindo a síntese do heme. Em situações em que há excesso de ferro a ligação IRP—IRE não ocorre, então a ALAS-2 è expressa e aumenta a síntese do heme.
Aquisição de ferro
 O ferro utilizado è obtido de duas fontes principais: dieta e reciclagem de hemácias senescente.
· Ferro da dieta: Uma dieta normal contém aproximadamente 13mg de ferro e somente 1 a 2mg è absorvido. A aquisição de ferro na forma heme corresponde a 1/3 disso, e è proveniente da quebra da hemoglobina e mioglobina da carne vermelha. O ferro na forma orgânica (heme) è mais bem absorvido do que na forma inorgânica (íons), e o ferro inorgânico mais abundante na dieta está na forma ferrica (3+)
 O transporte de ferro do lúmen intestinal até a corrente sanguínea ocorre em 3 etapas:
1) Captação de ferro: O heme è captado pelo transportador HCP-1, e a captação da forma iônica è feita pelo transportador de metal divalente DMT-1. Para exercer sua função o DMT-1 necessita que o ferro 3+ seja convertido em 2+, esta redução è mediada pela enzima Ferri Redutase Citocromo(DEYBT). O transportador cuja a expressão è mais regulada pelos níveis de ferro sérico è o DMT-1. Além da DEYBT a redução do ferro 3+ para 2+ pode ser mediada pelo pH ácido estomacal. 
2) Transporte intracelular: dentro da célula o ferro terá dois possíveis destinos dependendo da demanda de ferro. Se a necessidade for baixa ele permanece dentro do enterocito sequestrado pela ferritina, mas se houver deficiência de ferro ele será transportado para o plasma.
3) Transporte para o plasma: o principal transportador do ferro da célula para o plasma è a ferroportina – único mecanismo de influxo de ferro-, a expressão do RNAm da ferroportina è aumentada quando há deficiência de ferro no plasma e na hipóxia. A FPN é seletiva para o Fe2+, e além de ser exportadora de ferro também è receptora da Hepcidina(HPN). Para ser transportado pela transferrina è necessário que o Fe2+ que saiu da ferroportina seja oxidado a Fe3+ pela hefaistina (enterócito) ou pela ceruloplasmina (macrófago)
Reciclagem pelos macrófagos 
 A maior parte do ferro está associada a moléculas de hemoglobinas, por isso, a fagocitose e degradação de hemácias pelos macrófagos è uma fonte importante de ferro e garante a necessidade diária de ferro para eritropoiese. 
 Macrófagos reconhecem modificações bioquímicas na superfície das hemácias que estão em senescencia para realizar a eriptose, eles internalizam as hemácias e degradam seus componentes. O ferro retido pode continuar armazenado nos macrófagos na forma de ferritina ou ser exportado pela ferroportina direto para a circulação, onde será transportado pela transferrina até os locais onde è requisitado.
Transporte e captação de ferro 
 O ferro è transportado pela proteína transferrina para evitar a reação de Fenton. Esta proteína pode carregar 2 unidades de Fe3+. A capacidade total dela raramente é utilizada, e em condições normais ela se encontra 30% saturada. Quando a capacidade da Tf satura, o ferro pode circular livremente pelo soro e causar danos teciduais.
 A internalização de ferro nas células é iniciada pela ligação da transferrina no receptor TFR que endocita a transferrina ligada ao Fe3+, dentro do endossoma ocorre uma redução no pH para facilitar a liberação do ferro. Após essa acidificação a transferrina e o seu receptor é reciclado para a superfície celular e o ferro do endossoma sai pelo transportador DMT-1 para o citoplasma na forma 2+. A incorporação do ferro ao anel de protoporfirina irá formar o heme, que, em combinação com as cadeias de globina, formarão a hemoglobina. A deprivaçao de ferro aumenta a síntese de TRF (receptor de transferrina)
Transporte de ferro mitocondrial 
 A mitocôndria è essencial para o metabolismo do ferro, já que é o local onde ocorre a biossíntese do heme e dos clusters Fe—S. Os citocromos do complexo da respiração celular necessitam de ferro para serem sintetizados.
 Após o ferro ser transportado através da membrana mitocondrial a frataxina forma um complexo com o ferro para prevenir a formação de radicais livres na mitocôndria, e na cadeia transportadora de elétrons ocorrerá a conversão do Fe3+ para Fe2+, que será incorporada ao heme pela enzima ferroquelatase.
· Estoque de ferro
 Os principais tipos celulares que armazenam ferro são os macrofagos e os hepatocitos que armazenam na forma de ferritina e hemossiderina.
 A ferritina è menor e mais solúvel que a hemossiderina, por isso, ela é um armazenamento de fácil acesso e será o primeiro a ser utilizado. A hemossiderina corresponde a forma degradada da ferritina e possui seus ferros agregados.
· Homeostase do ferro 
Excesso de ferro: Hemocromatose. Deficiência de ferro: Anemia ferropriva 
 A homeostase do ferro è regulada por dois mecanismos: um intracelular e outro sistêmico dependente do hormônio heptina.
Regulação intracelular
 Para evitar excesso de ferro livre dentro da célula, proteínas reguladoras (IRP) controlam a expressão de genes moduladores de ferro intracelular, os IRPs se ligam a IREs (Elementos reguladores) que estão presentes nas regiões não codificadoras do mRNA. 
 Quando o nível de ferro na célula está alto o IRP não se liga ao IRE, e causa os seguintes efeitos: aumento na síntese da ferritina para armazenar o ferro, diminuição da síntese de receptores de transferrina para diminuir sua captação para dentro da célula, e aumento da expressão da ALAS-2 (enzima que inicia a síntese do heme). Quando o pool citoplasmático de ferro è baixo, o IRP tem alta afinidade pelo IRE e a ligação entre eles causam efeitos contrários aos citados.
 Os níveis de mRNA do transportador DMT-1 aumentam na deficiência de ferro e a regulação de sua expressão e mediada pelo sistema IRE—IRP.
Regulação sistêmica
 A hepcidina è um hormônio com papel regulatório central nada homeostase do ferro, ela atua diminuindo os níveis de ferro para evitar a hemocromatose. 
 A ferroportina é o receptor da hepcidina, e a ligação entre elas bloqueia a saída de ferro para o plasma, o que leva ao aumento dos níveis de ferro estocados no meio intracelular na forma de ferritina.
 A hepcidina é estimulada pelo aumento de ferro sèrico e pela citocina IL-6 em processos inflamatórios via STAT-3. As moléculas HFE, hemojuveljna e TFR2 regulam a expressão do gene HAMP da hepcidina. A hemojuvelina è um grande estimulador e uma falha nesta proteína pode levar a hemocromatose.
 Situações como a deficiência de ferro e hipóxia a síntese de hepcidina é inibida para aumentar a disponibilidade de ferro para a eritropoiese.
PS: Uma teoria aceita è que processos inflamatórios a síntese de hepcidina é estimulada pqra aumentar o nível de ferro intracelular, deste modo, facilitando a morte dos micro-organismos. 
Metabolismo de xenobióticos
 Xenobioticos são substâncias estranhas que não são encontradas naturalmente no nosso organismo. Fármacos são xenobiotióticos utilizados para modular funções corporais com fim terapêutico.
Locais de metabolismo dos fármacos 
 O fígado é o principal órgão de metabolismo dos fármacos. Com frequência os fármacos administrados via oral são absorvidos em sua forma inalterada pelo trato gastrointestinal (GI) e transportados diretamente até o fígado através da circulação porta. Dessa forma o fígado tem a oportunidade de metabolizar os fármacos antes que eles atinjam o órgão alvo, este fenômenoé chamado de efeito de primeira passagem. Se o metabolismo hepático for extenso, a quantidade de fármaco que irá alcançar o tecido alvo é muito pequena sendo necessário aumentar a dose para obter o efeito esperado. Certos fármacos não devem ser administrado via oral, apenas parenteral por causa de sua baixa biodisponibilidade.
 Embora o fígado seja o órgão mais importante no metabolismo dos fármacos, todos os tecidos do corpo são capazes de metabolizar em certo grau essas substâncias. Os locais particularmente ativos incluem a pele, os pulmões, o trato gastrintestinal e os rins. O GI pode ainda contribuir para o efeito de primeira passagem.
Vias de metabolismo 
 Os fármacos e outros xenobioticos sofrem biotransformação antes de sua excreção. Muitos produtos farmacêuticos são lipofilicos, o que permite que eles atravessem as membranas celulares, mas apesar dessa propriedade aumentar a biodisponibilidade dos fármacos, ela também pode dificultar sua excreção renal, visto que para ser eliminado na urina é necessário que o fármaco seja hidrofílico.
 As reações de biotranformação frequentemente aumentam a hidrofibicidade dos compostos para torná-los mais passíveis de excreção. Existem dois tipos de
 reações: as de oxidação/ redução (fase 1) e de conjugação/hidrólise (fase 2).
 Reações de oxidação transforma o fármaco em metabólicos mais hidrofílicos pela adição ou exposição de grupos funcionais polares como OH, SH e NH. Com frequência isso torna os metabolitos inativos e passíveis de excreção. Entretanto, alguns prorutos necessitam de modificações adicionais antes de serem excretados. As reações de conjugação modificam os compostos através de ligação de grupos hidrofílico como o ácido glicurônico, criando conjugados mais polares. Essas duas reações ocorrem separadamente e competem pelo mesmo substrato. 
Reações de oxidação/ redução 
 As enzimas que catalisam as reações de fase 1 são hemoproteinas monooxigenases da classe do citocromo p540 (CYP’s)
 Fármaco + O2 + NAPH ——> Fármaco-OH + H2O + NADP+
 O NADPH è o doador de ē em ambas as etapas. As reações mediadas pelo citocromo p450 correspondem a mais de 90% das bio transformações oxidativas, esse citocromo depende de ferro para sua síntese. Uma via oxidativa não p-450 é a via álcool desidrogenase que oxida álcool a aldeído. 
Reações de conjugação/hidrólise 
 Acopla metabólitos endógenos (ácido glicurônico e seus derivados) por enzimas de transferência para tornar o fármaco mais polar. Praticamente todos os produtos dessa reação são farmacologicamente inativos. 
 Conjugação de componentes ocorre no interior da célula e frequentemente precisam atravessar as membranas por transporte ativo para serem excretados. Alguns produtos de conjugação necessitam metabolismo adicional.
Indução e inibição 
 O metabolismo dos fármacos pode ser influenciado pelos níveis de expressão das enzimas envolvidas nesse metabolismo. Essas enzimas podem ser induzidas por diferentes compostos, a indução ou inibição podem ser incidentais (efeito colateral de um fármaco) ou proposital.
 O principal mecanismo de indução das enzimas p450 consiste em aumento da transcrição e tradução, ou diminuição de sua degradação. Um aumento no metabolismo de um fármaco pode reduzir suas concentrações abaixo dos níveis terapêuticos rapidamente.
 Uma inibição na transcrição da p450 pode ser utilizado como vantagem terapêutica, especialmente em fármacos que sofrem extenso metabolismo de primeira passagem, permitindo que estes alcancem maiores concentrações no plasma. Essa inibição também pode ser prejudicial pois permite que farmacos alcancem níveis muito altos no sangue.
Metabólitos tóxicos e ativos 
 O objetivo da biotransformação de fármacos è tornar um fármaco ativo/tóxico/não excretavel em um metabólito inativo/atóxico/passível de excreção, mas nem sempre isso ocorre.
 Os pró-fármacos são compostos inativos que são metabolizados a suas formas terapêuticos ativo, permitindo que ele fique mais tempo no plasma.
 Alguns fármacos produzem metabolitos tóxicos, um exemplo è o acetamidofeno (paracetamol) que quanto metabolizado pelo p450 gera o NAPQI, um composto altamente tóxico que é inativado pela GSH. 
Farmacogenômica
 As velocidades das reações de biotransformação podem variar acentuadamente de uma pessoa para outra. Os efeitos da variabilidade genética sobre o metabolismo dos fármacos constituem a fármacogenômica . Polimorfismos e mutações em uma ou mais enzimas envolvidas no metabolismo dos fármacos podem modificar a velocidade das reações de biotransformação. Essas diferenças devem ser consideradas nas tomadas de decisões terapêuticas e na dosagem utilizada.
Doenças que afetam o metabolismo dos fármacos 
 Como o fígado è o principal local da biotransformação, muitas doenças hepáticas comprometem significativamente o metabolismo dos fármacos. Em consequência desse metabolismo mais lento, níveis mais altos do que o desejado se encontram na circulação desses indivíduos.
 Doenças cardíacas também pode afetar o metabolismo dos fármacos pois para chegar no fígado estes dependem da corrente sanguínea, e o fluxo sanguíneo mais lento em pessoas com problemas no coração acarreta em um aumento da ½ vida do fármaco na circulação, podendo resultar em níveis potencialmente tóxicos.