Metabolismo de xenobióticos e etanol

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Metabolismo de xenobióticos e etanol 
Fígado: 
• O fígado é um órgão que tem um papel central e bioquímico critico, participa de inúmeras 
vias metabólicas, participa da digestão, desintoxicação e eliminação das substancias do 
corpo 
• Todo o sangue a partir do trato intestinal inicialmente passa através da veia porta para o 
fígado aonde os produtos derivados da digestão são processados, transformados e 
armazenados 
• O fígado ainda tem um papel central na síntese de proteínas, carboidratos, metabolismo 
lipídico, síntese de ácidos biliares a partir do colesterol e absorção de vitaminas 
• Além disso, o fígado ainda tem funções endócrinas já que cataboliza: hormônio da tireoide, 
cortisol, vitamina D, além de sintetizar fator de crescimento I semelhante à insulina, 
angiotensinogênio, hepcidina, trombopoietina e pequenas quantidades de eritropoeitina > 
muitas destas funções hepáticas podem ser avaliadas por procedimentos laboratoriais para 
conhecimento sobre a integridade do fígado 
• O fígado metaboliza compostos endógenos e exógenos (como medicamentos e toxinas) por 
biotransformação, que permite a eliminação desses produtos indesejados 
 
Fígado – inativação e biotransformação de metabólitos e compostos xenobióticos 
• Os xenobióticos são compostos químicos que não tem valor nutritivo e que normalmente 
não é produzido no nosso organismo (medicamentos, poluentes, aditivos alimentares, 
defensivos agrícolas) > são presentes no nosso dia a dia e podem provocar danos ao 
organismo 
• O principal sítio responsável pela metabolização de xenobióticos é o fígado, por meio de 
seu sistema enzimático cujos representantes principais são a flavoproteína-NADPH, o 
citocromo p450-oxidorredutase e o citocromo P450 > pertencem a uma família de 
hemoproteínas (proteínas com grupo heme na composição) responsáveis por cerca de 50% 
da metabolização de todos os xenobióticos > o nome desses sistemas enzimáticos se deve 
ao fato deles apresentarem absorbância máxima em 450nm 
• Existem inúmeras rotas que fazem a biotransformação desses xenobióticos > em geral, elas 
são muito parecidas com as que o fígado utiliza para inativação dos seus próprios produtos 
metabólicos de eliminação > um exemplo é a degradação do grupo heme da hemoglobina 
que produz bilirrubina, as rotas desses xenobióticos podem coincidir com essa via endógena 
• Em vista do que foi dito acima, sabe-se que todos os precursores e intermediários 
requeridos para as reações de biotransformação são sintetizados no fígado 
 
Sistema citocromo P450 (CYP450) 
• “sistema” = várias enzimas que irão participar do processo; as mais importantes nesse caso 
vão ser as mono-oxigenases ancoradas na membrana do retículo endoplasmático hepático, 
(REL dos hepatócitos) em regiões denominadas microssomos 
• Uma vez que são varias enzimas, elas recebem uma nomenclatura: CYP (indica que 
fazem parte do citocromo P450/ c=citocromo; p=pigmento e o número indica a absorbância 
máxima desse pigmento); ainda, dentro da família, cada enzima também tem uma nomeação 
especifica, um exemplo é a CYP 2E1 (2= família do gene em que essa enzima está expressa; 
e= subfamília da enzima e 1=gene que transcreve a proteína) 
• O objetivo desse sistema é converter substâncias apolares (as substância exógenas) em 
compostos polares que podem ser rapidamente eliminados e de forma eficiente > assim, o 
que se vê é que a maioria desses xenobióticos é apolar e insolúvel em água mas quanto 
mais polar, melhor para a eliminação > esses sistemas enzimáticos então, atuam nessa 
polarização > com, isso, também é possível notar que o termo detoxificação é inapropriado 
já que nem sempre há inativação ou redução da atividade do xenobiótico, apenas essa 
conversão de polaridade; em alguns casos, os metabólitos são mais tóxicos que a 
substância inicial, ou ainda, esses metabólitos podem ser fármacos ativos que vão ser 
utilizados pelo corpo 
• Aproximadamente 90% de todas as drogas (naturais ou sintéticas) são metabolizados por 
esse sistema citocromo P450 
 
• Características gerais do sistema CYP: 
➢ Todos eles contêm citocromo P450, que oxidam o substrato e reduzem o oxigênio (ver que 
o oxigênio é um pré-requisito) 
➢ Todas contêm uma subunidade redutase contendo flavina que utiliza NADPH (doador de 
hidrogênio) 
➢ Todas são encontradas no REL e são referidas como microssomais 
➢ Toda são ligadas a porção lipídica da membrana, provavelmente a fosfatidilcolina 
➢ Todas são induzíveis na presença de substrato preferencial 
➢ Todas geram um composto reativo 
 
• Reações de fase I: objetivo principal de polarizar o composto xenobiótico, a maioria dessas 
reações podem incorporam grupos químicos polares, como hidroxila (OH), COOH, SH, NH, 
O e NH2 > esse termo polar remete ao fato de que estes grupos tem distribuição desigual 
de elétrons, permitindo sua interação com a água > essas reações para incorporação podem 
ser através de oxidação, metilação, demetilação, hidrólise e hidroxilação; além dessa forma 
de se tornar polar, um outro jeito é pela clivagem da molécula visando expor grupos polares 
que ela contém 
 
Resumindo: essas reações são para polarizar, isso pode ser feito de duas maneiras, ou 
adicionando um grupo químico polar, ou clivando essa molécula de maneira a expor um 
grupo polar que ela tenha 
 
Exemplo: 
1- Essas reações dependem da presença de um doador de elétrons (NADPH), derivado do 
ciclo do ácido cítrico 
2- Nesse exemplo está ocorrendo uma hidroxilação (adicionou-se uma hidroxila) 
 
 
• Reações de Fase II: são sequenciais as reações de fase I; caracterizam-se por ser reações 
de conjugação, aqui o objetivo principal é aumentar a polaridade e a solubilidade, além de 
deixar essa molécula o menos reativa possível; para isso, existem várias reações de 
conjugação, entre elas há a glicuronidação, sulfatação, conjugação com glutationa e 
acetilação; nessas reações há o aumento do peso molecular da substância por meio de 
formação de ligações covalentes entre o grupo funcional do metabólito de fase I com 
substâncias orgânicas (aminoácidos, acetatos endógenos, ácido glicuronico, sulfatos e 
glutationa) 
 
Resumindo: nessa fase da reação pega-se o produto da fase I, e conjuga ao grupo funcional 
que foi adicionado ou exposto nela, alguma substância orgânica, por meio de ligações 
covalentes > isso torna a molécula com maior peso molecular, mais polar ainda e solúvel 
 
Exemplo: 
1- Glicuronidação – mais comum e mais importante nos mamíferos, nela há a transferência 
do ácido glicuronico na sua forma ativada, ou seja é o ácido glicuronico ligado à UDP 
(UDPGA: ácido uridina difosfato glicuronico) a grupos hidroxila, carboxila ou átomos de 
carbono; esse ácido ativo é produzido a partir da glicose 1 fosfato e a sua conjugação com 
esse grupos é conjugada pela enzima UDP-glucoronotransferase, predominante no RE dos 
hepatócitos com diversas isoformas 
 
Exemplo: ibuprofeno; 
 
 
2- Sulfatação – essa reação acontece com a transferência de um grupo sulfonato (SO3-) 
e é catalisada pela enzima sulfotransferase (SULT) que transfere a partir do seu cofator, 
a 3-fosfoadenosina-5-fosfosulfato (PAPS) para o xenobiótico; existem 11 isoformas de SULT 
em seres humanos, agrupadas em algumas famílias, os produtos dessa reação podem ser 
mais reativos, sendo necessários alguns processos de neutralização; ademais, os 
conjugados sulfatados são excretados principalmente na urina 
 
 
3- Glutationa – a glutationa é um tripeptídeo (ácido glutâmico, cisteína e glicina) que 
representa uma barreira a ação de produtos que poderiam reagir covalentemente com 
moléculas intracelulares, causando danos; esse tripeptídeo é presente em grandes 
quantidades no fígado em equilíbrio (sua forma reduzida e oxidada); a conjugação da 
glutationa com o produto da fase I é catalisada por enzimas denominadas de 
glutationa-S-transferases 
 
4- Acetilação – não é um processo tãocomum, envolve xenobióticos que tem hidroxilas, 
alfamina, e grupos que contenham enxofre (OH; NH2 e SO2N2); são reações catalisadas 
pelas enzimas da família N-acetiltransferases, cujo substrato é a acetil CoA; nesse processo, 
há a transferência da acetila de acetil CoA para um resíduo de cisteína que forma o sítio 
ativo da enzima, em seguida há a liberação da coenzima-A e o grupo acetila ligado a enzima 
é incorporado ao grupo amina do substrato, regenerando a enzima 
 
Nem sempre os processos de biotransformação cumprem com seus objetivos, de modo 
que em algumas situações os produtos dessas reações podem ser mais reativos do que o 
original, trazendo alguns malefícios 
 
Exemplo 1: existe um fungo (Aspergillus flavus), que cresce em amendoins estocados em regiões 
de umidade, que secretam um composto chamado de aflatoxina B1 > a reação de biotransformação 
desse composto pelo CYP2A1 produz um derivado chamado de 8,9-epóxido que induz mutações 
no gene P53, gera adutos covalentes com resíduos de guanina no DNA, além de combinarem com 
resíduos lisina de proteínas, formando uma hepatotoxina > todas essas transformações são 
hepatocarcinogenicas 
 
Exemplo 2: paracetamol (acetaminofeno); nesse caso, o que ocorre é que em quantidades 
normais, o fígado consegue metabolizar esse composto de forma eficiente e adequada para a 
excreção segura, entretanto, quando um indivíduo ingere o acetaminofeno em doses elevadas, ele 
se torna tóxico, uma vez que o processo de biotransformação pode não ser rápido o suficiente para 
remover subprodutos tóxicos do paracetamol; em condições normais o paracetamol é conjugado 
(glicuronidação ou sulfatação) e essas reações permitem que haja uma excreção segura desse 
composto; o que pode acontecer de errado é que uma de suas enzimas, gera um intermediário 
tóxico (NAPQI) na fase I, que só pode ser excretado por essa reação de conjugação feita de modo 
eficiente, entretanto, esse NAPQI é instável e reativo com proteínas celulares de forma que ele 
pode até mesmo promover necrose dos hepatócitos 
 
 
Resumindo> na fase I da biotransformação do paracetamol é formado um subproduto tóxico que 
é a NAPQI, caso ele esteja em concentrações normais, rapidamente esse composto é conjugado 
e excretado pela urina, entretanto, caso haja um excesso desse produto, ele vai se acumular (as 
concentrações de glutationa não vão ser suficientes para a conjugação) e ele vai se combinar com 
proteínas celulares podendo ocasionar na necrose de hepatócitos; 
 
Etanol 
• O etanol é solúvel em água e atravessa as membranas biológicas por difusão passiva 
• Considerado um solvente orgânico fraco 
• Mais ou menos 5% da metabolização do etanol ocorre na boca e no estomago (quantidade 
limitada); os outros 95% são absorvidos no ID e chegam ao fígado por meio da veia porta 
• 90% do etanol consumido é metabolizado, apenas cerca de 2 a 10% vai para a circulação 
sistêmica para ser excretado pelos pulmões e rins 
• A concentração do etanol no sangue vai ser determinada pela quantidade consumida na 
ausência ou não de alimentos no estômago, uma vez que este fator afeta o esvaziamento 
gástrico e consequentemente a absorção (logo, pouco alimento no estomago > 
esvaziamento mais rápido > e consequente absorção desse etanol mais rápida > aumenta 
rapidamente a concentração no plasma) 
• O principal sítio de metabolização do etanol é o fígado, e esse processo ocorre por meio de 
vias oxidativas, a qual envolve algumas enzimas, sendo que a principal é a álcool 
desidrogenase (ADH), encontrada principalmente no citosol de hepatócitos; além dessa 
enzima o sistema microssomal (enzimas que fazem parte do citocromo P450) oxidante de 
etanol (MEOS) também é importante nesse metabolismo 
• Etanol >ação da álcool desidrogenase > forma acetaldeído (tóxico) > deve ser metabolizado 
> atuação da acetaldeído desidrogenase > reação com envolvimento de NAD+ > forma-se 
acetato 
• Etanol > requer oxigênio e NADPH (por serem enzimas do citocromo P450) > gera 
acetaldeído > acetaldeído desidrogenase > acetato 
 
Via oxidativa nos diferentes órgãos: 
• No estomago – processamento parcial (baixa proporção), isso porque a isoforma de ADH 
gástrica é inibida por inúmeros fatores, principalmente fármacos; 
• Alcool absorvido no intestino e vai para o fígado > não é necessário que haja proteínas 
transportadoras uma vez que o etanol é solúvel em água 
• No fígado há a atuação da enzima ADH em sua isoforma hepática que catalisa a conversão 
de etanol em acetaldeído e outros metabólitos; essa isoforma do fígado é ADH 1 
 
Acetaldeído: 
• Precisa ser convertido em acetato, que além de não ser tóxico pode ser convertido em acetil 
CoA (entra no ciclo e pode gerar energia, ou ser transformado em ácido graxo, ou ainda em 
colesterol) > as reações de conversão usam NAD+ gerando NADH e hidrogênios livres > em 
excesso isso pode trazer algumas consequências 
• Existem alguns indivíduos que tem deficiência na produção de acetaldeído desidrogenase > 
elas vão ter baixa tolerância ao etanol > acumula acetaldeído > tóxico > mal estar, náuseas, 
cefaleia, sudorese, vertigens, dores abdominais entre outros sintomas 
• Como se viu a produção de acetato é muito positiva, uma vez que o acetil pode entrar no 
ciclo de Krebs, um fato é que a maior parte do acetato vai voltar para a corrente sanguínea, 
aonde vai ser captado pela musculatura estriada esquelética > no musculo vai se transformar 
em acetil CoA e entrar no ciclo de Krebs gerando energia para o tecido muscular esquelético 
 
Excesso crônico na ingesta do etanol: 
• No metabolismo do etanol é gerado muito NADH (forma reduzida de NAD) e depletado 
muito NAD (forma oxidada) > isso modifica o sistema redox hepático (caso haja um consumo 
crônico) > gera alterações metabólicas por esse desequilíbrio NAD/NADH > um dos 
desequilíbrios é o aumento da síntese de alfa-glicerofosfato > esse aumento estimula a 
síntese de ácidos graxos (então, aquele acetato não entra no ciclo de Krebs, sendo 
direcionado para a síntese de ácido graxo) > diminuição da beta oxidação, glicólise, 
gliconeogênese e ciclo do ácido tricarboxílico (uma vez que já há muita energia não faz 
sentido que ocorra algum processo que visa produzir mais energia, então esse ácido que 
chega não entra em nenhuma dessas vias) 
 
Sistema microssomal hepático de oxidação do etanol (MEOS) 
• É um sistema acessório, ele conta com enzimas do sistema microssomal P450, a principal 
é a CYPE1; essa enzima é induzível e sua concentração sofre aumento em cerca de 10 
vezes em indivíduos que consomem etanol cronicamente; essa enzima também oxida etanol 
em acetaldeído consumindo NADPH e produzindo NADP+ 
• Outrossim, quanto mais álcool, mais acetaldeído > que, por sua vez, é tóxico e acumula nas 
células, aonde se liga covalentemente a proteínas, lipídios e ao próprio DNA, de maneira a 
causar mutações > essa complexação forma adutos estáveis e conduz respostas pró-
inflamatórias e pró-fibrogênicas que parecem contribuir para a lesão hepática 
• Além da formação de adutos, o acetaldeído altera o estado redox do hepatócito criando um 
ambiente propício para a formação de radicais livres de oxigênio que são extremamente 
danosos a todos os componentes celulares 
 
Via da catalase 
• É uma terceira via para que ocorra a oxidação hepática do etanol 
• A catalase é uma peroxidase presente nos peroxissomos dos hepatócitos, 
responsável por uma pequena parte do metabolismo do etanol 
• Essa via requer peróxido de hidrogênio para oxidar o etanol até acetaldeído e água 
• O que se vê é que há mais uma fonte de acetaldeído (concluindo, há três fontes pela ADH 
(citosólica), pelo MEOS (reticulo) e pela catalase (peroxissomos)) > quanto mais tempo esse 
acetaldeído fica sobrando maior seus danos 
 
Algumas observações sobre o metabolismo do etanol: 
• As rotas metabólicas e a velocidade desse metabolismo variam de acordo comcaracterísticas individuais somadas com a quantidade de álcool ingerido 
➢ Carga genética (perfil enzimático da álcool desidrogenase) 
➢ Sexo (sexo feminino tem menor quantidade de álcool desidrogenase gástrica) 
➢ Percentual de tecido adiposo (quanto mais tecido adiposo, maior a concentração plasmática 
de etanol, pois ele se distribui de acordo com a proporção da água) 
• Grandes quantidades tendem a ser preferencialmente metabolizadas pela MEOS, o que 
produz mais acetaldeído e radicais livres 
 
• Algumas consequências: 
➢ A oxidação de etanol produz muitos elétrons e hidrogênios livres > esse grande número deve 
ser aceptado pelo NAD+ > gerando grande quantidade de NADH+ > isso inibe o ciclo de 
Krebs (pois nele é necessário esse NAD+ que está sendo usado) > alteração das rotas 
hepáticas de produção de energia 
➢ Além dessa quantidade NADH inibir o ciclo de Krebs, ele ainda é inibido pq esse NADH 
desloca o oxalacetato para a formação de malato, esses baixos níveis de oxalacetato 
impedem a enzima citratocinase de sintetizar citrato > acúmulo de acetil CoA > segue para 
a síntese de corpos cetonicos > ao ganharem o plasma reduzem o pH levando a cetoacidose 
➢ Resumindo: oxidação de etanol gera muito NADH+ > isso ocasiona em uma diminuição no 
NAD+, além disso, esse NADH em excesso desloca o oxalacetato para gerar malato > esses 
dois fatores inibem o ciclo de Krebs > com isso, há alterações das rotas hepáticas de 
produção de energia, com consequente acúmulo de acetil CoA que vai ser usado em outras 
vias, como para produzir corpos cetonicos > cetoacidose além de outros problemas; 
➢ Além disso, a alta relação NADH/NAD+ promove inibição da oxidação de ácidos graxos e 
aumento na concentração de glicerol-3-fosfato > essa grande quantidade de lipídios 
acumula-se no fígado, uma vez que esse excesso e todo o estresse metabólico ocasionado 
pelo ambiente alteram as proteínas do citoesqueleto do hepatócito > impede que haja a 
saída desse TG > causando a esteatose hepática induzida por etanol; ademais, essa 
grande disponibilidade de ácidos graxos e glicerol 3 fosfato estimula a síntese de TG > esses 
TG são incorporados às partículas de VLDL > vão para o plasma > causam hiperlipidemia 
induzida por etanol 
➢ Como ocorreu muitas alterações nos hepatócitos, com alterações até na forma de 
geração de energia, o etanol também vai conduzir a lipólise do tecido adiposo, isso 
ocorre por meio de catecolaminas (que são induzidas por esse etanol) > de maneira a 
liberar muitos ácidos graxos no plasma > agrava mais a hiperlipidemia 
➢ O quadro de esteatose hepática é praticamente assintomático na maioria dos pacientes, 
aproximadamente 15% desenvolvem icterícia e quase 70% tem hepatomegalia 
➢ A ingestão de álcool associada a outras agressões hepáticas (como dieta liperlipidica), pode 
conduzir a fibrose difusa do parênquima hepático com perda da arquitetura funcional do 
fígado 
 
Hepatopatias 
• Existem variadas condições patológicas que podem afetar o fígado: processos inflamatórios, 
infecciosos, distúrbios de natureza genética, lesões da arvore biliar como malformações e 
colangites, alterações vasculares que atinjam os ramos venosos portais, como ocorre na 
esquistossomose, ou ainda alterações no sistema de drenagem do órgão, como doença 
veno-oclusiva ou trombose das veias hepáticas 
• Assim, diversos agentes agressores causam destruição hepatocitária e neoformação 
conjuntiva no órgão, podendo culminar em vários formatos de cirrose > essa, por sua vez, 
causa algumas complicações importantes como hipertensão portal, insuficiência 
hepatocelular e transformações neoplásicas 
• As doenças hepáticas iniciais podem não causar manifestações muito claras ou podem ser 
manifestações muito vagas, como cansaço e falta de energia 
• Em doenças hepáticas agudas são comuns sintomas relacionados com problemas no 
processamento da bilirrubina, como pele e olhos amarelados, urina escura e fezes claras, 
junto com perda de apetite, náuseas, vomito e diarreia 
• Em doenças hepáticas crônicas há também a icterícia, urina escura, mas pode ocorrer ainda, 
aumento do abdome (por ascite), prurido, perda ou ganho de peso sem razão aparente e 
dor abdominal; os sintomas podem não ser evidentes até que a doença atinja um estágio 
avançado 
• Existem algumas estratégias diagnósticas bioquimicas para avaliar a função e integridade 
hepática, entre elas: 
➢ ALT (alanina aminotransferase) > obtida em soro ou plasma, utilizadas para a detecção 
de disfunções hepáticas, especialmente de doenças hepatocelulares, como hepatites, 
cirrose, necrose, tumores, entre outros; essa enzima é envolvida na etapa de desaminação, 
primeiro passo do ciclo da ureia, ela é predominantemente encontrada no fígado de modo 
que lesões no parênquima hepático podem refletir no aumento da atividade dessa enzima 
no plasma, entretanto, como essa enzima também é encontrada em outros tecidos como 
nos músculos, coração e rins, isso diminui sua especificidade 
➢ AST (aspartato aminotransferase) > é um marcador de lesão hepatocelular aguda, 
aumentando cerca de 8h após, chegando ao pico entre 24 e 36 horas; nas hepatites virais e 
nas obstruções extra-hepáticas agudas essa enzima aumenta em mais de 10x e na cirrose 
alcoolica e nas hepatites virais crônicas também aumentam mas mais moderadamente; essa 
enzima é encontrada em altas concentrações no músculo cardíaco, fígado e músculo 
esquelético de modo que várias outras comorbidades também podem causar o seu aumento 
> assim, é necessário que haja uma avaliação conjunta dessa enzima com outros 
marcadores 
➢ Fosfatase alcalina > elevado principalmente nas hepatopatias que envolvem obstrução de 
trato biliar e carcinoma pancreático, ou seja, patologias que interferem no fluxo biliar; essa 
fosfatase alcalina corresponde à um grupo de fosfo-hidrolases que tem atividade máxima 
em ph alcalino, presente no epitélio intestinal, hepatócitos, túbulos renais, entre outros; as 
isoenzimas detectadas no plasma tem origem óssea e hepática; outra utilidade muito grande 
dessa enzima é seu uso no diagnóstico diferencial de doenças que envolvem tanto o tecido 
ósseo quanto o hepático 
➢ GGT (gama-glutamil-transferase) > aumento nas lesões hepáticas ligadas a ingestão de 
álcool (doenças crônicas) podendo ser usado como marcador na comprovação; essa GGT 
é presente nas membranas celulares e microssomos, responsável por catalisar a 
transferência de ácido glutâmico entre peptídeos; expressa no túbulo renal, fígado, pâncreas 
e intestino > seus níveis plasmáticos se referem principalmente a origem hepática