Síntese e degradação das porfirinas e do heme Trabalho realizado por: Cátia Bandeiras 58390 Andreia Borges 58505 Diogo Ferreira 58548

Porfirinas São tetrapirróis cíclicos conjugados com metais. Os quatro anéis heterocíclicos (I,II,III,IV) estão ligados entre si por grupos de meteno (-CH=), denominados α, β, γ, δ. São pigmentos de cor púrpura, devido ao carácter aromático do ciclo. α β γ δ I II IV III

Grupo heme O grupo heme (protoporfirina IX de ferro) encontra-se em proteínas como a hemoglobina, a mioglobina, a catalase e os citocromos. Na hemoglobina e na mioglobina, o ião Fe2+ tem a função de ligar uma molécula de O2, possibilitando o seu transporte na corrente sanguínea. Na catalase, o ferro catalisa a dismutação do peróxido de hidrogénio. Em proteínas como os citocromos, o grupo heme serve como meio de transporte electrónico entre proteínas, recebendo um ou dois electrões de uma proteína e transferindo-os para outra. .

δ-aminolevulinato – Duas vias de síntese

Biossíntese do heme – visão geral

(1) Formação do δ-aminolevulinato

(2) Formação do porfobilinogénio

(3) Formação do uroporfirinogénio III

(4) Formação do coproporfirinogénio III

(5) Formação do protoporfirinogénio IX

(6) Formação da protoporfirina IX

(7) Formação do heme

Regulação da biossíntese Hepatócitos: O passo limitante na síntese hepática ocorre no passo catalizado pela ALA sintase. O produto de oxidação do heme, a hemina, actua como um inibidor da ALA sintase, inibindo o seu transporte do citosol (onde é sintetizada) para a mitocôndria (o seu local de acção), assim como reprime a síntese da enzima. Eritróides: O controlo é exercido ao nível da ferroquelatase, a enzima responsável pela inserção do ferro na protoporfirina IX, e da porfobilinogénio deaminase.

Porfírias Alterações genéticas na biossíntese de porfirinas podem levar à acumulação de intermediários da via, causando uma série de doenças conhecidas como porfírias. A mais comum é a porfíria aguda intermitente, diagnosticada pela excreção em excesso de porfobilinogénio.

Degradação das porfirinas e do heme: O grupo heme é degradado principalmente no baço, fígado e medula óssea, em dois passos: 1) Degradação a biliverdina pelo complexo enzimático heme oxigenase (HO), com libertação de Fe2+ e CO. Nota: geralmente o ferro é oxidado antes da degradação, pelo que geralmente chega hemina ao complexo HO, sendo é reduzida a heme pelo NADPH. Ocorre com duas oxigenações e utilização de mais uma molécula de NADPH, que permite libertar o ferro, o monóxido de carbono e a biliverdina. 2) Conversão da biliverdina a bilirrubina por acção da biliverdina redutase.

Degradação das porfirinas e do heme:

Destino dos produtos de degradação: O ião Fe2+ liga-se à ferritina, que o transporta no sangue, podendo ser reutilizado na formação de novos eritrócitos; O monóxido de carbono é produzido em concentrações não-tóxicas, tendo funções anti-oxidantes, de vasodilatação e de regulação da síntese de neurotransmissores; A bilirrubina é encaminhada para os hepatócitos, onde é processada para ser secretada na bílis. É também um anti-oxidante muito poderoso, existente em pequenas concentrações nos tecidos.

Transporte, conjugação e secreção da bilirrubina (1): A bilirrubina é praticamente insolúvel no plasma sanguíneo, pelo que são necessários mecanismos que permitam o seu transporte e transformação. 1) Transporte: A bilirrubina é transportada pela albumina sérica através do plasma sanguíneo desde os locais de formação até aos hepatócitos; A albumina sérica tem dois locais de ligação à bilirrubina, de alta e baixa afinidade; A bilirrubina desliga-se da sua carreadora na face sinusoidal dos hepatócitos e entra nestes por difusão facilitada.

Transporte, conjugação e secreção da bilirrubina (2): A bilirrubina associa-se à ligandina no citosol, que a transporta até ao retículo endoplasmático liso dos hepatócitos para se dar a conjugação com ácido glicurónico, formando-se bilirrubina diglicurónido, que é um composto solúvel em água; Reacção catalisada por glicuronosil transferases. Estrutura da bilirrubina diglicurónido.

Transporte, Conjugação e Secreção da bilirrubina (3): A bilirrubina diglicurónido sai dos hepatócitos para os canalículos biliares, por transporte activo primário, pela proteína MOAT. Estes canalículos terminam no ducto biliar e a bilirrubina diglicurónido é secretada através da bílis no duodeno. A conjugação e a secreção são um sistema conjugado.

Excreção da bilirrubina: Quando a bilirrubina diglicurónido atinge a porção terminal do íleon e o intestino grosso, as beta-glicuronosidases produzidas pela flora fecal removem os grupos glicurónido e reduzem a bilirrubina em vários compostos, sendo o principal o urobilinogénio, uma molécula incolor. O urobilinogénio pode seguir várias vias: Reabsorção na corrente sanguínea e nova secreção através da bílis – ciclo enterohepático do urobilinogénio; Reabsorção na corrente sanguínea e transformação no rim (via urinária); Degradação no intestino (via fecal).

Produtos finais da degradação: Degradação intestinal do urobilinogénio: A flora fecal realiza a oxidação do urobilinogénio em estercobilina, pigmento de cor vermelha-acastanhada, excretada através das fezes. Degradação renal do urobilinogénio: O urobilinogénio, ao chegar ao rim, é convertido em urobilina, um pigmento amarelo, sendo excretada pela urina.

Esquema-resumo:

Mecanismos reguladores (1): Transcrição do gene da heme oxigenase: Há pelos menos 3 tipos de heme oxigenases no organismo, sendo a mais importante, a HO-1, regulada através da transcrição do gene. A transcrição do gene da HO-1 é activada em situações de stress, hiperoxia ou hipoxia, exposição a UV e choque térmico. A HO-2 está presente no cérebro e o seu gene é continuamente transcrito. Regulação da enzima heme oxigenase: A heme oxigenase é activada pela presença do heme, logo é uma enzima induzida pelo substrato.

Mecanismos reguladores (2): Transporte, conjugação e secreção da bilirrubina: A bilirrubina liga-se preferencialmente ao local de alta afinidade da albumina sérica, pelo que o excesso liga-se fracamente ao local de baixa afinidade, e pode difundir-se; Inibição competitiva do local de alta afinidade realizada por antibióticos; A passagem para o ducto biliar da bilirrubina conjugada é realizada por transporte activo saturável, pelo que é o passo limitante de todo o processo; A indução da conjugação e secreção são operadas pelas mesmas substâncias (Exº: fenoarbital).

Anomalias da degradação: Hiperbilirrubinémia é o excesso de concentração de bilirrubina no sangue, que causa icterícia. As principais causas de hiperbilirrubinémia são: má secreção biliar, hepatite e anemia hemolítica. É fisiológica nos recém-nascidos que não chegaram a produzir bilirrubina diglicurónido.

Destoxificação hepática: A exposição diária do organismo a diversas substâncias tóxicas, principalmente através de ar, água e alimentos leva a que seja essencial metabolizar essas substâncias para evitar a sua acumulação e consequente disfunção dos órgãos; As principais substâncias tóxicas para o nosso organismo são: Metais pesados; Medicamentos; Álcool; Pesticidas/Herbicidas; Aditivos alimentares; Solventes orgânicos; Produtos finais de algumas vias metabólicas (Exº: NH3)

O fígado é o principal órgão responsável por filtrar todas as toxinas produzidas pelo organismo (endógenas), além das provenientes do meio externo (exógenas); O mecanismo de destoxificação dá-se através da filtragem do sangue: Quase todas as substâncias tóxicas são eliminadas (do sangue) quase por completo na primeira passagem pelo fígado.

Esquema-resumo da destoxificação hepática:

Fase I da destoxificação: Nesta fase, as substâncias sofrem transformações metabólicas para posteriormente (fase II) a sua eliminação se tornar possível  acção dos citocromos P450.

Fase II da destoxificação: Nesta fase, as toxinas alteradas na fase I conjugam-se com alguns grupos químicos hidrossolúveis, tornando-se excretáveis:

Citocromo P450 (CYP):

Citocromos P450: Elementos de uma vasta família de Hemoproteínas ; O nome “Citocromo P450” deriva do facto de ser um conjunto de proteínas celulares (cytos) coloridas (cromos), absorvendo luz na gama dos 450nm (quando o Ferro do grupo Heme se reduz); Em geral, estão associados a cadeias de transporte de electrões; A maioria dos CYP é formada por 400 a 500 aminoácidos, dos quais cerca de 55% são de natureza apolar; Estão presentes nas mitocôndrias e no retículo endoplasmático das células de órgãos como o fígado ou o rim.

Tipos de citocromos P450: Existem muitos tipos de CYP, podendo destacar-se os seguintes: Não representados na tabela, os CYP da subfamília 4A são extremamente importantes no metabolismo de ácidos gordos (eg. araquidónico);

São monoxigenases mistas (ou hidroxilases), catalisando reacções do tipo: sendo, neste caso, substituído por NADPH + H+ ou por NADH + H+;

Funções dos citocromos P450: Desempenham um papel fundamental em: Biossíntese/degradação de hormonas esteróides e dos sais biliares; Metabolismo de numerosos xenobióticos  DESTOXIFICAÇÃO HEPÁTICA. Exº: Metabolismo do acetaminofén: O CYP2E1 metaboliza o Acetaminofén, dando origem a NAPQI que é hepatotóxico.

Mecanismo de acção dos citocromos P450:

Exemplo: Metabolismo da cafeína:

Metabolismo do etanol (1): Nos hepatócitos: O etanol pode ser convertido em triacilgliceróis.

Metabolismo do etanol - esquema:

Metabolismo do etanol (2): Excesso de NADH (derivado do consumo excessivo, mas não habitual de álcool): Inibição de processos que necessitem de NAD+ (eg. gliconeogénese e oxidação de ácidos gordos)  acumulação de triacilgliceróis; Libertação de acetaldeído que, quando ligado a grupos funcionais de alguns compostos importantes “ressaca” Se o consumo de álcool for frequente e exagerado, o organismo cria um sistema de eliminação alternativo  MEOS (microssomal ethanol oxidation system), que gasta poder redutor em vez de produzir  CYP.

Pessoas que bebem habitualmente, eliminam o etanol mais depressa e perdem peso, em vez de ganhar, sob a agravante de haver destruição progressiva do fígado (cirrose, cancro); Note-se que o CYP2E1 tem o Etanol como indutor, e por metabolizar Acetaminofén, dá origem a NAPQI que é hepatotóxico  excessos de etanol levam à hepatotoxidade no fígado; O metabolismo microssomal do etanol é comum ao sistema de destoxificação de alguns fármacos.

Consumo de álcool e alterações hepática: