Conceito de xenobióticos e objetivos da biotransformaço
Xenobióticos são substâncias estranhas que entram no organismo com os alimentos, através da pele ou dos pulmões, e não são utilizadas para fins energéticos ou plásticos. Via de regra, eles são hidrofóbicos e tóxicos, devendo portanto ser eliminados obrigatoriamente. Como os compostos hidrofóbicos são pouco excretados pelos rins e pela bile, o organismo os converte em uma forma hidrossolúvel através do sistema de biotransformaço, localizado predominantemente no retículo endoplasmático dos hepatócitos (oxidação microssomal ou monooxigenase). O processo inclui duas fases sequenciais.
Fase I: oxidação microssomal e citocromo P450
A primeira fase é obrigatória para a maioria dos xenobióticos hidrofóbicos e, mais frequentemente, consiste em hidroxilação. As enzimas-chave são o citocromo P450 e a NADPH-citocromo P450 redutase.
Mecanismo da reação:
- A redutase oxida o NADPH a NADP⁺ e transfere dois elétrons para uma molécula de oxigênio.
- Um átomo de oxigênio é reduzido a água (ganha dois elétrons e dois prótons).
- O segundo átomo de oxigênio é inserido no substrato com a formação de um grupo hidroxila (R–OH).
Equação global: R–H + O₂ + NADPH + H⁺ → R–OH + H₂O + NADP⁺. O produto hidroxilado torna-se mais hidrofílico e apto para a segunda fase.
Os citocromos P450 possuem ampla especificidade de substrato: uma isoforma (por exemplo, CYP2E1) pode metabolizar tanto medicamentos quanto venenos e etanol. Uma característica importante é a indutibilidade: com a ingestão sistemática de substâncias tóxicas, a quantidade de citocromos aumenta e a velocidade de oxidação eleva-se.
Fase II: reações de conjugação
Na segunda fase, ocorre a conjugação do grupo hidroxila do produto da primeira fase com moléculas polares, o que aumenta drasticamente a hidrofilicidade. As reações são catalisadas por enzimas da classe das transferases. Conjugados utilizados:
- ácido glucurônico (UDP-glucuronato);
- sulfato;
- glicina;
- acetato;
- grupos metila;
- glutationa.
A UDF-glicuroniltransferase adiciona um resíduo de ácido glucurônico a R–OH. As sulfotransferases transferem o grupo sulfato do doador ativo PAPS (3′-fosfoadenosina-5′-fosfossulfato) para um substrato hidroxilado. Os conjugados resultantes são excretados na urina e na bile.
Glutationa S-transferases e o papel da glutationa
As glutationa-S-transferases (GST) constituem uma vasta família de enzimas com diferentes especificidades de substrato, utilizando o tripeptídeo glutationa (γ-Glu–Cys–Gly) como cofator. Elas atuam em todos os tecidos animais e humanos, sendo também ativas nos eritrócitos.
As GST participam da desintoxicação de:
- metabólitos de hormônios esteroides e prostaglandinas;
- bilirrubina e ácidos biliares;
- produtos da peroxidação lipídica;
- medicamentos e xenobióticos.
Três tipos principais de reações: conjugação de substratos com glutationa, substituição nucleofílica e redução de hidroperóxidos orgânicos a álcoois. As GST são induzidas pelo álcool, medicamentos e venenos paralelamente às enzimas de oxidação microssomal.
Metabolismo do etanol
Normalmente, o etanol é oxidado no citosol dos hepatócitos por desidrogenases dependentes de NAD⁺:
- Álcool desidrogenase (ADH): etanol → acetaldeído.
- Acetaldeído desidrogenase (ALDH): acetaldeído → ácido acético (acetato).
No consumo sistemático de álcool, o sistema oxidativo microssomal do etanol (SOME) é ativado, tendo a isoforma citocromo CYP2E1 como seu principal interveniente. A CYP2E1 oxida o etanol a acetaldeído, consumindo NADPH e oxigênio.
Como a CYP2E1 também metaboliza hipnóticos e outros medicamentos, sua indução em indivíduos que bebem sistematicamente leva à degradação acelerada dos fármacos e à necessidade de aumentar as doses para atingir o efeito terapêutico. Uma indução semelhante do SOME também ocorre com o uso prolongado de medicamentos.
Carcinogênese química
A carcinogênese é a lesão da estrutura do DNA e do RNA seguida pela transformação tumoral da célula. Os principais grupos de carcinógenos químicos:
- Nitratos e nitritos — encontrados na água, em embutidos e conservantes. Durante o metabolismo dos nitratos, formam-se intermediários até o hidroxilamina, capazes de oxidar a hemoglobina (com formação de metemoglobina), os citocromos da cadeia respiratória e as enzimas do SMO.
- Aminas secundárias em reação com nitritos formam N-nitrosaminas, que causam a alquilação das bases nitrogenadas do DNA. A desaminação da citosina leva à sua conversão em uracila, o que resulta em um par complementar incorreto e mutações pontuais durante a replicação.
- Os nitratos reduzem adicionalmente a atividade do sistema antioxidante, promovendo o acúmulo de espécies reativas de oxigênio e intensificando a peroxidação lipídica.
- A aflatoxina B1 de fungos bolorentos do gênero Aspergillus é convertida durante a biotransformação pelo citocromo P450 em epóxido, um eletrófilo reativo que se liga covalentemente ao DNA e causa carcinoma hepatocelular.
Pontos-chave
- A biotransformaço de xenobióticos ocorre em duas fases e converte os toxicantes hidrofóbicos em conjugados hidrossolúveis.
- A fase I consiste na hidroxilação com a participação do citocromo P450, NADPH-redutase, O₂ e NADPH.
- Os citocromos P450 possuem ampla especificidade de substrato e são induzidos por álcool, medicamentos e venenos.
- A fase II é a conjugação com glucuronato, sulfato, glicina, acetato, grupo metila ou glutationa sob a ação de transferases.
- As glutationa-S-transferases desintoxicam eletrófilos e reduzem hidroperóxidos lipídicos.
- O etanol é oxidado pela ADH e ALDH a acetato; no consumo crônico, o SOME entra em ação com a CYP2E1.
- A indução da CYP2E1 acelera o metabolismo de hipnóticos e outros fármacos, exigindo o aumento das doses.
- O efeito carcinogênico das nitrosaminas está associado à alquilação do DNA; a aflatoxina B1 é ativada pelo P450 em epóxido e causa câncer de fígado.