Reacções de fase I

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Reacções de fase I[editar | editar código-fonte]

As reacções de Fase I consistem na funcionalização da molécula e envolvem, oxidações, reduções e hidrólises. Estas reacções expulsam ou introduzem um grupo funcional – OH, NH2, SH ou COOH – donde geralmente resulta apenas num ligeiro aumento na hidrofilia dos xenobióticos. As reacções envolvidas no metabolismo podem ser catalisadas por enzimas microssomais (Flavina monooxigenase e Sistema Citocromo P450) e enzimas não microssomais (álcool desidrogenase, monoaminoxidase - MAO, aldeído desidrogenase).

Oxidação[editar | editar código-fonte]

Enzimas Microssomais[editar | editar código-fonte]

Ficheiro:Figura6-37
Imagem brevemente disponível Fonte Bibliográfica: [1]

Flavina monooxigenase (FMO) - Chama-se monoooxigenase porque induz apenas um oxigénio no substrato (ver modo de actuação da FMO). Existe no fígado, rins e pulmões e tal como o Citocromo P450 necessita de NADPH, FAD e O2 para catalisar as reações. Muitas das reacções que intervém podem ser igualmente catalisadas pelo Citocromo P450. Não tem capacidade para metabolizar o carbono e os seus substratos são nucleófilos de N, S e P.

Ficheiro:Tabela6-8
Imagem brevemente disponível Fonte Bibliográfica: [2]



Para além disso, é termoinstável, de forma que basta uma subida de temperatura para que o complexo desapareça e o seu pH óptimo é de 8-10. O homem e outros mamíferos expressam 5 isoenzimas diferentes (FMO1 a FMO5) com distribuição variada nos diferentes órgãos, que difere de espécie para espécie.



Sistema Citocromo P450- Sistema Citocromo P450 – catalisa a maior parte das reacções de fase I, encontrando-se particularmente no reticulo endoplasmático liso (SER) e é especialmente abundante no fígado. O mecanismo de acção do citocromo P-450 envolve activação do oxigénio seguida da perda de um hidrogénio ou um electrão do substrato e recombinação de um oxigénio. O resultado global é a inserção de um átomo de oxigénio na molécula do xenobiótico. (ver ciclo catalítico em pormenor)


Reacções oxidativas catalisadas pelo Cit. P450:

  • Hidroxilação (carbonos alifáticos e aromáticos)
  • Epoxidação (ligação dupla)
  • Oxigenação (S, N) e N-hidroxilação
  • Desalquilação (O, S, N)
  • Transferência de grupo oxidativo
  • Quebra de ésteres
  • Desidrogenção

Hidroxilação[editar | editar código-fonte]


Aromática[editar | editar código-fonte]

Ficheiro:Figura6-42
- Hidroxilação aromática do clorobenzeno Imagem brevemente disponível Fonte bibliográfica: [3]

A hidroxilação de hidrocarbonetos aromáticos pode prosseguir via intermediário epóxido que isomeriza ao fenol correspondente ou alternativamente por um mecanismo de inserção directa.

A o-hidroxilação e a p-hidroxilação do clorobenzeno ocorre via 2,3- e 3,4-epoxidação, enquanto a m-hidroxilação ocorre por inserção directa.


Inserção directa: A perda do H da ligação C–H é o passo limitante da reacção.


Transferência NIH: a inserção do O ocorre com transferência de um H do carbono que sofre oxidação para o carbono adjacente ao local. Esta hidroxilação aromática conduz geralmente à formação de um epóxido intermediário, que dependendo dos substituintes se rearranja ao fenol correspondente. Epóxidos são geralmente intermédios reactivos, no entanto, são conhecidas por serem responsáveis por toxicidade pela reacção com constituintes celulares.


Os principais produtos de hidroxilação aromática são fenóis, mas catecóis e quinóis também podem formar-se, decorrentes de um maior metabolismo. A hidroxilação aromática é um processo extremamente importante no metabolismo do benzeno e origina vários metabolitos, sendo o fenol o mais produzido e o quinol o mais tóxico ― hidroquinona (provoca anemia aplásica).

Ficheiro:Figura4.5
Metabolismo do naftaleno marcado na posição 1 com deutério via intermediário 1,2-epóxido. - Imagem brevemente disponível Fonte Bibliográfica: [4]

-

O naftaleno pode ter vários metabolitos pela mesma via, a partir da formação do epóxido. A transferência NIH é evidenciada quando o carbono que sofre oxidação está ligado a um deutério e se verifica que este é transferido para o carbono adjacente e é retido nos dois produtos fenólicos diferentes que se formam da conversão do epóxido intermediário: 1 - e 2-Naftóis, metabolitos isoméricos derivados das duas formas enantioméricas em que o epóxido pode existir.

Alifática[editar | editar código-fonte]

Os compostos alifáticos insaturados podem sofrer transferência NIH como ocorre no cloreto de vinilo:

Ficheiro:Figura19.JPG
Hidroxilação do cloreto de vinilo por transferência NIH

Os compostos alifáticos saturados também sofrem oxidação, com formação de diol que é depois oxidado a diona. Os primeiros produtos são álcoois primários e secundários. Por exemplo, o solvente n-hexano é conhecido por ser metabolizado ao álcool secundário hexan-2-ol e posteriormente a hexano-2 ,5-diona, em humanos expostos ocupacionalmente.

Ficheiro:Figura4.9
Oxidação alifática do hexano Imagem brevemente disponível Fonte Bibliográfica: [5]

Acredita-se que este último metabolito seja o responsável pela neuropatia causada pelo solvente, por ser capaz de se ligar a proteínas. No entanto, as cadeias de hidrocarbonetos alifáticos são mais facilmente metabolizadas se elas forem cadeias laterais em estruturas aromáticas. Assim, o n-propilbenzeno pode ser hidroxilado em três posições, dando o primeiro álcool 3-phenylpropan-1-butanol e dois álcoois secundários.

Ficheiro:Figura4.10
Oxidação alifática do n-proprillbenzeno Imagem brevemente disponível Fonte Bibliográfica: [6]

Aliciclica[editar | editar código-fonte]

Ficheiro:Figura4.11
Hidroxilação do ciclohexano 4.11 Imagem brevemente disponível Fonte Bibliográfica: [7]

A hidroxilação dos anéis leva à produção de mono e diálcoois saturados. Por exemplo, o ciclohexano é metabolizado a ciclohexanol, que é ainda mais hidroxilado a trans-ciclohexano-1 ,2-diol.

Ficheiro:Figura4.12
Hidroxilação da tetralina Imagem brevemente disponível Fonte Bibliográfica: [8]

Com uma mistura de sistemas alicíclicos / aromáticos, saturados e insaturados, a hidroxilação dos alicíclicos parece predominar, como mostrados para o composto tetralina.





Heterocíclica[editar | editar código-fonte]

Heterociclos com azoto como a piridina e quinolina sofrem hidroxilação microssomal na posição 3.

Ficheiro:Figura4.14
Hidroxilação da quinolina Imagem brevemente disponível. A quinolina sofre também hidroxilação na posição orto ao átomo de azoto, podendo a enzima aldeído oxidase também estar envolvida na formação de 2-hidroxiquinolina. Fonte Bibliográfica: [9]

Epoxidação Alifática e Aromática[editar | editar código-fonte]


Os xenobióticos com uma ligação dupla C=C podem ser epoxidados de forma semelhante à dos compostos aromáticos. Tal como os epóxidos aromáticos isomerizam a fenóis, os epóxidos alifáticos isomerizam ao ene-ol correspondente, e a sua formação pode envolver transferência NIH.

Ficheiro:Figura6-42
Exemplos de epoxidaçãoImagem brevemente disponível Fonte Bibliográfica: [10]

Os epóxidos alifáticos são potenciais metabolitos tóxicos, por exemplo a 3,4-epoxidação da cumarina origina um metabolito hepatotóxico enquanto a 10,11-epoxidação da carbamazepina produz um metabolito estável, relativamente não tóxico.

Ficheiro:Figura6-42.jpg
Imagem brevemente disponível Fonte Bibliográfica: [11]
Ficheiro:Figura6-9
Metabolismo do benzo[a]pireno Imagem brevemente disponível Fonte Bibliográfica: [12]

Mas alguns epóxidos são de tal modo reactivos que não originam o respectivo hidroxilo:

No caso do benzo[a]pireno a epoxidação em C7,8 é hidrolizada mas ocorre metabolização novamente a um epóxido desta vez com um impedimento estérico que evita a destoxificação do epóxido responsável por ligação ao DNA e formação de tumores na pele e pulmões.

S-oxigenação[editar | editar código-fonte]


Compostos que podem seguir pela S-oxidação: sulfitos aromáticos e alifáticos, tioéteres, tióis, tioaminas e tiocarbamatos; originando sulfóxidos e após nova oxidação sulfonas.

Ficheiro:Figura4.23 e 4.24
Imagem brevemente disponível Fonte Bibliográfica: [13]

É catalisada por citocromo P-450 ou FMO. Clorpromazina e vários pesticidas seguem esta reacção. Tioacetamina é hepatotóxica deste modo.

N-oxigenação[editar | editar código-fonte]


Ficheiro:Figura4.19 e 4.20.jpg
Imagem brevemente disponível Fonte Bibliográfica: [14]

A oxidação do azoto terciário em aminas, amidas, iminas, hidrazinas, e

anéis heterocíclicos pode ser catalisada por enzimas microssomais, tanto CYP450 como FMO. Para que ocorra via CYP 450 o radical N deve estar estabilizado por um grupo dador de electrões tornando-o rico em electrões (ex: piridinas e pirimidinas), como é o caso da trifluormetilpiridina (tóxica para os tecidos nasais)

Para átomos de N pobres em electrões, a oxidação é catalisada pela FMO, como é o caso da trimetilamina, em que são removidos dois electrões, não se formando um radical intermediário mas sim uma estrutura estável. Estes mecanismos diferentes explicam porque a N-oxigenação pelo CYP450 resulta geralmente em N-desalquilação, o mesmo não acontecendo no caso da FMO.

Desalquilação[editar | editar código-fonte]


Ficheiro:Figura6-44
Exemplos de reacções de desalquilação Imagem brevemente disponível Fonte Bibliográfica: [15]

N-desalquilação[editar | editar código-fonte]

Ficheiro:Figura4.16
Exemplos de reacções de desalquilação Imagem brevemente disponível Fonte Bibliográfica: [16]

Grupos alquílicos ligados ao átomo de azoto em anel, em aminas, carbamatos ou amidas são removidos por oxidação pela conversão a aldeído correspondente, conforme indicado na figura.

Ficheiro:Figura4.17
Metabolismo da N,N-dimetilformamida Imagem brevemente disponível Fonte Bibliográfica: [17]

A reacção dá-se via um intermediário hidroxialquilo já que o carbono é a estrutura radicalar que aceitará o OH, normalmente este intermediário é instável e reorganiza espontaneamente com a perda do aldeído correspondente. No entanto, em alguns casos, o intermédio hidroxialquilo é mais estável e pode ser isolado, como por exemplo, com o solvente dimetilformamida. N-desalquilação é uma reacção metabólica frequentemente encontrada em xenobióticos que pode ter importantes consequências toxicológicas, como no metabolismo da substância cancerígena Dimetilnitrosamina. É hepatotóxixa, mutagénica e carcionogénica e tem também efeito imunossupressor. Doses únicas causam tumores nos rins e uma exposição a baixos níveis resulta em tumores hepáticos.

Ficheiro:Figura7.5
Metabolismo da dimetilnitrosamine Imagem brevemente disponível Fonte Bibliográfica: [18]

O-desalquilação[editar | editar código-fonte]

Os éteres etil e metil aromático podem ser metabolizados de modo a originar o fenol e aldeído correspondente (exemplo da desacetilação da fenacetina).

S-desalquilação[editar | editar código-fonte]

Um sistema enzimático microssomal catalisa a S-desalquilação com remoção oxidativa do grupo alquilio levando ao aldeido correspondente como na N-desalquilação.

Desaminação oxidativa[editar | editar código-fonte]


Os grupos amina podem ser removidos por oxidação através de uma reacção de desaminação, que pode ser catalisada pelos citocromos P-450. Outras enzimas, como a monoamino oxidasas, também estariam envolvidas na desaminação. O produto de desaminação de uma amina primária é a correspondente cetona. Por exemplo, a anfetamina é metabolizada no coelho a Fenilacetona.

Ficheiro:Figura4.27
Desaminação oxidativa da amfetamina Imagem brevemente disponível Fonte Bibliográfica: [19]

O mecanismo provavelmente envolve a oxidação (introdução de OH) no carbono α à amina com produção de uma carbinolamine, que pode rearranjar-se originando uma cetona com a perda de azoto.



N-hidroxilação[editar | editar código-fonte]


As N-hidroxilação de aminas aromáticasprimárias e secundárias, arilamidas, hidrazinas também são catalisadas por uma oxidase microssomal de função mista, envolvendo citocromos P-450 e exigindo NADPH e oxigénio molecular. Assim é a N-hidroxilação da anilina:

Ficheiro:Figura4.21 e 4.22
N-hidroxilação da anilina Imagem brevemente disponível Fonte Bibliográfica: [20]

Pensa-se que o produto N-hidroxilado, fenilidroxilamina é responsável pela produção de metamoglobinémia após a administração anilina em animais experimentais. Isto pode ocorrer por uma maior oxidação de fenilidroxilamina a nitrosobenzeno, que pode então ser reduzido a fenilidroxilamina. Esta reacção diminui a concentração de glutationa reduzida no glóbulo vermelho, removendo a protecção da hemoglobina contra danos oxidativos. Os produtos N-hidroxilados podem ser quimicamente instáveis e a sua produção é um importante mecanismo de bioactivação já que são muito reactivos e se ligam ao DNA.

Ficheiro:Figura7.25
Metabolismo da iproniazida Imagem brevemente disponível Fonte Bibliográfica: [21]

Um exemplo importante toxicológico é a N-hidroxilação do 2-acetilaminofluoreno, mecanismo pelo qual as aminas aromáticas são carcinogénicas poruqe são convertidas a intermediárioas reactivos que se ligam covalentemente ao DNA.

Um segundo exemplo é a N-hidroxilação do isopropilidrazina, que se pensa estar envolvido na produção de um intermediário hepatotóxico.

Dessulfuração[editar | editar código-fonte]


Substituição de um enxofre por oxigénio, ocorre em muitos casos. Um importante e conhecido caso é o do paratião (insecticida) que origina paraoxão, metabolito mais tóxico.

O grupo (FeO)3+ do citocromo P450 retira um electrão ao enxofre da ligação C=S, que recebe um oxigénio originando sulfino. Este reage com a glutationa podendo a reacção progredir com libertação de H2S ou H2O, originando a ligação C=O ou restabelecendo a ligação C=S, respectivamente. A toxicidade depende da inibição das colinesterases, e o produto oxidado é muito mais potente, a este respeito. A reação parece ser catalisada pelo citocromo P-450 ou pela FMO. Dessulfuração oxidativa na ligação C-S também pode ocorrer, como no barbitúrico tiopental, que é metabolizado a pentobarbital..

Ficheiro:Figura6-45
Exemplos de transferência de grupo oxidativo Imagem brevemente disponível Fonte Bibliográfica: [22]

Desalogenação oxidativa[editar | editar código-fonte]


Ficheiro:Figura7.77
Metabolismo do halotano e seu envolvimento na toxicidade Imagem brevemente disponível Fonte Bibliográfica: [23]

O átomo de halogéneo pode ser retirado num xenobiótico numa reacção oxidativa catalisada pela citocromo P-450. Por exemplo, o anestésico halotano é metabolizado a ácido trifluoroacético através de várias etapas, que envolvem a inserção de um átomo de oxigénio e a perda de cloro e bromo, originando acilhalidos que saõ muito reactivos e se ligam a proteínas. Esta é a principal via metabólica no homem e pensa-se estar envolvida na hepatotoxicidade da droga. O cloreto trifluoroacético parece ser o intermediário reactivo, já que induz hepatite imune na exposição a anestésicos voláteis por formação de neoantigénio devido a trifluoracetilação das proteínas.

Ficheiro:Figura6-46 e 6-47
Imagem brevemente disponível Fonte Bibliográfica: [24]

Clivagem de ésteres Os ésteres são habitualmente clivados por carboxilesterases, o que resulta na formação de um ácido e um álcool. Em contraste, o CYP450 converte os ésteres num ácido e num aldeído. A desacetilação da loratadina é a principal via de biotransformação desta anti-histamínico.

Desidrogenção[editar | editar código-fonte]


O CYP450 pode também catalisar reacções de desidrogençao de inúmeros compostos que incluem o acetaminofeno, nifedipina, nicotina, testosterona.

A desidrogenação do acetaminofeno converte-o num metabolito hepatotóxico N-actilbenzoquinoneimina.

A formação da dupla ligação durante a conversão da digitoxina a 15-desidro-dt3 leva à quebra do terminal açúcar para originar digitoxigenina bisdigitoxosido (dt2), que pode ser convertido a 9-desidro-dt2, que por sua vez quebra produzindo digitoxigenina monodigioxosido (dt1). Em contraste à digitoxina, este último metabolismo é um excelente substrato para a glucuronidação.

A desidrogenação da nicotina produz um metablito que ao ser oxidado pela aldeído oxidase a cotinina origina o principal metabolismo da nicotina excretado na urina dos fumadores.

Oxidação não microssomal[editar | editar código-fonte]


Localização: fracção mitocondrial e citosólica

Oxidação de álcoois pelas álcool-desidrogenases[editar | editar código-fonte]

As álcool desidrogenases são enzimas citosólicas que contêm zinco e estão presentes em diversos tecidos (rins, pulmões e mucosa gástrica), sendo no fígado que se encontra a maior quantidade. As ADH humanas são proteínas diméricas constituídas por duas das seguintes subunidades: α, β, γ , π, χ e σ ou μ. Existem sete isoenzimas divididas por 5 classes:

Classe I

  • ADH1A (αα, αβ ou αγ), ADH1B (ββ ou βγ) e ADH1C (γγ) antigamente conhecidas como ADH1, 2 e 3, respectivamente.
  • Oxidação de etanol e álcoois alifáticos pequenos.
  • ADH1B*2 (ADH2*2): é atípica já que é responsável pela rápida conversão do etanol a acetaldeído em 90% dos orientais.
  • Elevada expressão no fígado e glândulas suprarenais.
  • Fortemente inibidas pelo 4-metilpirazol (foi usada com sucesso em macacos para tratamento de intoxicação por metanol).

Classe II: ADH4 (ππ)

  • Principalmente expressa no fígado
  • Oxida álcoois alifáticos maiores e álcoois aromáticos

Classe III: ADH5 (χχ)

  • Distribuição ubiquitária no organismo, até no cérebro (importante na destoxificação do formaldeído)
  • Oxida preferencialmente álcoois de longa cadeia (pentanol e maiores) e álcoois aromáticos

Classe IV: ADH7 (μμ ou σσ)

  • A principal ADH expressa no estômago, esófago, gengiva, boca e língua)
  • Não é expressa no fígado de adultos.
  • É expressa no tracto gastrointestinal superior onde o consumo crónico do álcool leva ao desenvolvimento de cancro, daí existir interesse no seu papel na conversão do etanol a acetaldeído (suspeito de ser carcinogénico) e também no metabolismo do retinaol (vitamina requerida para crescimento e diferenciação das células epiteleais) que pode ser inibida pelo consumo de álcool.
  • É a mais activa na oxidação do retinol
  • Tem menor afinidade comparada com ADH hepática mas maior capacidade para oxidar o etanol
  • Tem menor actividade: em mulheres jovens, alcoólicos e com o estômago vazio (que justifica que álcool seja mais intoxicante quando de estômago vazio)
  • É inibida pela cimetidina, ranitidina e aspirina
  • Aparentemente, 30% dos Asiáticos têm esta enzima ausente
  • Destoxificação do nitrobenzaldeído

Classe V: ADH6 (para a qual não existe designação das subunidades)

Embora se tenha demonstrado que um sistema enzimático microssomal oxida o etanol, provavelmente a mais importante enzima in vivo é a álcool desidrogenase. O produto da oxidação é o correspondente aldeído se o substrato é um álcool primário ou uma cetona se o álcool é secundário. No entanto, álcoois secundários são oxidados muito mais lentamente do que álcoois primários. O aldeído produzido por esta oxidação pode ser ainda mais oxidado pelo aldeído desidrogenase para o correspondente ácido.

Ficheiro:Figura6-24
Oxidação do álcool a acetaldeído pela álcool desidrogenase, CYP 450 e catalase Imagem brevemente disponível Fonte Bibliográfica: [25]

A ADH pode ter um papel na hepatotoxicidade de álcool alílico. Este álcool provoca necrose periportal em animais experimentais, o que se pensa ser devido ao metabolismo da acroleína. A utilização álcool alílico com deutérios (―C2H2) mostrou que a oxidação era necessária para a toxicidade: a substituição dos átomos de hidrogénio do grupo CH2 no C1 por deutérios reduziu a toxicidade. Foi proposto que seja devido a um efeito isótopo já que a quebra de isótopos de carbonoω―deutério é mais difícil do que uma ruptura da ligação carbono-hidrogénio. Se essa quebra for o passo limitante na oxidação a aldeído alílico,o metabolismo será reduzido.

Embora o principal via metabólica para álcoois, como o etanol, ser a oxidação catalisada pela álcool desidrogenase, pode ser metabolizado pela citocromo P-450, isoforma CYP2E1. O produto, etanal, é o mesmo que foi produzido pela álcool desidrogenase. O mecanismo pode envolver uma hidroxilação a intermediário instável, que perde água para produzir etanal. Alternativamente, um mecanismo radical poderá ser responsável. A importância desta via de metabolização do etanol é ser indutível, assumindo mais importância após a exposição repetida ao etanol como em alcoólicos e bebedores regulares. A enzima peroxisomal correspondente é a catalase.

Oxidação de aldeídos pelas aldeído-desidrogenases[editar | editar código-fonte]

As aldeído desidrogenases oxidam aldeídos a ácidos carboxílicos, tendo como co-factor o NAD+. Foram identificados pelo menos 19 genes humanos para ALDH. Localização: citosol e mitocôndria (fígado, estômago, rins...)

ALDH1

  • Citosólica
  • Retinal


ALDH2

  • Mitocondrial
  • Alta afinidade para aldeídos pequenos (acetaldeído)
  • 50% dos orientais com deficiência na ALDH2 devido a uma mutação pontual, esta variante alélica inactiva é designada ALDH2*2. Esta mesma população tem alta incidência de ADH2*2 o que significa que metaboliza rapidamente o etanol a acetaldeído mas lentamente este a ácido acético.
  • Inibida pelo dissulfiram (tratamento do alcoolismo por aumento da vulgar “ressaca”)

A ALDH é também importante no metabolismo das catecolaninas endógenas, já que oxida o aldeído DOPGAL ― 3,4-dihydroxyphenylglycoaldehyde, (metabolito da noradrenalina pela MAO) ao ácido DOMA ― 3,4-dihydroxymandelic acid, e converte também o MOPGAL ― 3-metoxi-4-hidroxifenilglicoaldeído, a VMA ― vanillylmandelic acid, um dos produtos de excreção.

Oxidação de diidrodiois pelas diidrodiol-desidrogenases[editar | editar código-fonte]

Estas enzimas oxidam trans-diidrodióis de hidrocarboneros aromáticos policíclicos às correspondentes orto-quinonas. Estes hidrocarbonetos são oxidados pelo CYP450 a epóxidos que destoxificados pela epóxido hidrolase convertem em trans-diidrodióis. Estes últimos são então oxidados a novos metabolitos tóxicos: orto-quinonas. Um exemplo desta oxidação ocorre no metabolismodo benzo [a]pireno.

Oxidação pelas xantina-oxidases e aldeído-oxidases[editar | editar código-fonte]

Ficheiro:Figura6-25
Imagem brevemente disponível Fonte Bibliográfica: [26]

Estas enzimas são molibdenium-hidrolases que participam na biotransformação de xenobióticos e são citosólicas. Durante a oxidação do substracto quer a xantina-oxidase quer a aldeído-oxidase são reduzidas e posteriormente oxidadas pelo oxigénio molecular, o que faz delas verdadeiras oxidases. Metabolisam principalmente xenobióticos com azotos heterocíclicos, oxidando o átomo de carbono α, de baixa densidade electrónica (ao contrário do CYP450, daí que os bons substratos para as molibdenium-hidrolases não o sejam para a outra e vice-versa. Originam assim hidroiimina que rapidamente se rearranja a α-aminocetona.

Aldeído-oxidase: pode oxidar aldeídos a ácido carboxílico; em maiores concentrações no fígado. Participa no catabolismo das catecolaminas oxidando o produto do metabolismo da monoamina oxidase a adido dihidromandélico (semelhante a aldeído desidrogenase). Xantina-oxidase/xantina-desidrogenase (XO/XD): duas formas da mesma enzima que apenas diferem no aceitador final de electrões, que para a XO é o O2 e para a XD é o NAD+.Em condições fisiológicas predomina a XD, sendo normalmente convertida a XO em situações patológicas como isquemia, quando existem lipopolissacarédeos e hepatotoxicidade do álcool. . A conversão entre as duas enzimas catalisa uma importante reacção fisiológica, oxidação da hipoxantina a xantina e ácido úrico (alopurinol por inibir a xantina-oxidase é útil no tratamento da gota). Oxidação de purinas, pirimidinas; pode oxidar aldeídos mas com menor actividade. Distribuição ubíqua.

====Desaminação oxidativa pela MAO====çççççççççççç


A monoamina oxidase, a diamina oxidase e a poliamina oxidase são responsáveis pela desaminação oxidativa de aminas primárias, secundárias e terciárias. Entre os seus substratos naturais estão a 5-hidroxitriptamina, derivados monoacetilados das poliaminas espermina e espermidina, no entanto inúmeros xenobióticos são também seus substratos (haloperidol, tiramina, catecolaminas). A desaminação oxidativa de uma amina primária porduz amónia e aldeído enquanto se se tratar de uma amina secundário os produtos serão uma amina primária e aldeído (os aldeídos originados são depois oxidados a ácidos carboxílicos por outras enzimas).

Ficheiro:Figura4.31
Desaminação oxidativa Imagem brevemente disponível Fonte Bibliográfica: [27]

A presença da amina oxidase no tecido cardíaco permite a metabolização a um metabolito com toxicidade cardíaca.

A monoamino oxidasas está localizada na mitocôndria e é encontrada no fígado e outros órgãos como o rins, intestino e sistema nervoso central.

Ficheiro:Figura6-27
Exemplo de reacção catalisada pela MAO Imagem brevemente disponível Fonte Bibliográfica: [28]

Existem duas formas de MAO: MAO-A e MAO-B; a primeira oxida preferencialmente serotonina, noradrenalina e o metabolito desalquilado do propranolol;

Ficheiro:Figura4.30
Desaminação oxidativa da benzilamina Imagem brevemente disponível Fonte Bibliográfica: [29]

Anfetaminas não são substratos, aparentemente devido à presença de um grupo metilo no carbono alfa.

Ficheiro:Figura4.27
Desaminação da anfetamina Imagem brevemente disponível Fonte Bibliográfica: [30]

Mecanismo: o grupo FAD da enzima oxida o substrato e reduzindo-se; o oxigénio derivado da água é incorporado no susbtrato formando um aldeído; o factor FADH2 oxida-se novamente formando peróxido de hidrogénio.

Ficheiro:Figura6-28
Activação do MPTP a um metabolito neurotóxico Imagem brevemente disponível Fonte Bibliográfica: [31]

Esta enzima tem alguma importância na Doença de Parkinson, já que é responsável pela activação do MPTP (1-metil-4-fenil-1,2,5,6-tyetrahidropiridina) a uma metabolito neurotóxico que causa sintomas característicos de Parkinson em humanos e macacos. O MPTP atravessa a barreira hematoencefálica e aí é biactivado pela MAO-B a 1-metil-4-2,3-dihidropiridina (MPDP+) que por sua vez de oxida a 1-metil-4-fenilpiridina que vai promover a degeneração dos neurónios dopaminérgicos. Alguns estudos apontam para uma correlação positiva entre a exposição a este herbicida e a incidência de Parkinson, e de facto há semelhança estrutural com o MPTP.

Peroxidases[editar | editar código-fonte]

Existe uma série destas enzimas em tecidos mamíferos: prostaglandina sintase encontrada em muitos tecidos, mas sobretudo vesículas seminais e também nos rins, no pulmão, no intestino, no baço e nos vasos sanguíneos; lactoperoxidase encontrada em glândulas mamárias; mieloperoxidase encontrada em neutrófilos, macrófagos, células de Kupffer fígado, e células da medula óssea.

A reação global catalisada pela peroxidase pode ser resumida da seguinte forma:

A mieloperoxidase na medula óssea pode catalisar a activação de fenol ou outros metabolitos do benzeno. Isto pode subjazer a toxicidade do benzeno para a medula óssea, o que provoca anemia aplástica . A mieloperoxidase encontrada em neutrófilos e monócitos pode estar envolvida no metabolismo e activação de uma série de drogas como a isoniazida, clozapina, procainamida, e hidralazina.

Ficheiro:Figura6.28
Mecanismo do dietilestiboestrol via um intermediário epóxido Imagem brevemente disponível Fonte Bibliográfica: [32]

Do mesmo modo, tem sido sugerido que a peroxidase uterina está envolvida na activação metabólica e na toxicidade de dietilestiboestrol. Provavelmente o mais importante sistema peroxidase é a enzima prostaglandina sintase. Esta enzima é encontrada na maioria das espécies e situa-se em muitos tecidos, incluindo os rins e vesículas seminais. É uma glicoproteína, que está localizada no retículo endoplasmático. Este sistema enzimático está envolvido na oxigenação de ácidos gordos poliinsaturados e da biossíntese de prostaglandinas.

Ficheiro:Figura4.37
Co-oxidação de um fármaco pelo sistema enzimático prostaglandina sintetase Imagem brevemente disponível Fonte Bibliográfica: [33]

A enzima catalisa duas etapas, primeiro a formação de um prostaglandina G2 em que tem actividade de ciclooxigenase e depois então metaboliza-a a um metabolito hidroxilado, prostaglandina H2 tendo aí função de peroxidase. Neste segundo passo, os xenobióticos podem ser co-oxidados e há uma série de exemplos de metabolismo de xenobióticos catalisado por este sistema. O paracetamol pode ser oxidado pela prostaglandina sintase originando um radical livre intermediário, uma semiquinona, que pode estar envolvida na toxicidade e que produz um conjugado glutationa, que é a mesma que foi produzida através da via dos citocromos P-450. Outros exemplos de processos metabólicos catalisados por esta via são N-desmetilação do aminopirina, formação de um epóxido aromático de 7,8-dihidroxi, 7,8-dihydrobenzo [a] pireno e sulfoxidação do sulfureto de metil fenil. O mecanismo exacto do processo de co-oxidação não é claro neste momento, mas pode envolver a formação de radicais livres através da oxidação de um electrão / perda hidrogénio como com o paracetamol ou a inserção directa de oxigénio como no benzo[a]pireno. Ainda não está claro quão significativos são as vias catalisados pela prostaglandina-sintetase em comparação com as vias microssomais mediadas pela monooxigenase, mas podem ser muito importantes em tecidos onde as últimas enzimas não são abundantes.

Redução[editar | editar código-fonte]

As enzimas responsáveis pela redução estão localizadas tanto na fracção microssomal como na fracção citosólica da célula. Há um número de diferentes reductases, que pode catalisar a redução de azóis e compostos nitro (ex.:nitrobenzeno). Assim, bem como a flora intestinal bacteriana e enzimas azo-nitro-redutase, citocromo P-450, NADPH CitP450 recutsase, ADH e ALDH no fígado e outros tecidos podem reduzir grupos nitro e azóis em condições de baixa concentração de oxigénio. No entanto, o oxigénio vai inibir estas reacções, daí ocorrer ao nível centrilobular no fígado onde a tensão de oxigénio é menor. As redutases na microflora do trato gastrointestinal podem também ter um papel importante na redução de xenobióticos.

Ficheiro:Figura6-18
Activação do halotano por desalogenação redutiva e oxidativa Imagem brevemente disponível Fonte Bibliográfica: [34]

As redutase microssomais medeiam a remoção de um átomo de halogénio a um xenobiótico por redução ou oxidação. O anestésico volátil halotano sofre tanto oxidação como desalogenação redutiva, e ambas podem estar envolvidos na hepatotoxicidade. Outro exemplo da importância toxicológica da desalogenação redutiva também catalisada pelos citocromo P-450, é a activação metabólica de tetracloreto de carbono por remoção do cloro para produzir um radical livre. Nestes dois exemplos, o substrato liga-se ao citocromo P-450 e em seguida, recebe um electrão do NADPH citocromo P-450 redutase. O complexo enzima-substrato, em seguida, perde um ião de halogéneo e um radical livre intermediário é gerado.

Ficheiro:Figura4.42
Desidrohalogenação do DDT Imagem brevemente disponível Fonte Bibliográfica: [35]

A desalogenação do inseticida DDT é catalisada por uma enzima redutase citosólica característica das reacções de fase II – glutationa-S-transferase.

Esta enzima actua quer por ataque directo ao carbono ligado ao halogénio quer por ataque directo ao halogénio, sendo que no final produz glutationa oxidada e um produto desalogenado.

Outras enzimas como carbonil-redutase e álcool desidrogenase.

Ficheiro:Figura6-12
Reacções de redução pela carbonil-redutase e pela álcool-desidrogenase Imagem brevemente disponível Fonte Bibliográfica: [36]

DT-diaforase citoplasmática

Ficheiro:Figura6-15
Redução da menadiona Imagem brevemente disponível Fonte Bibliográfica: [37]

É uma enzima específica que reduz quinonas a grupos p-hidroxi incorporando de um só vez dois electrões, o que evita a passagem por intermediário radical – semiquinona, evitando danos no DNA e peroxidação lipídica.

Bactérias redutores do tubo digestivo.

Ficheiro:Figura6-10
Exemplos de fármacos que sofrem azo-redução e nitro-redução Imagem brevemente disponível Fonte Bibliográfica: [38]

O prontosil e o cloranfenicol são exemplos de fármacos que sofrem azo- e nitro-redução por bactérias. Desta forma, o prontosil (que não é activo) é metabolizado ao metabolito activo a sulfanilamida por azo-redução. Outro exemplo é o do nitrobenzeno.

A nitro-redução pela microflora intestinal desempenha um papel importante na toxicidade de composto nitroaromáticos como o 2,6-dinitrobenzeno, que é hepatotumorogénico para ratos macho. Este composto é metabolizado no fígado pelo CYP450 e conjugado com ácido glucorónico, este glucoronídeo ao ser excretado na bile sofre bioactivaçao pela flora intestinal por nitro-redução e quebra do conjugado, o que permitirá sua absorção. No fígado os novos grupos amina são n-hidroxilados e conjugados formando bons grupos abandonadore que poderam ligar.se ao DNA e proteínas.

Hidrólise[editar | editar código-fonte]

Ésteres, amidas, hidrazides, carbamatos e outros podem ser metabolizados por hidrólise. As enzimas, que catalisam estas reacções hidrolíticas, carboxilesterases,amidases, colinesterases (acetilcolinesterase e pseudocolinesterase) e organofosfatases são normalmente encontrados no citosol, mas também são microssomais e plasmáticas. São divididas consoante o substrato que hidrolizam − A-esterases: hidrolizam organofosfatos (organofosfatases, paraoxonase, arilesterases) − B-esterases: inibidas pelos organofosfatos (carboxilesterases e colinesterases) − C-esterases: não interage com organofosfatos (acetilesterases) A paraoxonase cataliza a hidrólise de vários organofosfatos, organofosfitos, carbonatos e lactonas. É responsável pela destoxificação do paraoxão, metabolito mais activo e tóxico, originado pela dessulfuração do paratião. Também o malatião é quebrado por uma esterase que permitirá assim a conjugação e eliminação, no caso dos insectos sofre bioactivação.


Epóxido hidrolase É responsável por adição trans de água a um epóxido alqueno ou a um óxido areno e tem distribuição alargada no organismo. Esta enzima adiciona água ao epóxido, a fim de produzir um dihidrodiol, que é predominantemente trans, apesar do grau de estereospecificidade ser variável. Os epóxidos são frequentemente intermédios produzidos pela oxidação de ligações insaturadas duplas, aromáticas, alifáticas, ou heterocíclicas, como, por exemplo, acontece durante a hidroxilação do bromobenzeno, um solvente hepatotóxico. Epóxido hidrolase tem um importante papel na destoxificação dos quimicamente instáveis e muitas vezes tóxicos intermédios epóxidos produzidos pela hidroxilação mediada pelo citocromo P-450. O epóxido de bromobenzeno é um desses intermediários tóxicos. No caso de alguns hidrocarbonetos policíclicos cancerígenos tais como benzo [a] pireno , parece no entanto, que os produtos dihidrodiol são, por sua vez, ainda mais metabolizados a epóxido-dióis por peroxidase ou CYP450, metabolitos resistentes à hidrólise e por isso mais tóxicos.