bioquímica ii 14 metabolismo do heme (arlindo netto)

Arlindo Ugulino Netto – BIOQUÍMICA II – MEDICINA P2 – 2008.1

1

FAMENE NETTO, Arlindo Ugulino. BIOQUÍMICA

METABOLISMO DO HEME (Profª. Maria Auxiliadora)

As porfirinas são compostos cíclicos formados por 4 anéis pirrólicos caracterizados pela grande afinidade a íons metálicos (Fé++ � hemoglobina; Mg � clorofila). Em outras palavras, as porfirinas são uma classe de moléculas orgânicas com uma estrutura geral de macrociclo tetrapirrólico (formado por quatro anéis pirrolo), ligados por ligações metínicas (-CH -), que possui no seu centro um espaço apropriado para acomodar um íon metálico. Este liga-se a quatro átomos de azoto presentes no centro. Os representantes mais comuns desta classe de compostos são o grupo hemo, que contém ferro, a clorofila, que contém magnésio, e os pigmentos biliares.

As porfirinas são pigmentos de cor púrpura e de origem natural. A estrutura em anel da porfirina é a razão pela qual todos os derivados porfíricos absorvem luz a um comprimento de onda próximo dos 410 nm, dando-lhes a sua cor característica. A presença adicional de um íon metálico pode afetar esta propriedade devido ao fenômeno de transferência de carga dos átomos de azoto para o metal, que possui uma energia na gama da radiação visível.

Os derivados metálicos da porfirina comportam-se frequentemente como compostos de coordenação, em que o íon metálico ligado aos azotos pode ter capacidade de ligar mais um ou dois grupos químicos no eixo perpendicular ao plano do anel da porfirina.

Há porfirinas de origem natural que, no macrociclo, apresentam substituintes nas posições β-pirrólicas, e porfirinas sintéticas, onde os substituintes encontram-se nas posições meso do esqueleto porfirínico. GRUPO HEME

O grupo heme (protoporfirina IX de ferro) encontra-se em proteínas (denominadas, por esta razão, proteínas hémicas) como a hemoglobina, a mioglobina, a catalase e os citocromos.

Na hemoglobina, assim como na mioglobina, o ferro tem a função de ligar uma molécula de dioxigénio, possibilitando o seu transporte na corrente sanguínea para todo o organismo.

Na catalase, o ferro tem uma função catalítica, aliada à sua capacidade de mudar o seu estado de oxidação; neste caso, o ferro catalisa a dismutação do peróxido de hidrogénio.

Em proteínas como os citocromos, o grupo hemo serve de meio de transporte eletrónico entre proteínas, recebendo um ou dois eletrons de uma proteína e transferindo-os para outra. Proteínas contendo um ou mais grupos hemo têm uma coloração entre o cor-de-rosa e o vermelho.

SÍNTESE DO GRUPO HEME Inicialmente, a síntese do grupo heme tem ocorrência mitocondrial e é amplamente distruibuída em todo o organismo devido a sua importância. Porém, essa síntese ocorre majoritariamente em dois tecidos: o hepático e o hematopoético (células da medula óssea). Essa síntese tem início quando o succinil CoA (intermediário do ciclo de Krebs) se condensa com a glicina, liberando a CoA, formando o composto ALA (ácido δ-amino levulínico), pela ação da enzima ala sintetase que requer a vitamina B6 para atuar.


2

Duas moléculas de ALA se unem, já no citosol, e por desidratação, formam o porfobilinogênio, por meio da enzima ALA Desidrase (essa enzima é inibida pelo metal chumbo). O porfobilinogênio, já como um anel pirrólico, se une com mais 3 compostos iguais, por meio da ação da enzima uroporfirinogênio sintase, formam o uroporfirinogênio III, liberando 4 moléculas de amônia (NH4+) que serão transformadas em uréia no fígado. OBS1: Intoxicação por chumbo (Pb) inibe a ezima PBG-Sintetase (ALA-desidrase), causando quadros de anemia microcrômica.

Através da enzima uroporfirinogênio III descarboxilase, o uroporfirinogênio III sofre uma descarboxilação, originando o coproporfirinogênio III. Este volta à mitocondria e é oxidado pela coproporfirinogênio oxidase, originando o protoporfirinogênio IX, que será oxidado (perdendo 6H+), para formar a protoporfirina IX. A protoprofirina recebe um íon Fe++ cedido pela ferroquelatase, formando, então grupo Heme.

OBS2: A enzima reguladora da biossíntese do heme é a ALA sintetase: é modulada negativamente por altas concentrações celulares de heme (o heme se liga a uma proteína apo-repressora a, a nível de DNA, regula negativamente a transcrição da enzima 1). Baixos níveis de heme ativa a produção da ALA sintetase. OBS3: Defeitos da ferroquelatase ou carência do íon Fe++, causa a chamada anemia ferropriva. OBS4: Os compostos originados a partir da protoporfirina, incluindo a mesma, são compostos que apresentam pigmentação. Os compostos anteriores são incolores. PORFIRIAS Constituem um grupo de patologias severas, sendo doenças metabólicas causadas por distúrbios de alguma das enzimas da biossíntese do grupo heme. Em geral, os defeitos são de origem genética e, por isso, são hereditários. Até então, não foram relatadas deficiências das enzimas ALA sintase e PBG Sintetase. TIPOS DE PORFIRIAS

• Porfirias primárias : � Formas neurológicas e/ou psiquiátricas: o paciente relata dores intensas semelhante a “facas

incandescentes” perfurando partes variadas do corpo e apresenta espasmos musculares decorrentes da ação tóxica dos substratos das enzimas acometidas sobre o sistema nervoso; a urina geralmente apresenta cor roxa ou púrpura.

� Formas cutâneas associadas à fotossensibilidade cutânea • Porfirias secundárias ou adquiridas: defeito metabólico decorrente de uma inibição enzimática secundária à

toxina ou droga. Ex: intoxicação por chumbo: inibição da porfobilinogênio sintase, resultando no aumento de ALA (ácido amino levulínico).

OBS5: Deficiência na enzima coproporfirinogênio oxidase causa uma baixa concentração de heme, deixando a produção de ALA e dos demais intermediários aumentada, causando um acúmulo desses compostos. Clinicamente, o paciente apresenta anemia profunda (produção inadequada de heme), fraqueza muscular, dores intesas devido à neurotoxidade do acúmulo de ALA e porfobilinogênio. Apresentam também acúmulo de uroporfobilinogênio na própria pele, e quando


3

ocorre exposição a luz solar, esses porfirinogênios são oxidados a suas profirinas, que ao se acumularem, formam radicais livres de O2 na pele, que começam a causar ulcerações (fotossensibilidade). DEGRADAÇÃO DO HEME

A hemoglobina (frequentemente abreviada como Hb) é uma metaloproteína que contém ferro presente nos glóbulos vermelhos (eritrócitos) e que permite o transporte de oxigênio pelo sistema circulatório. A hemoglobina é um tetrâmero composto de dois tipos de cadeias de globina. Cada uma dessas cadeias contém cerca de 141 aminoácidos. Existem quatro grupos heme por proteína; estes possuem um íon de ferro no seu centro, que liga a molécula de O2. É uma proteína alostérica, pois a ligação e a liberação do oxigênio é regulada por mudanças na estrutura provocadas pela própria ligação do oxigênio ao grupo heme.

A principal forma de degradação do grupo heme provém da degradação diária da hemoglobina (em torno de 2 milhões de hemácias são degradadas diariamente). As hemácias têm uma sobrevida de 120 dias. Um adulto de 80Kg renova cerca de 6g de hemoglobina diariamente. A degradação de hemoglobina resulta em três produtos:

1) Globina: � Reutilizada na forma de seus AA constituintes. � Incorporada às proteínas plasmáticas

2) Liberação do ferro do heme (armazenado para uma eventual utilização) 3) A porção porfirínica, livre de ferro, forma a biliverdina (Heme oxidase). A biliverdina é reduzida (pela ação da enzima biliverdina redutase) a bilirrubina.

O grupo heme da hemoblobina é oxidado em nível das células do sistema retículo endotelial, principalmente no baço, fígado e medula, através da enzima chamada heme-oxidase. Por ação dessa enzima, o heme fica então de cadeia aberta (acíclico), sendo chamada de biliverdina. Nesse processo, há consumo de NADPH e O2, bem como a produção de CO (única reação do organismo que produz monóxido de carbono).

A biliverdina é reduzida pela biliverdina redutase e se transforma na bilirrubina, composto hidrofóbico que é o produto final da degradação do heme. A biliverdina (de coloração verde) e a bilirrubina (de coloração amarela) são pigmentos biliares. Após formada, o destino da bilirrubina é o fígado, sendo transportada até ele pela corrente sanguínea, associada à albumina.

PIGMENTOS BILIARES

Por tanto, a degradação do heme leva à formação de pigmentos biliares: biliverdina e bilirrubina.

BILIRRUBINA

Composto tetrapirrólico de cadeia aberta. É um produto da degradação das hemoproteínas (hemoglobina, mioglobina e citocromos). Aproximadamente 75% da bilirrubina provém da hemoglobina dos eritrócitos, que são fagocitados pelas células mononucleares do baço, medula óssea e fígado.


4

A bilirrubina é o principal produto do metabolismo do heme da hemoglobina. Cerca de 70% a 80% da bilirrubina são provenientes da destruição dos eritrócitos velhos, 15% de fontes hepáticas, e o restante é proveniente da destruição de hemácias defeituosas na medula óssea e nos citocromos.

A hemoglobina é metabolizada no baço e no sistema reticuloendotelial, sendo degradadas em heme e globina, o anel heme é aberto, produzindo ferro livre e biliverdina, que é reduzida a bilirrubina pela enzima biliverdina redutase. Essa bilirrubina recém-formada circula no sangue ligada à albumina sérica (bilirrubina não-conjugada ou indireta). É transportada pelo sistema porta até o fígado, onde penetra no hepatócito por dois mecanismos distintos: difusão passiva e endocitose. Uma vez dentro do hepatócito, a bilirrubina desliga-se da albumina e forma um complexo protéico com as chamadas proteínas Y e Z. Logo depois, liga-se a um outro complexo chamado ligandina. É então transportada para o retículo endoplasmático liso, onde se torna um substrato da enzima glicuronil transferase, dando origem a um diglicuronídeo conjugado (mono- e triglicuronídeos também são formados). A bilirrubina, agora já conjugada (direta), é transportada até a membrana celular. Na face oposta aos sinusóides e próxima aos canalículos biliares, ela é excretada diretamente, alcançando o trato intestinal, onde é metabolizada pelas bactérias da flora intestinal, sendo desconjugada, formando os estercobilinogênio (fornece a cor escura das feses), sendo excretado pelo próprio intestino, por meio das feses. Parte do estercobilinogênio é absorvida e novamente excretada pelo fígado, e uma pequena fração é excretada pelos rins na forma de urobilinogênio (fornece a cor amarelada da urina).

• Bilirrubina Indireta ou Livre � Não é solúvel em água � Transportada no plasma ligada fortemente à albumina � Não é filtrada pelos glomérulos (não é excretada pela urina). Normalmente, não se tem

presença de bilirrubina indireta na urina.

• Bilirrubina Direta � Conjugada com o ácido glicurônico � É solúvel em água � Pode ser filtrada pelos glomerúlos � Eliminada na urina

OBS6: Nas anemias hemolíticas, há um predomínio de bilirrubina indireta devida a hemólise maciça. OBS7: Um aumento dos níveis de bilirrubina sérica (hiperbilirrubinemia) reflete-se numa cor amarela das escleras, das mucosas e da pele à qual se chama icterícia. Acompanhando os mecanismos envolvidos no metabolismo da bilirrubina, é possível correlacionar o aumento de seus níveis séricos com alterações de uma das etapas do seu metabolismo. Os níveis séricos da bilirrubina indireta são determinados pela velocidade de produção e pela velocidade de remoção dessa


5

bilirrubina da circulação. Os distúrbios que alteram a capacidade de depuração do fígado estão ligados à captação e/ou conjugação hepática. Os aumentos de bilirrubina indireta não levam ao aumento da bilirrubina na urina. Os níveis séricos da bilirrubina direta são determinados pela capacidade de excreção da bilirrubina pelo fígado, ou seja, pela integridade fisiológica do hepatócito e da permeabilidade das vias biliares intra- e extra-hepáticas. Patologias que alterem essas funções cursam com aumento da bilirrubina direta, e muitas vezes da bilirrubina indireta, e com a presença de bilirrubina na urina.

• Bilirrubina Total �� 1,0 mg/dl � Bilirrubina Direta � 0,4 mg/dl � Bilirrubina Indireta � 0,6 mg/dl

OBS8: Feses esbranquiçadas e urina escura são sinais clínicos que determinam a não formação do estercobilinogênio. Isso é característica de uma icterícia obstrutiva, em que algum agente físico (como um cálculo biliar por exemplo), esta obstruindo o sistema biliar, impedindo a passagem na bilirrubina conjugada para o intestino. A bilirrubina acumulada nos canalículos biliares será regurgitada ao fígado, causando icterícia. ANÁLISES BIOQUÍMICAS

Os metabólitos da bilirrubina são responsáveis pela coloração marrom das fezes. Se a bilirrubina não atingir o intestino, as fezes adquirem uma cor pálida. No intestino, a bilirrubina é metabolizada pelas bactérias, produzindo a estercobilinogênio ou coprobilinogênio. Este é parcialmente reabsorvido e excretado na urina como urobilinogênio.

Icterícia: é caracterizada por uma coloração amarelada de pele e mucosas devida a uma acumulação de bilirrubina no organismo. Pode ser causada por:

� Hemólise: Um aumento na degradação de hemoglobina produz a bilirrubina, que sobrecarrega o mecanismo de conjugação.

� Incapacidade do mecanismo de conjugação no interior do hepatócito � Obstrução do sistema biliar

• Classificações da Icterícia

1. Icterícia Pré-hepática: produção aumentada de bilirrubina causada por hemólise, causando uma hiperbilirrubinemia não-conjugada. Também é característica da icterícia fisiológica nos neonatos, que ocorre devido a uma imaturidade do fígado (mais especificamente da enzima UDP-glicuronil transferase) do recém-nascido. Pode ser causada também por anemia hemolítica, incompatibilidade ABO/Rh e envenenamento por picada de cobra (causa hemólise). Neste tipo de Ictericia aumenta bastante a quantidade de sais biliares, e conseqüentemente a quantidade de bilirrubina transformada em urobilinogênio pelas bactérias intestinais, o que provoca fezes bastante escuras. Além disso também aumenta a reabsorção entérica urobilinogênio e a sua consequente excreção pela urina escurecendo-a (pode-se diferenciar da coluria porque a espuma é branca). Sua característica laboratorial se dá por: bilirrubina total elevada; predomínio de bilirrubina indireta; ausência de bilirrubina na urina; fosfatase alcalina normal; AST levemente aumentada e ALT normal; LDH e Gama glutamil transferase normais; Urobilinogênio presente na urina; Urobilinogênio fecal (estercobilina) presente. Sendo específico, as condições que apresentam elevação da bilirrubina não conjugada no sangue:

� Anemia hemolítica: Na hemólise intensa, a hiperbilirrubinemia não conjugada é discreta (< 4 mg/dL). A capacidade do fígado de metabolizar a bilirrubina é elevada.

� Icterícia Fisiológica Neonatal: Resulta de uma hemólise acelerada e de um sistema hepático imaturo para captação, conjugação e secreção da bilirrubina. Atividade reduzida da UDP-glicuronil transferase. Redução na síntese do ácido UDP-glicurônico.

OBS9: O recém-nascido pode apresentar icterícia que geralmente se inicia após as primeiras 24 ou 48 horas de vida, chamada icterícia fisiológica do recém-nascido, desaparece espontaneamente após poucos dias e deve-se a um metabolismo hepático pouco maduro. A causa é uma deficiência temporária na conjugação da bilirrubina pela deficiência da enzima UDP- glicuroniltransferase. A icterícia neonatal tem como significado clínico:

� Icterícia nas primeiras 24 horas de vida: � Investigação para excluir hemólise � Incompatibilidade sanguínea � Uso de fototerapia

� Icterícia Tardia: após 10 dias de nascimento � Erro inato do metabolismo � Defeito estruturais dos dutos biliares


6

OBS10: O tratamento da hiperbilirrubinemia não-conjugada se dá por meio da fototerapia (luz ultravioleta que isomeriza a bilirrubina em uma forma atóxica): acima de 8,0 mg/dL; ou por exotransfusão sanguínea para impedir o dano cerebral icterícia nuclear (>20 mg/dL). OBS11: O Kernicterus é um quadro caracterizado quando a bilirrubina não coujugada é lipossolúvel e atravessa a barreira hematoencefálica, causando encefalopatia, dano cerebral e morte.

2. Icterícia Hepática: distúrbios do metabolismo intra-hepático da bilirrubina. Há um defeito da fixação, conjugação e excreção. Ocorre nas hepatites e cirrose; Doença de Gilbert (defeito na captação); Síndrome de Criegler Najjar (deficiência de UDP-glicuronil transferase) e Síndrome de Rotor (defeito de excreção). Os sinais clínicos são: bilirrubina total muito elevada (bilirrubina direta e bilirrubina indireta); predomínio de bilirrubina direta; presença de bilirrubina na urina; presença de urobilinogênio na urina; fosfatase alcalina normal ou pouco aumentada; ALT e AST bastante aumentada e gamaglutamil transferase normal.

3. Icterícia Pós-hepática: Causada devido ao bloqueio de algum ducto do sistema biliar. Há a formação

normal da bilirrubina livre e conjugada (elevação de bilirrubina direta). Caracterizada pela ausência de urobilinogênio na urina. Sua características laboratoriais são: bilirrubina total elevada; bilirrubinúria; predomínio de bilirrubina direta; ausência de urobilinogênio; fosfatase alcalina bastante aumentada; AST, ALT e Gama glutamil transferase elevadas.

CONDIÇÕES QUE APRESENTAM ELEVAÇÃO DA BILIRRUBINA NÃO CONJUGADA NO SANGUE

Síndrome de Crigler-Najjar, Tipo I (Icterícia não conjugada não hemolítica): Distúrbio raro causado por defeito metabólico primário na conjugação da bilirrubina. Caracterizada por icterícia congênita severa e ausência da atividade de UDP-glicuronil-transferase nos tecidos hepáticos. Doença fatal durante os primeiros quinze meses de vida. A bilirrubina sérica excede 20 mg/dL.

Síndrome Crigler-Najjar, Tipo II: Anomalia mais leve do sistema de conjugação. A bilirrubina mantém-se < 20

mg/dL. É um tipo benigno, que pode responder ao tratamento com fenobarbital.

Síndrome de Gilbert: há um defeito na captação de bilirrubina pelas células do parênquima hepático. É muito freqüente e ocorre em 5 a 7% da população. É causada por uma mutação no gene UGT-1A1, localizado no locus 2q37 (sendo a mutação mais freqüente a (TA)7TAA, que está presente em até 36% dos africanos e 7% dos asiáticos). Como resultado da mutação (que tem mecanismos variados de herança), a atividade da enzima UDP-glucuronil-transferase está reduzida em graus variados (o que faz com que a síndrome se manifeste diferentemente de pessoa para pessoa), mas geralmente em torno de 25% do normal, reduzindo a transformação da bilirrubina indireta (não conjugada) em bilirrubina direta (conjugada).

Hiperbilirrubinemia Tóxica: Disfunção hepática induzida por toxinas causadas pelo clorofórmio, tetracloreto de

carbono, acetaminofem, virus da hepatite, cirrose e envenenamento. Ocorre lesão das células parenquimatosas hepática; obstrução biliar intra-hepática e presença de hiperbilirrubinemia conjugada.

CAUSAS DE HIPERBILIRRUBINEMIA CONJUGADA

Obstrução da Árvore Biliar: há um bloqueio dos condutos hepáticos ou biliares. Devido a essa obstrução, a bilirrubina conjugada não é excretada, sendo regurgita para as veias hepáticas e linfáticas. A bilirrubina conjugada aparece no sangue e na urina (icterícia colúrica). Já a icterícia colestática é caracterizada por uma icterícia obstrutiva extrahepática, em que há obstrução dos dutos biliares intra-hepáticos.

Icterícia Idiopática Crônica (Síndrome de Dubin-Johnson): Hiperbilirrubinemia conjugada na infância ou

durante a vida adulta causada por um defeito na secreção hepática da bilirrubina conjugada para a bile.

Síndrome de Rotor: Condição rara caracterizada por hiperbilirrubinemia conjugada crônica. Há uma histologia normal do fígado, e a causa ainda não identificada.

bioquímica ii 14 metabolismo do heme (arlindo netto)

Documents