Bioquímica do Sistema Endócrino

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1 O Módulo II.III Fisiologia Tema da Aula: Síntese das Hormonas Derivadas do Colesterol Docente: Prof. Nuno Correia Santos Data: 25/11/2008 Número da Aula Previsto: 13 Desgravador: David Cabrita Roque Corrector: Maria São Pedro Bibliografia: Murray, R. et alt. Harper: Bioquímica, 9ª Edição Editora Lange. Cap 48: Págs ; Cap 50: Págs Bioquímica do Sistema Endócrino Síntese de Hormonas Derivadas do Colesterol O precursor destas hormonas é o colesterol, que é, num primeiro passo, convertido a pregnenolona. Este é o precursor directo ao nível de todas as células das diferentes sínteses, específicas de cada tecido, de hormonas derivadas do colesterol. É de denotar que, alguns compostos químicos funcionam como produto final em alguns orgãos e intermediário noutros. Este é o caso da progesterona (fig. 1), que aparece em diferentes tecidos como intermediário, mas ao nível do corpo lúteo é o produto final, ocorrendo, por isso, a sua secreção essencialmente neste tecido. A progesterona funciona como intermediário de: cortisol, produzido no cortéx da glândula supra-renal; testosterona (androstenediona é intermediário), secretada pela células de Leydig dos testículos, no caso do homem. No corpo feminino a testosterona não se apresenta como produto final, sendo transformada em estradiol, que é secretado pelos folículos ováricos. Comissão de Curso 07/13 2º ano Página 1 de 18

2 É ainda de referir que: O colesterol poderá não ser transformado em pregnenolona, mas sim em calcitriol (fig. 1); Na sintese de hormonas derivadas do colesterol, ao longo das transformações químicas, o número de carbonos dos compostos vai diminuindo. Fig. 1 - Colesterol e seus derivados em diversos tecidos Comissão de Curso 07/13 2º ano Página 2 de 18

3 1.Esteroidogénese Supra-Renal As hormonas esteróides supra-renais são sintetizadas a partir do colesterol, que provém essencialmente de lipoproteínas plasmáticas. Grande parte do colesterol que se encontra na glândula supra-renal é esterificado e armazenado em gotículas lípidicas citoplasmáticas. Aquando da ocorrência da estimulação pelo ACTH, vai ocorrer a activação de uma esterase, e o colesterol que se apresentava no citoplasma irá ser encaminhado para as mitocôndrias. A proteína StAR (steroidogenic acute regulatory protein) é essencial para o transporte do colesterol (proveniente do citosol) do espaço intermembranar para a matriz mitocondrial. Aí, uma enzima de clivagem da cadeia lateral contendo citocromo P450 (P450scc), irá converter o colesterol em pregnenolona (fig.2). A pregnenolona irá depois deixar a mitocôndria para originar os seus diferentes produtos finais. Fig. 2 - Conversão de Colesterol em Pregnenolona (na matriz mitocôndrial) Comissão de Curso 07/13 2º ano Página 3 de 18

4 A glândula supra-renal pode ser considerada (mesmo embriologicamente) como duas glândulas separadas a zona do córtex e a zona da medula. A esteroidogénese ocorre ao nível do córtex supra-renal. Dentro do córtex, existem diferenças funcionais e bioquímicas, principalmente enzimáticas, que determinam que diferentes hormonas sejam produzidas na zona glomerulosa, fasciculada e reticular. (fig.3) Fig. 3 - Glândula Supra-Renal e produção hormonal diferencial Comissão de Curso 07/13 2º ano Página 4 de 18

5 1.1 Síntese dos Mineralocorticóides A síntese da aldosterona (principal mineralocorticóide) ocorre na zona glomerulosa. A pregnenolona é convertida em progesterona pela acção de duas enzimas do retículo endoplasmático liso 3β-hidroxiesteroide desidrogenase e a Δ5,4 isomerase. A zona glomerulosa não possui a enzima P450 c17, responsável pelas actividades enzimáticas de 17α-hidroxilase e 17,20- liase. A progesterona é então transformada em 11- desoxicorticosterona (DOC), um mineralocorticóide activo na retenção de Na +, pela enzima 21- Hidroxilase. A 11- desoxicorticosterona passa a corticosterona pela acção da 11βhidroxilase. Esta hormona apresenta uma actividade, ainda que fraca, de mineralocorticóide e actividade de glicocorticóide (é o principal glicocorticóide em animais que não produzem cortisol). A corticosterona pela acção da enzima 18-hidroxilase ou aldosterona sintase (funciona como hidroxilase e hidroxidesidrogenase), que está presente unicamente na zona glomerulosa, origina aldosterona. Fig. 4 Sintese de Aldosterona Comissão de Curso 07/13 2º ano Página 5 de 18

6 1.2 Síntese dos Glicocorticóides A síntese do cortisol, o principal glicocorticóide humano, requer a presença de 3 hidroxilases (assinaladas a violeta, verde e laranja na fig. 5) que se podem encontrar na zona fasciculada e reticular do córtex da glândula supra-renal. Estas hidroxilases actuam sequencialmente, nos carbonos C17, C21 e C11. Se a posição C11 for a primeira a sofrer hidroxilação, a acção da 17α-hidroxilase (a violeta na fig.5) já não será possivel, e o composto seguirá para a formação de aldosterona. A 17α-hidroxilase (fig.5) encontra-se no retículo endoplasmático liso e actua sobre a sobre a pregnenolona, formando 17- hidroxipregnenolona. Este composto é, depois, transformado em 17-hidroxiprogesterona e este Fig. 5 - Sintese de Cortisol último em 11-deoxicortisol, pela enzima 21-Hidroxilase (fig. 5), uma enzima do retículo endoplasmático liso. O 11-deoxicortisol sofre, então, acção da 11βhidroxilase (fig.5), na matriz mitocondrial, originando-se cortisol. Pela acção da enzima 17,20-liase, a 17-hidroxipregnenolona poderá, também, ser convertida a diidroepiandrosterona. Apesar de tal passagem ocorrer só para uma pequena fracção da 17-hidroxipregnenolona disponível, esta é a forma, que a zona reticular (e por vezes também a zona fasciculada) Comissão de Curso 07/13 2º ano Página 6 de 18

7 utiliza, para originar um precursor da testorena (síntese de androgénios). No entanto esta síntese de androgénios pelo córtex supra-renal é pouco significativa. 2. Esteroidogénese testicular Os androgénios testiculares são sintetizados no tecido intersticial pelas células de Leydig. O precursor imediato dos esteróides gonadais é, também, o colesterol. Tal como acontece na glândula supra-renal, a etapa limitante da taxa de síntese, é a transferência do colesterol para a membrana mitocondrial interna, pela StAR. A passagem de colesterol a pregnenolona é igual nas suprarenais e nas gônadas, porém essa reacção é agora estimulada pela LH. via Δ5 - via da dihidroepiandrosterona via Δ4 - via da progesterona Mesma proteína Mesma proteína Fig. 6 - Esteroidogénese Testicular: Via da esquerda Via Δ5; Via da direita Via Δ4 Comissão de Curso 07/13 2º ano Página 7 de 18

8 A conversão da pregnenolona em testosterona depende das actividades enzimáticas desempenhadas pelas 3 proteínas marcadas na fig.6 a azul, amarelo, e rosa. A pregnenolona pode ser convertida em progesterona pela via Δ4 (via da progesterona) ou pela via Δ5 (via da dihidroepiandrosterona). No caso da espécie humana, a via principal é a via Δ5. A dihidrotestosterona (DHT) é sintetizada a partir da testosterona nos tecidos periféricos A testosterona é metabolizada principalmente ao nível dos tecidos perífericos (como a próstata, a genitália externa e algumas áreas da pele) e gera DHT (fig.7). Nestes tecidos, a DHT é a forma activa da hormona, pelo que, nestes casos, podemos considerar a testosterona uma pró-hormona. Este processo é realizado por uma redutase e necessita da presença de NADPH. Fig. 7 - Passagem de testosterona a dihidrotestosterona (DHT) nos tecidos periféricos Comissão de Curso 07/13 2º ano Página 8 de 18

9 3. Esteroidogénese Ovariana O 17β-estradiol é o principal estrogénio ovariano. Os estrogénios são formados pela aromatização de androgénios, num processo complexo que envolve 3 etapas de hidroxilação, as quais dependem de O 2 e NADPH. O complexo enzimático das aromatases parece incluir uma P450 monooxigenase. A androstenediona e a testosterona são produzidas pelas células da teca interna, sendo, depois, convertidas pela enzima aromatase, nas células da granulosa (fig.8), em estrona e estradiol, respectivamente. A progesterona, precursor de todas as hormonas esteróides, é sintetizada e secretada pelo corpo lúteo como um composto hormonal final, pois tais células não possuem as enzimas necessárias para converter a progesterona noutras hormonas. Produzida e secretada pelo corpo lúteo, cujas células não têm as enzimas necessárias para a continuação da via. Complexo enzimático responsável pela síntese de estrogénios pela aromatiação de androgénios, através de 3 hidroxilações, com consumo de O2 e NADPH Fig.8 Esteroidogénese Ovariana Fig. 8 - Esteroidogénese Ovariana Comissão de Curso 07/13 2º ano Página 9 de 18

10 Produção Periférica de Estrogénios A enzima aromatase também se encontra presente no tecido adiposo, fígado e pele; Homem 80% do estradiol é produzido por aromatização da testosterona; Mulher 50% do estradiol produzido durante a gravidez, origina-se por aromatização de androgénios adrenais; a conversão da androstenediona em estrona é a maior fonte de estrogénios pós-menopausa; Estrogenização em situações fisiopatológicas: o Obesidade: O excesso de tecido adiposo faz com que o número de aromatases, que se encontram presentes neste tecido, esteja aumentado, pelo que ocorre maior produção de estrogénios a nível periférico; o Cirrose hepática: no fígado cirrótico a clearance do estrogénio endógeno encontra-se diminuida. Isto, aliado à menor produção de SHBG (glicoproteína transportadora de hormonas sexuais), leva a um aumento dos níveis de estrogénio livre, o que vai permitir um maior grau de aromatização periférica. o Hipertiroidismo: O excesso de hormonas tiroideias estimula a produção exagerada de SHBG pelo fígado e a conversão de androstenediona em estrogénios e testosterona, pelo que os níveis de estrogénio se encontram aumentados. o Envelhecimento: a produção de estrogénios a nivel periférico encontra-se aumentada de forma a tentar compensar a diminuição da sua produção a nível gonadal. No entanto estes valores não são suficientes para atingir os niveis de estrogénio pré-envelhecimento. Comissão de Curso 07/13 2º ano Página 10 de 18

11 4. Calcitriol O calcitriol não é uma hormona esteróide, mas é, também, um derivado do Colesterol. Calcitriol é o nome dado à forma activa da vitamina D encontrada no corpo. Proteína de ligação da vitamina D Fig. 9 - Produção de Calcitriol - PELE Pequenas quantidades de vitamina D (na realidade uma pró-hormona e não uma vitamina), percursor da síntese de calcitriol, estão presentes em alguns alimentos (sobre a forma de vitamina D 2 ), mas a maior parte deste precursor é formado na camada de Malphigi da epiderme, a partir do 7-dehidrocolesterol, por fotólise, como se pode ver na fig.9, sob a forma de vitamina D 3. - FÍGADO A proteína de ligação à Vitamina D, liga-se à vitamina D 3 e transfere-a para o fígado, onde esta sofre hidroxilação formando-se 25-hidroxivitamina D 3. Esta hidroxilação é catalizada pela 25-hidroxilase, uma enzima presente no retículo endoplasmático, dependente de magnésio, NADPH, O 2 e um factor citoplasmático ainda não identificado. Comissão de Curso 07/13 2º ano Página 11 de 18

12 - RINS A 25-hidroxivitamina D3 é um agonista fraco, pelo que, nos rins, sofre hidroxilação na posição C1. Esta reacção ocorre nas mitocôndrias dos TCPs, através de uma actividade de monooxigenase que requer NADPH, Mg 2+, O 2 e três proteínas: flavoproteína (ferredoxina redutase renal), proteína com enxofre e ferro (ferredoxina renal) e citocromo P450. O calcitriol vai depois para os seus tecidos alvos (osso, intestino e rins). 5. Síntese de Derivados do Ácido Araquidónico Usando a definição mais lata de hormona, há, ainda, a considerar o ácido araquidónico e principalmente os seus metabolitos prostaglandinas, prostaciclinas, trombocesanos e leucotrienos. O ácido araquidónico, um ácido gordo composto por 20 carbonos e três ligações duplas, é obtido através da alimentação. É incluído em fosfolípidos e disponibilizado mais tarde por lise desses mesmos fosfolípidos. Através da acção da Prostaglandina Sintase (que origina o primeiro intermediário - Prostaglandina H 2 ), o araquidonato é convertido nos seus produtos finais - prostaciclinas, restantes prostaglandinas e trombocesanos. Através de uma outra reacção, catalisada pela Lipooxigenase, são formados os leucotrienos. Estes compostos, com acção autócrina e parácrina, têm vários efeitos, como a estimulação da contracção do músculo liso, a biossíntese de hormonas esteróides, a secreção de suco gástrico, resposta inflamatória, agregação plaquetária, entre outros. Comissão de Curso 07/13 2º ano Página 12 de 18

13 6. Armazenamento Fig Derivados do Ácido Araquidónico Algumas hormonas são armazenadas no órgão secretor. O tempo de armazenamento é variável. A T3 e T4, é armazenada em quantidade suficiente para semanas ou meses; a insulina, para alguns dias; as catecolaminas e a PTH para algumas horas. As hormonas esteróides e o calcitriol não são armazenados. Assim, concluiu-se que as hormonas hidrófobas não são armazenadas, exceptuando o caso da T3 e T4. Comissão de Curso 07/13 2º ano Página 13 de 18

14 Fig Armazenamento e disponibilidade das diferentes classes de hormonas 7. Transporte (Já foi referido na aula anterior.) As hormonas do Grupo I, ou seja, as hormonas esteróides, as iodotironinas, o calcitriol e os retinóides, sendo lipofílicas, necessitam de proteínas de transporte e têm uma semi-vida longa no plasma, pois estão mais protegidas da degradação pelas suas proteínas de transporte. Pelo contrário, as hormonas do Grupo II, como os polipéptidos, as proteínas, as glicoproteínas e as catecolaminas, sendo hidrofílicas, não necessitam de proteínas de transporte e têm uma semi-vida curta no plasma. Lipofílicas Proteínas Plasmáticas Envolvidas no Transporte de hormonas Transcortina ou CBG (corticoesteroid binding globulin) Cortisol SHBG (sex hormone-binding globulin) ou TEBG (testosteroneestrogen-binding-globulin) Testosterona, dihidrotestosterona (DHT) e estrogénios TBG (thyroid-binding globulin) T4 e T3 Transtirretina; antes designada pré-albumina ou TBPA (thyroxinebinding pre-albumin) T4 Vitamin D binding protein Vitamina D e seus metabolitos Albumina Vários ligandos, incluindo hormonas lipofílicas, bilirrubina, ácidos-gordos livres e iões metálicos (Ca 2+, Cu 2+, Zn 2+ ). Comissão de Curso 07/13 2º ano Página 14 de 18

15 Ao contrário das proteínas de transporte, que existem em quantidade elevada, a quantidade de receptores proteicos que existe na célula é diminuta. No entanto, a afinidade destes receptores, para as hormonas transportadas por aquelas, é muito superior, pelo que a ligação das mesmas ao receptor é elevada, possibilitando-se assim a sua acção/função biológica. Em termos de especificidade, os receptores membranares têm elevada especificidade, o que possibilita uma resposta fisiológica correcta perante um determinado sinal hormonal. A saturabilidade, é uma característica que, apenas, está presente nos receptores. Uma única proteína de transporte pode levar mais do que uma molécula. O processo de ligação é reversível nos dois casos, e o processo de transdução de sinal, apenas ocorre em alguns receptores (está dependente do tipo de hormona e de receptor). Fig Distinção entre a ligação aos receptores e às proteínas de transporte do plasma 8. Receptores e Sinalização Celular Recapitulando o que já foi falado na aula passada, os receptores das hormonas do Grupo I são intracelulares, envolvendo o seu mecanismo de acção a formação de um complexo hormona-receptor. Antagonicamente, o receptor para as hormonas do Grupo II, encontra-se na membrana citoplasmática e Comissão de Curso 07/13 2º ano Página 15 de 18

16 portanto o seu mecanismo de acção envolve segundos mensageiros e cascatas de sinalização (o que também permite uma acção de amplificação do sinal). As hormonas, de acordo com a localização do seu receptor (intra ou extra celular) e tipo de segundo mensageiro, dividem-se em: Hormonas que se ligam a receptores intracelulares; Hormonas que se ligam a receptores da superfície celular: o O segundo mensageiro é o camp; o O segundo mensageiro é o cgmp; o O segundo mensageiro é o cálcio, fosfatidilinositol ou diacilglicerol (ou combinações destes); o O segundo mensageiro é uma cinase ou fosfatase activada sequencialmente. 8.1 Hormonas que se ligam a receptores intracelulares Fig Modo de acção das hormonas esteróides, que incluindo-se no Grupo I têm receptores intracelulares Comissão de Curso 07/13 2º ano Página 16 de 18

17 As hormonas lipofílicas do Grupo I difundem-se através da membrana plasmática de todas as células, mas encontram os seus receptores intracelulares específicos de alta afinidade apenas nas células-alvo. Tais receptores podem estar localizados no citoplasma ou no núcleo dessas células. Inicialmente, o complexo hormona-receptor passa por uma reacção de activação. A activação do receptor ocorre, no minímo, por dois mecanismos. Glicocorticóides Os glicocorticóides difundem-se através da membrana plasmática e encontram os seus receptores no citoplasma das células-alvo. O acoplamento do ligante com o receptor provoca a dissociação da proteína de choque térmico 90 (hsp90), que faz parte do receptor. Esta etapa parece ser essencial à localização nuclear subsequente do complexo receptor-ligante. O receptor possui, também, uma sequência específica para ligação ao núcleo, que possibilita a transferência do complexo receptor-ligante do citoplasma para o núcleo. Uma vez no núcleo o receptor liga-se com grande afinidade a uma sequência específica do DNA conhecida como elemento de resposta hormonal (HRE). O complexo ligante-receptor acoplado ao DNA, funciona como local de ligação de alta afinidade, para uma ou mais proteínas co-activadoras. Em geral, quando esta ligação ocorre, inicia-se uma transcrição genética acelerada. Hormonas tiroideias e retinóides As hormonas tiroideias e os retinóides difundem-se do líquido extracelular, pela membrana plasmática, e dirigem-se directamente ao núcleo ou ligam-se transientemente a proteínas do citosol antes de entrarem no núcleo (de novo na forma livre). Neste caso, o receptor encontra-se ligado ao HRE. Contudo, não consegue activar a transcrição do DNA, pois o seu(s) co- Comissão de Curso 07/13 2º ano Página 17 de 18

18 repressor(es) encontra(m)-se simultaneamente presente(s). Na verdade, o complexo receptor/co-repressor funciona como repressor activo da transcrição genética. A combinação do ligante com o complexo receptor/co-repressor leva à dissociação do(s) co-repressor(es). O complexo ligante-receptor, é, assim, capaz de se ligar, com alta afinidade, a uma ou mais proteínas co-activadoras, o que resulta na activação da transcrição génica. A transcrição génica selectiva (e a produção subsequente de mrna apropriados), mediada hormonalmente, permite alterar a quantidade proteica celular e modificar os processos metabólicos. A acção de cada uma das hormonas é muito específica: em geral, uma hormona actua em menos de 1% dos genes, do mrna ou das proteínas da célula-alvo. Comissão de Curso 07/13 2º ano Página 18 de 18