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Isoenzimas do citocromo P450

(CYPs)

Isoenzimas do Citocromo P450CY (citocromo) P (450)

Superfamília de enzimas

Grupo HemeGrupo Heme

Divididas em famílias:

-Relação dentro da escala evolutiva, determinada pelo graude homologia entre os genes

- Semelhança das sequências de aminoácidos das proteínas

GONZALEZ; TUKEY, 2006; ROSSIT; FROES In: LOURO et al., 2002

Biossíntese e degradação de esteróides, vitaminas, ácidosgraxos, prostaglandinas, aminas, ferormônios e metabólitosvegetais

Biotransformação de fármacos, carcinógenos químicos epoluentes

Isoenzimas do Citocromo P450

poluentes

Presentes em animais, plantas, leveduras e bactérias

Todos os genes evoluíram a partir de um ancestral comum(há cerca de 2,5 bilhões de anos)

ROSSIT; FROES In: LOURO et al., 2002

400 MILHÕES DE ANOS


Aumento do número de enzimas como resultado da interaçãoentre plantas e animais

Animais se alimentando de plantas:


-Seleção de toxinas vegetais para proteção

- Adaptação animal


Oxidação dos substratos adiciona ou expõe um grupofuncional, permitindo a conjugação pelas enzimas de fase 2;


Desalquilação N-, O-; hidroxilação de anel aromático; N-,O-oxidação, desaminação, desalogenação

GONZALEZ; TUKEY, 2006; TOZER; ROWLAND, 2009


GONZALEZ; TUKEY, 2006

The figure shows increasingly microscopic levels of detail,sequentially expanding the areas within the black boxes. CYPsare embedded in the phospholipid bilayer of the endoplasmicreticulum (ER). Most of the enzyme is located on the cytosolicsurface of the ER. A second enzyme, NADPH-cytochrome P450oxidoreductase, transfers electrons to the CYP where it can, inoxidoreductase, transfers electrons to the CYP where it can, inthe presence of O2, oxidize xenobiotic substrates, many ofwhich are hydrophobic and dissolved in the ER. A singleNADPH-CYP oxidoreductase species transfers electrons to allCYP isoforms in the ER. Each CYP contains a molecule of iron-protoporphyrin IX that functions to bind and activate O2.Substituents on the porphyrin ring are methyl (M), propionyl (P),and vinyl (V) groups.


The monooxygenase P450 cycle. P450 containing ferric iron(Fe3+) combines with a molecule of drug ('DH'); receives anelectron from NADPH-P450 reductase, which reduces the ironto Fe2+; combines with molecular oxygen, a proton and asecond electron (either from NADPH-P450 reductase or fromsecond electron (either from NADPH-P450 reductase or fromcytochrome b5) to form an Fe2+OOH-DH complex. Thiscombines with another proton to yield water and a ferric oxene(FeO)3+-DH complex. (FeO)3+ extracts a hydrogen atom fromDH, with the formation of a pair of short-lived free radicals (seetext), liberation from the complex of oxidised drug ('DOH'), andregeneration of P450 enzyme.

Capazes de biotransformar grande quantidade de compostos;

Múltiplas enzimas;


Uma única CYP pode metabolizar vários compostosdiferentes;

Podem alterar diferentes regiões da mesma molécula;


57 genes funcionais;

Agrupados por homologia de seqüência dos aminoácidos quecodificam: famílias e subfamílias;


codificam: famílias e subfamílias;

CYP + número da família + letra da subfamília + númerodesignando a isoforma

Ex.: CYP3A4: família 3, subfamília A, gene nº 4


Biotransformação de xenobióticos: famílias 1-3

CYP1A1, 1A2, 1B1;


CYP 2A6, 2B6, 2C8, 2C9, 2C19, 2D6, 2E1;

CYP 3A4 (mais abundante – 50 % das drogas), 3A5;

Fígado, intestino, pulmões, rins, SNC





Indução da biotransformação de fármacos

Fármacos podem aumentar a expressão dos genes quecodificam as enzimas


CYP1A1 e CYP1A2

CYP3A4, SULT, UGT

CYP2B6, CYP2C9, CYP3A4, GST, UGT, SULT

Alguns Indutores do metabolismo

• Fenitoína

• Carbamazepina

• Fenobarbital

• Rifampicina

• Erva-de-são-joão

• Benzopireno

Lacy et al., 2007

Efeito da rifampicina na cinética da varfarina após doseúnica antes (o) e após (●) tratamento com rifampicina 600mg/dia

O’Reilly RA. Interaction of sodium warfarin and rifampin. Ann Intern Med 81:337-40, 1974.

TOZER; ROWLAND, 2009


Potência relativa

1A2 2C9/19 2D6 3A4

Inibição da biotransformação

Potencial de inibição dos antidepressivos sobre os sistemas enzimáticos do citocromo P450.

Principal mecanismo: inibição competitiva da CYP

relativa

Alta Fluvoxamina Fluvoxamina, fluoxetina

Paroxetina, fluoxetina

Fluvoxamina, nefazodona, fluoxetina

Moderada a baixa

ADT, fluoxetina, paroxetina

Sertralina, fluoxetina

ADT Sertralina, ADT, paroxetina

ADT: antidepressivos tricíclicos

Stahl, 2006

Inibição da biotransformação



Administração intravenosa Administração oral

Baixa razão de extração Baixa razão de extração

Alta razão de extração Alta razão de extração

CIRAULO et al., 2007

__ Controle

-- Inibição

.... Indução

CIRAULO et al., 2007

Efeito de primeira passagem

Coração

FígadoOutras regiões do organismo

TGI

Fígado do organismo

CoraçãoFígado

Outras regiões do organismo

Administração IV

TGI

do organismo

CoraçãoFígado


Administração IV

TGI

do organismo

CoraçãoFígado


Administração IV

TGI

Fígadodo organismo

CoraçãoFígado


Administração VO

TGI

Fígadodo organismo

CoraçãoFígado


TGI

Fígadodo organismo

Administração VO

Farmacogenética

Estudo de variações genéticas que resultam em respostas diferenciadas a

fármacos

Polimorfismos nos genes de enzimas que participam dometabolismo podem afetar as reações de reações de Fase Ie Fase II

Polimorfismo: variações presentes na população em umafreqüência maior ou igual a 1 %

Metzger et al, 2006; Lee, 2006

Polimorfismo e metabolismo

Efeitos clínicos:

O perfil metabólico de cada indivíduo pode ser alterado pelopolimorfismo:

Metabolizadores lentos: diminuição ou ausência daenzima metabolizadora, o que pode decorrer de deleção dogene ou instabilidade do RNA mensageiro

METZGER et al, 2006


Efeitos clínicos:

Metabolizadores intermediários: apresentam metabolismo“normal”, comum à maioria da população;

Metabolizadores rápidos: pode ser decorrente de umaumento na produção da enzima metabolizadora associadoa uma ou múltiplas duplicações do gene que codifica aenzima.

METZGER et al, 2006

METZGER et al, 2006

LEE, 2006


Fármaco metabolizado exclusivamente por uma enzima

X

Fármaco metabolizado por várias enzimas.

LEE, 2006

LEE, 2006

CYP 2D6CYP 2D6

WILKINSON, 2005

Figure 1. Frequency of CYP2D6 Phenotypes in White Populations. The chart shows the proportions of whiteswho are classified as having CYP2D6 phenotypes associated with poor drug metabolism, extensive metabolism,intermediate metabolism, and ultrarapid metabolism. On the two ends of the continuum, poor metabolism isassociated with an increase in adverse reactions induced by drugs that are inactivated by CYP2D6 and adecreased effect of prodrugs that are bioactivated by CYP2D6. Ultrarapid metabolism is associated with adecreased effect of drugs that are inactivated by CYP2D6 and na increased effect of prodrugs that arebioactivated by CYP2D6.

SHAH, 2005

WEINSHILBOUM, 2003

SHAH, 2005

SHAH, 2005

SHAH, 2005

CYP2C9CYP2C9

CYP2C9

12 variantes alélicas (CYP2C9*1 – CYP2C9*12);

Metabolização da varfarina;

Varfarina: mistura racêmica

Baixo índice terapêutico

Doses para atingir INR desejado variam entre 0,5 e 15 mg/dia

LEE, 2006

CYP2C9Enantiômero S: mais ativo

Metabolizado pela CYP2C9

Variações podem alterar o metabolismoVariações podem alterar o metabolismo

CYP2C9*2 e CYPeC9*3: redução de 5-12 % na atividade

Homozigotos *1/*1: metabolismo “normal”

Homozigotos *3/*3: metabolismo mais lentoLEE, 2006

CYP2C19CYP2C19

CYP2C19Inibidores da bomba de prótons;

Fluoxetina, sertralina;

Benzodiazepínicos;Benzodiazepínicos;

Variantes inativas: CYP2C19*2 e CYP2C19*3

2-3 % brancos: metabolizadores lentos

10-25 % de asiáticos (sudeste): metabolizadores lentosLEE, 2006

Eliminação: aspectos matemáticosmatemáticos

Depuração (Clearance)Volume de sangue ou plasma que é completamente depuradodo fármaco em um determinado período

Pode ser por metabolismo, excreção

Clt = Clm + Clr

Unidade de depuração: fluxo (mL/min ou L/h)

Winter, 2004

Depuração (Depuração (ClearanceClearance))

Clearance total (CLClearance total (CLtottot) do corpo é o ) do corpo é o somatório da depuração em cada órgão somatório da depuração em cada órgão

individual individual individual individual

CLCLtottot= CL= CLrr ++ CLCLh h + + CLCLoutrosoutros

Eliminação de primeira ordem

Diminuição logarítmica da concentração do fármaco ao longodo tempo

Winter, 2004

Fração removida éconstante

Quantidade de fármacoremovido varia com aconcentração plasmática

Constante da taxa de eliminação (K)Quão rapidamente a concentração do fármaco declina?

K: fração ou percentagem da quantidade total do fármaco que éremovida por unidade de tempo

Kel = Cl/V

Cl = Depuração (Clearance)

V = Volume de distribuição

Ex. Cl = 10 L/dia; V = 100 L

Kel = 0,1 dia-1 = em 1 dia será depurado 10 % do volume dedistribuição

Winter, 2004

Constante da taxa de eliminação (K)

Escala logarítmica

Kel = inclinação da reta

Kel = ln(C1/C2)

t

TEMPO DE MEIATEMPO DE MEIA--VIDA (t ½)VIDA (t ½)

Tempo necessário para que a concentração plasmática do Tempo necessário para que a concentração plasmática do

fármaco reduza a metade. fármaco reduza a metade.

t ½ = 0,693/kt ½ = 0,693/kelel (k(kelel = cte da razão de eliminação)= cte da razão de eliminação)

32

Tempo (h)

[F]p (log µg/mL)

32

8 12

T ½ T ½ ββββββββ

2

4

2

Fase Fase α α α α α α α α = distribuição= distribuição

Fase Fase ββββββββ = eliminação= eliminação

Prof. Luiz Carlos da Cunha

TEMPO DE MEIATEMPO DE MEIA--VIDA (t ½)VIDA (t ½)

t ½ = 0,693/kt ½ = 0,693/kelel (k(kelel = cte da razão de eliminação)= cte da razão de eliminação)

Kel = Cl/V

t ½ = 0,693

Cl/V

t ½ = 0,693V

Cl

Volume de distribuição e depuração podem alterar a meia-vida

Prof. Luiz Carlos da Cunha

Paciente P.L.N.B. apresenta nível sérico de digoxina de 4,5 µg/L (faixa terapêutica: 0,8 – 2 µg/L). Dado que neste paciente a meia-vida é de 60 h e assumindo-se que a função renal está

estável e que a absorção foi completa, calcule o tempo necessário para que o nível de digoxina caia para 1,5 µg/L.

C = C0 e-kt → C = 1,5 µg/L, C0 = 4,5 µg/L, t = resposta - Falta calcular k !

Cálculo da constante de eliminação: k = 0,693/t ½ → k = 0,693/60 h = 0,0116 h-1

Inserindo na Equação:

1,5 µg/L = 4,5 µg/L (e-0,0116t) → ln1,5 = ln 4,5 (-0,0116)(t) → -0,0116t = ln (1,5/4,5)

0,0116t = ln (4,5/1,5) → t = 94,7 h (aprox. 4 dias)

Dhillon; Kostrzewski, 2006

Fármaco remanescente

Tempo para eliminação de fármacos

1 t 1/2 2 t 1/2 3 t 1/2 3.3 t 1/2 4 t 1/2t = 0

0 50 75 87,5 90 93,75% de eliminação

remanescente no organismo

Fármaco descontinuado

Winter, 2004

Eliminação de ordem zero




Modelo de Michaelis e Menten


Eliminação de ordem zero - álcool

Saturating kinetics of alcohol elimination in humans. The blood alcohol concentration falls linearly rather thanexponentially, and the rate of fall does not vary with dose. (From Drew G C et al. 1958 Br Med J 2: 5103.)

Eliminação de ordem zero - fenitoína


Eliminação de ordem zero - fenitoína

Winter, 2004

Comparison of non-saturating and saturating kinetics for drugs given orally every 12hours. The curvesshow an imaginary drug, similar to the antiepileptic drug phenytoin at the lowest dose, but with linearkinetics. The curves for saturating kinetics are calculated from the known pharmacokinetic parameters ofphenytoin (see Ch. 40). Note that no steady state is reached with higher doses of phenytoin, and thata small increment in dose results after a time in a disproportionately large effect on plasmaconcentration. With linear kinetics, the steady-state plasma concentration is directly proportional to dose.(Curves were calculated with the Sympak pharmacokinetic modelling program written by Dr J G Blackman,University of Otago.)

Esquecimento de doseEsquecimento de dose

Esquecimento de dose

Do ponto de vista cinético:impacto é maior com dosesmais altas administradasmenos frequentemente

Exemplo:

Fármaco no estado de equilíbrio.

Posologia: 600 mg a cada 24 h.

Janela terapêutica: 8 a 20 mg/L

t½ = 18,2 horas

Esquecimento da dose: concentração de vale de 3,2 mg/L (<< 8 mg/L)


Esquecimento de dose

Exemplo 2: mesmo fármaco do exemplo 1

Posologia: 200 mg 8/8 h

Janela terapêutica: 8 a 20 mg/L

t½ = 18,2 horas

Esquecimento da dose: concentração de vale de 8,2 mg/L (> 8 mg/L)


Compensação da dose esquecida

1

1

2

1 2

1) Esquecimento em 24 horas eadministração do dobro da dose em48 horas

2) Esquecimento em 24 horas eadministração do triplo da dose em72 horas

1) Esquecimento em 24 horas eadministração do dobro da dose em32 horas

2) Esquecimento em 24 horas eadministração de 4 doses em 48horas


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