Rang e Dale: Farmacologia

Humphrey P. Rang · Capítulo 247 de 751

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Rang e Dale: Farmacologia

Biossíntese do óxido nítrico e seu controle

convergência de várias linhas de pesquisa levou ao reconhecimento de que

o NO constitui uma molécula sinalizadora fundamental nos sistemas

cardiovascular e nervoso e apresenta função nas defesas do hospedeiro.

Uma função fisiológica do NO foi descoberta quando a biossíntese

desse gás demonstrou o fator de relaxamento derivado do endotélio descrito

por Furchgott e Zawadzki (1980) (Figuras 21.1 e 21.2). O NO é o ativador

endógeno da guanilato ciclase solúvel (GCs), que leva à formação de

monofosfato de guanosina cíclico (GMPc), um importante “segundo

mensageiro” (ver Capítulo 3) em muitas células, incluindo neurônios,

músculo liso, monócitos e plaquetas. O nitrogênio e o oxigênio são vizinhos

na tabela periódica, e o NO compartilha várias propriedades com o O 2, em particular uma alta afinidade pelo heme e outros grupos ferro-enxofre. Essa

propriedade é importante para a ativação da GC, que contém um grupo

heme, para a inativação do NO pela hemoglobina e para a regulação da

difusão do NO das células endoteliais (que expressam a cadeia alfa da

hemoglobina) para o músculo liso vascular.

O papel do NO em contextos específicos é descrito em outros capítulos:

no endotélio, no Capítulo 23; no sistema nervoso autônomo (ver Capítulo

13) e como transmissor químico e mediador da excitotoxicidade no sistema

nervoso central (SNC), nos Capítulos 38 a 40. Os usos terapêuticos dos

nitratos orgânicos e do nitroprussiato (doadores de NO) são descritos nos

Capítulos 22 e 23.

 

BIOSSÍNTESE DO ÓXIDO NÍTRICO E SEU CONTROLE

As enzimas NOS são fundamentais no controle da biossíntese do NO.

Existem três isoformas conhecidas: uma forma induzível (iNOS ou NOS2;

expressa em macrófagos e células de Kupffer, neutrófilos, fibroblastos, células musculares lisas de vasos e células endoteliais em resposta a

estímulos patológicos, tais como microrganismos invasores) e duas formas

constitutivas, que estão presentes em condições fisiológicas no endotélio

(eNOS ou NOS3)2 e em neurônios (nNOS ou NOS1).3 As enzimas

constitutivas geram pequenas quantidades de NO, enquanto a NOS2 produz

muito mais por causa de sua alta atividade e de sua abundância em estados

patológicos associados à liberação de citocinas.

▼ Todas as três isoenzimas da NOS são dímeros. Elas são estrutural e

funcionalmente complexas, exibindo semelhanças com as enzimas do

citocromo P450 (descritas no Capítulo 10), que são muito importantes

no metabolismo dos fármacos. Cada isoforma contém ferro

protoporfirina IX (heme), flavina adenina-dinucleotídio (FAD), flavina

mononucleotídio (FMN) e tetra-hidrobiopterina (H4B) em forma de

grupos prostéticos ligados. Elas também ligam a L-arginina, o fosfato de

nicotinamida adenina-dinucleotídio reduzido (NADPH) e cálcio-

calmodulina. Esses grupos prostéticos e ligantes controlam a

estruturação da enzima para formar o dímero ativo. NOS3 é acilada

dualmente por N-miristoilação e cisteína-palmitoilação; essas

modificações pós-translacionais provocam a sua associação a

membranas no complexo de Golgi e nas cavéolas, que são

microdomínios especializados ricos em colesterol na membrana

plasmática, derivados do complexo de Golgi. Nas cavéolas, a NOS3 é

mantida como um complexo inativo, associada à caveolina, a principal

proteína de membrana das cavéolas. A dissociação da caveolina ativa a

enzima.

O átomo de nitrogênio no NO é derivado do grupo guanidino terminal

da L-arginina. As enzimas NOS combinam as atividades de oxigenase e

de redutase. O domínio oxigenase contém heme, enquanto o domínio

redutase liga-se a cálcio-calmodulina. Em situações patológicas, a

enzima pode sofrer mudança estrutural que provoca a transferência de

elétrons entre os substratos, levando a um “desacoplamento” entre

cofatores enzimáticos e produtos, e fazendo com que elétrons sejam

transferidos para o oxigênio molecular, o que ocasiona síntese de ânion

superóxido (O − 2) em vez de NO. Este fato é importante, porque o ânion

superóxido é uma espécie reativa do oxigênio e reage com o NO para

formar um produto tóxico (ânion peroxinitrito, ver p. 263). As espécies

reativas de nitrogênio, como o peroxinitrito, atuam em conjunto com

espécies reativas de oxigênio (ERO) para danificar as células, causando

estresse nitrosativo.

Figura 21.1 Fator de relaxamento derivado do endotélio. A acetilcolina (ACh) relaxa um fragmento da aorta de coelho pré-contraída com norepinefrina (NE) desde que o endotélio esteja intacto (“sem raspagem”: painel superior), mas não se tiver sido removido por raspagem suave (“após raspagem”: painel inferior). Os números são logaritmos das concentrações molares dos fármacos. L, lavagem da preparação. (De Furchgott e Zawadzki, 1980.)

 

 

A atividade das isoformas constitutivas da NOS é controlada pela cálcio-

calmodulina intracelular (Figura 21.3). Em geral, a L-arginina, o substrato

da NOS, está em excesso no citoplasma da célula endotelial, de modo que a

taxa de produção de NO é determinada mais pela atividade da enzima do

que pela disponibilidade do substrato. Não obstante, doses muito altas de L-arginina podem restaurar a biossíntese do NO endotelial em algumas

situações patológicas (p. ex., hipercolesterolemia), nas quais a função

endotelial está comprometida. As possíveis explicações para esse paradoxo

incluem:

 

• Compartimentalização: por exemplo, existência de um reservatório

distinto de substrato em um compartimento celular acessível à NOS,

que pode sofrer depleção apesar das concentrações citoplasmáticas

totais de arginina aparentemente abundantes

• Competição por altas concentrações de L-arginina com inibidores

competitivos endógenos da NOS, tais como a dimetil-arginina

assimétrica (ADMA; do inglês, asymmetric dimethylarginine; ver p.

265 e Figura 21.4), que está elevada no plasma de pacientes com

hipercolesterolemia

• Reconexão da transferência de elétrons para L-arginina.

 

O controle da atividade NOS constitutiva por cálcio-calmodulina é exercido

de duas formas:

 

1. Muitos agonistas endotélio-dependentes (p. ex., acetilcolina,

bradicinina, substância P) aumentam a concentração citoplasmática de

íons cálcio, [Ca2+]i; o consequente aumento na cálcio-calmodulina ativa

NOS1 e NOS3.

2. A fosforilação de resíduos específicos na NOS3 controla sua

sensibilidade a cálcio-calmodulina; isso pode alterar a síntese de NO na

ausência de qualquer alteração na [Ca2+] . i

Figura 21.2 O fator de relaxamento derivado do endotélio (EDRF; do inglês,

endothelium-derived relaxing factor) está intimamente relacionado ao óxido nítrico (NO). A. O EDRF liberado pelas células endoteliais (CE) aórticas por ação da acetilcolina (ACh) (painel direito) tem o mesmo efeito que o autêntico NO (painel esquerdo) sobre o espectro de absorção da desoxi-hemoglobina (Hb). B. O EDRF é liberado de uma coluna de CE em cultura pela bradicinina (BK, 3 a 100 nmol) aplicada através da coluna de células (TC) e relaxa uma tira de bioensaio pré-contraída e sem endotélio, como o faz o NO autêntico (traçado superior). C. Um ensaio químico do NO com base em quimioluminescência mostra a presença de concentrações similares de NO no EDRF liberado pela coluna de células, como em soluções equipotentes de NO autêntico. (De Ignarro, L.J., Byrns, R.E., Buga, G.M. et al., 1987. Circ. Res. 61, 866-879; e Palmer, R.M.J., Ferrige, A.G., Moncada, S. et al., 1987. Nature 327, 524-526.)

Figura 21.3 Regulação da óxido nítrico sintase (NOS) constitutiva pela cálcio-

calmodulina. 2+ A. Dependência de Ca para a síntese de óxido nítrico (NO) e de citrulina a partir da L-arginina pelo citosol sinaptossômico de cérebro de rato. As velocidades de síntese de NO a partir da L-arginina foram determinadas por estimulação da guanilil ciclase (GC) ( 3 3 painel superior ) ou pela síntese de [ H]-citrulina a partir de L-[H]-arginina (painel inferior). B. Regulação da GC no músculo liso pelo NO formado no endotélio adjacente. Akt é uma proteinoquinase que fosforila a NOS, tornando-a mais sensível à cálcio-calmodulina. (Painel [A] de Knowles, R.G. et al., 1989. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 86, 5159–5162.)

 

O estresse de cisalhamento é um importante estímulo fisiológico para a

síntese endotelial de NO nos vasos de resistência. Esse estímulo é

reconhecido por mecanorreceptores endoteliais e transduzido através de

uma serino-treonina proteinoquinase denominada Akt (ver Capítulo 3), que

também é conhecida como proteinoquinase B. Agonistas que aumentam o

cAMP nas células endoteliais (p. ex., agonistas do receptor β2-adrenérgico) aumentam a atividade da NOS3, por meio de fosforilação mediada pela