Biossíntese de canabinoides: como são produzidos o CBD e o THC?

Um dos maiores prazeres do conhecimento é descobrir que nunca acaba. O tema que vamos tratar hoje no blogue é a síntese ou biossíntese de canabinoides. E para que é importante estudar a forma como se produzem os canabinoides? Pois bem, para muitas coisas, na verdade.

O apaixonante mundo da biossíntese de canabinoides

A biossíntese de canabinoides é uma área de grande interesse para a investigação na indústria da canábis e na medicina, uma vez que estes compostos têm uma vasta gama de potenciais propriedades terapêuticas.

A compreensão dos processos de produção de canabinoides pode ajudar a melhorar a produção de canabinoides específicos para utilização em tratamentos médicos. Mas, além disso, entender a complexidade deste processo permite-nos compreender melhor a arbitrariedade dos limites de THC permitidos para a canábis, que em muitos países são inferiores a 1 %, o que é totalmente ridículo, por ir contra a própria biologia.

O que é a biossíntese de canabinoides?

As plantas de canábis produzem compostos químicos conhecidos como fitocanabinoides, através de um processo biológico chamado biossíntese de canabinoides. Este processo ocorre nos tricomas da canábis.

A via bioquímica da síntese de canabinoides

A via bioquímica pela qual se produzem os canabinoides que conhecemos é longa e nela intervêm: substâncias não canabinoides, canabinoides e enzimas.

Além disso, a título de curiosidade, na planta da canábis, os passos a montante da biossíntese de canabinoides convergem com a via dos terpenos.

Tudo começa pelo CBGA (ácido canabigerólico), que é a mãe dos restantes canabinoides e a partir do qual se produzirão o THCA (ácido Δ-9-tetra-hidrocanabinólico), o CBDA (ácido canabidiólico) e o CBCA (ácido canabicroménico). E, embora não conheçamos totalmente a via de outros canabinoides, a canábis produz uma centena de canabinoides diferentes!

Como mencionámos num artigo anterior, a planta Cannabis sativa produz compostos canabinoides na forma ácida, representada com um «A» no final do nome de cada canabinoide (p. ex., CBDA, THCA).

A planta de canábis produz os canabinoides na forma ácida e estes, ao serem aquecidos, passam à sua forma neutra através de um processo chamado descarboxilação.

Ao aquecer, ocorre um processo químico chamado descarboxilação, no qual estes compostos passam à sua forma neutra [1]. Durante este processo químico, os canabinoides na forma ácida perdem um grupo carboxilo (COOH) e formam o CBD (canabidiol), o THC (Δ-9-tetra-hidrocanabinol) e o CBC (canabicromeno).

Esta forma neutra dos canabinoides é a que mais interage com o nosso sistema endocanabinoide [2]. Por esta razão, para obter o efeito da canábis, fumamos, vaporizamos, fazemos infusões ou cozinhamos a planta.

Este processo de descarboxilação acontece fora da planta; por outras palavras, a planta produz os compostos na forma ácida, e a forma neutra surge fora dela, aquilo a que chamo na figura uma «conversão não enzimática».

As enzimas da biossíntese de canabinoides

O que são as enzimas?

A síntese de canabinoides dentro da planta ocorre graças a umas proteínas chamadas enzimas. Para simplificar, poderíamos dizer que as enzimas são um tipo de proteínas que cumprem uma função, que fazem algo. Neste caso, as enzimas da síntese de canabinoides atuam como um arquiteto que modifica ou transforma uma molécula noutra.

Na realidade, estas alterações produzem-se de muitas formas: por vezes cortando a molécula química, mas outras vezes dobrando-a, ou colando-lhe um grupo químico, etc. Na canábis, a biossíntese de canabinoides começa pela enzima CBGAS (sintase do ácido canabigerólico), que é a que produz o «canabinoide-mãe»: o CBGA.

Depois, há umas enzimas que se encarregam de transformar o CBGA noutros canabinoides: a THC sintase, a CBD sintase e a CBCA sintase. Até aqui parece muito esquemático e simples, não é? Pois nem sempre é assim: como veremos, estas enzimas têm muito a dizer.

A mãe canabinoide: CBGA

As três enzimas THCA, CBDA e CBCA sintases atuam sobre o CBGA, que é o precursor destes três canabinoides. Assim, o CBGA é a mãe que dá à luz estes canabinoides. Esta é uma das razões pelas quais gosto do CBGA: porque, como mãe, identifico-me com outras mães.

O CBGA é o canabinoide que as enzimas da planta da canábis usam para produzir os canabinoides THCA, CBDA e CBCA e, por esta razão, é conhecido como a mãe canabinoide.

Na figura mostro os dois últimos passos dos muitíssimos que ocorrem dentro da planta na biossíntese de canabinoides:

A figura mostra os últimos passos da via metabólica pela qual se produzem os canabinoides CBC, CBD e THC. A enzima CBGA sintase (CBGAS) converte o difosfato de geranilo em ácido canabigerólico (CBGA). O CBGA é a molécula precursora que as enzimas THCA, CBDA e CBCA sintases usam para produzir os canabinoides THCA, CBDA e CBCA, respetivamente. Ao serem aquecidos, estes três compostos, tal como o CBGA, descarboxilam-se e passam às suas formas neutras THC, CBD, CBC e CBG. Este passo de descarboxilação ocorre fora da planta, aquilo a que chamo uma «conversão não enzimática».

A bisavó canabinoide

Perguntas-te qual é o antepassado dos canabinoides? Se o CBGA é a mãe canabinoide, a bisavó de todos os canabinoides é o ácido palmítico. Tal como os endocanabinoides, os fitocanabinoides são sintetizados a partir de ácidos gordos.

Enzimas promíscuas e desleixadas: na mais pura borga!

Como vês na figura, há muitas enzimas diferentes que intervêm na síntese de canabinoides. Estas proteínas desempenham uma tarefa, neste caso sintases, já que catalisam (causam, provocam) uma reação que dá origem aos diferentes canabinoides.

A enzima CBGAS (sintase do ácido canabigerólico) é a que converte o ácido olivetólico (OLA; derivado do ácido palmítico) e o difosfato de geranilo em ácido canabigerólico. Os leitores químicos que me digam se estou a traduzir estes nomes de forma adequada do inglês para o espanhol.

As oxidociclases canabinoides são as conhecidas THCA sintase, CBDA sintase e CBCA sintase, que pegam no ácido canabigerólico e o convertem em THCA, CBDA e CBCA, respetivamente.

Em termos de estrutura química, o CBDA tem uma estrutura cíclica a mais, em comparação com a enzima CBGA sintase. Esta diferença estrutural traduz-se em diferenças nos seus efeitos biológicos.

Esta terminologia de «óxido ciclases canabinoides», que adoro, tirei-a do artigo de van Velzen e Schranz de 2021 [7], que te recomendo.

A título de curiosidade, se formos pela bioquímica, é por esta razão que van Velzen e Schranz chamam oxidociclases canabinoides às sintases do THCA, do CBDA e do CBCA: óxido porque retiram um hidrogénio ao CBGA; e ciclases porque os canabinoides THCA, CBDA e CBCA têm, todos eles, um anel a mais.

Características das enzimas da síntese de canabinoides

Ora, embora a muitos de nós nos tenham ensinado na licenciatura que as enzimas são muito específicas, tal como uma chave para uma fechadura, esse não é o caso das oxidociclases canabinoides (THCA, CBDA e CBCA sintases).

As enzimas que intervêm na síntese de canabinoides podem produzir até oito compostos diferentes in vitro, incluindo o composto da outra [8]. E, ao que parece, também na planta, in vivo, estas enzimas não são muito específicas [8], embora sejam precisos muitos estudos para confirmar o quê, e em que quantidades, estas enzimas estão a produzir na planta.

Ou seja: a enzima que produz THCA (THCA sintase) pode, além de produzir THCA, produzir CBCA e CBDA. O mesmo acontece com a CBDA sintase: também pode produzir THCA e CBCA, e assim sucessivamente, até oito compostos.

Em inglês, a isto chama-se «sloppiness», que eu traduzo por enzimas desleixadas. E, segundo a minha hipótese, ainda por confirmar, a mais desleixada de todas é a CBCA sintase, mas isso também é outra história para depois.

As enzimas que produzem os canabinoides são promíscuas e desleixadas: podem produzir até oito canabinoides diferentes in vitro, incluindo o da outra.

Além disso, como estas três enzimas usam o CBGA como composto precursor, e é o mesmo composto sobre o qual atuam as três, também se poderiam classificar como enzimas promíscuas.

Como podes ver, as nossas amiguinhas enzimáticas andam na mais pura borga, promíscuas e desleixadas, a produzir o composto de uma, ou da outra, ou outros compostos por aí, à toa, «a la topa tolondra» (que, se fores a Cali, na Colômbia, recomendo-te ir dançar a essa discoteca).

CBGA sintase: a intrigante estrutura genética da enzima da mãe canabinoide

Algo que me pareceu bastante interessante é a estrutura genética do gene que codifica a enzima CBGA sintase. Este gene tem muitos exões e, portanto, também intrões [6]. Os exões são a parte do gene que tem a informação para produzir proteínas, enquanto os intrões não têm informação.

Embora tanto os exões como os intrões se encontrem no ADN ou material genético da canábis, fazendo parte do gene que produz a CBGAS, quando se produz a enzima ou proteína, esta só conta com a informação genética dos exões.

Características da enzima CBGAS

O que me parece interessante nesta estrutura genética é que os intrões são bastante grandes, chegando a quase 11 000 pares de bases azotadas (letras; [6]), e, embora já se tenham descrito intrões deste tamanho, não são assim tão comuns.

Além disso, este gene tem muitos intrões: nove, dez e até onze [6].

Portanto, é um gene com bastantes pedaços, o que também é interessante porque se podem produzir vários tipos de proteínas, algo que espero que venha a ser estudado cientificamente num futuro próximo.

O gene que codifica a enzima CBGA sintase tem uma estrutura interessante, com vários exões e intrões. Os exões são a parte do gene que se traduz em proteína e o facto de ter vários permite formar diferentes estruturas de proteínas.

Esta é outra das razões pelas quais o CBGA é o meu canabinoide favorito: porque, embora faltem estudos científicos para confirmar esta hipótese, talvez o gene possa produzir diferentes estruturas de proteínas, sendo assim versátil, moldável e generoso, como somos nós, as mães.

Como se produzem os canabinoides menores CBCA e CBGA?

Dado que muitos dos canabinoides, como o CBCA e o CBGA, são produzidos na planta da canábis em quantidades escassas, sobretudo quando comparados com o THCA e o CBDA [9], são designados canabinoides menores (minor cannabinoids, em inglês). Ainda assim, ao que parece, têm propriedades farmacológicas e possíveis usos medicinais.

Síntese de canabinoides menores

Há muitos outros canabinoides menores, como o CBCA e o CBGA, e o THCVA e o CBDVA.

Estes são produzidos numa via alternativa que utiliza o ácido divarinólico em vez do ácido olivetólico, e sobre eles falaremos noutra ocasião.

Outros canabinoides, como o CBN, são produzidos por oxidação (sem enzimas) a partir do THC, ou seja, o CBN poderia classificar-se como um produto de degradação.

As enzimas canabinoides e o seu papel no perfil canabinoide das variedades de canábis

É possível selecionar que canabinoides queremos que uma planta de canábis produza?

Durante muitos anos, e de forma clandestina, os métodos utilizados para selecionar que canabinoides queremos que uma planta produza passavam pela seleção artificial, ou seja, pela seleção das plantas com as características desejadas, com base no aroma, na potência, no vigor…

Os cultivadores de canábis, de maneira informal, conheciam a biossíntese de canabinoides muito antes de os cientistas descreverem estas reações químicas.

A seleção artificial tem sido utilizada em muitas plantas e outros organismos. Por exemplo, nos cães, para obter variedades, ou raças distintas (cultivares, se o aplicarmos à canábis), com as características desejadas.

Mas, por trás desta técnica ancestral, está a química dos canabinoides. Por exemplo, a canábis sem THC foi conseguida com cruzamentos de variedades com elevado teor de CBD. Geneticamente, as plantas de canábis com um teor muito elevado de CBD têm truncado ou defeituoso o gene que produz a enzima THCA sintase, de modo que o canabinoide THC não é produzido na planta, ou não em tanta quantidade (porque, recordemos, são enzimas desleixadas), e acumulam-se outros canabinoides, como o CBD.

Pelo contrário, as variedades com um teor muito elevado de THC, de efeitos muito psicoativos, costumam ter defeituoso o gene da enzima CBDA sintase.

Este é um dos motivos pelos quais a produção de canabinoides nas plantas de canábis pode variar significativamente consoante a genética, embora também influenciem aspetos do cultivo (iluminação, rega, pH do solo, temperatura…).

Canabinoides à la carte? Não é assim tão fácil

Poder-se-ia pensar que, se queremos variedades que não produzam um tipo de canabinoide, poderíamos silenciar os genes que produzem a enzima sintase em questão. Mas não é assim: como vimos, estas enzimas são desleixadas, e todas elas, em teoria, são capazes de produzir THC, e na prática vemos que, quando há plantas que produzem muito CBD, geralmente também têm THC, ainda que em pequenas quantidades.

Rábulas ignorantes

É bastante provável que aqueles legisladores que escreveram as regras do cânhamo e da marijuana não fizessem ideia de que estas enzimas andavam na borga. Porque, se soubessem que as enzimas dos canabinoides eram promíscuas e desleixadas, talvez tivessem posto o limite de THC acima de 0,3 %, mais plausível com a biologia da planta, ou não tivessem posto limite nenhum.

O profundo desconhecimento da bioquímica e da biologia da planta por parte dos legisladores e reguladores prejudica os cultivadores, produtores e criadores de canábis.

Numa ocasião anterior, já te tinha falado da minha profunda raiva e frustração por causa destas regulamentações injustas e absurdas sobre os tipos de canábis.

Se vires por aí estes rábulas ignorantes, diz-lhes que anda uma bióloga evolutiva, investigadora de canábis, a criticar duramente as suas decisões desinformadas, inconscientes e egoístas.