Xenobiochemie Atorvastatin..

Prezentace na téma: "Xenobiochemie Atorvastatin.."— Transkript prezentace:

1 Xenobiochemie Atorvastatin.

2 Osnova 1.Vstup xenobiotik do organizmu 2. Eliminace xenobiotik
3. Biotransformace xenobiotik -I. a II. fáze -enzymové systémy -cytochrom P-450 4. Biochemický a klinický význam biotransformace -interakce cytochromů -degradace vybraných molekul -chemická kancerogeneze 5.Exkrece xenobiotik 6. Metalothioneniny

3 Zdroje xenobiotik Primární zdroje – chemický průmysl Sekundární zdroje
Příklad Zemědelství Pesticidy, herbicidy Lékařství Syntetické látky Potravinářství Aditiva, ochucovadla, barviva Energetický průmysl CO2, SO2, popílek Doprava NOx, olovo, CO2 Spotřební průmysl Plasty, barviva, nátěry Z. KnejzlIk, J. Kas, and T. Ruml Mechanism of Xenobiotics Entry into the Organism and Their Detoxication

4 Vstup xenobiotika do organizmu
Trávicí systém Respirační systém Kůže Krycí epitel; lipidy a fosfolipidy; povrch – vysoká resorpční schopnost Fyzikální a chemické vlastnosti molekul Popis nejvýznamnějších vstupních cest.

5 Lipid Composition of Cell Membranes a Lipid Plasma membrane
 % protein  % lipid  % carbohydrate  myelin  18  79  3  human erythrocyte plasma membrane  49  43  8  mitochondrial inner membrane  24  0  Lipid Composition of Cell Membranes a Lipid Plasma membrane Rough endoplasmic reticulum Outer mitochondrial membranes E. coli Erythrocyte Phosphatidylcholine 17 55 50 Phosphatidylserine 6 3 2 Phosphatidylethanolamine 80 16 Sphingomyelin 5 Glycolipids Cholesterol 45 <5 Souvislost polarity molekuly a absorpce. Lipofilní vs hydrofilní látky. Pro srovnání vyznačeno % zastoupení lipidů v membránách.

6 Popis hematoencefalické bariéry, střevního epitelu-absorpce látek
Popis hematoencefalické bariéry, střevního epitelu-absorpce látek. Dole srovnání fenestrovaná kapilára a kapilára HEB. Maeda et al: Polymeric drugs for efficient tumor-targeted drug delivery based on EPR-effect,European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics Volume 71, Issue 3, March 2009, Pages 409–419 Misra et al: Drug delivery to the central nervous system: a review, J Pharm Pharmaceut Sci 6(2): , 2003

7 Dosažení cílové tkáně Volná difuze Facilitovaná difuze
Aktivní tranposrt Endocytosa Dosažení cílové tkáně na úrovni buněk.

8 Fyzikálně-chemické vlivy
David W. A. Bourne PHAR 7633 Chapter 3 Biopharmaceutics and Pharmacokinetic Introduction

9 pH a absorpce Bližší pojednání o ionizaci. Kyselina acetylsalicylová je slabá kyselina. V žaludku (dole) je poměr disociované a nedisociované formy 0,03. Tedy jen 3 molekuly ze 100 jsou ionizované a kyselina se dobře vstřebává přes nepolární membrány do krve. V krvi je pH=7,4 a poměr disociované k nedisociované formě je 27000, což jsou podmínky velice vhodné pro další transport kyseliny mírně alkalickým prostředím krve k cílové tkáni.

10 pH a absorpce Situace opačná: anilin je slabá zásada. V žaludku při pH=1,4 je anilin prakticky na 100% v ionizované formě-moc dobře se nevstřebává. Vstřebávání udržuje koncentrační gradient a princip chemické rovnováhy. Po vstřebaní do krve je při pH=7,4 rovnováha posunuta a disociace mírně potlačena, zvyšuje se koncentrace neionizovaného anilinu.

11 Eliminace xenobiotik Biotransformace a zvýšení polarity Detoxikace
Snížení/ zvýšení účinku Aktivace a chemická karcinogeneze Osnova eliminace o čem bude dál pojednáno.

12 Eliminace xenobiotik Renální exkrece : Jaterní eliminace
Filtrace Aktivní tubulární sekrece Tubulární reabsorpce Biotransformace Lipofilita, ionizace, vazba na proteiny, molek. hmotnost Jaterní eliminace Eliminace žlučí Alternativní cesty: plíce, kůže, mozek, vlasy

13 Eliminace xenobiotik Ternární fázový diagram žluče. Pouze plocha pod nejspodnější paraboloidní křivkou je oblast stability žluče. Jinými slovy, když složení žluče bude takové, že bude odpovídat bodu mimo uvedenou plochu, dochází k vylučování krystalů cholesterolu. Moschetta et al. BS, PL, and biliary cholesterol carriers

14 Enterohepatální oběh a jeho vliv na exkreci léčiv
Enterohepatální oběh a jeho vliv na exkreci léčiv. Příklad: Digitoxin (srdeční glykosid) má poločas 6 dní. Konkomitantní podávání cholestyraminu (pryskyřice, th hypercholesterolemie) snižuje poločas na 4,5 dní v důsledku „blokace“ enterohepatálního oběhu – důsledek: nutná individuální titrace dávky léčiva. Dapson (léčba lepry) má poločas 20,5 hod, podávání aktivního uhlí snižuje poločas na polovinu. Důsledek: snížení efektivní koncentrace látky v krvi-zbytečná terapie-nutná individuální titrace dávky (i když pacient neužívá uhlí běžně, spíš jde o vliv uhlí na léčiva, které podléhají enterohepatálnímu oběhu a musí se počítat s tím, že mají proto delší poločas). Vpravo dole graf který zobrazuje vliv podání jídla na koncentrace, jedná se o látky které se vylučují do žluče. Vpravo tabulka dalších příkladů léků.

15 Biotransformace xenobiotik
Enzymatická konverze (většinou) Lokalizace: játra, ledviny, plíce, GIT, mozek … Endoplazmatické retikulum a cytosol Obecně o biotransformaci.

16 Biotransformace xenobiotik
I fáze: mikrosomy Oxidace, hydroxylace, deaminace, epoxidace, sulfoxidace, N- oxidace, hydrolýzy II.fáze: cytosol Konjugace Zvýšení polarity molekuly

17 Enzymové systémy I.fáze katalyzující redukční reakce
Monooxygenázy Flavínové Oxidázy se smíšenou funkcí CYP 450 Dioxygenázy Štěpící Neštěpící aromatické kruhy Peroxidázy

18 Enzymové systémy I.fáze katalyzující redukční reakce
NADPH: chinonoxidoreduktáza (diaforasa) Xanthinoxidasa NADPH:cytochrom P450 oxidoreduktasa

19 Enzymové systémy I.fáze
Hydrolázy Arylesterázy Acetylesterázy Cholínesterázy

20 Cytochromy P 450 Hemoproteiny s porfyrinovým skeletem Struktura cyt

21 A-H + O2 + NADPH → A-OH + H2O + NADP+
Cytochromy P 450 A-H + O2 + NADPH → A-OH + H2O + NADP+ NADPH:cytochrom P450 reduktasa (ER) Ferredoxinreduktasa (mitochondrie) Studenti musí znát tuto reakci, když nebudou vědět u zkoušky mají smůlu  Substrát a kofaktory.

22 Mechanizmus interakce a zapojení kyslíku do oxidace xenobiotika v aktivním místě cytochromu.
Groves J T PNAS 2003;100:

23 Propojení a redoxní změny.
Schenkman JB: The many roles of cytochrome b5; Pharmacology & Therapeutics Vol97, Iss 2, 2003, P139–152

24 Klasifikace CYP450 CYP 3A4 3: >40% podobnost A: >55% podobnost
Steroly Xenobiotika Mastné kyseliny Eikosanoidy Vitaminy Neznámé 1B1 1A1 2J2 4F2 2R1 2A7 7A1 1A2 4A11 4F3 24A1 2S1 7B1 2A6 4B1 4F8 26A1 2U1 8B1 2A13 4F12 5A1 26B1 2W1 11A1 2B6 8A1 26C1 3A43 11B1 2C8 27B1 4A22 11B2 2C9 4F11 17A1 2C18 4F22 19A1 2C19 4V2 21A2 2D6 4X1 27A1 2E1 4Z1 39A1 2F1 20A1 46A1 3A4 27C1 51A1 3A5 CYP 3A4 3: >40% podobnost A: >55% podobnost podrodina 4: pomocná kritéria Informativně: klasifikace cytochromů. Červeně je vhodné pamatovat. Guengerich FP. Cytochrome P450s and Other Enzymes in Drug Metabolism and Toxicity. AAPS Journal. 2006; 8(1)

25 Kruhový diagram zobrazuje procentuální podíl jednotlivých cytochromů na metabolizmu xenobiotik. Vpravo příklad koncentračních „skoků“ u extenzivních a poor metabolizérů. Dole grafy zobrazující aktivitu enzymů u různých jedinců – příklad výrazné variability každého z nás. Guengerich FP. Cytochrome P450s and Other Enzymes in Drug Metabolism and Toxicity. AAPS Journal. 2006; 8(1)

26 II.Fáze biotransformace xenobiotik
Další zvýšení polarity molekuly Konjugační činidlo reaguje s vhodnou funkční skupinou v molekule xenobiotika Většinou probíhá v cytoplazmě Glukuronidace, sulfatace Glutation, glycin

27 Konjugáty Červeně vyznačena část molekuly s konjugačním činidlem.

28 Inhibice a indukce CYP 450 1A2 2D6 3A4 Inhibitor Ciprofloxacine
Fluoxetine Fluvoxamine Paroxetine Caffeine Haloperidol Verapamil Duloxetine Cimetidine Clomipramine Diltiazem Bupropion Nefazodone Grapefruit Induktor Phenobarbital Modafinil Phenytoin Carbamazepine Omeprazol Tobacco St. John´s Wort Červeně inhibitory –významné léčiva běžně užívaná v lek. praxi. Významné: inhibitor CYP3A4 grapefruit a induktor třezalka tečkovaná. Konkomitantní podávání jednotlivých léků může změnit koncentraci v krvi a tudíž léčba ztratí efekt, nebo opačně, hladiny vzrostou do toxických koncentrací.

29 Interakce CYP3A Metabolizmus: blokátory Ca kanálů Benzodiazepiny
Inhibitory: Ketokonazol Itrakonazol Fluconazol Cimetidine Clarithromycin Erythromycin Grapefruit Metabolizmus: blokátory Ca kanálů Benzodiazepiny Antivirotika HIV Inhibitory HMG-CoA- reduktázy Cyclosporin Non-sedativní antihistaminika Příklady lékových interakcí významných skupin léčiv-rozšíření předcházejícího obrázku. Induktory: carbamazepine rifampicine ritonavir třezalka tečkovaná

30 CYP a steroidogeneze Stereoidogeneze a CYP. Vpravo příklad : podávání ketokonazolu (antimykotikum) blokuje steroidogenezi. Nahoře: produkce deoxykortikosteronu , progesteronu a pregnenolonu. Po podání ketokonazolu produkce trvá delší čas. Graf vlevo dole opět, ale vliv na koncentraci cholesterolu, kterého mnořžství se po podání ketokonazolu zvyšuje v důsledku snížené přeměny. Loose et al: ketokonazole blocks adrenal steroidogenesis by inhibiting CYP 450 dependent enzymes. J Clin Invest Vol 71. p Daniel W Nebert, David W Russell, Clinical importance of the cytochromes P450, The Lancet, Vole 360, Iss 9340, 2002, P

31 Degradace vybraných léčiv diazepam a carbamazepine
Ukázka degradace léčiv-informativně. Červěně místa změn.

32 Degradace vybraných léčiv paracetamol
Degradace paracetamolu.

33 Degradace aromatických uhlovodíků

34 Biotransformace ethan-1,2-diol a aromatické KK

35 Chemická karcinogeneze aflatoxin B1
Annie Pfohl-Leszkowicz, Chapter 7 Formation, Persistence and Significance of DNA Adduct Formation in Relation to Some Pollutants from a Broad Perspective, In: James C. Fishbein, Editor(s), Advances in Molecular Toxicology, Elsevier, 2008, Volume 2, Pages , ISSN , ISBN , /S (07) (

36 Chemická karcinogeneze Aristolochové kyseliny
Stiborova M:Studium enzymů biotransformujících xenobiotika jako nástroj poznání mechanizmu působení kancerogenů a konstrukce kancerostatik nové generace.

37 Exkrece xenobiotik GFR (gradient, polarita, pH)
GIT – žluč, enterohepatální oběh, stolice P-glykoprotein Význam glykoproteinu P. knockout-hromadění. Drug resistance in brain diseases and the role of drug efflux transporters Wolfgang Löscher & Heidrun Potschka Nature Reviews Neuroscience 6, (August 2005)

38 Metalothioneiny Malé proteiny (500-1400 Da) bohaté na Cys
Golgiho aparát (játra, ledviny, střevo) Detoxikace Cd, Hg, Ag, As Indukované kovy Klaassen et al: METALLOTHIONEIN: An Intracellular Protein to Protect Against Cadmium Toxicity Annual Review of Pharmacology and Toxicology Vol. 39: