Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Biotransformace cizorodých látek Eva Samcová. Jed je látka způsobující otravu i v jednorázových malých dávkách, nebo poškozuje organismus v nepatrných.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Biotransformace cizorodých látek Eva Samcová. Jed je látka způsobující otravu i v jednorázových malých dávkách, nebo poškozuje organismus v nepatrných."— Transkript prezentace:

1 Biotransformace cizorodých látek Eva Samcová

2 Jed je látka způsobující otravu i v jednorázových malých dávkách, nebo poškozuje organismus v nepatrných opakovaných dávkách, jejichž účinek se sčítá.  Účinek je výsledkem interakce živé hmoty a látky. Závisí na  Látce – fyzikální, chemické vlastnosti  Expozici –na dávce, na hladině prostředí, na trvání kontaktu, na druhu resorpce  Na organismu – individuální, zděděné a získané vlastnosti

3 Absorbce a distribuce  Expozice polutantům neúmyslné, léčivům úmyslné  Absorbce závisí na chemické struktuře látky  povaha membrány je důležitá pro transport toxické látky do buňky (glycerolfosfolipidy- fosfatidylcholin) do buňky (glycerolfosfolipidy- fosfatidylcholin) ◘ Transport xenobiotika do buňky: 1. Pasivní difuse: 1. Pasivní difuse:  Xenobiotika většinou nemají svůj transportní systém a proto jsou absorbovány pasivní difuzí Lipofilní látky procházejí membránou, v důsledku Lipofilní látky procházejí membránou, v důsledku koncentračního spádu koncentračního spádu Malé hydrofilní molekuly procházejí bez Malé hydrofilní molekuly procházejí bez ohledu na hydrofobní charakter membrány ohledu na hydrofobní charakter membrány

4 Transport xenobiotik Rozdělovací koeficient předpovídá, zda látka bude nebo nebude transportována do buňky, a je podílem koncentrace dané látky v lipidu a ve vodě předpovídá, zda látka bude nebo nebude transportována do buňky, a je podílem koncentrace dané látky v lipidu a ve vodě P > 1, látky je více v lipidu→ difuse probíhá P > 1, látky je více v lipidu→ difuse probíhá snadno snadno P < 1, difuse probíhá méně snadno P < 1, difuse probíhá méně snadno Koncentrace vně a uvnitř buňky Lipofilní sloučeniny mnohem snadněji projdou membránou, za předpokladu, že pohyb není proti koncentračnímu spádu Lipofilní sloučeniny mnohem snadněji projdou membránou, za předpokladu, že pohyb není proti koncentračnímu spádu

5 Pasivní transport nabitých částic  Nabité ionty neprochází membránou snadno. Užitečné je uvědomit si vlastnosti slabých kyselin a zásad mnoha organických sloučenin  Jejich kyselý nebo bazický charakter, hodnotu pH prostředí, změnu pH při transportu jejich molekuly  Příklad:  Transport kyseliny benzoové (pK A = 4,2) a anilinu (pK A = 4,6) v gastrointestinálním traktu  pH v žaludku 1,0  pH v duodenu 6,5

6 Xenobiotika jsou často extrémně hydrofobní látky  Typické příklady :  polycyklické aromatické uhlovodíky (PAU), benzo(a)pyren, DDT, vinylchlorid a další  nemají pK A a nejsou tedy ovlivňovány změnami pH během průchodu GIT  Např. benzo(a)pyren nemá pK a a je nerozpustný ve vodě, není tedy ovlivněn změnami pH během pasáže GIT

7 2. Transportní systémy  Xenobiotika používají i transportní systémy endogenních látek :  usnadněnou difusi, aktivní transport (alanin a β- aminopropansulfonová kyselina)  fagocytosu, pinocytosu (fagocytosa částic v alveolu, Kupferovy buňky)  musí však mít velmi podobnou strukturu

8 Transport látek kůží  Kůže je relativně impermeabilní pro xenobiotika (výjimka např. sarin - fluorofosfinát)  Vnější vrstva - stratum corneum – keratinizovaná vrstva s plochými buňkami je efektivní barierou pro látky rozpustné ve vodě  Epidermis – skládající se ze stratum corneum a 3 dalších vrstev - není vaskularizován - pasivní transport (difuse) lipofilních látek, které difundují úměrně rozdělovacímu koeficientu. Polární látky hydratované se váží na bílkoviny stratum corneum  Vaskularizovaná propustná vrstva pod epidermis a tedy vysoce propustné

9 Transport plicemi  Plíce jsou citlivé ke dvěma druhům toxických látek: dispergovaným částicím ve vzduchu a těkavým organickým látkám a plynům  Výměna plynů - hlavní funkce plic.  Ochrana proti těkavým rozpouštědlům nebo plynům je funkcí rozpustnosti plynů v krvi a rychlosti respirace.

10 Distribuce  Distribuce ve vodném prostředí : plasmatická voda, intersticiální voda a intracelulární voda Příklad kyselina benzoová a anilin  V žaludku bude absorbována převážně kyselina benzoová, v krvi (pH=7,35) benzoát, nabitý benzoát nedifunduje snadno do buněk  Anilin je absorbován velmi málo v GIT, ale při pH krve nemá náboj a proto snadno přechází do intracelulární vody(tekutiny)  Různé cesty podání mají významný vliv na distribuci toxické látky (intravenózní vs. orální)

11 Distribuce  Cizorodé látky nebo jejich metabolity se v krvi váží velmi ochotně na bílkoviny (zvláště albumin) nebo na buněčné struktury (problémem může být náhlé uvolnění z vazby na proteiny)  Lipofilní látky mají tendenci se kumulovat v tukové tkáni v kostech (akumulace je výhodná – pomalé uvolňování (PCB)

12 Biotransformace  Biotransformace – způsob přeměny a odstraňování nízkomolekulárních a vysokomolekulárních cizorodých látek z organismu  Biotransformační proces je dynamický a závislý na endogenních a exogenních látkách  Hlavním místem biotransformace jsou játra, i když biotransformační procesy probíhají také v plicích, ledvinách, kůži i GIT (tj. v místech jejich vstupu a exkrece)

13 Biotransformace  Subcelulární lokalizace : - hladké endoplasmatické retikulum je centrem - hladké endoplasmatické retikulum je centrem oxidativní aktivity hepatocytu oxidativní aktivity hepatocytu - cytosol - cytosol Zvýšená koncentrace xenobiotika indukuje syntézu enzymů Zvýšená koncentrace xenobiotika indukuje syntézu enzymů Enzymový systém musí být nespecifický Enzymový systém musí být nespecifický Enzymy účastnící se biotransformace xenobiotik, jsou používány i při metabolismu endogenních sloučenin Enzymy účastnící se biotransformace xenobiotik, jsou používány i při metabolismu endogenních sloučenin

14 Metabolismus cizorodých látek probíhá ve dvou fázích  Fáze I – biotransformační (do lipofilních látek se zabudovávají nové funkční skupiny) Výsledek – zvýšení polarity Výsledek – zvýšení polarity  Fáze II – konjugační (syntéza malých endogenních molekul s funkčními skupinami metabolitů vzniklých ve fázi I) Výsledek – pokles lipofility, zvýšení polarity větší než ve fázi I a rychlejší exkrece metabolitů z buňky, nejčastěji močí a žlučí Výsledek – pokles lipofility, zvýšení polarity větší než ve fázi I a rychlejší exkrece metabolitů z buňky, nejčastěji močí a žlučí

15 Chemie reakcí I. fáze  Nejrozsáhlejší jsou oxidace, méně časté redukce a hydrolýza xenobiotik  Biotransformační reakce neznamenají nutně inaktivaci látky (tj. aktivní látka → inaktivní metabolit)  Nejčastější oxidací je hydroxylace probíhající v postranním řetězci nebo na aromatickém jádře  Monooxygenasy (oxidasy se smíšenou funkcí) – podmínka přítomnost NADPH a kyslíku  Souhrnná rovnice : R-H + O 2 + NADPH + H + → R-OH + NADP + + H 2 O R-H + O 2 + NADPH + H + → R-OH + NADP + + H 2 O Oxidace xenobiotika R-H a NADPH Oxidace xenobiotika R-H a NADPH

16 Cytochrom P-450 jako součást multienzymového komplexu  Obsahuje Fe 3+ a váže na sebe xenobiotikum a kyslík  Další složka NADPH-cytochrom reduktasa – redukuje Fe 3+ cytochromu P450 na Fe 2+. Ten je v ER zapojen do systému transportu elektronů jako je tomu u respiračního řetězce v mitochondrii.  Enzymový systém je vázán na fosfolipidovou část membrány ER  Induktorem syntézy monooxygenasy může být např. fenobarbital

17 Příklady oxidace  Hydroxylace : alifatických sloučenin, aromatických sloučenin R-CH 2 -CH 2 -CH 3 → R-CH 2 -CHOH-CH 3 R-CH 2 -CH 2 -CH 3 → R-CH 2 -CHOH-CH 3 ● Oxidace probíhá i na atomu dusíku (za účasti NADPH a O 2, výsledkem je fenylhydroxylamin a nitrosobenzen) : C 6 H 5 -NH 2 → C 6 H 5 -NHOH → C 6 H 5 -N=O C 6 H 5 -NH 2 → C 6 H 5 -NHOH → C 6 H 5 -N=O ● N-, O- nebo S-dealkylace : R – NH – CH 3 → R-NH 2 + HCHO R – NH – CH 3 → R-NH 2 + HCHO ● Deaminace : R – CH – NH 2 → R – C=O + NH 3 R – CH – NH 2 → R – C=O + NH 3 │ │ │ │ CH 3 CH 3 CH 3 CH 3

18 Oxidace alkoholů  První krok (ethanol) – oxidace na acetaldehyd s produkcí NADH + H + za pomoci alkoholdehydrogenázy. Alkoholdehydrogenáza umístěna exkluzivně v cytosolu.  Vzniklý acetaldehyd je přenesen přes mitochondriální membránu do mitosolu, kde je oxidován pomocí aldehyddehydrogenázy na acetát. Acetát po aktivaci na Acetyl-CoA je využit v citrátovém cyklu  NADH vyprodukované při 1. reakci musí být pomocí člunků buď malát-aspartát nebo glycerol-fosfát přeneseno do mitochondrie, kde je použito v respiračním řetězci  Další enzym katalasa (používá H 2 O 2 jako oxidant)

19 Další reakce I. fáze  Redukční reakce probíhají na ER i v cytoplasmě Např.  Redukce karbonylu : R-CO-R 1 + NADPH+H + → R-CHOH-R 1 + NADP + R-CO-R 1 + NADPH+H + → R-CHOH-R 1 + NADP + ● Hydrolytické reakce : štěpení esterových, amidových, etherových vazeb, ale také C-N vazby v hydrazidech, karbamátech, nitrilech a hydroxamových kyselinách ● Jiné transformace zahrnují např. cyklizaci (která je spontánní a neenzymová) nebo naopak otevření heterocyklického nebo aromatického kruhu

20 Konjugace – II. Fáze přeměny cizorodých látek  Potřeba endogenní složky - tím xenobiotika zasahují do intermediárního metabolismu  Ze syntetického charakteru konjugací plyne i jejich endergonní charakter (přenos se uskutečňuje přes aktivované sloučeniny)  Zvýšení polárního charakteru, vysoká ionizace,konjugát již nemůže pronikat do buněk a je vylučován nejčastěji ledvinami (do 300kDa, nad žlučí)  Konjugace probíhá v játrech (v malém rovněž kůže a střevo)  Konjugát vznikl tedy syntézou aktivované endogenní složky s xenobiotikem

21 Konjugační činidla  Nejdůležitější konjugační činidla : kyselina glukuronová, aktivovaná forma UDP-glukuronát → vytváří O- nebo N- glukuronidy (Benzen pK A =40 → fenol pK A = 10 → konjugát pK A =3,2 ) H 2 SO 4, aktivovaná forma : aktivní sulfát PAPS, reaguje s xenobiotiky aromatické -OH a –NH 2 ; produkt :aryl-alkylsulfáty H 2 SO 4, aktivovaná forma : aktivní sulfát PAPS, reaguje s xenobiotiky aromatické -OH a –NH 2 ; produkt :aryl-alkylsulfáty

22 Další konjugační činidla  Glukosa,aktivované činidlo: UDP-glukosa, konjuguje aromatické –OH, -COOH; produkt O-glukosidy  Acetát, aktivované činidlo: Acetyl-CoA, konjuguje sloučeniny s –NH 2 ; produkt N-acetylderiváty  Glycin, konjuguje aromatické a heterocyklické kyseliny; produktem je kyselina hippurová a podobné látky  Glutathion (tripeptid s nukleofilním S atomem), konjuguje polycyklické aromatické sloučeniny, ale i halogenované alkylsloučeniny atd. Tvoří merkapturové kyseliny

23 Glutathion   -glutamylcysteinyl-glycin (GSH)  Elektrofilní látky (s nedostatkem elektronů) se vážou na nukleofilní skupinu –SH glutathionu (glutathion-S-transferasa).  Možnost vytvoření kovalentní vazby mezi GSH a makromolekulou (NK, proteiny) – toxicita.  Tvorba těchto derivátů GSH může být mírou možnosti poškození organizmu.  Konjugáty dále metabolizují – merkapturové kyseliny.

24 Příklad biotransformace  Biotransformace vinylchloridu  Vstup inhalační cestou, částečně vydechován, část metabolizována  CH 2 =CHCl → chlorethylenoxid → ClCH 2 -COOH + GSH → HOOC─CH 2 ─S─CH 2 ─COOH kyselina thiodioctová  Vznik merkapturových kyselin  HO.CH 2.CH 2 ─S─CH 2 ─CH─COOH  ׀  NH─CO─CH 3

25 Příklady biotransformací  C 6 H 5 CH 3 → C 6 H 5 COOH→  C 6 H 5 CONHCH 2 COOH  Narkotický účinek  Vstřebává se především plicemi (53%)  Ze vstřebaného toluenu se 84% přeměňuje na kyselinu benzoovou a po konjugaci s glycinem na kyselinu hippurovou, která se velmi rychle vylučuje močí. Stanovení toluenu v biologickém materiálu se provádí zřídka, má však diagnostický význam

26 Vylučování cizorodých látek  Močí, stolicí, výdechem (potem, slinami)  Vylučování ledvinami je ovlivněno pH moči :  Bazické látky se močí vylučují při kyselém pH, kdy jsou ionizovány  Slabé kyseliny se močí vylučují při zásaditém pH, kdy jsou ionizovány  Otrava fenobarbitalem – podávání hydrogenuhličitanu, neboť fenobarbital je slabá kyselina s pK = 7,2

27 Rychlost vylučování látky z organizmu  Hladina koncentrace xenobiotika po dosažení maxima klesá exponenciálně s časem :  C t = koncent. v čase t  Poločas vylučování (T) : čas za který se koncentrace xenobiotika v krvi sníží na na polovinu.   dc/dt = k. c   c – koncentrace xenobiotika v krvi   c t = c 0. e -kt   T = ln 2/ k

28 Vylučování xenobiotika stolicí nebo výdechem  Stolicí  Játra → žluč → tenké střevo  Spíše vysokomolekulární látky  Antibiotika (tetracyklinová) mohou poškodit střevní mikrofloru  Výdechem  V případě dostatečné koncentrace xenobiotika v krvi

29 Chemické katastrofy  Bophal (1984) otrava methylisokyanatanem (meziprodukt při výrobě karbamátového insekticidu) H 3 C-N=C=O  Nemoc Minamata – otrava organickou rtutí CH 3 -Hg +, použití obilí určeného k setí ošetřeného touto látkou jako potrava pro lidi, zvířectvo, ryby (1956 –Minamata, 1972 – Basra  Seveso (1976) – otrava 2,3,7,8- tetrachlorodibenzo-p-dioxinem jako znečištění při výrobě desinfekčního prostředku bis(trichlorhydroxyfenyl)methanu


Stáhnout ppt "Biotransformace cizorodých látek Eva Samcová. Jed je látka způsobující otravu i v jednorázových malých dávkách, nebo poškozuje organismus v nepatrných."

Podobné prezentace


Reklamy Google