Detoxikace endogenních a exogenních látek mirka.rovenska@lfmotol.cuni.cz

A) DETOXIKACE AMONIAKU Amoniak pochází z katabolismu aminokyselin a ty především z odbourávání proteinů

Odstranění dusíku z aminokyselin

Amoniak musí být odstraňován: Amoniak je toxický, zejména pro CNS, neboť reaguje s 2-oxoglu-tarátem, a tak snižuje jeho dostupnost pro citrátový cyklus  kolaps CC a následně i syntézy ATP Při poškození jater nebo vrozené metab. poruše (stoupá konc. amoniaku) se může objevit třes, nezřetelná řeč, rozmazané vidění, koma a smrt Normální konc. amoniaku v krvi: 30-60 µM

Transaminace Výměna aminoskupiny aminokyseliny za ketoskupinu 2-oxokyseliny:

glutamát pyruvát oxalacetát

Transaminaci katalyzují transaminasy (aminotrans-ferasy) s koenzymem pyridoxalfosfátem: aminokyselina pyridoxalfosfát Schiffova báze

Hlavní transaminasy: Alaninaminotransrefasa (ve svalu): AA + pyruvát  2-oxokyselina + Ala Glutamátaminotransferasa: AA + 2-oxoglutarát  2-oxokyselina + Glu Aspartátaminotransferasa: AA + oxalacetát  2-oxokyselina + Asp

Výsledek: Většina transaminas jako oxokyselinu používá 2-oxoglutarát, v menší míře oxalacetát  produkty jsou hlavně Glu a Asp !!! Transaminace hromadí dusík ve formě glutamátu nebo aspartátu Glutamát může být oxidačně deaminován za uvolnění amoniaku, který v játrech vstupuje do močovinového cyklu, příp. je využit pro syntézy Aspartát v játrech rovněž vstupuje do močovinového cyklu

Oxidační deaminace glutamátu V mitochondriích: Glu + NAD(P)+ + H2O → NAD(P)H + H+ + NH4+ + 2-oxoglutarát Reakci katalyzuje glutamátdehydrogenasa Uvolněný amoniak je v játrech detoxikován v močovinovém cyklu

Transport amoniaku do jater a ledvin: 1) ve formě Gln Z tkání se amoniak musí dostat do jater nebo ledvin, aby mohl být vyloučen  v tkáních je amoniak zabudován do Gln: Glu + ATP + NH4+  Gln + H2O + ADP + P Gln je krví transportován do jater a ledvin a zde deaminován L-glutaminasou: Vzniká Glu, který může být oxidačně deaminován, a amoniak, který je v ledvinách vyloučen močí, v játrech detoxikován v moč. cyklu – odstraňuje amidoskupinu, ne -aminoskupinu!!!

2) Glukoso-alaninový cyklus: Játra Sval Pyruvát, vznikající glykolýzou ve svalu, je zde transaminován na Ala a ten krví přenesen do jater, kde je přeměněn zpět na pyruvát; uvol-něný NH3 vstupuje do močovinového cyklu a pyruvát do glukoneo-geneze. Glukosa je pak transportována zpět do svalu.

Zdroje amoniaku pro močovinový cyklus – sumarizace: Oxidační deaminace Glu, nahromaděného transaminacemi a glutaminasovou reakcí; vzniká 2-oxoglutarát a amoniak, který v játrech vstupuje do močovinového cyklu (v ledvinách do moče) Glutaminasová reakce – uvolňuje amoniak, který v játrech vstupuje do močovinového cyklu, v ledvinách do moče Katabolismus serinu, threoninu a histidinu rovněž uvolňuje amoniak

Močovinový cyklus Detoxikace amoniaku probíhá v močovinovém cyklu, který přeměňuje amoniak na močovinu (vylučována močí) V játrech; lokalizován ve dvou kompartmentech: mitochondriální matrix cytoplasmě V matrix mitochondrií je amoniak je přeměněn na karbamoylfosfát: NH4+ +HCO3- + 2 ATP  2 ADP +P+ Karbamoylfosfát v mitochondriích reaguje s ornithinem za vzniku citrullinu, který je přenesen do cytoplasmy; regenerovaný ornithin (krokem 4) je přenesen zpět do mitochondrií karbamoylfosfát

transaminace oxalacetát+Glu Asp ATP AMP+PP

Bilance močovinového cyklu: V močovinovém cyklu se spotřebovávají 3 moly ATP na 1 mol močoviny: 2 moly ATP na tvorbu karbamoylfosfátu 1 mol ATP na tvorbu argininosukcinátu

Syntéza NO NO – biologicky aktivní: působí vazodilatačně Je též zdrojem tzv. reaktivních forem dusíku (jsou jedním z mecha-nismů, které fagocytující buňky využívají k ničení patogenů) Jeho syntézu z Arg katalyzuje NO-synthasa: Arg citrullin

B) Metabolismus xenobiotik Léky, konzervanty, barviva, pesticidy… Hlavně v játrech, střevech, plicích Probíhá ve dvou fázích

Fáze 1 Zavedení nové funkční skupiny nebo modifikace stávající Probíhá v endoplasmatickém retikulu Výsledek: zvýšení polarity (tj. usnadnění exkrece) změna biologické aktivity: a) snížení biologické aktivity (toxicity) b) aktivace: některé látky jsou naopak až fází 1 přeměněny na biologicky účinnou formu

Možné nežádoucí účinky xenobiotik – ad b) Cytotoxické působení, např. vazbou na DNA, RNA, proteiny ( např. inhibice enzymu) Vazba na protein  následně rozpoznán jako antigen  tvorba protilátek  poškození buňky Karcinogeneze – fáze 1 aktivuje prokarcinogeny (např. benzpyren) na karcinogeny

Reakce fáze 1: Hydroxylace Tvorba epoxidu Redukce ketoskupin a nitroskupin Dehalogenace

Hydroxylace Hlavní reakce fáze 1 Katalyzována cytochromy P450 (u člověka 35-60 různých forem): monooxygenasy: RH + O2 + NADPH + H+ R-OH + H2O + NADP+ Jeden kyslíkový atom je zabudován do substrátu RH…xenobiotikum

Isoformy cytochromu P450 Metabolizují léky, karcinogeny, polutanty, ale i endogenní látky jako např. steroidy Hemoproteiny V endopl. retikulu nebo vnitřní mitoch. membráně Nejhojnější – v játrech, tenkém střevě a dále v plicích; v játrech je nejméně 6 isoforem (u člověka) a každá má širokou substrátovou specifitu Některé isoformy metabolizují polycyklické aromatické uhlovodíky (PAHs), a tak hrají roli v karcinogenezi (např. konverze inaktivních PAHs, inhalovaných při kouření, na aktivní karcinogen v plicích)

Většina isoforem je inducibilních: Např. fenobarbitalem a dalšími léky Může vést k interakci s podávanými léčivy – např.: indukce dané isoformy lékem 1 (např. fenobarbital) zrychlí metabolismus léku 2 (např. warfarin) touto isoformou  pro žádaný účinek je nutno zvýšit dávku léku 2

Fáze 2 – konjugace Látky vzniklé ve fázi 1 jsou konjugovány s jinými molekulami: glukuronátem – např. bilirubin sulfátem glutathionem Konjugace ještě více zvýší rozpustnost ve vodě, příp. sníží aktivitu Ve formě tohoto konjugátu jsou látky vyloučeny z těla buď žlučí (látky s Mr  300) nebo močí (látky s Mr  300)

Glukuronidace UDP glukuronát Donorem glukuronátu je UDP-glukuronová kyselina: Jako glukuronidy jsou vylučovány např.: kys. benzoová, fenol, meprobamat, ale i endogenní látky – bilirubin, steroidní hormony UDP glukuronát

Vylučování bilirubinu Bilirubin je produktem katabolismu hemu hem

transport do jater bilirubin pomocí albuminu M: methyl, V: vinyl, CE: karboxyethyl (propionyl) redukce transport do jater pomocí albuminu bilirubin

V játrech: 2 UDP-glukuronát + bilirubin (konjugace s glukuronátem) bilirubindiglukuronid + 2 UDP vyloučen do žluče bakteriální enzymy v tlustém střevě uvolňují bilirubin z diglukuronidu a přeměňují ho na urobilinogen část reabsorbována, přenesena do ledvin a přeměněna na žlutý urobilin vylučovaný močí většina přeměněna bakteriemi na červenohnědý sterkobilin zbarvující stolici

Sulfatace Některé alkoholy, arylaminy, fenoly, ale také steroidy, glykolipidy, glykoproteiny Donorem sulfátu je PAPS (3´-fosfoadenosin-5´-fosfosulfát):

Konjugace s glutathionem Glutathion (GSH) = -glutamylcysteinylglycin (tripeptid): Konjugace s glutathionem: Konjugát je přeměněn na kys. merkapturovou a ta vyloučena močí Konjugace s GSH zabraňuje vazbě některých xenobiotik na DNA, RNA či proteiny, a tím i poškození buňky!!! G–S–H + R  G–S–R + H+ (R = elektrofilní xenobiotikum)

C) Metalothioneiny Malé proteiny (~ 6,5 kDa) bohaté na cystein, jehož –SH skupiny vážou ionty kovů: Cu2+, Zn2+ , Hg2+, Cd2+ V cytosolu buněk hlavně jater, ledvin a střev Indukovány ionty kovů Funkce: navázání kovů, regulace hladin kovu (Zn2+), transport do místa potřeby (Zn2+)