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-oxoglutarátem, a tak snižuje jeho dostupnost pro citrátový cyklus  kolaps CC a následně i syntézy ATP Při poškození jater nebo vrozené metabolické poruše (stoupá koncentrace 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 (aminotransferasy) 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 Glu je oxidačně deaminován za vzniku NH4+, který v játrech vstupuje do močovinového cyklu, nebo 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 Amoniak je v játrech detoxikován v močovinovém cyklu

Transport amoniaku do jater a ledvin: 1) ve formě Gln 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 NH4+, který je v ledvinách vyloučen močí, v játrech detoxikován v moč. cyklu – odstraňuje amidoskupinu, ne -aminoskupinu!!!

2) Glukoso-alaninový cyklus: Játra Sval Pyruvát je ve svalu transaminován na Ala Ala je krví přenesen do jater, kde je přeměněn zpět na pyruvát Uvolněný NH3 vstupuje v játrech do močovinového cyklu a pyruvát do glukoneogeneze Glukosa je pak transportována zpět do svalu.

Zdroje amoniaku pro močovinový cyklus: 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 též uvolňuje amoniak

Močovinový cyklus Přeměňuje amoniak na močovinu (vylučována močí) V játrech; lokalizován ve dvou kompartmentech: mitochondriální matrix cytoplasmě V matrix mitochondrií je NH4+ 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

Asp ATP AMP+PP transaminace oxalacetát+Glu

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 zdrojem tzv. reaktivních forem dusíku (jeden z mechanismů, 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 až fází 1 přeměněny na biologicky účinnou formu

Možné nežádoucí účinky xenobiotik Cytotoxické působení, např. vazbou na 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 (např. steroidy) Hemoproteiny v endopl. retikulu nebo vnitřní mitoch. membráně Nejhojnější v játrech, tenkém střevě a dále v plicích Existují v různých isoformách s širší substrátovou specifitou Některé isoformy (CYP2E1) metabolizují polycyklické aromatic-ké uhlovodíky (PAHs)  hrají roli v karcinogenezi (mj. konverze inaktivních PAHs z tabákového kouře na aktivní karcinogen)

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

Metabolismus ethanolu Další dráha (~10-20%): isoforma cytochromu P450 CYP2E1: CH3CH2OH + NADPH+H+ + O2 → NADP+ + 2 H2O + CH3CHO Zvýšené množství acetaldehydu může poškodit tkáně. CYP2E1 je indukován ethanolem. – hlavně v játrech většina acetátu vstupuje do krve a je, hlavně v kosterním svalu, aktivována na acetyl-CoA → CC

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

hem → biliverdin → bilirubin transport do jater (albumin) konjugace glukuronátem  bilirubindiglukuronid vyloučen do žluče bakterie v tlustém střevě uvolňují bilirubin z diglukuronidu a přeměňují ho na bezbarvé urobilinogeny malá část je ledvinami vyloučena do moče většina je oxidována na pigmenty, které se vylučují stolicí (urobilin, sterkobilin) část je ve střevech reabsorbována, dostává se zpět do jater a opět je vyloučena do žluče

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+)