Metabolismus xenobiotik Vladimíra Kvasnicová

XENOBIOTIKA = sloučeniny, které jsou pro tělo cizí VSTUP DO ORGANISMU trávicí trakt → krev → JÁTRA plíce → krev kůže → krev Metabolismus xenobiotik probíhá nejvíce „v místech vstupu a výstupu“

! důležitá je chemická povaha xenobiotika ! TRANSPORT KRVÍ ! důležitá je chemická povaha xenobiotika ! hydrofilní (polární) rozpustné ve vodě špatně prochází membránami rychle eliminovány močí

! důležitá je chemická povaha xenobiotika ! TRANSPORT KRVÍ ! důležitá je chemická povaha xenobiotika ! lipofilní (nepolární, hydrofóbní) špatně rozpustné ve vodě potřebují v krvi přenašeč (často: albumin) volně difundují přes membrány mohou se i dlouhodobě vázat v membránách pomalu eliminovány z organismu

Vazba na transportní protein vazba je reverzibilní iontové a hydrofobní interakce vzájemná kompetice látek biologicky aktivní je jen volná frakce látky v krvi vazba na proteiny zpomaluje eliminaci z organismu

Při mtb xenobiotik může dojít k snížení jejich toxicity zvýšení jejich toxicity jejich bioaktivaci zvýšení jejich rozpustnosti v H2O

OSUD XENOBIOTIKA látky odbouratelné jsou zapojeny do metabolismu (např. ethanol → energie) látky v těle nevyužitelné jsou přeměněny na rozpustnější produkty a vyloučeny močí (menší molekuly: do Mr  300) žlučí → stolicí (větší molekuly)

OSUD XENOBIOTIKA 2 fáze přeměny (probíhají obě, nebo jen jedna dle potřeby) I. fáze (biotransformace)  volné polární funkční skupiny v molekule II. fáze (konjugace)  vazba s endogenní sloučeninou cíl: inaktivace, zvýšení rozpustnosti hydrofobních xenobiotik a vyloučení z organismu

I. fáze - biotransformace lokalizace játra - membrány ER, cytoplazma mnohé další tkáně - hlavně v místech vstupu a exkrece (plíce, střeva, kůže, ledviny) enzymy hydrolázy (esterázy, peptidázy, aj.) monooxygenázy (tzv. systém cyt P450 = oxidasy se smíšenou funkcí = MFO, hydroxylázy)

vlastnosti účast na metabolismu endogenních sloučenin široká substrátová specifita indukovatelnost (např. cyt P450) reakce hydrolýza oxidace (hydroxylace, epoxidace, peroxidace) oxidační štěpení: např. dealkylace, deaminace redukce methylace

nebezpečí poškození buňky a organismu důsledky zvýšení polárního charakteru (rozpustnost ve vodě) inaktivace xenobiotika (detoxikace) nebo naopak zvýšení biologické aktivity xenobiotika (aktivace; léky x prokarcinogeny) nebezpečí poškození buňky a organismu

Příklad reakce katalyzované hydrolázou: Obrázek převzat z: Color Atlas of Biochemistry / J. Koolman, K.H.Röhm. Thieme 1996. ISBN 0-86577-584-2

Systém cytochromu P450 (monooxygenázy, hydroxylázy, MFO) patří mezi hemoproteiny více typů cytochromu P450, polymorfní koenzym: NADPH NADPH-cytochrom P450-reduktasa membrány ER, mitochondrií obecná reakce: RH + O2 + NADPH+H+  R–OH + H2O + NADP+

Příklady reakcí katalyzovaných cyt P450: Obrázek převzat z: Color Atlas of Biochemistry / J. Koolman, K.H.Röhm. Thieme 1996. ISBN 0-86577-584-2

II. fáze - konjugace lokalizace játra (střevní sliznice, kůže): ER, cytoplazma vlastnosti nutná endogenní složka syntetický charakter spotřeba energie důsledky zvýšení polárního charakteru (rozpustnost) snížení biologické aktivity

Konjugační složky (aktivní „činidlo“): kyselina glukuronová (UDP-glukuronát) sulfát (PAPS = „aktivní sulfát“) acetát (acetyl-CoA) cystein (glutathion = -glu-cys-gly) -CH3 (SAM = S-adenosylmethionin) glycin, glutamin Enzymy: transferázy

endogenní konjugační složka aktivovaná konjugační složka Obrázek převzat z: Color Atlas of Biochemistry / J. Koolman, K.H.Röhm. Thieme 1996. ISBN 0-86577-584-2

Příklady konjugace endogenních látek Bilirubin Obrázek převzat z http://www.umanitoba.ca/faculties/medicine/units/biochem/coursenotes/blanchaer_tutorials/Frank_II/congBili.gif (květen 2007)

Žlučové kyseliny Obrázek převzat z http://www.med.unibs.it/~marchesi/bile_salts.gif (květen 2007)

Neurotransmiter Obrázek převzat z: Color Atlas of Biochemistry / J. Koolman, K.H.Röhm. Thieme 1996. ISBN 0-86577-584-2

Hormon Obrázek převzat z: Color Atlas of Biochemistry / J. Koolman, K.H.Röhm. Thieme 1996. ISBN 0-86577-584-2

Příklady metabolismu xenobiotik fenyl(methyl)ether fenyl(hydroxymethyl)ether fenol + formaldehyd + PAPS fenylsulfát kyselina mravenčí toluen benzylalkohol kyselina benzoová + glycin kyselina hippurová (= benzoylglycin)

Příklady metabolismu xenobiotik elktrofilní xenobiotikum (např. epoxid) + GSH + acetyl CoA merkapturová kyselina (= konjugát xenobiotika vázaný přes S s N-acetylcysteinem obecně: S-substituovaný N-acetylcystein)

Obecný průběh mtb xenobiotika xenobiotikum obsahující vhodnou funkční skupinu původní molekula nebo produkt I. fáze biotransformace aktivace endogenní konjugační složky přenesení konjugační složky na xenobiotikum vyloučení z organismu

Při biotransformaci nejde vždy o detoxikaci, Metabolismus xenobiotik probíhá hlavně v játrech Při biotransformaci nejde vždy o detoxikaci, může dojít i ke zvýšení biologické aktivity! (viz. nepřímé karcinogeny)

Obrázek převzat z učebnice Harper´s Illustrated Biochemistry / R. K Obrázek převzat z učebnice Harper´s Illustrated Biochemistry / R.K.Murray ed., 26. vyd., McGraw-Hill Comp, 2003. ISBN 0-07-138901-6

Obrázek převzat z přednášky Obecná toxikologie / P. Tůma

epoxid může být dále metabolizován epoxidhydrolázou (= deaktivace) nebo reaguje s bázemi NK (= mutagenní nebo karcinogenní účinek)

Obrázek převzat z přednášky Obecná toxikologie / P. Tůma Aflatoxin B1 Obrázek převzat z přednášky Obecná toxikologie / P. Tůma

Cytochrom P-450 je hemoprotein se nachází volně v cytoplazmě využívá NADPH se podílí na mtb steroidů

Vyberte pravdivé(á) tvrzení o biotransformacích: uhlovodík může být oxidován na alkohol ester může být hydrolyzován na dva alkoholy aldehyd může být redukován na karboxylovou kyselinu karbonylová sloučenina může být redukována na alkohol

nenasycený nebo aromatický uhlovodík může být přeměněn na epoxid amidová vazba může být hydrolyzována na kyselinu a amin kyselina benzoová může být přeměněna na kys. hippurovou UDP-glc může být redukována na UDP‑glukuronát

Vyberte pravdivé(á) tvrzení o konjugačních reakcích: UDP-glukuronyl transferáza syntetizuje glukuronidy PAPS je aktivní forma kyseliny sírové SAM je derivát methioninu glutathion obsahuje tři peptidové vazby

Obrázky převzaty z http://web. indstate Obrázky převzaty z http://web.indstate.edu/thcme/mwking/amino-acid-metabolism.html (květen 2007)

Příklady metabolismu xenobiotik a) nepolární kyselina acetylsalicylová účinná složka acylpyrinu ireverzibilně inhibuje syntézu PG, PGI a TX (cyklooxygenáza) váže se na plazmatické proteiny ve střevě a krvi podléhá esterové hydrolýze v játrech je kyselina salicylová konjugována s glycinem → salicylurová kyselina konjugát je vyloučen močí

Příklady metabolismu xenobiotik b) polární alkoholy ETHANOL CH3CH2OH vstřebává se už v žaludku 10 % vyloučeno močí, dechem, potem 90 % metabolizováno (hlavně játra) oxidace: ethanol → acetaldehyd → kyselina octová enzymy: alkoholdehydrogenáza (cytoplazma, NAD+) aldehyddehydrogenáza (mitochondrie, NAD+) nebo cyt P-450 (MEOS) → oxidační stres

acetaldehyd poškozuje proteiny ETHANOL CH3CH2OH nadbytek NADH inhibice -oxidace a citrátového cyklu inhibice glukoneogeneze acetaldehyd poškozuje proteiny kyselina octová metabolizována hlavně v srdci: acetyl-CoA → citrátový cyklus, DŘ → CO2, H2O acetát, laktát → metabolická acidóza akumulace TAG v játrech

Obrázek převzat z: Color Atlas of Biochemistry / J. Koolman, K.H.Röhm. Thieme 1996. ISBN 0-86577-584-2

0,5 L piva (4%)  20 mL ethanolu = 16 g 70 kg muž: 0,7 x 70 = 49 kg (L) vody tj. 16 g etOH / 49 L = 0,33 g / L = 0,33 ‰ Obrázek převzat z: Color Atlas of Biochemistry / J. Koolman, K.H.Röhm. Thieme 1996. ISBN 0-86577-584-2

29,4 kJ/g ethanolu Obrázek převzat z: Color Atlas of Biochemistry / J. Koolman, K.H.Röhm. Thieme 1996. ISBN 0-86577-584-2

Příklady metabolismu xenobiotik b) polární alkoholy METHANOL CH3OH nižší narkotický účinek než ethanol vylučuje se z těla pomaleji → déletrvající opilost metabolizován stejnými enzymy jako ethanol způsobuje větší nevolnost (formaldehyd) vážná otrava: 5 – 10 ml (smrtelná dávka  30 ml) po opilosti doba latence (6 – 30 hod.) bolesti hlavy, v zádech, poškození zraku metabolická acidóza léčba: 1 - 2 dny ethanolemie  1 ‰, tekutiny

Ethanol může být redukován na CH3CHO může být mtb cytochromem P-450 je sekundární alkohol při mtb spotřebovává NADH

Zvýšený poměr NADH / NAD+ má za následek zvýšenou přeměnu laktátu na pyruvát inhibuje citrátový cyklus aktivuje -oxidaci inhibuje glukoneogenezi