A biotranszformációs lépések áttekintése gyógyszermolekula erősen lipofil metabolikusan stabil
poláros
lipofil
felhalmozódás (zsírszövet) I. fázis
bioaktiváció vagy inaktiváció oxidáció, redukció, hidrolízis
poláros II. fázis bioinaktiváció konjugáció hidrofil
extracelluláris mobilizáció keringés vérplazmával kiválasztás epével
kiválasztás vizelettel
hidrofil
A biotranszformációs lépések áttekintése gyógyszermolekula erősen lipofil metabolikusan stabil
poláros
lipofil
felhalmozódás (zsírszövet) I. fázis
bioaktiváció vagy inaktiváció oxidáció, redukció, hidrolízis
poláros II. fázis bioinaktiváció konjugáció hidrofil
extracelluláris mobilizáció keringés vérplazmával kiválasztás epével
kiválasztás vizelettel
hidrofil
A biotranszformáció II fázisának reakciói I. Konjugációs reakciók
Exogén szubsztrát funkciós csoportja
Kofaktor
Enzim
A reakció helye
Glükuronsavas konjugáció
-OH, -COOH, -NH2, -NH, -SH, -CH
UDPGA
Glükuronil transzferáz (GT)
Sima endoplazmás retikulum
Szulfát konjugáció
aromás-OH/NH2 -COOH
PAPS
Szulfotranszferáz
Citoszol
Glicin konjugáció
aromás-NH2, -COOH
KoenzimA Glicin
Aminosavaciltranszferáz
Mitokondrium
Acetilálás
aromás/alifás-NH2, hidrazinok, -SO2, NH2
Acetil koenzimA
N-, O-acetil transzferáz
Citoszol (van mikroszómális is)
Metilálás
aromás-OH, NH2, NH -SH
Adenozil-Smetionin
Metiltranszferáz
Citoszol (van mikroszómális is)
Glutation konjugáció
epoxid, szerves haloid
Redukált glutation
Glutation transzferáz
Citoszol (van mikroszómális is)
II. Nem konjugációs reakciók enzimjei: epoxid hidrolázok, glioxalázok, karboxilészterázok
A kevert funkciójú oxidáz rendszer elhelyezkedése a sima endoplazmás retikulumban kofaktorok
xenobiotikum
fp1, fp2: flavoproteinek b5: citokróm b5
A glükuronsav uridin difoszfát szintézise (nagy energiatartalmú molekula) glükóz-1-P + UTP
pirofoszforiláz
UDP-glükóz
glikogén + PPi
NAD+
UDP-glükóz dehidrogenáz
NADH + H+
UDP-glükuronsav
COOH O OH HO
O OH
UDP
A fenol glükuronsavas konjugációja OH COOH
OH
N O
+
O
O
OH O
P
O
P
OH OH
OH
O
CH2
COOH
+
OH O OH OH
O
OH
OH
O
N
UDP
OH
O
A glükuronsavas konjugáció jellemzői
Gyors (endoplazmatikus retikulumban, MFO komplexhez kapcsolódva) Gyakori (a gyógyszer molekulák jelentős részénél végbemegy) Nem mutat telítődést Egy gyógyszer molekulára több glükuronid csoport is kerülhet (több poláros csoport esetén) OH csoporton, vagy NH2 csoporton (N-glükuronid)
Morfin glükuronidjai
Morfin-6-glükuronid- hatékonyabb, mint az eredeti molekula Morfin-3-glükuronid-hatástalan
A fenol átalakulása fenilszulfáttá szulfuriláz
2-
SO4 + ATP
APS + PPi (pirofoszfát) (adenozin-foszfoszulfát , pirofoszfát)
APS foszfokináz
APS + ATP
PAPS + ADP (foszfo-adenozin-foszfo-szulfát)
NH2 N O -O 3S OH
O
-
+
P
O
O
CH2
N O
N OSO 3H
-
+
+ O
O
HO
P
O
O
-
-
PAP
Szulfát konjugáció jellemzői
Bizonyos szubsztrát-specificitás (fenolok, alkoholok, szteroidok) Az exogén szubsztrátok poláros csoportjai: aromás OH, aromás amin, szerves sav Telíthető (a szulfát készlet véges) A 2. leggyakoribb II.fázis reakció Általában a citoszolban zajlik A szulfotranszferáz enzimnek (ST) sok izozimje van
Aminosav konjugáció
Leggyakrabban glicin konjugáció, de előfordul más aminosavval történő konjugáció is Nem az endogén szubsztrát (glicin) hanem a kofaktor koenzimA kerül aktivált állapotba Mitokondriumokban zajlik (Aminosav aciltranszferázok)
Acetilálás
Funkciós csoportok: alifás, aromás aminok, amidok, hidrazinok, szulfamidok Enzimek:N-acetil transzferáz, O-acetil transzferáz A reakció helyszíne: citoszol
Metilálás
Funkciós csoportok: hidroxil, amino csoport Kofaktor:adenozil-S-metionin (nagy energiájú metil donor) Enzimek: metil-transzferázok A reakció helyszíne: citoszol, endoplazmás retikulum
Glutation konjugáció
glutation: tripeptid, gamma-glutamilciszteinil-glicin, GS Veszélyes molekulákat alakít át merkaptúrsavvá (kevés gyógyszermolekula konjugálódik glutationnal)
Glutation konjugáció:
Cl
SG Cl
Cl GSH
NO 2
GS = glutation csoport
NO 2
3,4-dikloro-nitrobenzol OH
Br O
SG GSH
bróm-ciklohexán
ciklohexén
Epoxid átalakulása merkaptursavvá glutation konjugációval H H
O
SG H
NADPH
H
GSH OH
[O]
O
O
NH CH2
NH CH3
CH2
S COOH
H H OH
CH3
S +
H
- H2O
COOH
A II. fázis nem konjugációs reakciói
Epoxid hidrolázok Glioxalázok Karboxilészterázok által katalizált reakciók
Epoxidok eliminációja epoxid hidroláz enzim segítségével
Pl. Brómbenzolból brómbenzol 3,4 epoxid jön létre (I.fázis), ami epoxid hidroláz enzim segítségével brómbenzol 3,4 hidrodiollá alakul. A reakció első lépéseként az enzim aktivál (deprotonál) egy vízmolekulát.
A biotranszformáció II. fázisa Általában bioinaktivációt jelent Kivételes esetben aktiváció is történhet: elekrofil gyökök keletkezhetnek.
Karbónium és nitrénium ion képződése benzilalkohol és hidroxámsav szulfátkonjugátumából +
CH2
OSO 3-
OH
+ R3
benzil-alkohol
R3
O
O
+
R NH
:Nu-
OH
O NH
Nu
hidroxámsav
karbónium ion
-
R
+
R
OH
Nu
R2
R2
N
N
+
OSO 3-
+ R3
SO42-
R3
nitrénium ion
SO42-
H2N
OH
Thiiránium ion keletkezése dibróm – etán glutationos konjugációja után
GSH
Br
Br CH2 CH2 Br
GSH - transzferáz
CH2 CH2 GS
H2C
+
S
G
CH2
Aromás aminok inaktivációja a májban és reaktivációja a hugyhólyagban MÁJ NH2
H
glükuronid
N
N OH
OH
UDPGA
Hugyhólyag glükuronid
H
N
N OH
OH H+
glükuronsav
elektrofil, reaktiv intermedier
Tiol képződése cisztein glutation konjugátumából O O NH
R
O R
S
O
OH S
O
-liáz
-
R
SH
NH O
+
NH3
N-acetilezés
R
S
O
OH NH H2N
O O
glutation konjugátum ( -Glu - Cys - Gly) CH3 Cl
Cl
Cl
Cl
Cl Cl
Cl Cl
Cl R
Cl
Cl R - SH
SH
-
Egy molekula metabolizmusának vizsgálata
Rádioaktív jelöléssel ellátott molekulával végzett in vivo állatkísérletek In vitro kísérletek
A dimethachlor metabolikus átalakulása (18 azonosított metabolit) CH3 CH2-CH2-O-CH3 N CO-CH2Cl CH3 CGA 17020
Glutathione Pathway CH3
Glutathione Pathway CH3
CH3 CH2-CH2OH
COOH
CH2-CH2-O-CH3
|
N
|
CO-CH2-S-Cys-Glu CH3 MET 4G
NH-CO-CH3
CH2-CH2-O-CH3 COOH N CO-CH2-S-CH2-CH
N
CH3
CH2-COOH |
|
CH3
NH-CO-CH3 MET 6U = MET 8U
CH2-CH2-O-CH3 COOH N
CH3
CH3
MET 7U
MET 10aG
CH2-CONH2
CH2-CH2OH
N CO-CH2OH
|
|
NH-CO-CH3
CO-CH2Cl CH3 MET 16U**
N CO-CH2-S-CH3
CO-CH2-S-CH2-CH CH3
CH2-CH2OH N
CO-CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
CH2OH
CH2-COOH N
CO-CH2OH
CO-CH2-S-CH2-CH
NH2
MET 2G = MET 3G
CH3
N
COOH
|
CO-CH2OH
CH3 MET 9U* = MET 9G*
postulated intermediate CH3
CH2-CH2OH
|
N
CO-CH2Cl
MET 3U / MET 5U* = MET 5G* = MET 6G* = MET 7G* = MET 8G*
Glutathione Pathway CH3
CH2-CH2-O-CH3
N
CH3
CH3
CH3
CH2-CH2-O-CH3 CO-CH2Cl
MET 11U
CH3
CH2OH
N
NH CO-CH2-S-CH2-CH
CH3
MET 2U / MET 10dG*
Glutathione Pathway
CH3 MET 1U
oxalic acid derivatives
CH2OH
CH2OH
CH2-CH2OH COOH
N
|
CH2-CH2OH N
CO-CH2-S-CH2-CH
MET 4U = MET 1G
CO-CH3
|
CH3 CH3
MET 14U = MET 15U
CH2-CH2OH
CH3
N
CH2-CH2-O-CH3 N CO-CH2-SO-CH3
NH-CO-CH3
CH3 MET 17U
MET 18U / MET 10cG* CO-CH2-SO-CH3
CH3
CH3 MET 13U
Cys: cysteine Glu: glutamic acid
CH3 CH2-CH2OH N
MET 10U / MET 12U* CO-CH2-SO2-CH3
CH3
* excreted as glucuronic acid derivative ** excreted as hydroxymethyl-glucuronic acid conjugate
A biotranszformációt befolyásoló tényezők
Faj Fajon belüli genetikai különbségek Életkor Élettani állapot Külső tényezők (egyéb gyógyszerek, élelmiszerek, élvezeti cikkek)
A fenol glükuronsavas és szulfátos konjugációjának aránya néhány fajnál Glükuronid konjugáció (%)
Szulfát konjugáció (%)
Macska
0
87
Ember
23
71
Patkány
25
68
Nyúl
46
45
Disznó
100
0
Amfetamin biotranszformációja nyúl, patkány tengerimalac és kutya esetében konjugátumok
tengerimalac nyúl O
tengerimalac CH3
NH2
CH3
OH
nyúl
O konjugátumok
patkány CH3
kutya OH
OH
CH3
NH2
konjugált fenolok
A biotranszformáció I. fázisának reakciói az életkor függvényében
Születés előtti hatások
A thalidomid története 1953 szintézis, Chemie Grünenthal 1957. forgalmazás kezdete
Thalidomide S: nyugtató hatású R: torzkeltő (teratogén)
Thalidomide babies
A tragédia okai
Faji különbségek egér: glutation- konjugáció Szuperoxid keletkezés
ember: Szuperoxid keletkezés Életkor okozta különbségek a magzat metabolizáló képessége kialakulatlan (hiányzik)
glutation- konjugáció
Néhány példa a biotranszformációs folyamatokat befolyásoló külső tényezőkre
Környezeti tényezők
Inszekticidek, herbicidek, nehézfémek, ipari szennyező anyagok
Étrendi tényezők
Indolok, dohánytermékek, marihuána termékek, alkoholfogyasztás, pirolízis termékek, a táplálék egyes alkotórészei (nyomelemek, ásványi anyagok, vitaminok, fehérjék, lipidek, szénhidrátok
Nefron
Néhány bifenil molekulasúlya és kiválasztási útja patkányban Kiválasztás útja (%)
Anyag
Molekulatömeg
Vese
Fécesz
Bifenil
154
80
20
4-monoklórbifenil
188
50
50
4,4’-diklórbifenil
223
34
66
2,4,5,2’,5’-pentaklórbifenil
326
11
89
2,3,6,2’,3’,6’-hexaklórbifenil
361
1
99
Referencia: H. B. Mattheus in: Introduction to Biochemical Toxicology (1960)
Enterohepatikus körforgás
