BIOTRANSFORMASI (METABOLISME)

Bahan Pembelajaran: Mata Kuliah Toksikologi Sub Pokok Bahasan: Biotransformasi Biotransformasi Reaksi biokimia yang terlibat dalam

BIOTRANSFORMASI (METABOLISME)

proses perubahan xenobiotika menjadi turunan yang lebih nonpolar dengan tujuan xenobiotika lebih mudah dieleminasi dari dalam tubuh organisme

oleh I M.A. GELGEL WIRASUTA

1

2

Biotransformasi

Biotransformasi Diharapkan dari proses reaksi biokimia

tersebut terjadi penurunan atau menghilangan efek toksik dari tokson Sehingga pada awalnya sederetan proses reaksi biokimia ini dikenal dengan istilah detoksifikasi

AKTIVASI EFEK TOKSIK

XENO BIOTIKA

BIO TRANS FORMASI

METBOLIT

INAKTIVASI EFEK TOKSIK (DETOKSIFIKASI) 3

Biotransformasi: Transformasi biokimia yang dialami oleh xenobiotika

Biotransformasi: Transformasi biokimia yang dialami oleh xenobiotika

TAHAPAN REAKSI BIOTRANSFORMASI

TAHAPAN REAKSI BIOTRANSFORMASI

Reaksi Fase I

Oksidasi Reduksi Hidrolisis

Reaksi Fase I

Reaksi Fase II


Konjugasi dengan: - asam glukoronat - sulfat - asetat - glutation

Reaksi Fase I disebut juga dengan reaksi fungsionalisasi, dinama melalui reaksi-reaksi pada fase ini terjadi pemasukan gugus fungsional : - OH, -NH2, -SH, -COOH Jika cukup polar maka akan dapat tereksresi langsung, 5

Reaksi Fase II

Metabolit Fase II

Metabolit Fase I

Xenobiotika

Metabolit Fase II

Metabolit Fase I

Xenobiotika

4


Reaksi Fase II disebut juga dengan reaksi konjugasi , dinama gugus fungsi yang terbentuk akan dikopel oleh senyawa endogen dengan bantuan enzim-enzim tertentu, Dengan penambahan konjugat endogen akan meningkat kepolaran dari xenobiotika sehingga akan lebih mudah dapat diekskresi melalui ginjal

6

1

Bahan Pembelajaran: Mata Kuliah Toksikologi Sub Pokok Bahasan: Biotransformasi

Jenis reaksi dan enzim yang terlibat pada metabolisme xenobiotika

TEMPAT DAN SISTEM ENZIM

Reaksi Fase I

Oksidasi: P450 monooksigenasi Xantin oksidase Peroksidase Amin oksidase Monoamin oksidase Semicarbamat seneitif amin oksidase

Reduksi: P450 monooksigenase Ketoreduktase Glutation peroksidase

Hidrasi: Eposid hidrolase Ester hidrolisis: Karboksilesterasis Amidasis Dehidrogenesis Alkohol dehidrogenesis Aldehid dehidrogenesis Superokside dismutase

Sisten ezim yg terlibat umumnya bersifat nonspesifik

(monooksigenase, glukuronidase, esterase, amidase, sulfoterase) Enzim ini terikat pada membran dari retikulum endoplasmik

(enzim fase I) dan sitosol (enzim fase II)

Biotransformasi umumnya berlangsung di hati, dan sebagian kecil di organ-organ lain seperti: ginjal, paru-paru, saluran pencernaan, kelenjar susu, otot, kulit atau di darah

Reaksi Fase II Glukuronosiltransferase Sulfotransferase Glutatuin S-transferase Tioltransferase Amid sitesis (tranasilase)

Metilasi O-metiltransferase N-metiltransferase S-metiltransferase Asetilasi N-Asetilstransferase Asetiltransferase Tiosulfat Sulfurtransferase (rhodanase)

7

8

Reaksi oksidasi (sistem monooksigenase yang tergantung pada CYP450)

Reaksi Fase I (Fase Fungsionalisasi)

Tahap 1: pengikatan RH pada bentuk teroksidasi (feri) dari CYP450

R-OH

Reaksi Oksidasi

Fe3+

Reaksi reduksi

Fe3+ IOI

Biohidrolisis

R-H

Fe3+

OH

. R

RH

H2O

Tahap 2: Reduksi elektron pertama dri RH terikat (feri) dari CYP450 terhadap bentuk ferro

F e 3+ NADPH + H+

NADPH + H+

RH

Fp

CYP b5 e

e

Tahap 3: pengitanan oksigen pada ferro biner CYP450

Fe 2+ + 2 H*

RH

Fe3+

O2

O22RH

Fe3+

Fe2+

O2-

O2

RH

RH

9

Hidroksilasi alifatik

2.

Hidroksilasi Aromatik

3.

Epoksidasi

4.

N-Dealkilasi

5.

O-Dealkilasi

6.

S-Dealkilasi

7.

Deaminasi

8.

Sulfoxidasi

9.

N-Oksidasi

10

Sistem monooksigenase yang tergantung pada Sitokrom450 mengkatalisis reaksi seperti berikut:

Sistem monooksigenase yang tergantung pada Sitokrom450 mengkatalisis reaksi seperti berikut: 1.

Tahap 4,5,6: penyusunan kembali elektron, pengenalan elektron kedua, penyisipan oksigenberikutnya, dan pelepasan produk

1.

Hidroksilasi alifatik

10. Oksidasi dehalogenasi 11. Desulfurasi

11

12

2




2. Hidroksilasi Aromatik 3. Epoksidasi

13


14

Sistem monooksigenase yang tergantung pada Sitokrom450 mengkatalisis reaksi seperti berikut: 7. Deaminasi

4. N-Dealkilasi

5. O-Dealkilasi 8. Sulfoxidasi (S-oksidasi)

6. S-Dealkilasi

15


16

Hetorogenitas Isoenzim dan Spesifitas

9. N-Oksidasi

CYP simbul dari sitokrom P450

famili CYP1, CYP2 dan CYP3, dst sub famili ditandai dengan huruf kapitel CYP1A berikutnya subfamili ditambahkan numer untuk mengidentifikasi gene (CYP1A1)

10. Oksidasi dehalogenasi

11. Alkohol: Oksidatif membentuk aldehid 17

18

3


Tabel 1: Bentuk-bentuk CYP-450 dan spesifisitas substratnya* Sitokrom-450

Substrat

CYP1A1 CYP1A2

PAH, arilamin, fenacetin, kafein, benzo(a)piren, aflatoksin B, heterisiklik amin

CYP2A1

7a-testosteron

CYP2A2

15a-testosteron

CYP2A6

Dietilnitrosamin

CYP2B1

Resorufin

CYP2B2

Cocain

CYP2C

Etotoin, heksobarbital, metosuksimid

CYP2C9

Naproksen

CYP2D6

Debrisoquin, spartain, kodein, propanolol

CYP2E1

Umumnya senyawa bermolekul kecil, etanol, benzol, stirol, CCl4, dll

CYP3A

Eritromizin, midazolam

CYP3A4

Nefedifin, etiletradiol, progesteron, aflatoksin, dan banyak lagi substrat yang lain

CYP3A2

Fluokinolon

CYP4A1

Asam-asam lemak

Reaksi oksidasi lain:

CYP4A2

Flavinmonooksigenase (merubah amin sekunder menjadi hidroksilamin dan amin tersier menjadi N-oksida) Alkoholdehidrogenase, khususnya mendehidrasi etanol menjadi aldehid. Aldehid oksidase, merubah aldehid menjadi asam karboksilat Monoaminoksidas, mengoksidasi amin-biogen (seperti: Catekolamin)

19

20

* dikutip dari SCHMOLD (2003)

Reaksi Reduksi

Reaksi Biohidrolisis Reaksi-reaksi biohidrolisis yang penting adalah:

Mempunyai peran minor dibandingkan reaksi oksidasi Banyak melibatkkan enzim-enzim NADPH-CYP-450-reduktase. Pemutusan ester atau amida menjadi asam karboksilat dan alkohol

(atau amin) melalui esterase atau amidase. Perubahan epoksida menjadi vicinalen diol melalui enzim

epoksidihidratase Hidrolisis dari acetylen (glikosida) melalui enzim glikosidase.

21

22

REAKSI FASE II TAHAPAN REAKSI BIOTRANSFORMASI Reaksi Fase I

Metabolit Fase II

Metabolit Fase I

Xenobiotika


23

Reaksi Fase II


Reaksi Fase II disebut juga dengan reaksi konjugasi , dinama gugus fungsi yang terbentuk akan dikopel oleh senyawa endogen dengan bantuan enzim-enzim tertentu, Dengan penambahan konjugat endogen akan meningkat kepolaran dari xenobiotika sehingga akan lebih mudah dapat diekskresi melalui ginjal

24

4


REAKSI FASE II

REAKSI FASE II Reaksi-reaksi penting pada fase II adalah kunjugasi dengan :

Reaksi fase II melibatkan beberapa senyawa endogen untuk membentuk konjugat xenobiotika atau metabolitnya. Pembentukan konjugat memerlukan adanya pusat-pusat reaktif dari substrat, biasanya gugus -OH, -NH2 dan -COOH.

teraktivasi asam glukuronat, teraktivasi sulfat, asam amino (khususnya glisin), oligopeptida dan ikatan dengan turunan asam merkapturat, teraktivasi asam asetat, metilasi.

25

Kunjugasi Glukuronidasi

26

Kunjugasi Glukuronidasi O-Glukuronida

Sintesa UDP-Asam Glukuronat

Terbentuk dari:

Glikogen Glukosa-I-P

- fenol-fenol,

UDP-glukosa + PPi

+ UTP

- alkohol-alkohol,

NAD +

- asam-asam karboksilat membentuk ester

UDP-glukosa dihidrogenase

glukuronida NADH + H+

UDP-O

COOH

O OH

OH OH

Asam-uridin-5'-difosfo-α-D-glukuronat (UDPGA)

27


28


O-Glukuronida

N-Glukuronida

OH

Terbentuk dari: O

amina (terutama aromatik), amida, dan sulfonamida

N OH

Morphin Gol II

UDP-O

COOH

O OH

OH

H2N

SO2

NH2

OH UDP-O

UDP

OH

O N O

O OH

Morphin-6-Glucuronid

COOH

Kosubstrat dari reaksi ini adalah Asamuridin-5’-difosfo-α-D-glukuronat (UDPGA). Enzim yang mengkatalisi reaksi konjugasi ini adalah UDP-glukuroniltransferase (UGT).

29

OH

OH OH

UDP HO HO

OH OH

COOH

O

HO O COOH

N H

SO2

H N

O OH

COOH OH OH 30

5



Kunjugasi Glukuronidasi Aktivasi toksisitas xenobiotika melalui glukuronidasi

S-Glukuronida

Asam glukuronida

Terbentuk dari:

N H

gugus tiol C2H5

pH < 7

H

pH > 7

OH2+ N H

-H2O

C2H5

N CS CS N S S

C2H5

OH N

pH < 7

+H2O

C2H5

UDP-O

+

COOH OH

O

OH

N

H Ion Arylnitrenium

OH

UDP

O

C2H5

N CS

C2H5

S

Ion elektrofilik arynitrenium dapat bereaksi dengan pusat nukliofilik makromelekul pada epiteliul kantung kemih, khususnya DNA,

COOH OH

OH

OH

Konjugasi Sulfat

H R

+

X

H2 O S O P O C O Adenin O O

O

xenobiotika

O P OH O

O

sulfotra f

32

Konjugasi Sulfat

O

O

menginisiasi pembentukan tomor

31

R X SO3-

+

H2 O P OC O Adenin O O O P OH

O

PAPS

Isoenzim

Substrat

tempat

Fenol sulfotransferase

Isoprenalin

Hati, ginjal, usus

Alkohol sulfotransferase

Dimetronidazol

Hati

Steroid sulfotransferase

Estron

Hati

Arilamin sulfotransferase

Parasetamol

hati

PAP

Koenzimnya adalah PAPS (3’-fosfoadenosin-5’-fosfosulfat). Konjugasi ini adalah untuk gugus fungsional: fenol, alkohol alifatik dan amin aromatik.

33

Metilasi

Konjugasi Sulfat

HO OH

H N CH 3 C H CH 3

HO

Reaksi-reaksi metilasi terutama meliputi metabolisme

H N CH 3 C H CH3 OH

HO

senyawa endogen

HSO3

Metilasi oleh metiltransferase non spesifik pada obat

isoprenalin

ditemukan di paru-paru

O

O

HSO3

HO

Asetilasi

estron (steroid) H3COC

NH

OH

34

H3COC

N

Reaksi-reaksi asetilasi terjadi pada senyawa amin

SO3H

aromatik dan sulfonamidase membentuk kofaktor, asetil-CoA

OH

parasetamol 35

36

6


Konjugasi Glutation

Konjugasi Glutation R e a k s i d e n g a n C a r b o n e l e k t r o f il ik r e a k s i p e n g g a n ti a n d e n g a n c a r a m e le p a s k a n g u g u s h a l id a , s u l fa t , s u lf o n a t, f o s fa t d a n n i tr o

A)

Glutation dikenal

d a r i a t o m c a r b o n je n u h a ta u h e te r o a to m

O

O

sebagai alat proteksi dalam tubuh untuk menghilangkan xenobiotika elektrofilik toksik yang potensial, yang terbentuk selama proses biotransformasi

N O2

SG

glisin (gly)

CH2 NH O HC C H NH 2

SH

N

N

O

O

sistein (cys) B)

r e a k s i p e m b u k a a n c i n c i n t e r tu tu p s e p e r ti e p o k s id a , d a n 4 - " m e m b e r e d " la k to n

CH2

asamγ-glutamik (glu)

NH2+

O

O GS

O

37

r e a k s i p e n e m p e l a n G S p a d a ik a ta n g a n d a y a n g te r a k t iv a s i

H2C

H C

O OR

Konjugasi Glutation

GSH

RO

O

SG

+

NO2-

GSH

+

ROOH

S

CN

GSH

R

S

GSSG

SG

+

CN+

GSH

RSH

+

GSSG

Menyerang gugus oksigen elektrofilik GSH ROOH

ROH

+

C H2

H2 C

O OR

38

Jelaskan sejelas-jalasnya dengan contoh terhadap faktor-faktor yang mempengaruhi metabolisme xenobiotika.

Menyerang gugus sulfur elektrofilik R

SG

TUGAS

Menyerang gugus nitrogen elektrofilik NO2

OH

O C)

O

SG

CH2

O

RO

OH

O

O

GSH

[GSOH]

H2O

+

GSSG

39

Induksi enzim, Inhibisi enzim, Faktor Genetik, Penyakit, Umur, dan Faktor lingkungan

40

7

BIOTRANSFORMASI (METABOLISME)

Recommend Documents