Metabolismus xenobiotik Vladimíra Kvasnicová
XENOBIOTIKA = sloučeniny, které jsou pro tělo cizí 1. VSTUP DO ORGANISMU trávicí trakt → krev → JÁTRA plíce → krev kůže → krev Metabolismus xenobiotik probíhá nejvíce „v místech vstupu a výstupu“
2. TRANSPORT KRVÍ ! důležitá je chemická povaha xenobiotika !
hydrofilní (polární) rozpustné ve vodě špatně prochází membránami rychle eliminovány močí
2. 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
TEST
Při mtb xenobiotik může dojít k a)
snížení jejich toxicity
b)
zvýšení jejich toxicity
c)
jejich bioaktivaci
d)
zvýšení jejich rozpustnosti v H2O Cílem je inaktivace, zvýšení rozpustnosti a vyloučení z organismu
Při mtb xenobiotik může dojít k a)
snížení jejich toxicity
ANO
b)
zvýšení jejich toxicity
ANO
c)
jejich bioaktivaci
ANO
d)
zvýšení jejich rozpustnosti v H2O
ANO
Cílem je inaktivace, zvýšení rozpustnosti a vyloučení z organismu
3.
OSUD XENOBIOTIKA
1) látky odbouratelné jsou zapojeny do metabolismu (např. ethanol → energie) 2) látky v těle nevyužitelné jsou přeměněny na rozpustnější produkty a vyloučeny močí (menší molekuly: do Mr ∼ 300) žlučí → stolicí (větší molekuly)
3.
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)
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+
I. fáze - biotransformace • 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
• 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
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 = γ-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
toluen
fenyl(hydroxymethyl)ether
benzylalkohol
fenol + formaldehyd
kyselina benzoová
+ PAPS fenylsulfát
+ glycin kyselina hippurová (= benzoylglycin)
kyselina mravenčí
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)
http://www.issx.org/i4a/pages/index.cfm?pageid=3348
Obecný průběh mtb xenobiotika 1.
xenobiotikum obsahující vhodnou funkční skupinu původní molekula nebo produkt I. fáze biotransformace
2. aktivace endogenní konjugační složky 3. přenesení konjugační složky na xenobiotikum 4. vyloučení z organismu
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.Murray ed., 26. vyd., McGraw-Hill Comp, 2003. ISBN 0-07-138901-6
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
CH3
Aflatoxin B1
O
O
CH3
Aflatoxin B1- 2,3 epoxid
O
HO
O OH
Benzo(a)pyren
Benzo(a)pyren-7,8 epoxid Benzo(a)pyren-7,8 diol-9,10 epoxid
Obrázek převzat z přednášky Obecná toxikologie / P. Tůma
epoxid může být dále metabolizován epoxidhydrolázou (= deaktivace) nebo reaguje s bázemi NK (= mutagenní nebo karcinogenní účinek)
OH
OH N N
CH2CH2OH
O
N N
H2N
N
N H
guanin
N
N
H2N
7-hydroxyethylguanin Aflatoxin B1 OCH3
O OH N H2N
O
N
N O N
OH O
aflatoxin B1 - guanin adukt
Obrázek převzat z přednášky Obecná toxikologie / P. Tůma
O
TEST
Cytochrom P-450
a)
je hemoprotein
b)
se nachází volně v cytoplazmě
c)
využívá NADPH
d)
se podílí na mtb steroidů
Cytochrom P-450
a)
je hemoprotein
ANO
b)
se nachází volně v cytoplazmě
NE
c)
využívá NADPH
ANO
d)
se podílí na mtb steroidů
ANO
Vyberte pravdivé(á) tvrzení o biotransformacích: a) uhlovodík může být oxidován na alkohol b) ester může být hydrolyzován na dva alkoholy c) aldehyd může být redukován na karboxylovou kyselinu d) karbonylová sloučenina může být redukována na alkohol
TEST
Vyberte pravdivé(á) tvrzení o biotransformacích: a) uhlovodík může být oxidován na alkohol
ANO
b) ester může být hydrolyzován na dva alkoholy
NE
c) aldehyd může být redukován na karboxylovou kyselinu
NE
d) karbonylová sloučenina může být redukována na alkohol
ANO
TEST
e) nenasycený nebo aromatický uhlovodík může být přeměněn na epoxid f) amidová vazba může být hydrolyzována na kyselinu a amin g) kyselina benzoová může být přeměněna na kys. hippurovou h) UDP-glc může být redukována na UDP-glukuronát
e) nenasycený nebo aromatický uhlovodík může být přeměněn na epoxid
ANO
f) amidová vazba může být hydrolyzována na kyselinu a amin
ANO
g) kyselina benzoová může být přeměněna na kys. hippurovou
ANO
h) UDP-glc může být redukována na UDP-glukuronát
NE
Vyberte pravdivé(á) tvrzení o konjugačních reakcích: a) UDP-glukuronyl transferáza syntetizuje glukuronidy b) PAPS je aktivní forma kyseliny sírové c) SAM je derivát methioninu d) glutathion obsahuje tři peptidové vazby
TEST
Vyberte pravdivé(á) tvrzení o konjugačních reakcích: a) UDP-glukuronyl transferáza syntetizuje glukuronidy
ANO
b) PAPS je aktivní forma kyseliny sírové
ANO
c) SAM je derivát methioninu
ANO
d) glutathion obsahuje tři peptidové vazby
NE
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
COOH
• 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
O O
C
CH3
+ H 2O
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
ETHANOL
CH3CH2OH
• nadbytek NADH inhibice β-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
TEST
Ethanol
a) může být redukován na CH3CHO b) může být mtb cytochromem P-450 c) je sekundární alkohol d) při mtb spotřebovává NADH
Ethanol
a) může být redukován na CH3CHO
NE
b) může být mtb cytochromem P-450 ANO c) je sekundární alkohol
NE
d) při mtb spotřebovává NADH
NE
TEST
Zvýšený poměr NADH / NAD+
a) má za následek zvýšenou přeměnu laktátu na pyruvát b) inhibuje citrátový cyklus c) aktivuje β-oxidaci d) inhibuje glukoneogenezi
Zvýšený poměr NADH / NAD+
a) má za následek zvýšenou přeměnu laktátu na pyruvát
NE
b) inhibuje citrátový cyklus
ANO
c) aktivuje β-oxidaci
NE
d) inhibuje glukoneogenezi
ANO
