Xenobiotik DR. dr. Agnes Kwenang Bagian Biokimia FK UNHAS
Tujuan pembelajaran TIU memahami reaksi-reaksi kimia untuk merubah zat-zat asing berbahaya bagi tubuh menjadi zat-zat yang tidak berbahaya dan mudah diekskresi.
TIK 1. Mengetahui zat-zat asing untuk tubuh yang berasal dari bahan aditif makanan, polutan dan obat-obatan. 2. Memahami reaksi-reaksi metabolisme xenobiotik dalam tubuh. 3. Mengetahui peran enzim-enzim metabolisme xenobiotik dan faktor-faktor yang mempengaruhi efektivitasnya. 4. Mengetahui efek biologis xenobiotik
• Pendahuluan
• Xenobiotik: bahan kimia asing • (Yunani xenos, “orang asing”) • = senyawa yang asing bagi tubuh. • • Tubuh terpajan diproses pada tingkat sel • (metabolisme xenobiotik)
• Kepentingan biomedis • * untukmempelajari cara kita menghadapi serangan • bahan kimia tersebut. • * merupakan hal mendasar untuk memahami secara • rasional; • farmakologi • toksikologi • penatalaksanaan kanker • ketagihan obat
1. Zat-zat exogen/asing untuk tubuh (Xenobiotik) Asalnya dari: zat aditif makanan, polutan(bifenil poliklorinasi=PCB.) obat-obatan(morfin, fenobarbital dll.), karsinogen, produk petroleum, insektisida. > 200.000 bahan kimia sintetis di lingkungan
2. Metabolisme xenobiotik Lokasi dan enzim yang berperan. • * terutama terjadi di dalam hati, secara: • oksidasi, reduksi, metilasi, hidrolisis,konyugasi. • * dilakukan oleh oxygen- transferring enzymes • (oxygenases), termasuk sit P450. • Enzim-enzim ini mampu mengoksidasi ribuan komponen organik bentuk hidrofobik hidrofilik sehingga mudah diekskresi. • Ada beberapa xenobiotik diekskresikan tanpa mengalami perubahan.
Fase-fase metabolisme xenobiotik Fase 1. • Reaksi hidroksilasi dikatalisis oleh enzim monooksigenase atau sitokrom P450, mengakhiri kerja obat, tetapi tidak selalu terjadi. • Sit P450 juga mengkatalisis reaksi: deaminasi, dehalogenasi, desulfurasi, epoksidasi, peroksigenasi dan reduksi. • Reaksi hidrolisis dikatalisis oleh esterase dan reaksi lain yg tidak dikatalisis oleh P450.
Fase 2. • Senyawa terhidroksilasi & senyawa lain yang di produksi dalam fase 1 diubah oleh enzim spesifik menjadi metabolit polar lewat: - konyugasi dengan asam glukuronat, sulfat, asetat, glutation atau asam amino tertentu. - metilasi • Tujuan kedua fase: untuk meningkatkan kelarutannya didalam air (polaritas) sehingga memudahkan ekskresinya. • Sifat sangat hidrofobiknya harus dirubah menjadi lebih polar agar tidak tertahan lama di jaringan adiposa.
Fase 1 • • • •
Pada kasus 1* senyawa secara biologis inaktif menjadi senyawa biologis aktif, senyawa tsb disebut prodrug atau prokarsinogen. Mis. Benzol(a)pyrene dari daging panggang berubah menjadi berpotensi karsinogen oleh enzim-enzim detoksikasi SER.
• 2* Reaksi tambahan (reaksi hidroksilasi lebih lanjut) mengubah senyawa aktif menjadi kurang aktif /inaktif sebelum konyugasi • 3* Reaksi konjugasi sendiri yang mengubah produk aktif menjadi bentuk yg kurang/inaktif yg diekskresikan kedalam urine/empedu. • Konjugasi sangat jarang meningkatkan aktivitas biologis suatu xenobiotik.
• Konjugasi sangat jarang meningkatkan aktivitas biologis suatu xenobiotik • Istilah detoksikasi tidak selalu sesuai, sebab adanya reaksi metabolisme yang malah meningkatkan aktivitas biologik dan toksisitasnya.
• Beberapa sifat-sifat sitokrom P450 • Berperan dalam fase1 metabolisme berbagai xenobiotik, mungkin 50% obat yang diberikan pada manusia. • Berperan dalam metabolisme banyak senyawa endogen (steroid) • Semuanya adalah hemoprotein • Dst.
Lihat tabel 52.1 Biokimia Harper.
Table 1. Xenobiotics Metabolized by Cyt. P450
Reaction
Examples
Aliphatic hydroxylation
Valproic acid, pentobarbital
Aromatic hydroxylation
Debrisoquine, acetanilide
Epoxidation
Benzene, benzo[α]pyrene
Dealkylation
Aminopyrine, phenacetin, 6methyl-thiopurine
Oxidative deamination
Amphetamine
Nitrogen or sulfur oxidation 2-Acetylaminofluorence, chlorpromazine Dehalogenation
Halothane
Alcohol oxidation
Ethanol
Tabel 2. Xenobiotic Metabolizing Enzymes
Type of reaction
Enzyme
Representative substrate
Oxidation Cytochrome P450 Toluene Alcohol dehydrogenase Ethyl alcohol Flavin containing Dimethylaniline Monooxygenase Reduction Ketone reductase
Metyrapone
Hydration Epoxide hydrolase
Benzo[α]pyrene -7,8-epoxide
Hydrolisis
Esterase
Conjugation UDP glucuronyl transferase Sulfotransferase N-acetyltransferase Methyltranseferase Glutathione transferase
Procaine Acetaminophen
β-Napthol Sulfanilamide Thioracil Acetaminophen
• Berbagai isoform sit P450 menghidroksilasi beragam xenobiotik pada fase 1 metabolisme.
• Reaksi kimia fase 1. • RH + O2 + NADPH + H+ ROH + H2O + NADP Cyt P-450 red
Cyt P-450 oks
• RH + O2 ROH + H2O • RH mewakili xenobiotik dengan keragaman luas. • Satu oksigen memasuki ROH dan satu atom lagi memasuki molekul air.
Reaksi kimia fase 2. Reaksi konyugasi ada lima tipe. A. Glukuronidasi (paling sering terjadi). Donor glukuronil : UDP-asam glukuronat Katalisator: glukuronil transferase (ret.endoplasma,sitosol) Molekul: 2-asetilaminofluoren(karsinogen),anilin, asambensoat,meprobamat(tranqulizer), fenol dan banyak molekul steroid diekskresikan sebagai glukuronida, yang dapat terikat dengan gugus oksigen, nitrogen, sulfur substratnya.
B. Sulfasi Molekul: sebagian alkohol,arilamin dan fenol. Donor: sulfat Molekul biologis lain: senyawa steroid, glikosaminoglikan, glikolipid, glikoprotein: adenosin3’-fosfat-5’fosfosulfat(PAPS) disebut sulfat aktif.
C. Konyugasi dengan Glutation. Glutation = -glutamil-sisteinilglisin(tripeptida) (GSH) karena gugus sulfhidril pada sistein, merupakan gugus fungsional. Xenobiotik elektrofilik potensial beracun(karsinogen tertentu) (R) akan terkonyugasi ke GSH nukleofilik Reaksi: R + GSH R-S-H Enzim: glutation S-transferase (tinggi dalam hati) Bila R tidak terkonyugasi, bebas terikat kovalen dengan DNA,RNA atau protein selrusak. GSH: mekanisme pertahanan penting terhadap toksik obat dan karsinogen.
Konyugat glutation dimetabolisme lanjut. Gugus glutamil, glisinil milik glutation akan dikeluarkan oleh enzim spesifik dan gugus asetil(asal asetil-KoA) ditambahkan kepada gugus aminosisteinil lainnya dan dihasilkan asam merkapturat, yaitu konyugat L-asetilsistein, yang kemudian diekskresikan ke dalam urine.
D. Asetilasi Reaksi: X + Asetil-KoA Asetil-X + KoA Donor asetil: Asetil-KoA Enzim: asetil transferase(sitosol) Substrat asetilasi: Isoniazid (R/ tbc) Tipe polimorfik enzim: ada orang disebut asetilator lambat dan cepat. Asetilator lambat: orang lebih sering alami efek toksik tertentu dari isoniazid, karena obat tersebut bertahan lama pada orang tersebut.
E. Metilasi Sejumlah kecil xenobiotik akan mengalami metilasi oleh enzim metiltransferase, dengan memakai S-adenosilmetionin sebagai donor metil.
3.Faktor-faktor yang mempengaruhi aktivitas enzim yang memetabolisme xenobiotik: Genetik: ada perbedaan aktivitas enzim antar individu. Usia dan jenis kelamin. Asupan xenobiotik (fenobarbital, PCB, seny.hidrokarbon tertentu) dapat menginduksi enzim. Penting diketahui apakah seseorang sudah pernah terpajan zat penginduksi ini. Metabolit xenobiotik tertentu dapat menghambat / mengstimulasi aktivitas enzim, hal ini dapat mempengaruhi takaran sejumlah obat tertentu yang diberikan pada pasien Berbagai penyakit (sirosis hepatis) dapat mempengaruhi aktivitas enzim sehingga perlu penyesuaian dosis pelbagai obat yang diberikan kepada orang tersebut.
2.2.4. Efek biologik xenobiotik mencakup efek farmakologik, toksisitas, reaksi imunologis dan kanker. Respon farmakologik, khususnya farmakogenetika: beberapa reaksi penting pada obat yang mencerminkan perbedaan yang ditentukan secara genetik pada struktur enzim atau protein antar individu
Table 3. Beberapa reaksi obat yang penting akibat bentuk mutan atau polimorfik enzim atau protein
Enzim atau Protein yang terkena
Glukosa-6-fosfat dehidrogenase (G6PD) (mutasi) (MIM 305900) Saluran pelepasan Ca2+ (reseptor rianodin) dalam retikulum sarkoplasma (MIM 180901)
Reaksi atau Akibat
Anemia hemolitik akibat konsumsi obat seperti primaquin Hipertemia maligna (MIM 145600) sesudah pemberian obat anestesi tertentu (misal, halotan)
CYP2D6 (Polimorfisme) (MIM 124300)
Metabolisme lambat obatobat tertentu (misal, debrisouquin), yang menyebabkan akumulasi obat tersebut.
CYP2A6 (Polimorfisme) (MIM 122720)
Gangguan metabolisme nikotin yeng memberikan perlindungan agar orang tidak menjadi perokok yang tergantung pada tembakau
Efek toksik xenobiotik, tiga tipe: 1. Cedera sel (sitotoksisitas)--- kematian sel • Xenobiotik reaktif melalui pengikatan kovalen dengan makromolekul sel (target DNA, RNA dan protein) • Terlibat dalam fungsi selular sel (protein atau enzim fosforilasi oksidatif, pengaturan permeabilitas membran) menyangkut kelangsungan hidup jangka pendek sel akan terlihat nyata parahnya fungsi sel.
2. Xenobiotik reaktif terikat dengan protein, memodifikasi dan mengubah sifat antigenesitas spesies tersebut. Xenobiotik ini bekerja sebagai hapten, yaitu molekul kecil yang tidak dengan sendirinya merangsang sintesis antibodi tetapi akan bergabung dengan antibodi begitu unsur ini terbentuk. Antibodi ini merusak sel melalui mekanisme imunologi, yang mengganggu proses biokimia seluler.
3. Reaksi antara spesies karsinogen kimiawi yang aktif dengan DNA bermakna penting dalam peristiwa karsinogenesis kimiawi. • Zat kimia lain (zat alkilasi) dapat bereaksi langsung dengan DNA (karsinogen direk), tanpa mengalami aktivasi kimiawi intra sel • Produk enzim monooksigenase tertentu pada sebagian substrat prokarsinogen adalah epoksida sangat reaktif dan mutagenik oleh enzim epoksida hidroksilase (ret.endoplasma) akan mengubah menjadi dihidroliol yang jauh kurang reaktif.
Sit P450 Zenobiotik
GSH S-transfrase/ epoksida hidrolase Metabolit nontoksik Metabolik reaktif
Pengikatan kovalen pada makromolekul
Cedera sel
Hapten
Mutasi
Produksi antibodi
Kanker
Cedera sel
Gambar 1. Efek Metabolisme xenobiotik
Kesimpulan. Telah dibahas: 1. Arti dan macam-macam xenobiotik 2. Reaksi-reaksi dalam metabolisme xenobiotik untuk kepentingan biomedis, termasuk faktorfaktor yang mempengaruhi aktivitas enzim dan efek biologik xenobiotik.
• Kepustakaan • Devlin TM, Text Book of Biochemistry (1993), John Wiley & Sons (USA), pp.996. Cytochromes P450 Oxidize Exogenous Lipophilic Substrates. • Karp G, Cell and Molecular Biology. Concepts and experiments (2008), John Wiley & Sons (Asia), pp.284. Smooth Reticulum Endothelial. • Murray RK, Granner DK, Mayes PA, Rodwel VW, Harper’s Biochemistry (1996), 24 th ed, Prentice Hall International(USA), pp.750-755. Metabolism of Xenobiotics. • Price SA, Wilson LM, Pathophysiology. Clinical Concepts of Diseases Processes (1992). Terjemahan Edisi 4, Buku 1 Patofisiologi.Konsep Klinis ProsesProses Penyakit(1995),(Jakarta), hal.429-430. Fungsi Hati.
