Biotransformace cizorodých látekl. Eva Samcová

Transkript

1 Biotransformace cizorodých látekl Eva Samcová

2 Jed je látka způsobující otravu i v jednorázových malých dávkách, nebo poškozuje organismus v nepatrných opakovaných dávkách, jejichž účinek se sčítá. Účinek je výsledkem interakce živé hmoty a látky. Závisí na : Látce fyzikální, chemické vlastnosti Expozici na dávce, na hladině prostředí, na trvání kontaktu, na druhu resorpce Na organismu individuální, zděděné a získané vlastnosti

3 Absorbce a distribuce Expozice polutantům m neúmysln myslné,, léčivl ivům úmyslné Absorbce závisz visí na fyzikáln lně chemických vlastnostech látky, l předevp edevším m na lipofilitě Lipofilní látky dobře e prostupují buněč ěčnými membránami a hromadí se v orgánech bohatých na tuky. Rozdělovací koeficient předpovídá,, zda látka l bude nebo nebude transportována na do buňky, a je podílem koncentrace dané látky v lipidu a ve vodě P > 1, látky l je více v v lipidu difuse probíhá snadno P < 1, difuse probíhá méně snadno

4 Transport xenobiotika do buňky: 1. Pasivní difuse: Xenobiotika většinou v nemají svůj transportní systém m a proto jsou absorbovány pasivní difuzí Lipofilní látky procházej zejí membránou, v důsledku koncentračního spádu Malé hydrofilní molekuly procházej zejí bez ohledu na hydrofobní charakter membrány

5 Pasivní transport nabitých částic Nabité ionty neprochází membránou snadno. Užitečné je uvědomit si vlastnosti slabých kyselin a zásad mnoha organických sloučenin Jejich kyselý nebo bazický charakter, hodnotu ph prostředí, změnu ph při transportu jejich molekuly Příklad: Transport kyseliny benzoové (pk A = 4,2) a anilinu (pk A = 4,6) v gastrointestinálním traktu ph v žaludku 1,0 ph v duodenu 6,5

6 Xenobiotika jsou často extrémně Typické příklady : hydrofobní látky polycyklické aromatické uhlovodíky (PAU), benzo(a)pyren, DDT, vinylchlorid a další nemají pk A a nejsou tedy ovlivňovány změnami ph během průchodu GIT Např. benzo(a)pyren nemá pk a a je nerozpustný ve vodě, není tedy ovlivněn změnami ph během pasáže GIT

7 2. Transport xenobiotik do buňky pomocí transportních systémů Xenobiotika používají i transportní systémy endogenních látek : usnadněnou difusi, aktivní transport (alanin a β- aminopropansulfonová kyselina) fagocytosu, pinocytosu (fagocytosa částic v alveolu, Kupferovy buňky) musí však mít velmi podobnou strukturu

8 Transport látek kůží Kůže je relativně impermeabilní pro xenobiotika (výjimka např. sarin - fluorofosfinát) Epidermis (pokožka epitelová tkáň) skládající se ze stratum corneum a 3 dalších vrstev - není vaskularizován Vnější vrstva - stratum corneum keratinizovaná vrstva s plochými buňkami je efektivní barierou pro látky rozpustné ve vodě Lipofilní látky difundují úměrně rozdělovacímu koeficientu. Dermis (škára vazivová tkáň) - vaskularizovaná propustná vrstva pod epidermis s bohatou sítí krevních a lymfatických cév

9 Transport plicemi - inhalace Plíce jsou citlivé ke dvěma druhům toxických látek: dispergovaným částicím ve vzduchu a těkavým organickým látkám a plynům Výměna plynů - hlavní funkce plic. Ochrana proti těkavým rozpouštědlům nebo plynům je funkcí rozpustnosti plynů v krvi a rychlosti respirace.

10 Transport v GIT Příklad kyselina benzoová a anilin V žaludku bude absorbována převážně kyselina benzoová, v krvi (ph=7,35) benzoát, nabitý benzoát nedifunduje snadno do buněk Anilin je absorbován velmi málo v GIT, ale při ph krve nemá náboj a proto snadno přechází do intracelulární tekutiny Různé cesty podání mají významný vliv na distribuci toxické látky (intravenózní vs. orální)

11 Distribuce Cizorodé látky nebo jejich metabolity se v krvi vážív velmi ochotně na bílkoviny b (zvláš áště albumin) nebo na buněč ěčné struktury (problémem můžm ůže e být náhln hlé uvolnění z vazby na proteiny) Lipofilní látky mají tendenci se kumulovat v tukové tkáni v kostech (akumulace je výhodná pomalé uvolňov ování (PCB)

12 Biotransformace Biotransformace způsob přemp eměny a odstraňov ování nízkomolekulárních a vysokomolekulárn rních cizorodých látek l z organismu Biotransformační proces je dynamický a závislý na endogenních a exogenních látkl tkách Hlavním m místem m biotransformace jsou játra, i když biotransformační procesy probíhaj hají také v plicích, ch, ledvinách, kůžk ůži i i GIT (tj. v místech jejich vstupu a exkrece)

13 Biotransformace Subcelulárn rní lokalizace : - hladké endoplasmatické retikulum je centrem oxidativní aktivity hepatocytu - cytosol Zvýšen ená koncentrace xenobiotika indukuje syntézu enzymů Enzymový systém m musí být nespecifický Enzymy účastnící se biotransformace xenobiotik, jsou používány i při p i metabolismu endogenních sloučenin

14 Metabolismus cizorodých látek l probíhá ve dvou fázích Fáze I biotransformační (do lipofilních látek l se zabudovávaj vají nové funkční skupiny) Výsledek zvýšen ení polarity Fáze II konjugační (syntéza malých endogenních molekul s funkčními skupinami metabolitů vzniklých ve fázi I) Výsledek pokles lipofility, zvýšen ení polarity většív než ve fázi f I a rychlejší exkrece metabolitů z buňky, nejčast astěji močí a žlučí

15 Chemie reakcí I. fázef Nejrozsáhlej hlejší jsou oxidace, méněm časté redukce a hydrolýza xenobiotik Biotransformační reakce neznamenají nutně inaktivaci látky (tj. aktivní látka inaktivní metabolit) Nejčast astější oxidací je hydroxylace probíhaj hající v postranním řetězci nebo na aromatickém m jádřej Monooxygenasy (oxidasy se smíš íšenou funkcí) podmínka přítomnost p NADPH a kyslíku ku Souhrnná rovnice : R-H H + O 2 + NADPH + H + R-OH + NADP + + H 2 O Oxidace xenobiotika R-H R H a NADPH

16 Cytochrom P-450 P jako součást st multienzymového komplexu Obsahuje Fe 3+ a váže v e na sebe xenobiotikum a kyslík Další složka NADPH-cytochrom reduktasa redukuje Fe 3+ cytochromu P450 na Fe 2+. Cytochrom P450 slouží jako poslední příjemce elektronů v systému transportu elektronů jako je tomu u respiračního řetězce v mitochondrii. Enzymový systém m je vázán v n na fosfolipidovou část membrány ER Induktorem syntézy monooxygenasy můžm ůže e být např. fenobarbital

17 Příklady oxidace Hydroxylace : alifatických sloučenin, aromatických sloučenin R-CH 2 -CH 2 -CH R-CH 3 2 -CHOH-CH 3 Oxidace probíhá i na atomu dusíku (za účasti NADPH a O 2, výsledkem je fenylhydroxylamin a nitrosobenzen) : C 6 H 5 -NH 2 C 6 H 5 -NHOH C 6 H 5 -N=O N-,, O-O nebo S-dealkylace S : R NH CH 3 R-NH 2 + HCHO Deaminace : R CH NH R 2 C=O + NH 3 CH 3 CH 3

18 Oxidace alkoholů První krok (ethanol) oxidace na acetaldehyd s produkcí NADH + H + za pomoci alkoholdehydrogenázy. Alkoholdehydrogenáza umíst stěna exkluzivně v cytosolu. Vzniklý acetaldehyd je přenesen p přes p mitochondriáln lní membránu do mitosolu, kde je oxidován n pomocí aldehyddehydrogenázy na acetát. t. Acetát t po aktivaci na Acetyl-CoA je využit v citrátov tovém m cyklu NADH vyprodukované při i 1. reakci musí být pomocí člunků buď malát-aspart aspartát t nebo glycerol-fosf fosfát přeneseno do mitochondrie, kde je použito v respiračním řetězci Další enzym katalasa (používá H 2 O 2 jako oxidant)

19

20 Další reakce I. fázef Redukční reakce probíhaj hají na ER i v cytoplasmě Např. Redukce karbonylu : R-CO-R 1 + NADPH+H + R-CHOH-R 1 + NADP + Hydrolytické reakce : štěpení esterových, amidových, etherových vazeb, ale také C-N N vazby v hydrazidech, karbamátech, nitrilech a hydroxamových kyselinách Jiné transformace zahrnují např. cyklizaci (která je spontánn nní a neenzymová) ) nebo naopak otevřen ení heterocyklického ho nebo aromatického kruhu

21 Konjugace II. Fáze F přemp eměny cizorodých látek Potřeba endogenní složky - tím m xenobiotika zasahují do intermediárn rního metabolismu Ze syntetického charakteru konjugací plyne i jejich endergonní charakter (přenos se uskutečň čňuje přes p aktivované sloučeniny) Zvýšen ení polárn rního charakteru, vysoká ionizace,konjugát již nemůž ůže e pronikat do buněk k a je vylučov ován n nejčast astěji ledvinami (do 300kDa, nad žlučí) Konjugace probíhá v játrech j (v malém m rovněž kůže e a střevo) Konjugát t vznikl tedy syntézou aktivované endogenní složky s xenobiotikem

22 Konjugační činidla Nejdůležitější konjugačníčinidla : kyselina glukuronová, aktivovaná forma UDP-glukuronát vytváří O- nebo N- glukuronidy (Benzen pk A =40 fenol pk A = 10 konjugát pk A =3,2 ) H 2 SO 4, aktivovaná forma : aktivní sulfát t PAPS, reaguje s xenobiotiky aromatické -OH a NH 2 ; produkt :aryl-alkylsulf alkylsulfáty

23 Další konjugační činidla Glukosa,aktivovan,aktivované činidlo: UDP-glukosa, konjuguje aromatické OH, -COOH; produkt O-glukosidyO Acetát, t, aktivované činidlo: Acetyl-CoA, konjuguje sloučeniny s NH 2 ; produkt N-acetylderivN acetylderiváty Glycin,, konjuguje aromatické a heterocyklické kyseliny; produktem je kyselina hippurová a podobné látky Glutathion (tripeptid s nukleofilním m S atomem), konjuguje polycyklické aromatické sloučeniny, ale i halogenované alkylsloučeniny atd. Tvoří merkapturové kyseliny

24 Glutathion γ-glutamylcysteinyl-glycin (GSH) Elektrofilní látky (s nedostatkem elektronů) se vážou na nukleofilní skupinu SH glutathionu (glutathion-s-transferasa). Možnost vytvoření kovalentní vazby mezi GSH a makromolekulou (NK, proteiny) toxicita. Tvorba těchto derivátů GSH může být mírou možnosti poškození organizmu. Konjugáty dále metabolizují merkapturové kyseliny.

25 Příklad biotransformace Biotransformace vinylchloridu Vstup inhalační cestou, částečně vydechován, část metabolizována CH 2 =CHCl chlorethylenoxid ClCH 2 -COOH + GSH HOOC CH 2 S CH 2 COOH kyselina thiodioctová Vznik merkapturových kyselin HO.CH 2.CH 2 S CH 2 CH COOH NH CO CH 3

26 Příklady biotransformací C 6 H 5 CH 3 C 6 H 5 COOH Narkotický účinek C 6 H 5 CONHCH 2 COOH Vstřebává se především plicemi (53%) Ze vstřebaného toluenu se 84% přeměňuje na kyselinu benzoovou a po konjugaci s glycinem na kyselinu hippurovou, která se velmi rychle vylučuje močí. Stanovení toluenu v biologickém materiálu se provádí zřídka, má však diagnostický význam

27 Vylučování cizorodých látek Močí, stolicí, výdechem (potem, slinami) Vylučování ledvinami je ovlivněno ph moči : Bazické látky se močí vylučují při kyselém ph, kdy jsou ionizovány Slabé kyseliny se močí vylučují při zásaditém ph, kdy jsou ionizovány Otrava fenobarbitalem podávání hydrogenuhličitanu, neboť fenobarbital je slabá kyselina s pk = 7,2

28 Rychlost vylučování látky z organizmu Hladina koncentrace xenobiotika po dosažení maxima klesá exponenciálně s časem : C t = koncent. v čase t Poločas vylučování (T) : čas za který se koncentrace xenobiotika v krvi sníží na polovinu. dc/dt = k. c c koncentrace xenobiotika v krvi c t = c 0. e -kt T = ln 2/ k

29 Vylučování xenobiotika stolicí nebo výdechem Stolicí Játra žluč tenké střevo Spíše vysokomolekulární látky Antibiotika (tetracyklinová) mohou poškodit střevní mikrofloru Výdechem V případě dostatečné koncentrace xenobiotika v krvi

30 Chemické katastrofy Bophal (1984) otrava methylisokyanatanem (meziprodukt při výrobě karbamátového insekticidu) H 3 C-N=C=O Nemoc Minamata otrava organickou rtutí CH 3 -Hg +, použití obilí určeného k setí ošetřeného touto látkou jako potrava pro lidi, zvířectvo, ryby (1956 Minamata, 1972 Basra) Seveso (1976) otrava 2,3,7,8- tetrachlorodibenzo-p-dioxinem jako znečištění při výrobě desinfekčního prostředku bis(trichlorhydroxyfenyl)methanu