Metabolismus xenobiotik. Vladimíra Kvasnicová

Transkript

1 Metabolismus xenobiotik Vladimíra Kvasnicová

2 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

3 2. TRANSPORT KRVÍ! důležitá je chemická povaha xenobiotika! hydrofilní (polární) rozpustné ve vodě špatně prochází membránami rychle eliminovány močí

4 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

5 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

6 TEST Při mtb xenobiotik může dojít k a) snížení jejich toxicity b) zvýšení jejich toxicity c) jejich bioaktivaci d) zvýšení jejich rozpustnosti v H 2 O Cílem je inaktivace, zvýšení rozpustnosti a vyloučení z organismu

7 Při mtb xenobiotik může dojít k a) snížení jejich toxicity b) zvýšení jejich toxicity c) jejich bioaktivaci d) zvýšení jejich rozpustnosti v H 2 O ANO ANO ANO ANO Cílem je inaktivace, zvýšení rozpustnosti a vyloučení z organismu

8 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)

9 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

10 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)

11 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 + O 2 + NADPH+H + R OH + H 2 O + NADP +

12 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

13 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

14 Příklad reakce katalyzované hydrolázou: Obrázek převzat z: Color Atlas of Biochemistry / J. Koolman, K.H.Röhm. Thieme ISBN

15 Příklady reakcí katalyzovaných cyt P450: Obrázek převzat z: Color Atlas of Biochemistry / J. Koolman, K.H.Röhm. Thieme ISBN

16 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

17 Konjugační složky (aktivní činidlo ): kyselina glukuronová (UDP-glukuronát) sulfát (PAPS = aktivní sulfát ) acetát (acetyl-coa) cystein (glutathion = γ-glu-cys-gly) -CH 3 (SAM = S-adenosylmethionin) glycin, glutamin Enzymy: transferázy

18 endogenní konjugační složka aktivovaná konjugační složka Obrázek převzat z: Color Atlas of Biochemistry / J. Koolman, K.H.Röhm. Thieme ISBN

19 Příklady konjugace endogenních látek Bilirubin Obrázek převzat z (květen 2007)

20 Žlučové kyseliny Obrázek převzat z (květen 2007)

21 Neurotransmiter Obrázek převzat z: Color Atlas of Biochemistry / J. Koolman, K.H.Röhm. Thieme ISBN

22 Hormon Obrázek převzat z: Color Atlas of Biochemistry / J. Koolman, K.H.Röhm. Thieme ISBN

23 Příklady metabolismu xenobiotik fenyl(methyl)ether toluen fenyl(hydroxymethyl)ether benzylalkohol fenol + formaldehyd kyselina benzoová + PAPS + glycin fenylsulfát kyselina hippurová (= benzoylglycin) kyselina mravenčí

24 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)

25 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

26 Metabolismus xenobiotik probíhá hlavně v játrech Při biotransformaci nejde vždy o detoxikaci, může dojít i ke zvýšení biologické aktivity! (viz. nepřímé karcinogeny)

27 Obrázek převzat z učebnice Harper s Illustrated Biochemistry / R.K.Murray ed., 26. vyd., McGraw-Hill Comp, ISBN

28 O O O O O O O O O O Aflatoxin B 1 O CH 3 O O CH 3 Aflatoxin B 1-2,3 epoxid O Benzo(a)pyren O Benzo(a)pyren-7,8 epoxid HO OH Benzo(a)pyren-7,8 diol-9,10 epoxid Obrázek převzat z přednášky Obecná toxikologie / P. Tůma

29 epoxid může být dále metabolizován epoxidhydrolázou (= deaktivace) nebo reaguje s bázemi NK (= mutagenní nebo karcinogenní účinek)

30 OH OH CH 2 CH 2 OH N N O N N H 2 N N guanin N H N H 2 N N 7-hydroxyethylguanin Aflatoxin B 1 H 2 N N OH O O OCH 3 N N O OH N aflatoxin B 1 - guanin adukt O O Obrázek převzat z přednášky Obecná toxikologie / P. Tůma

31 TEST Cytochrom P-450 a) je hemoprotein b) se nachází volně v cytoplazmě c) využívá NADPH d) se podílí na mtb steroidů

32 Cytochrom P-450 a) je hemoprotein b) se nachází volně v cytoplazmě c) využívá NADPH d) se podílí na mtb steroidů ANO NE ANO ANO

33 Vyberte pravdivé(á) tvrzení o biotransformacích: TEST 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

34 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 ANO NE NE ANO

35 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

36 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 ANO ANO ANO NE

37 Vyberte pravdivé(á) tvrzení o konjugačních reakcích: TEST a) UDP-glukuronyl transferáza syntetizuje glukuronidy b) PAPS je aktivní forma kyseliny sírové c) SAM je derivát methioninu d) glutathion obsahuje tři peptidové vazby

38 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 ANO ANO ANO NE

39 Obrázky převzaty z (květen 2007)

40 Příklady metabolismu xenobiotik a) nepolární kyselina acetylsalicylová účinná složka acylpyrinu 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 COOH O O C CH 3 + H 2 O

41 ETHANOL vstřebává se už v žaludku 10 % vyloučeno močí, dechem, potem 90 % metabolizováno (hlavně játra) CH 3 CH 2 OH oxidace: ethanol acetaldehyd kyselina octová enzymy: Příklady metabolismu xenobiotik b) polární alkoholy alkoholdehydrogenáza (cytoplazma, NAD + ) aldehyddehydrogenáza (mitochondrie, NAD + ) nebo cyt P-450 (MEOS) oxidační stres

42 ETHANOL CH 3 CH 2 OH nadbytek NADH inhibice β-oxidace a citrátového cyklu inhibice glukoneogeneze acetaldehyd poškozuje proteiny kyselina octová metabolizována hlavně v srdci: acetyl-coa citrátový cyklus, DŘ CO 2, H 2 O acetát, laktát metabolická acidóza akumulace TAG v játrech

43 Obrázek převzat z: Color Atlas of Biochemistry / J. Koolman, K.H.Röhm. Thieme ISBN

44 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 ISBN

45 29,4 kj/g ethanolu Obrázek převzat z: Color Atlas of Biochemistry / J. Koolman, K.H.Röhm. Thieme ISBN

46 Příklady metabolismu xenobiotik b) polární alkoholy METHANOL CH 3 OH 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

47 TEST Ethanol a) může být redukován na CH 3 CHO b) může být mtb cytochromem P-450 c) je sekundární alkohol d) při mtb spotřebovává NADH

48 Ethanol a) může být redukován na CH 3 CHO b) může být mtb cytochromem P-450 c) je sekundární alkohol d) při mtb spotřebovává NADH NE ANO NE NE

49 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

50 Zvýšený poměr NADH / NAD + a) má za následek zvýšenou přeměnu laktátu na pyruvát b) inhibuje citrátový cyklus c) aktivuje β-oxidaci d) inhibuje glukoneogenezi NE ANO NE ANO