Biotransformace a vylučování Ing. Zuzana Honzajková
XENOBIOTIKA V ORGANISMU vstup látky do organismu Dochází k absorpci a distribuci k cílovým orgánům/receptorům (srdce, plíce, CNS ) Exkrece (vyloučení z organismu) (moč, stolice, sliny, plíce ) Metabolismus - Biotransformace
Biotransformace u proces chemické přeměny látek v organismu, vedoucí k látkám, které se z těla vyloučí u změna chemické struktury a fyzikálních vlastností => změna biologické účinnosti => změna schopnosti průniku membránami a vyloučení z organismu Např. lipofilní => hydrofiní => vyloučení ledvinami u produkt - méně aktivní až neaktivní => detoxikace - aktivnější až aktivní => aktivace (intoxikace) u enzymaticky katalyzované reakce
Enzymová katalýza biotransformací enzym (biokatalyzátor) - snížení aktivační energie příslušné reakce u jeden enzym může katalyzovat biotransformaci více substrátú u Mechanizmus účinku enzymů
5
Biotransformační enzymy I.fáze u CYP enzymy u alkoholdehydrogenása, aldehyddehydrogenasa u esterasy a amidasy Ing. Zuzana Honzajková ová
Cytochrom P450 u I. fáze biotransformace probíhá za účasti tzv. CYP enzymů (cytochrom P450 a jeho isoformy) u Jedná se o oxidázový systém hemových enzymů různých isoforem, které vykazují substrátovou specificitu k určitým typům chemických látek. CYP2C19 u Lidské CYP se dělí na 3 série a ty se dále dělí na jednotlivé subtypy: u Příklady: u CYP 1A1 oxidace planárních aromatických systémů (benzen, naftalen, PAU (PAHs), u CYP 1A2 planární molekuly s aromatickým aminem (např. kofein, paracetamol) u CYP 2C9 metabolismus warfarinů a molekul s karboxylovou skupinou (ibuprofen) u CYP 2D6 více než 70 skupin látek ATD (TCA, SSRI), antypsychotika, ß-blokátory (propanolol, atenolol ), analgetika (kodein, fentanyl)
1. fáze 2. fáze Toxická látka Metabolit Konjugát I. Fáze biotransformace u zavedení polární funkční skupiny do molekuly lipofilní tox. látky (- OH, -NH 2, -SH, = CO, - COOH ) u v 1. fázi biotransformace může docházet jak ke snížení tak ke zvýšení toxicity u Reakce : oxidace, redukce, hydrolýza
Biotransformační reakce I. fáze oxidace u alkany alkoholy aldehydy karboxylové k. redukce u nitro- sloučeniny aminy hydrolýza u estery kyseliny a alkoholy
Biotransformace II. fáze u velmi polární produkty I. fáze se mohou vylučovat přímo, ale většinou podstupují další reakce kondenzují s endogenními aktivními konjugačními činidly (produkty metabolismu buněk) u podmínkou konjugační reakce je přítomnost amino, hydroxy, karbonylové nebo karboxylové skupiny Ing. Zuzana Honzajková ová
Biotransformační reakce II. fáze u slučování s kyselinou glukuronovou u sulfatace u slučování s cysteinem u acetylace A X Xenobiotikum s funkční skupinou nebo produkt 1. fáze biotransformace + B Y Konjugační činidlo enzym A B + X Y Konjugát Další produkt
Kys. glukuronová u nejběžnější konjugační činidlo u Syntetizuje se v játrech u kombucha
k. Glukuronová musí být před samotnou konjugací nejdříve aktivována vzniká UDP-glukuronát. Až v této formě reaguje s molekulou xenobiotika, konjugaci katalyzuje UDP-glukuronyltransferáza. B Y
sulfátová konjugace u Druhá nejběžnější reakce u Donorem sulfátu (konjugační činidlo) je aktivní sulfát PAPS u Konjugaci katalyzuje cytosolový enzym sulfotransferáza. u PAPS 3-fosphoadenosin-5-fosphosulfát
Slučování s glutathionem glutathion-s-transferasy utripeptid ze 3 aminokyselin: kyselina glutamová,cystein a glycin
Slučování s cysteinem konjugační činidlo glutathion u využitý nejen při biotransformacích - velmi účinný antioxidant - detoxikace volných radikálů u chrání mozek a játra před negativním vlivem kouření a ethanolu u je významnou stavební součástí bílkovin reserva thiolových skupin u při biotransformacích glutathion-s. transferása u při redox reakcích s glutathionem je spolupůsobícím enzymem glutathionreduktáza u nedostatek glutathionu může vést k urychlenému stárnutí buněk, k diabetes nebo k některým neurodegenerativním chorobám (Parkinsonova choroba)
acetylace u Konjugační činidlo acetyl-s-koenzym A u N - acetyl transferasa, O - acetyl transferasa
Příklady biotransformací u benzen fenol fenyl sulfát, fenyl glukuronid u toluen k. benzoová k. hippuronová u ethanol acetaldehyd k. octová u methanol formaldehyd k. mravenčí Ing. Zuzana Honzajková ová
Coprin blokuje aldehydehydrogenásu Hnojník inkoustový (Coprinopsis atramentaria), Hnojník třpytivý (Coprinellus micaceus), Hnojník význačný (Coprinopsis insignis)
Paracetamol (acetaminophen) NAPQI navázaný na jaterní buňku N-acetyl-pbenzochinonimin (NAPQI) Zdroj: Guengerich, P. F., Cytochrome P450s and Other Enzymes in Drug Metabolism and Toxicity, AAPS Journal. 2006; 8(1).
Kde biotransformace probíhá u Játra většina biotransformací Ing. Zuzana Honzajková ová
Játra se dokáží regenerovat - pověst o Prométheovi
Poškození jater u steatóza - akumulace tuků v hepatocytech (jaterní buňky) u hepatitická nekróza - odumírání jaterních buněk následkem akutní expozice (př. muchomůrka zelená) u toxická hepatitida - zánět jater, akutní i chronický (př. ethanol, halogenované uhlovodíky, aromatické aminy, fenoly, Pb) u cirhóza jater - tvorba vazivové tkáně v játrech, ubývá funkční tkáň, obvykle při chronické expozici (př. ethanol, methanol, vinylchlorid, arsen) u zhoubné nádory jater - (př. vinylchlorid, arsen, polyaromatické uhlovodíky, aflatoxiny) Ing. Zuzana Honzajková ová
Ovlivnění biotransformace u genetické faktory - př. fenylketonurie u induktory a inhibitory mikrosomálních enzymů - induktory zvyšují aktivitu enzymů, inhibitory snižují u onemocnění jater u onemocnění srdce - nedostatečný průtok krve játry u věk - nejcitlivější děti (ještě nevyvinuté mechanismy), starší lidé (opotřebované mechanismy) u štěpení některých metabolitů ve střevech a jejich zpětná resorpce - entherohepatální oběh (př.digitoxin) u pohlaví - u hlodavců samci biotransformují rychleji než samice, u člověka neprokázáno Ing. Zuzana Honzajková ová
Vylučování u xenobiotikum je vylučováno: z jednotlivých orgánů a tkání - eliminace z celého těla exkrece u ledviny - hlavní orgán vylučování z těla u dalšími vylučovacími orgány jsou: játra - metabolity žlučí do střeva a do stolice, plíce - vydechováním těkavých látek GIT - stolicí u jiné cesty - sliny, slzy, pot, mateřské mléko Ing. Zuzana Honzajková ová
Ledviny hlavni vylučovací orgán u průměrná ledvina dospělého člověka je asi 10 cm dlouhá, až 7,5 cm široká a téměř 5 cm hluboká, váží asi 15 dkg a má tmavočervenou barvu; její tvar je fazolovitý Ing. Zuzana Honzajková ová
Nefron u Nefron je základní stavební a funkční jednotka ledviny. každá ledvina jich obsahuje přibližně 1 milion. u Nefron se skládá z glomerulu, Bowmanova pouzdra, proximálního tubulu, Henleovy kličky, distálního tubulu a sběracích kanálků.
Glomerulus
Ovlivnění vylučování u ph moči chceme-li vyloučit kyselé (př. acylpyrin, barbituráty), zvýšíme ph moči NaHCO3 (jedlá soda) chceme-li vyloučit bazické (př. amfetaminy), snížíme ph moči NH 4 Cl (regulátor kyselosti v potravinářství) u poškození ledvin následky - v těle se hromadí některé odpadní látky, např. močovina nebo kreatinin, zvýšení krevního tlaku, Ing. Zuzana Honzajková ová
Kinetika vylučování u nejjednodušší případ - hladina klesá exponenciálně s časem 1. rychlost dc/dt = - k.c c...koncentrace právě přítomná t...čas k...konstanta 2. právě přítomná koncentrace integrací v čase t 0 = 0 do t c t...koncentrace v čase t c t = c 0. e -kt c 0...počáteční koncentrace 3. poločas vylučování - právě polovina látky v těle 2c t = c 0 T = ln2/k Ing. Zuzana Honzajková ová
Souhrn: Xenobiotikum silně lipofilní - metabolickystabilní lipofilní polární Akumulace v tukové tkáni 1 fáze biotransformace aktivace nebo inaktivace oxidace, redukce, hydrolýza polární 2 fáze biotransformace konjugační reakce hydrofilní extracelulární tekutiny vylučování játry cirkulace v plazmě exkrece ledvinami Ing. Zuzana Honzajková ová