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 H 2 O Cílem je inaktivace, zvýšení rozpustnosti a vyloučení z organismu
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
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 + O 2 + NADPH+H + R OH + H 2 O + 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) -CH 3 (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 + glycin fenylsulfát 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 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
epoxid může být dále metabolizován epoxidhydrolázou (= deaktivace) nebo reaguje s bázemi NK (= mutagenní nebo karcinogenní účinek)
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
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 b) se nachází volně v cytoplazmě c) využívá NADPH d) se podílí na mtb steroidů ANO NE ANO ANO
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
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
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 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
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
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
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 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
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
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
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 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
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
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
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 b) inhibuje citrátový cyklus c) aktivuje β-oxidaci d) inhibuje glukoneogenezi NE ANO NE ANO