Biotranszformáció. Csala Miklós. Semmelweis Egyetem Orvosi Vegytani, Molekuláris Biológiai és Patobiokémiai Intézet

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Biotranszformáció. Csala Miklós. Semmelweis Egyetem Orvosi Vegytani, Molekuláris Biológiai és Patobiokémiai Intézet"

Tamás Mezei
7 évvel ezelőtt
Látták:

1 Biotranszformáció Csala Miklós Semmelweis Egyetem Orvosi Vegytani, Molekuláris Biológiai és Patobiokémiai Intézet

2 Endobiotikumok: endogén vegyületek, amelyek nem tudnak lebomlani és energiát szolgáltatni a sejtben. Rendszerint hidrofób, kis vízoldékonyságú anyagok, ezért könnyen felhalmozódnak és mérgezővé válnak. (pl. koleszterin, szteroid hormonok, katekolaminok, hem, eikozanoidok stb.) Xenobiotikumok: hasonló természetű exogén vegyületek. (pl. a táplálék természetes főleg növényi eredetű összetevői; tartósítószerek, rovarirtó-, növényvédőszerek, gyógyszerek, környezetszennyező anyagok stb.)

3 Biotranszformáció: azon biokémiai reakciók és transzport folyamatok összessége, amelyek a xeno/endobiotikumokat inaktív és rendszerint vízoldékonyabb kiürítésre alkalmas molekulákká alakítják.

4 mérgező lehet A biotranszformáció fázisai X-H X-OH xenobiotikum gyakran mérgezőbb a kiindulóvegyületnél endobiotikum előkészítés: I. fázis funkciós csoportot tartalmazó intermedier konjugáció: II. fázis E-H E-OH biológiailag aktív lehet biológiailag aktív vegyület rendszerint nem mérgező és vízoldékony X-O-Y konjugált végtermék E-O-Y rendszerint inaktív kiürítés: III. fázis epe v. vizelet epe v. vizelet

5 Előkészítés I. fázis cél: funkciós csoportok (-OH, -NH 2, -SH, -COO - stb.) létrehozása oxidáció hidroxiláció aromás, alifás, nitrogén dezalkiláció (N-, S-, P) dezamináció N-, S-, P- oxidációk S-kicserélés epoxidáció egyebek Enzimek: redukció azo redukció nitro redukció diszulfid redukció egyebek monooxigenázok dioxigenázok dehidrogenázok hidrolázok hidrolízis észterek amidok

6 I. fázis reakciói

7 azo redukció H 2 N NH 2 H 2 N N N SO 2 NH 2 H 2 N + Prontosil NH 2 H 2 N SO 2 NH 2 szulfonamid sulfanilamide nitro redukció nitrobenzol NO 2 NO NHOH NH 2 NO 2 NH 2 anilin chloramphenicol (antibacterial) kloramfenikol CHOH CHOH HOCH 2 CHNHCCHCl 2 HOCH 2 CHNHCCHCl 2 O O

8 diszulfid redukció CH 3 CH 2 N CH 3 CH 2 S S S CH 2 CH 3 CH 3 CH 2 C SS C N 2 N C CH 2 CH 3 CH 3 CH 2 Disulfiram (Anatabuse ) SH egyéb redukciók C C C C O C OH C As 5+ As 3+

9 Hidrolízis észterek COOH OCCH 3 O + H 2 O COOH OH + HOCCH 3 O acetylsalicylic acid acetil-szalicilsav amidok O O H 2 N S CH 3 RCNH N O penicillins penicillinek S CH 3 CH 3 COOH RCOH O +H 2 O O RCNH HOOC N N H CH 3 COOH S CH 3 CH 3 COOH

10 Monooxigenálás

11 Citokróm P450 enzimek hemet tartalmazó fehérjék a kevert funkciójú oxigenáz elektrontranszfer rendszer terminális tagjai a sima felszínű endoplazmás retikulumban találhatók (minden sejttípusban) NADPH-t használnak monooxigenáláshoz széles a szubsztrátskálájuk (csekély a specificitásuk) jelentős polimorfizmust mutatnak indukálhatók

12 P450-reduktáz P450-reduktáz

13 Citokróm P450 monooxigenáz és P450-reduktáz NADPH + H + E-FAD E-FMNH 2 O 2 A-H P450-reduktáz CYP450 NADP + E-FADH 2 E-FMN H 2 O A-OH A-H O 2 NADPH + H + citokróm P450 (hem) és P450- reduktáz (FAD, FMN) NADP + H 2 O A-OH

14 FAD FAD FMN FAD FMN FAD FMN FAD FMN FAD

15 Hidroxiláció OH benzol Benzene fenol Phenol

16 Epoxidáció H Benzo[a]pyrene benzo[a]pirén O H benzo[a]pirén- Benzo[a]pyrene 7,8-oxide 7,8-epoxid

17 Dezalkilálás O H 2 C CH 3 OH + H o C CH 3 N N H C CH 3 H C CH 3 O Phenacetin O Acetaminophen Acetaldehyde fenacetin acetaminofen acetaldehid

18 A P450 gén szupercsalád Nomenklatúra: CYPCsalád/Alcsalád/Gén Család = 1, 2, 150 ~40% aa hasonlóság Alcsalád = A, B, H 55-65% aa hasonlóság Gén = 1, >97% aa hasonlóság (polimorfizmus) CYP 3 A 4 *15 A-B család >40% szekvenciahomológia izoenzim alcsalád >55% szekvenciahomológia allél

19 Citokróm P450 enzimek A CYP izoenzimek főleg a májban expresszálódnak CYP 1A2 13% CYP 1A6 8% CYP 2D6 2% other CYP 2A6 7% 4% CYP 2C6 6% CYP distribution CYP 2E1 13% CYP 3 31% CYP 2C11 16% CYP 3 CYP 2C11 CYP 2E1 CYP 2C6 CYP 1A6 CYP 1A2 CYP 2A6 CYP 2D6 other

20 A CYP izoenzimek szubsztrát-specificitása CYP 1A2, CYP 2A-E, CYP 3A4 CYP 2E1 kicsi méret nagy CYP 3A4 CYP 2C9 savas közepes pk bázikus a CYP 2D6 neutrális CYP 1A2, CYP 2A, 2B CYP 2B6 magas planaritás lapos CYP 1A2 CYP 2A6 közepes Lit: D.F.V. Lewis Biochem. Pharmacol. 60 (2000) 293

21 A gyógyszermetabolizáló enzimek polimorfizmusáról

22 A P450 allélek genotipizálása ( DNA-chip )

23 Az első fázis biológiai/farmakológiai hatása pentobarbitál (aktív) hidroxi-pentobarbitál (inaktív) dietil-stilbösztrol karcinogén epoxid

24 acetil-szalicilsav Acetylsalicylic Acid ACTIVE(aktív) analgesic CO 2 H szalicilsav (aktív) Salicylic acid ACTIVE analgesic CO 2 H OCCH 3 OH O kodein Codeine (aktív kábító ACTIVE fájdalomcsillapító) narcotic analgesic morfin (még aktívabb kábító fájdalomcsillapító) Morphine ACTIVE (more potent) narcotic analgesic H N CH 3 H N CH 3 H H H 3 CO O OH HO O OH metanol (aktív depresszáns) Methanol ACTIVE CNS depressant CH 3 OH formaldehid Formaldehyde (méreg) TOXIC HCH O ( ) hangyasav Formic Acid (méreg) TOXIC ( ) HCOH O

25 O HO HO O HO OH HO HO HO HO HO HO O O HO HO HO NH HO DNA O P450IA1 Epoxide hydrolase P450IIIA4 7,8-epoxide 7,8-dihydrodiol 9,10-epoxide Protein 7,8-dihydrodiol O HO HO O HO OH HO HO HO HO HO HO O O HO HO HO NH HO DNA O P450IA1 Epoxide hydrolase P450IIIA4 7,8-epoxide 7,8-dihydrodiol 9,10-epoxide Protein 7,8-dihydrodiol A benzpirén metabolikus aktiválása A benzpirén metabolikus aktiválása

26 II. Fázis Konjugáció

27 Glukuronidáció glukóz-1-foszfát UGT: UDP-glukuronozil-transzferáz UTP PP i 2NAD + 2NADH + 2H + UDP-glukóz acetaminofen +UDP +UDP UDP-glukuronsav ibuprofen p-aminoszalicilsav +UDP

28 endobiotikum xenobiotikum VÉR citoplazma konjugált termék III. fázis EPE konjugált termék ER lumen endobiotikum xenobiotikum GUS I. fázis II. fázis konjugálandó szubsztrát konjugálandó szubsztrát konjugált termék konjugált termék UGT

29 Szulfatálás SO 4 2- ATP PP i ATP APS ADP szulfotranszferáz acetaminofen

30 Glutationos konjugáció Glu glutation S-transzferáz glutamil- transzferáz glutation (GSH) acetiláz ciszteinil- glicináz Gly acetyl-s-coa HS-CoA merkaptusavszármazék

31 Aminosavas konjugáció glicin N-aciltranszferáz benzoesav benzoil-koa hippurát

32 Acetilálás transzacetiláz HS-CoA prokainamid acetil-koa N-acetil-prokainamid

33 Metilálás ATP Metionin PP i + P i +SAH noradrenalin 3-metoxi-noradrenalin +SAH adrenalin

35 III. Fázis kiürítés

36 endobiotikum xenobiotikum X HEPATOCITA MRP1/3/6 vér OATPA/B/C/8 PGT X hoct1 NTCP endoplazmás retikulum X-OH X-konjugátum epe sejtmag citoplazma MRP2 MDR1/3 BSEP

37 ABC transzporterek citoplazma citoplazma nukleotidkötő domének (NBD) pumpa (MRP) motor (NBD) ABC: ATP-binding cassette csatorna (CFTR)

38 A koleszterin mint endobiotikum koleszterin NADPH 22-hidroxi-koleszterin NADPH 20,22-dihidroxi-koleszterin NADPH kortizol pregnenolon O 2 NADPH Izokaproaldehid

39 koleszterin A koleszterin biotranszformációja CYP450 monooxigenázok glikokolát (konjugált epesav) Kolát (epesav)

40 hem-oxigenáz hem A hem biotranszformációja biliverdinreduktáz

41 A hem biotranszformációja UDPglukuronoziltranszferáz 2 UDP-glukuronsav 2 UDP bilirubin-diglukuronid

42 A biotranszformációs enzimek transzkripciós szintű szabályozása: az Ah-receptor

44 DRE = dioxin response element XRE= xenobiotic RE

45 AH: poliaromás szénhidrogén metilkolantrén (MC) benz[a]pirén (BaP) halogénezett AH (Ezek némelyikét nem tudják átalakítani a biotranszformációs enzimek.) tetraklorobifenil (PCB)

46 Dioxin Először szennyeződésként fedezték fel a lombírtó vegyi fegyverben (Agent Orange), a vietnámi háborúban ( ). teratogén anenkefáliát, szájpadhasadékot, gerinczáródási zavart, abortuszt okoz, ami a reténsavmetabolizmus zavarának következménye antiösztrogén felgyorsítja az ösztrogénlebontást

47 Alkoholmetabolizmus

48 LD 50 Comparison Chemical LD 50 (mg/kg) Ethyl Alcohol 10,000 Sodium Chloride 4,000 Ferrous Sulfate 1,500 Morphine Sulfate 900 Strychnine Sulfate 150 Nicotine 1 Black Widow 0.55 Curare 0.50 Rattle Snake 0.24 Dioxin (TCDD) Botulinum toxin

49 endoplazmás retikulum O 2 NADPH + H + CYP2E1 citoplazma etanol CH 3 -CH 2 -OH NAD + alkoholdehidrogenáz (ADH) peroxiszóma kataláz H 2 O 2 NADP + 2H 2 O O 2 NADPH + H + acetaldehid CH 3 -CHO NADH + H + H 2 O NAD + 2H 2 O NADP + H 2 O + H + CYP2E1 acetát CH 3 -COO - NADH + H + H + KoA-SH ATP aldehiddehidrogenáz acetil-koaszintetáz AMP + PP i polimorfizmus, Antethil (diszulfiram) acetil-koa CH 3 -CO-S-KoA mitokondrium

50 Az acetil-koa-túlkínálat és a redox shift következményei magas [ NADH ] + [ NAD ] zsírsav-oxidáció enzimei citrátkör enzimei csökkent acetil-koaoxidáció csökkent zsírsav-oxidáció glicerin-3pdehidrogenáz glicerin-3pfelhalmozódás fokozott zsírsavszintézis hiperlipidémia zsírmáj LDH tejsavas acidózis

51 Az acetaldehidémia következményei adduktképződés apolipoproteinek tubulin fehérjeszekréciós zavar csökkent VLDL-termelés zsírmáj DNS-hibajavító enzimek GSH csökkent antioxidáns védelem csökkent VLDLszekréció DNSkárosodások oxidatív stressz mutációk rák

52 CYP2E1 indukciója CYP2E1 gén CYP2E1 mrns CYP2E1 fehérje + ubiquitin (+ ATP) + etanol CYP2E1 fehérje ubiquitin CYP2E1 fehérje etanol proteaszomális lebontás T ½ 7 óra lizoszomális lebontás T ½ 37 óra hem + aminosavak + ubiquitin hem + aminosavak

53 A CYP2E1 indukciójának következményei hipoxia oxidatív stressz mérgező intermedierek felhalmozódása a gyógyszer/hormon-metabolizmus megváltozása

54 Az etanol megzavarja a gyógyszer-metabolizmust A CYP 2E1 C CYP 2E1 A: nem iszákos és most sem ivott B: nem iszákos, de most ivott C: iszákos, de most nem ivott D: iszákos és most is ivott X-OH etanol X-OH etanol B CYP 2E1 D CYP 2E1 X-OH X-OH

55 Warnings Proposed for Over-the-Counter Drugs Published: December 20, 2006 More than 200 million Americans a year take products like Tylenol with acetaminophen, and overdoses cause up to 450 deaths a year from acute liver failure. In addition to deaths associated with liver failure, acetaminophen is the leading cause of calls to poison control centers and is responsible for an estimated 56,000 emergency room visits and 2,600 hospitalizations every year.

56 acetaminofen CYP2E1 (1A2, 3A4) szulfotranszferáz UDP-glukuronoziltranszferáz ártalmatlan konjugált termékek NAPQI (N-acetylp-benzoquinone imine) toxikus intermedierek Az acetaminofen hepatotoxicitása ROS-termelődés oxidatív stressz sejtmakromolekula ártalmatlan Cys / mercaptursav konjugátumok

Hasonló dokumentumok

Biotranszformáció. Csala Miklós. Semmelweis Egyetem Orvosi Vegytani, Molekuláris Biológiai és Patobiokémiai Intézet

Biotranszformáció. Csala Miklós. Semmelweis Egyetem Orvosi Vegytani, Molekuláris Biológiai és Patobiokémiai Intézet Biotranszformáció Csala Miklós Semmelweis Egyetem rvosi Vegytani, Molekuláris Biológiai és Patobiokémiai Intézet direkt bilirubin hem (porfirin) X koleszterin X epesavak piruvát acil-koa citoplazma piruvát