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 PDH acetil-koa β-oxidáció acil-koa citrátkör C 2 mitokondrium
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.)
Biotranszformáció: azon biokémiai reakciók és transzport folyamatok összessége, amelyek a xeno/endobiotikumokat inaktív és rendszerint vízoldékonyabb kiürítésre alkalmas molekulákká alakítják.
mérgező lehet A biotranszformáció fázisai X-H X-H xenobiotikum gyakran mérgezőbb a kiindulóvegyületnél endobiotikum előkészítés: I. fázis funkciós csoportot tartalmazó intermedier konjugáció: II. fázis E-H E-H biológiailag aktív lehet biológiailag aktív vegyület rendszerint nem mérgező és vízoldékony X--Y konjugált végtermék E--Y rendszerint inaktív kiürítés: III. fázis epe v. vizelet epe v. vizelet
Előkészítés I. fázis cél: funkciós csoportok (-H, -NH 2, -SH, -C - 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
I. fázis reakciói
Azo-redukció H 2 N NH 2 H 2 N N N S 2 NH 2 H 2 N + Prontosil NH 2 H 2 N S 2 NH 2 szulfonamid sulfanilamide Nitro-redukció nitrobenzol N 2 N NHH NH 2 N 2 NH 2 anilin chloramphenicol (antibacterial) kloramfenikol CHH CHH HCH 2 CHNHCCHCl 2 HCH 2 CHNHCCHCl 2
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 C H C As 5+ As 3+
Hidrolízis észterek CH CCH 3 + H 2 CH H + HCCH 3 acetylsalicylic acid acetil-szalicilsav amidok H 2 N S CH 3 RCNH N penicillins penicillinek S CH 3 CH 3 CH RCH +H 2 RCNH HC N N H CH 3 CH S CH 3 CH 3 CH
Monooxigenálás
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
P450-reduktáz P450-reduktáz
Citokróm P450 monooxigenáz és P450-reduktáz NADPH + H + E-FAD E-FMNH 2 2 A-H P450-reduktáz CYP450 NADP + E-FADH 2 E-FMN H 2 A-H
Hidroxiláció H benzol Benzene fenol Phenol
Epoxidáció H Benzo[a]pyrene benzo[a]pirén H benzo[a]pirén- Benzo[a]pyrene 7,8-oxide 7,8-epoxid
Dezalkilálás H 2 C CH 3 H + H o C CH 3 N N H C CH 3 H C CH 3 Phenacetin Acetaminophen Acetaldehyde fenacetin acetaminofen acetaldehid
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, 2..10... >97% aa hasonlóság (polimorfizmus) CYP 3 A 4 *15 A-B család >40% szekvenciahomológia izoenzim alcsalád >55% szekvenciahomológia allél
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
Az első fázis biológiai/farmakológiai hatása pentobarbitál (aktív) hidroxi-pentobarbitál (inaktív) dietil-stilbösztrol karcinogén epoxid
acetil-szalicilsav Acetylsalicylic Acid ACTIVE(aktív) analgesic C 2 H szalicilsav (aktív) Salicylic acid ACTIVE analgesic C 2 H CCH 3 H 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 C H H H metanol (aktív depresszáns) Methanol ACTIVE CNS depressant CH 3 H formaldehid Formaldehyde (méreg) TXIC HCH ( ) hangyasav Formic Acid (méreg) TXIC ( ) HCH
H H H H H H H H H H H H H NH H DNA P450IA1 Epoxide hydrolase P450IIIA4 7,8-epoxide 7,8-dihydrodiol 9,10-epoxide Protein 7,8-dihydrodiol H H H H H H H H H H H H H NH H DNA 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
II. Fázis Konjugáció
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
endobiotikum xenobiotikum VÉR citoplazma konjugált termék III. fázis EPE konjugált termék ER lumen endobiotikum xenobiotikum I. fázis II. fázis konjugálandó szubsztrát konjugálandó szubsztrát konjugált termék konjugált termék UGT
Szulfatálás S 4 2- ATP PP i ATP APS ADP szulfotranszferáz acetaminofen
Glutationos konjugáció Glu glutation S-transzferáz glutamil- transzferáz glutation (GSH) acetiláz ciszteinil- glicináz Gly acetyl-s-coa HS-CoA merkaptursavszármazék
Aminosavas konjugáció glicin N-aciltranszferáz benzoesav benzoil-koa hippurát
Acetilálás transzacetiláz HS-CoA prokainamid acetil-koa N-acetil-prokainamid
Metilálás ATP Metionin PP i + P i +SAH noradrenalin 3-metoxi-noradrenalin +SAH adrenalin
III. Fázis kiürítés
endobiotikum xenobiotikum X HEPATCITA MRP1/3/6 vér ATPA/B/C/8 PGT X hct1 NTCP endoplazmás retikulum X-H X-konjugátum epe sejtmag citoplazma MRP2 MDR1/3 BSEP
ABC transzporterek citoplazma citoplazma nukleotidkötő domének (NBD) pumpa (MRP) motor (NBD) ABC: ATP-binding cassette csatorna (CFTR)
A gyógyszermetabolizáló enzimek polimorfizmusáról
A koleszterin mint endobiotikum koleszterin NADPH 22-hidroxi-koleszterin NADPH 20,22-dihidroxi-koleszterin NADPH kortizol pregnenolon 2 NADPH Izokaproaldehid
koleszterin A koleszterin biotranszformációja CYP450 monooxigenázok glikokolát (konjugált epesav) Kolát (epesav)
hem-oxigenáz hem A hem biotranszformációja biliverdinreduktáz
A hem biotranszformációja UDPglukuronoziltranszferáz 2 UDP-glukuronsav 2 UDP bilirubin-diglukuronid
A biotranszformációs enzimek transzkripciós szintű szabályozása
Aromás szénhidrogének RS/elektrofilek/antioxidánsok Fenobarbitál Rifampicin Fibrátok Dexametazon Ligand által aktivált transzkripciós faktor AhR Nrf2 CAR PXR PPARα GR CYP-ek, UGT-k és más biotranszformáló fehérjék indukciója Xeno/endobiotikumok detoxifikálása Endobiotikumok homeosztázisa AhR, Ah-receptor; CAR, konstitutív androsztánreceptor; GR, glukokortikoidreceptor; Nrf2, magi erythroid-related faktor 2; PXR, pregnán X receptor; PPARα, peroxiszómaproliferátor-aktivált receptor α Bock KW. Biochemical Pharmacology 2011, 82(1): 9-16
Citoplazma Sejtmag Ligand Hsp90 Hsp90 XRE/DRE RS, elektrofil vegy.-ek Nrf2 lebontása ARE/EpRE ARE/EpRE: antioxidant/electrophile response element, XRE/DRE: xenobiotic/dioxin response element NQ: NAD(P)H:kinon oxidoreduktáz
AH: poliaromás szénhidrogén metilkolantrén (MC) benz[a]pirén (BaP) halogénezett AH (Ezek némelyikét nem tudják átalakítani a biotranszformációs enzimek.) tetraklorobifenil (PCB)
Dioxin Először szennyeződésként fedezték fel a lombirtó vegyi fegyverben (Agent range), a vietnámi háborúban (1964-73). teratogén anenkefáliát, szájpadhasadékot, gerinczáródási zavart, abortuszt okoz, ami a reténsavmetabolizmus zavarának következménye antiösztrogén felgyorsítja az ösztrogénlebontást
http://markmyprofessor.com/tanar/adatlap/21777.html