Wydalanie z moczem

• Substancje dobrze rozpuszczalne w wodzie

• Substancje o małej masie cząsteczkowej (do 70000)

pH moczu

• Bydło, koń mocz zasadowy bardzo dobre wydalanie związków o charakterze słabych kwasów

• U pozostałych zwierząt odwrotnie

Aktywny transport dokanalikowy

• Transport dla anionów

Salicylany, kwasy sulfonowe sprzężone z glicyną, PAPS, UDPGA; dwunitrofenol; unitiol (odtrutka stosowana przy zatruciach metalami)

• Transport dla kationów

Chinina

Dopamina

Parakwat (herbicyd o bardzo wysokiej toksyczności)

Wydalanie z moczem to rzeczywista detoksykacja!

Biotransformacja (metabolizm ksenobiotyków)

Brak specyficznych sposobów metabolizmu ksenobiotyków, ten sam mechanizm co dla substancji endogennych

Faza I (przygotowanie do sprzęgania)

Hydroliza

Utlenianie

Redukcja

Zwiększa się polarność związków ~duże znaczenie dla związków lipofilnych (umożliwia ich sprzęganie)

Faza II Sprzęganie - koniugacja

Reakcje oksydacyjno-redukcyjne

- Mikrosomalne (przede wszystkim - enzymy z mikrokosmków)

• Hydroksylacja

• Oksydacyjna deaminacja

• -N i -S oksydacja

• Epoksydacja

• Desulfuryzacja

Zachodzą przy udziale zespołu enzymów - cytochrom P-450 związany z reduktazą cytochromu P-450 zależną od NADPH₂, różnego rodzaju oksydazy

Cechy cytochromu P-450

Szeroka specyficzność! Wynikająca z faktu, iż jest duża liczba izoenzymów cytochromu P-450, charakteryzuje je ich własna specyficzność

RH (ksenobiotyk)

R-OH; H₂O


P-450 Fe⁺³

Wytworzenie kompleksu

Tworzą się związki

elektrofilne

(cb5) ē

RH P-450 Fe⁺² RH P-450 Fe⁺³

oksycytochrom

O₂ Reduktaza c. P-450 zależna

NADPH2

RH P-450 Fe⁺²

O₂ ē Przyjęcie elektronu

W sumie uzyskujemy związki o ↑ polarności. Dochodzi także do naprzemiennego utleniania i redukcji Fe w cytochromie.

Hydroksylacja

Np.: OH

O

naftalen naften

OH

O

stają się rozpuszczalne w wodzie

• wymiana podstawników (F, -Cl, -Br, -NO₂)

doprowadza zwykle do ↓ toksyczności związku

Oksydacyjna deaminacja

Zawsze dochodzi do uwolnienia NH₄⁺

O

Amfetamina fenyloaceton

↑ działania toksycznego przez ↑ stężenia NH₄⁺

-N i -S oksydacja

R-NH₂ R-NO ↑ (o wyższej toksyczności niż aminy wyjściowe)

-S-O (też ↑ toksyczność od substratu wyjściowego)

S

O O (czasami toksyczność ↑ a czasami ↓)

Epoksydacja

Polega na wytworzeniu mostka tlenowego między 2 tlenami gwałtowny wzrost toksyczności chronicznej, odległej, działanie kancerogenne.

Np.: Chlorek winylu tlenek chloroetylenu

O

CH₂ = CHCl H₂C CHCl

O

Desulfuryzacja

Podstawienie -S tlenem

Np.:

Paration Paraokson (bardzo duża toksyczność)

Reakcje redukcji

Reduktazy mikrosomalne, źródłem elektronów dla nich są NADPH₂ i FADH₂.

• Grupy nitrowe i nitrozowe

NHOH

NO₂ NO

Redukcja

NO₂ fenolohydroksyloaminy o ↑ T

działanie kancerogenne i metHb

nitrobenzen

NH₂

Anilina

• Dwusiarczki Merkaptany (↓ toksyczność)

C₂H₅-SS-C₂H₅ 2C₂H₅SH

tiuram

• CCl₄ ^•CCl₃ - rodnik trichlorowęglowy o ↑ toksyczności

Reakcje utleniania pozamikrosomalnego

W ciągu tych reakcji alkohole przechodzą w aldehydy o ↑ toksyczności a te z kolei mogą przechodzić w kwasy o jeszcze ↑ toksyczności.

Enzymy cytozolowe

Etanol Aldehyd octowy (↑ toks.)

Dehydrogenaza alkoholowa

NAD

NADH₂

ADL

Aldehyd Dehydrogenaza Kwas (↑ toks.)

aldehydowa

NAD

NADH₂

Reakcje hydrolizy

Biorą w nich udział nieswoiste esterazy, amidazy

• Estry kwas + alkohol (↓ toksyczność)

np.: Ach cholina + kwas octowy; P-organiczne

• Amidy kwas + alkohol + ZAWSZE uwolnienie NH₄⁺ (↑)

• Karbaminiany (herbicydy, fungicydy, insektycydy) alkohol + kwas (karbaminowy)

Mocznik (↓ toks.) Uretan (↑ toks.)

• Nitryle aromatyczne kwas benzoesowy - konserwant (powstaje związek o ↓ toksyczności)

• Nitryle alifatyczne uwolnienie grupy cyjanowej o ↑ toksyczności

Np.: acetonitryl

CH₃-CN CH₃COOH + CN↑

Reakcje koniugacji (reakcje sprzęgania)

Warunki:

1. Obecność aktywnej formy

2. Przeniesienie aktywnej formy na akceptor

Możliwości:

A.

1. Aktywny związek endogenny

Np.: UDPGA, PAPS, SAM, acetylo-CoA, glutation

2. Ksenobiotyk (nieaktywny)

B.

1. Ksenobiotyk aktywny

2. Związek endogenny nieaktywny: sprzęganie z GLY, glutaminą, ornityną, tauryną (głównie u ptaków), argininą

W organizmie zachodzi sprzęganie związków z:

• Sprzęganie z aminokwasami: glicyną, glutaminą, ornityną, tauryną, argininą

• Sprzęganie z aktywnym kwasem glukuronowym: alkohole, fenole i ich siarkowe analogi, aminy, kwasy karboksylowe

Synteza kwasu glukuronowego aktywnego:

Glukozo-1-fosoran UDPGA kwas urydylodwufosfoglukuronowy

urodynilotransferaza

R-OH koniugacja z UDPGA

Glukuronozylotransferaza

UDP Glukuronid

Bardzo dobrze rozpuszczalny w wodzie możliwe jego rzeczywiste wydalenie

Im więcej ksenobiotyku podlega koniugacji z UDPGA tym szybkość sprzęgania jest większa, ogólnie w organizmie możliwość sprzęgania z UDPGA jest olbrzymia.

Jednakże przy braku glukozy reakcja nie zachodzi, np. podczas:

• Głodzenia

• Hipoglikemii

• Cukrzycy (glukoza uwięziona poza komórką)

• Sprzęganie z aktywnym kwasem siarkowym

Fenole, alkohole, aminy

Np.: heparyna, adrenalina, serotonina, cholina

Aby powstał aktywny kwas siarkowy „PAPS”, potrzeba ATP, kinaz, źródła siarczanów SO₄^-,

którym są aminokwasy siarkowe egzogenne.

PAPS

R-OH

Sulfotransferazy

Siarczan ksenobiotyku ADP

Wzrost ilości substratów (ksenobiotyku) nie powoduje ↑ szybkości sprzęgania. Często zdarza się, że możliwość sprzęgania z aktywnym kwasem siarkowym szybko się wyczerpuje.

• Sprzęganie z aktywną metioniną METYLACJA

Fenole, alkohole

Aminy alifatyczne, aminy aromatyczne

Metionina

ATP

P₂O₇^-4

SAM S-adenozylometionina

SAM

R-NH₂

Transferazy adenozylometioninowe

R-NHCH₃

S-adenozylohomocysteina

• Sprzęganie z acetyloCoA ACETYLACJA

Aminy aromatyczne i alifatyczne (niektóre)

CH₃CO-S-CoA

R-NH₂ N-acetylotransferaza

R-NHCOCH₃

CoA-SH

Procesy II fazy są związane z detoksykacją związku; powstają związki o ↓ toksyczności, rozpuszczalne w wodzie mogą być rzeczywiście wydalone z organizmu.

Mało jest przykładów r-cji II fazy, podczas której dochodzi do ↑ toksyczności np.:

Acetylacja sulfonamidów podczas acetylowania form w środowisku kwaśnym może dochodzić do wytrącenia kryształów działających uszkadzająco na kanaliki nerkowe.

• Sprzęganie z glutationem

Procesy te zachodzą przy udziale arylo-, epoksydo-, alkilotransferaz

Związki aromatyczne kwasy merkapturowe

W taki sposób są sprzęgane epoksydy

• Sprzęganie z aminokwasami

Aktywacji ulega ksenobiotyk

W tym procesie sprzęganiu mogą ulegać aromatyczne i heterocykliczne kwasy karboksylowe, np.:

Kwas benzoesowy

ATP CoA-SH

BenzoiloCoA

Glicyna Acetylotransferaza glicynowa

Kwas CoA

Hipurowy

W miejsce glicyny może także wchodzić glutamina (dla fenylooctanu); bądź też ornityna u ptaków, co prowadzi do powstania kwasów ornitynowych.

Czynniki wpływające na biotransformację

Genetyczne

Np.: utlenianie heksobarbitalu

Mysz > królik, szczur > pies, człowiek

Desulfatacja tiobarbituranów

Szczur, mysz (↑); człowiek (brak)

Fizjologiczne

• Stan fizjologiczny

• Wiek

• Płeć

• Hormony płciowe męskie (aktywują cytochrom P-450)

Sprzęganie FENOLU, % wydalania jako

	Siarczan	Glukuronid
Człowiek	78	16
Kot, ryby	100	0	↑ Toksyczność
Pies	82	18
Królik	54	46
Szczur	55	44
Mysz	51	50
Świnka morska	18	82

Indukcje enzymów mikrosomalnych

(przez zanieczyszczenia środowiskowe)

• Związki o działaniu fenobarbitalu

Działa tak wiele barbituranów, chlorowane węglowodory, DDT, etanol

Jest to stymulacja mało swoista, efekt pojawia się po kilku dniach, obserwuje się ogólny wzrost masy wątroby, zwiększa się zawartość białka i fosfolipidów, wzrasta poziom cytochromu P-450, wyraźny wzrost aktywności reduktazy c P-450 zależnej od NADPH₂, proliferacja ER gładkiego i śródplazmatycznego.

• Policykliczne węglowodory

Np.: benzopiren

Szybka indukcja, efekt po kilku godzinach, ↑ masy wątroby po dłuższym okresie, ↑ aktywności c P-450 bez zmian aktywności reduktazy, nie obserwuje się proliferacji ER

Inhibicje enzymów mikrosomalnych

CO, metale ciężkie

Biotransformacja a toksyczność

• Utlenianie

Alkohol aldehyd o ↑ toksyczności

• Hydroliza

Alkilonitryle CN^- o ↑ toksyczności

• Epoksydacja

Grupa epoksydowa o ↑ toksyczności

• -N i -S oksydacja

-NO, -SO, O-S-O o ↑ toksyczności

• Hydroksylacja

Aminy hydroksyloaminy o ↑ toksyczności

• Acetylacja

Sulfonamidy

• Metabolity tworzące wiązania kowalencyjne ze strukturami komórek

• Tworzenie wolnych rodników nadtlenkoalkilowych CCl₃O₂, OH, O₂

Parametry toksykokinetyczne pozwalają na:

• Przewidywanie stężenia ksenobiotyków w organizmie

• Dystrybucja

• Szybkość wydalania

• Ustalenie czasu działania

• Ustalenie miejsca działania

• Ustalenie skutków działania

• Podstawy do terapii

Mechanizm działania toksycznego

Teoretyczno-poznawcze wartości

Podstawa do:

• Klasyfikacji trucizn pod względem zagrożenia dla organizmu

• Opracowanie testów diagnozowania

• Opracowanie postępowania terapeutycznego i zapobiegawczego

Działanie trucizn:

• Ogólnoustrojowe np.: cytotoksyczne

• Wybiórcze

• Działanie odległe (efekt pojawia się po długim okresie latencji) np.: działanie genotoksyczne, kancerogenne, teratogenne

• Działanie typu dawka-efekt (natychmiastowe)

Skutki działania toksycznego = to wynik interakcji ksenobiotyk <-> organizm

Trucizna (powoduje kaskadę procesów):

1. Dostępność w organizmie

2. Reakcje pierwotne

3. Reakcje wtórne

4. Konsekwencje ustrojowe

Np.: związki P-organiczne

• Olbrzymia dostępność, toksyczność dermalna

• Wiązanie z acetylcholinoesterazą i zablokowanie enzymów

• ↑ Acetylocholiny

• Pobudzenie receptorów muskarynowych i receptorów nikotynowych N₂ i N₁

Mechanizmy działania trucizn:

1. Działanie receptorowe - efekt poprzedzony pobudzeniem konkretnego receptora

Receptory:

1. Enzym: związki P-organiczne acetylocholinoesteraza; Pb dehydrogenaza kwasu- σ-amino lewulinowego; piretroidy ATP-aza Na⁺, K⁺

2. Białka regulacyjne zewnętrznych powierzchni błon komórkowych: polichlorowane węglowodory (DDT)

3. Białka cytozolowe: 90% związków kancerogennych

4. Kwasy nukleinowe: epoksydy, aflatoksyny, Cr, Ni, Cd

5. Receptory hormonalne

6. Receptory estrogenowe: zearalenon (mykotoksyna);

7. Receptor glicynowy: strychnina

Przykłady:

Kwasy nukleinowe jako receptory:

Chemioterapeutyki stosowane w leczeniu nowotworów, związki aktywujące procesy nowotworowe.

Cd, Cr, Ni, wielopierścieniowe CH aromatyczne, aflatoksyny

Białko cytozolowe komórek wątroby:

Polichlorowane dibenzodioksymy, dibenzofurany

2. Działanie pozareceptorowe

1. Fizykochemiczne

1. Lotne związki lipofilne (nieaktywne chemicznie)

Np.: związki wykazujące działanie narkotyczne. Ich działanie zależne jest od rozpuszczalności w tłuszczu i stężenia w tłuszczu

	Współczynnik rozdziału tłuszcz/woda	Stężenie izonarkotyczne	Stężenie w tkance tłuszczowej
Etylen	1,3	80	0,04
Chlorek etylu	40,5	5	0,08
CS2	160	1,1	0,07
Chloroform	165	0,5	0,05

2. Substancje powierzchniowo czynne: detergenty, saponiny, jonofory

3. Związki denaturujące białko: alkilofenole, niektóre fungicydy

2. Ingerencje biochemiczne (w metabolizm)

Istota tego procesu polega na tym, że ksenobiotyk ma bardzo podobną budowę do związku endogennego, doprowadza to do powstania „fałszywego” metabolitu.

To z kolei doprowadza do tzw. bloku enzymatycznego synteza letalna

Np.: analogi związków endogennych

• W normalnym procesie cyklu Krebsa powstający z kwasu octowego acetyloCoA wchodzi w reakcję ze szczawiooctanem przekształcającym się w kwas cytrynowy i powstaje aktywny kwas cytrynowy. Ten z kolei katalizuje reakcję przekształcania cytrynianu w kwas cisakonitowy. Jeżeli natomiast w miejsce klasycznego AcetyloCoA wejdzie powstający z fluorooctanu fluoroacetyloCoA dojdzie do powstania fluorocytrynianu, który nie ma zdolności katalizowania reakcji przekształcania się cytrynianu w kwas cisakonitowy. Wskutek tego dojdzie do wzrostu stężenia cytrynianu w komórce a ten z kolei będzie działał nefrotoksycznie. Dodatkowo dojdzie do zablokowania cyklu Krebsa synteza letalna.

• 5-bromouracyl tymina

Wbudowanie 5-bromouracylu do DNA w miejsce tyminy doprowadza do:

• ↑ Częstości mutacji

• ↑ Fragmentacji chromosomów

• ↑ Zaburzenia mitoz

• Etionina metionina

Wbudowanie etioniny w miejsce metioniny w syntezie SAM doprowadza do powstania tego związku, ale nie posiada on możliwości sprzęgania

• Luizyt tlenek arsenu

Blokowanie grup tiolowych przez tlenek arsenu, co zaburza dekarboksylację kwasu pirogronowego

1. Bezpośrednie działanie z jonami albo niewielkimi cząsteczkami

Związki chelatujące: O; S; N

Wytwarzają się wiązania koordynacyjne, ale takie, że para elektronów pochodzi od jednego atomu

Np.:

• Disiarczek tiuramu (fungicyd) chelatuje jony Cu⁺⁺ jego działanie to niedobór miedzi

• 
  Kwas szczawiowy chelatowanie Ca⁺⁺

• Glicyna

• HCN chelatowanie Fe w cytochromach

insektycyd P-org., zaliczany do podgrupy związków tiofosforowych

Tox 4

- 11 -

---