METABOLIZM

KSENOBIOTYKÓW

faza II (sprzęganie)

OPORNOŚĆ WIELOLEKOWA

Barbara Licznerska

Metabolizm

• I faza = rozkład

• II faza = sprzęganie

• III faza = sekrecja

Biotransformacja leków

LEK

METABOLIT

METABOLIT

wydalanie

cyt P450

enzymy II fazy

enzymy II fazy

II faza

• Sprzęganie z kwasem glukuronowym =

glukuronidacja

• Sprzęganie z kwasem siarkowym
• Sprzęganie z kwasem octowym =

acetylacja

• Sprzęganie z aminokwasami

- glicyną
- kwasem glutaminowym
- metioniną = metylacja
- glutationem
- cysteiną

II faza

• Sprzęganie z kwasem glukuronowym =

glukuronidacja

• Sprzęganie z kwasem siarkowym

• Sprzęganie z kwasem octowym =

acetylacja

• Sprzęganie z aminokwasami

- glicyną
- kwasem glutaminowym
- metioniną =

metylacja

-

glutationem

- cysteiną

Sprzęganie

– schemat ogólny

substrat

(ego/endogenny)

produkt

Enzym

(typ, lokalizacja)

znaczenie

sekrecja

Sprzęganie

– mechanizm

Etap I

- aktywacja jednego z substratów
- niezbędna energia (ATP, UTP)

Etap II

- przeniesienie zaktywowanego

ugrupowana na drugi substrat

- udział transferaz

1. GLUKURONIDACJA

R-OH

R-COOH

R-SH

R-NH

2

UGT

glukuronid

UDP

R

HO

+

+

UDPGA

Skąd się bierze UDPGA?

• UDPGA

= kwas α-

urydynodifosforoglukuronowy

• cytoplazma (m.in. wątroby)
• substraty:

glukozo-1-fosforan, UTP, 2NAD

+

• enzymy (dwa etapy aktywacji):

- urydylilotransferaza UDP- glukozy
- dehydrogenaza UDP- glukozy

Glukuronozylotransferazy

• UGTs

= uridine diphosphate glucuronosyl

transferases

• frakcja mikrosomalna (ER):

wątroby, nerek, j.cienkiego, śledziony,

skóry, mózgu

• UGT1A1 – sprzęganie bilirubiny

(żółtaczka noworodków, zespół szarego dziecka,

zespół Gilberta)

• pełna aktywność 6-18 m.ż.

Przykłady ksenobiotyków

typ ksenobiotyku

typ

glukuronidu

alkohole, fenole

typ eterowy

kwasy karboksylowe

typ estrowy

tiofenole, disiarczek,

tetrametylotiuram

S-glukuronidy

aminy, sulfonamidy,

karbaminiany,
heterocykliczne związki

azotowe

N-glukuronidy

Znaczenie

• najczęstsza reakcja II fazy

(bo?)

• glukuronidy

- brak aktywności fizjologicznej

- lepiej rozpuszczalne w wodzie
- szybciej wydalane

• endogenne substraty:

steroidy, bilirubina

• reakcja odwracalna

- β-glukuronidaza

(gdzie?)

- wchłanianie zwrotne wolnych ksenobiotyków
- nowotwory jelit i pęcherza

2. SPRZĘG. Z KW.

SIARKOWYM

R-OH

R-NH

2

SULT

siarczan/

amidosufonian

PAP

-OR/HNR

H -

+

+

PAPS

Skąd się bierze PAPS?

• PAPS = 5’-fosfosiarczan 3’-

fosfoadenozyny

• cytoplazma
• substraty:

SO

4-2

, Mg

2+

, 2 ATP

• enzymy (dwa etapy aktywacji)

– adenylilotransferaza siarczanowa
– kinaza adenylilosiarczanowa

Sulfotransferazy

• SULTs = sulfotransferases
• frakcja cytoplazmatyczna:

wątroby, nerek, jelit, mózgu,

nadnerczy,
jąder, jajników

• dojrzałość szybciej niż przy UGTs;

czasem niektóre formy aktywniejsze
u noworodków i dzieci niż u dorosłych

Przykłady ksenobiotyków

typ ksenobiotyku

typ produktu

alkohole, fenole

typ estrowy
(siarczany eterowe)

aminy aromatyczne

sulfaminiany

Znaczenie

• mniejsze niż glukuronidacja

(bo?)

• siarczany

lepiej rozpuszczalne w wodzie

• endogenne substraty

steroidy, heparyna, adrenalina,

serotonina, tyroksyna, cholina

• reakcja odwracalna

– sulfatazy (endogenne substraty)
– arylosulfatazy (ksenobiotyki) – ER, lizosomy

3. Acetylacja

(sprzęg. z kw. octowym)

ETAP I

aktywacja octanu

- mitochondrium wątroby
- efekt: CH

3

CO-S-CoA (tzw. aktywny octan)

- substraty: kwas octowy, ATP, CoA-SH
- enzym: acetylotransferaza acetylo-CoA

ETAP II

przeniesienie grupy acetylowej na ksenobiotyk

- cytoplazma wątroby, nerek, jelit, płuc,

śledziony
- efekt: acetylowe pochodne amin

N- acetylotransferazy

• NAT1, NAT2
• cytoplazma
• głównie

wątroba

, także

pęcherz

moczowy

•

wolni acetylatorzy NAT2

a rak pęcherza moczowego

Przykłady ksenobiotyków

typ ksenobiotyku

produkt

aminy aromatyczne acetylowa pochodna

sulfonamidy

hydrazydy

Znaczenie

• acetylowe pochodne

– metabolizm karcynogennych amin

aromatycznych!

– czasem mniej rozpuszczalne w wodzie
– uszkodzenie kanalików nerkowych i

przewodów moczowych

• endogenne substraty

acetylocholina, acetylokoenzym A

• reakcja odwracalna

– wątroba, nerki
– stosunek acetylacja/deacetylacji kluczowy

4. SPRZĘGANIE Z

GLUTATIONEM

RX

GST

GSR

+

+

GSH

Gly - Cys –
Glu

H

Gly - Cys – Glu

R

X

H

γ- glutamylotranspeptydaza

Gly – Cys

R

Glu

SPRZĘGANIE Z

GLUTATIONEM

cd

Gly – Cys -

R

Gly

dipeptydaza cysteinyloglicynowa

R

-S-CH

2

-CH-COOH

I

NH

2

koniugat

cysteiny

N-acetylotransferaza

R

-S-CH

2

-CH-COOH

I

NH-C=O

I

CH

3

kwasy

merkapturowe

Skąd się bierze glutation?

• tripeptyd: Glu-Cys-Gly

• wszystkie tkanki i narządy

S-transferazy glutationowe (GST)

- cytozol i mikrosomy

wątroby, nerek

Znaczenie

• detoksykacja
• ochrona przed:

– RFT
– wolnymi rodnikami
– reaktywnymi metabolitami

(np. epoksydy, chinony)

5. Metylacja

ETAP I

aktywacja metioniny

-

efekt: S-adenozynometionina (SAM)

- substraty: L-metionina, ATP, Mg

2+

- enzym: adenozylotransferaza metioninowa

ETAP II

przeniesienie grupy metylowej na ksenobiotyk

- cytoplazma wątroby, płuc, nadnerczy
- efekt: metylowa pochodne
- enzym: metylotransferazy

S-metylotransferaza

tiopuryny

• TPMT = thiopurine S-methyltransferase

• cytozol

głównie wątroby i erytrocytów

• istotna w metabolizmie tiopuryn –

leków p/nowotworowych,
np. 6-MP, azatiopryny, tioguaniny

Przykłady ksenobiotyków

typ substratu

typ

produktu

aminy alifatyczne

metylowa

pochodna

aminy aromatyczne
heterocykliczne
aminy III rzędowe

np. cholina, nikotyna, nikotynamid, pirydyna

alkohole, fenole
merkaptany
tiofenole

Znaczenie

• małe

– nie zwiększa rozpuszczalności
– nie przyspiesza wydalania

• endogenne substraty

– aminy katecholowe
– COMT (metylotransferaza katecholowa)

-> cytoplazma wielu narządów

6. Sprzęganie z glicyną

ETAP I

aktywacja obcego ksenobiotyku (sic!)

- mitochondrium wątroby i nerek
- efekt: benzoilo-CoA
- substraty: egzogenny kwas karboksylowy, ATP,

CoA

ETAP II

przeniesienie grupy acetylowej na glicynę

- cytoplazma i mitochondrium
- efekt: kwasy hipurowe

Znaczenie

• małe

(bo?)

• glicyna głównym aa sprzęgającym
• inne aa

– glutamina (dot. kwasu fenylooctowego)
– seryna
– arginina
– lizyna
– (tauryna, ornityna)

7. Redukcja

• faza I + faza II w jednej reakcji
• enzym: DT-diaforaza

= oksydoreduktaza NAD(P)H : akceptor

chinonowy

(wyjątek! - redukcja 2-ee)

• znaczenie:

bezpieczna redukcja toksycznych
chinonów do hydrochinonów
z pominięciem bardzo toksycznego
produktu pośredniego

enzym

lokalizacja
subkomórkowa

lokalizacja
tkankowa

UGT

UGT

ER

wątroba, nerki,
j.cienkie,

śledziona, skóra,
mózg

SULT

SULT

ER

wątroba, nerki,
jelita, mózg,

nadnercza,
jądra, jajniki

GST

GST

cytoplazma

wątroba, nerki

NAT

NAT

cytoplazma

wątroba,
pęcherz

moczowy

TPMT

TPMT

cytoplazma

wątroba,
erytrocyt

enzym

produkt do

usunięcia

droga

usuwania

UGT

UGT

glukuronid

mocz, żółć

SULT

SULT

siarczan/
amidosufonia

n

mocz

GST

GST

koniugat

cysteiny

żółć

GST

GST

kw.

merkapturow

y

mocz

NAT

NAT

pochodne

acetylowe

mocz

TPMT

TPMT

pochodna

metylowa

enzym

substrat

UGT

UGT

alkohole, fenole, kwasy karboksylowe,

aminy, sulfonaminy, karbaminiany,

heterocykliczne zw. azotowe

SULT

SULT

alkohole, fenole, aminy aromatyczne

GST

GST

WA, halogenowe WA, halogenowe

nitroalkany

NAT

NAT

aminy aromatyczne, sulfonamidy,

hydrazydy

TPMT

TPMT

aminy alifatyczne, aminy aromatyczne,

heterocykliczne aminy III rzędowe,

alkohole, fenole, tiofenole, merkaptany

acetylotransferaza

acetylotransferaza

glicynowa

glicynowa

arom. i heterocykliczne kwasy

karboksylowe, kwasy arylooctowe

Metabolizm wybranych

ksenobiotyków

enzy
m

substrat

inhibitor

induktor

NAT2

NAT2

izoniazyd, prokainamid,

klonazepam, kofeina,

sulfasalazyna, nitarzepam,

acebutotol

UGT

UGT

estron, morfina, oksazepam,
progesteron, testosteron, tyroksyna,
diklofenak, ketoprofem, naproksen,
inne NLPZ, kw. walproinowy,
meprobamat, chloramfenikol,
acetaminofen, acetaminofen

SULT

SULT

chloramfenikol., kw. żółciowe,

salicylamid, dopamina,

acetaminofen, glikole

polietylenowe, cholesterol

kw. salicylowy,
kw. benzoesowy,

naproksen

fenobarbital,
3-metylcholantren

MT

MT

adrenalina, dopamina, DOPA,

nikotyna, serotonina, 6-

merkaptopuryna, disulfiram,

spironolakton, azatiopryna,

tioguanina

Czynniki modulujące

metabolizm ksenobiotyków

GENETYCZNE

- formy polimorficzne genów enzymów

metabolizujących leki

- białka transportujące leki/metabolity

FIZJOLOGICZNE

- wiek

- płeć

- ciąża

- funkcjonalność narządów

- choroby

ŚRODOWISKO

- indukcja enzymatyczna

- inhibicja enzymatyczna

- dieta

- używki

OPORNOŚĆ

WIELOLEKOWA (MDR)

• Definicja MDR
• Cechy komórek opornych na

leczenie

• Podział MDR
• Czynniki MDR (przykłady)
• Znaczenie MDR

Oporność wielolekowa

(ang. MDR – multidrug

resistance)

system „obrony”

populacji komórek

nowotworowych

przed licznymi lekami

o różnej budowie chemicznej

i mechanizmie działania

Cechy komórki opornej

wielolekowa

1)

zmiany materiału genetycznego
-  naprawy uszkodzeń indukowanych
przez leki
- nadekspresja niektórych białek

2) zmiana metabolizmu komórki

- hamowanie mechanizmu apoptozy
-  wypływ leku z komórki

3)  działania farmakologicznego leku w

komórce

Mechanizmy powstawania

MDR

LEK

KOMÓRKA NOWOTWOROWA

LEK

LEK aktywny

ŚMIERĆ KOMÓRKI

Główne mechanizmy

MDR

punkt uchwytu

zmiana prowadząca do
MDR

przykład

1

wnikanie leku do
komórki

 akumulacji leku w
komórce

aktywacja
transporterów np.
MDR

1

, MRP

2

aktywacja leku
w komórce

metabolizm leku /
brak aktywności
systemu aktywującego
lek

aktywacja transferaz
glutationowych /
izolacja leku w
wew.kom.
pęcherzykach

3

zniszczenie
komórki
docelowej

zmiana punktu
docelowego leku / 
napraw uszkodzeń

mutacje genów
kodujących
topoizomerazy /
wzmocnienie
systemów
naprawczych

4

zatrzymanie
cyklu
komórkowego /
śmierć komórki

zahamowanie apoptozy
lub zatrzymania cyklu
komórkowego

mutacje p53,
aktywacja genu BCL-
2

Białka jako przyczyny

oporności wielolekowej

1) białka transporterowe

tzw. rodzina transporterów ABC –
np.MDR

1

, MRP

1

, MRP

2

, LRP

2) topoizomerazy
3) metalotioneiny
4) syntetaza tymidylanowa
5) O-6-alkilotransferaza
6) enzymy aktywujące glutation (np.

GST)

Glikoproteina P (MDR

1

)

• Budowa:

-1280 aa, 170 kDal
- 12 segmentów transbłonowych
- zewnątrzbłonowy fragment glikozylowany
- 2 miejsca wiążące ATP

• Rola:

aktywny transport leku poprzez błonę poza komórkę

• Mechanizm:

– Etap I – bezpośrednie wiązanie leku przez białko
– Etap II – przeniesienie wbrew gradientowi na zew. komórki

(ATP)

Glikoproteina P

ulega

nadekspresji

w około 55%

wszystkich

ludzkich

nowotworów

Inhibitory glikoproteiny P

I generacja

werapamil, cyklosporyna A

II generacja

valspodar, biricodar

III generacja

tariquidar, zosuquidar, laniquidar,

elacridar

Onkologiczne ligandy

transporterów rodziny ABC

TRANSPORTER LIGANDY

P-gp

aktynomycyna D, daunorubicyna,

doksorubicyna, docetaksel, etopozyd,
mitoksantron, paklitaksel, tenipozyd, topotekan,
winblastyna, winkrystyna, winorelbina

MDR2

paklitaksel, winblastyna

MRP1

doksorubicyna, epirubicyna, etopozyd,
metotreksat, mitoksantron, winkrystyna

MRP2

cisplastyna, doksorubicyna, etopozyd,
metoktreksat, mitoksantron, winkrystyna

BCRP

daunorubicyna, doksorubicyna, mitoksantron,
topotekan

ZAGADNIENIA NA ZALICZENIE

1.

Omów właściwości fizykochemiczne produktów II fazy

biotransformacji.

2.

Omów znaczenie II fazy metabolizmu.

3.

Wymień które enzymy II fazy metabolizmu biorą udział w

biotransformacji zarówno substancji egzo- jak i endogennych.

4.

Wymień enzymy i ich końcowe metabolity odpowiedzialne za

sprzęganie w II fazie metabolizmu.

5.

Omów układy enzymatyczne odpowiedzialne za biotransformację

NLPZ.

6.

Omów układy enzymatyczne odpowiedzialne za biotransformację

węglowodorów aromatycznych.

7.

Wymień układy enzymatyczne odpowiedzialne za

biotransformację alkoholi i fenoli.

8.

Wymień układy enzymatyczne odpowiedzialne za

biotransformację amin aromatycznych.

9.

Wyjaśnij czy polimorfizm genetycznym wpływa istotnie na

metabolizm leków.

10.

Wyjaśnij czy wiek ma wpływ na metabolizm ksenobiotyków.

11.

Omów spodziewany skutek terapii chloramfenikolem u kobiety

leczonej przewlekle fenobarbitalem.

Dziękuj
ę