WPROWADZENIE DO

TOKSYKOLOGII

KLINICZNEJ.

dr Tomasz Wielkoszyński

Katedra i Zakład Chemii,

Śląska Akademia Medyczna w

Zabrzu

KSENOBIOTYK

(substancja obca dla

organizmu)

każda substancja nie będąca naturalnym
składnikiem żywego organizmu, który
się z nią styka – substancja egzogenna
lub materiał antropogenny o strukturze
nie występującej w przyrodzie, do
którego organizm nie przystosował się
na drodze ewolucyjnej.

 

xenos

(greckie)

- obcy

Rodzaje dawek

progowa/graniczna

-

taka ilość substancji,

która wywołuje pierwsze widoczne efekty
biologiczne w ustroju i poniżej tej dawki nie
obserwuje się żadnego wpływu trucizny lub
leku na ustrój;

lecznicza

-stosowana w odniesieni do leków:

wykazuje działanie farmakoterapeutyczne;
nie powoduje zaburzeń normalnych
procesów fizjologicznych w poważniejszym
stopniu;

toksyczna/trująca

-

wywołuje

objawy zatrucia;

śmiertelna

-

wywołuje śmierć wskutek

uszkodzenia ważnych dla życia ośrodków

Rodzaje zatruć

Rodzaje zatruć

•

Zatrucie ostre

Zatrucie ostre

•

Zatrucie podostre

Zatrucie podostre

•

Zatrucie przewlekłe

Zatrucie przewlekłe

•

Zatrucie rozmyślne (samobójcze,

Zatrucie rozmyślne (samobójcze,

demonstracyjne, inpulsywne,

demonstracyjne, inpulsywne,

zbrodnicze, egzekucje)

zbrodnicze, egzekucje)

•

Zatrucie przypadkowe (omyłkowe,

Zatrucie przypadkowe (omyłkowe,

zawodowe, powikłania

zawodowe, powikłania

farmakoterapii, zależności lekowe,

farmakoterapii, zależności lekowe,

upojenie alkoholowe)

upojenie alkoholowe)

Śmiertelność w ostrych

Śmiertelność w ostrych

zatruciach

zatruciach

0

20

40

60

80

100

STAROŻYTNOŚĆ

ŚREDNIOWIECZE

WIEKI PÓŹNIEJSZE

1939 - 1945

II WOJNA

ŚWIATOWA

LECZENIE

WSTRZĄSU

1951

UTRZYMANIE

DROŻNOŚCI

DRÓG

ODDECHOWYCH I

ZAPOBIEGANIE

NIEDOTLENIENIU

1961

METODA

SKANDY-

NAWSKA

LECZENIE

ZATRUĆ BEZ

ŚRODKÓW

ANALEP-

TYCZNYCH

%

%

Główne przyczyny

Główne przyczyny

zatruć

zatruć

•

Trucizny środowiskowe

Trucizny środowiskowe

•

Żywność

Żywność

•

Leki i środki odurzające

Leki i środki odurzające

•

Tlenek węgla

Tlenek węgla

•

Alkohol etylowy i jego substytuty

Alkohol etylowy i jego substytuty

•

Zatrucia przemysłowe

Zatrucia przemysłowe

(zawodowe)

(zawodowe)

Struktura ostrych zatruć

Struktura ostrych zatruć

w Polsce

w Polsce

•

Alkohole (etanol i analogi)

Alkohole (etanol i analogi)

•

Leki

Leki

•

Tlenek węgla

Tlenek węgla

•

Grzyby

Grzyby

•

Pestycydy

Pestycydy

•

Rozpuszczalniki organiczne

Rozpuszczalniki organiczne

•

Substancje żrące

Substancje żrące

•

ZATRUCIA MIESZANE!!!!!

ZATRUCIA MIESZANE!!!!!

Profil oznaczeń

Profil oznaczeń

toksykologicznych

toksykologicznych

w Pracowni Toksykologii CM UJ

w Pracowni Toksykologii CM UJ

w Krakowie.

w Krakowie.

15021469

1041

982 948

835 822

619 608

424

344 332

209 191 168

142 142

62 42

0

500

1000

1500

E

ta

n

o

l

In

n

e

le

ki

A

m

fe

ta

m

in

a

B

e

n

zo

d

ia

ze

p

in

y

O

p

ia

ty

T

H

C

M

o

n

ito

ro

w

a

n

ie

H

b

C

O

F

en

o

tia

zy

n

y

B

a

rb

itu

ra

n

y

In

n

e

G

lik

o

l

M

e

ta

n

o

l

K

o

ka

in

a

S

a

lic

yl

a

n

y

a

m

o

ni

a

k

P

a

ra

ce

ta

m

o

l

A

C

h

E

M

e

ta

le

R

o

cz

n

a

lic

zb

a

o

zn

ac

ze

ń

TOKSYKOLOGIA KLINICZNA

TOKSYKOLOGIA KLINICZNA

rozpoznanie

kliniczne

DROGI NARAŻENIA
• układ oddechowy

• przewód pokarmowy

• skóra

• inne

DROGI NARAŻENIA
• układ oddechowy

• przewód pokarmowy

• skóra

• inne

NARAŻENIE

NARAŻENIE

STĘŻENIE SUBSTRATU
W PŁYNACH USTROJOWYCH
STĘŻENIE METABOLITU
W PŁYNACH USTROJOWYCH
WSKAŹNIKI POŚREDNIE

STĘŻENIE SUBSTRATU
W PŁYNACH USTROJOWYCH
STĘŻENIE METABOLITU
W PŁYNACH USTROJOWYCH
WSKAŹNIKI POŚREDNIE

OBRAZ KLINICZNY

OBRAZ KLINICZNY

Biomarker

Biomarker

• Wskaźnik wykorzystywany do oceny

efektów działania substancji

chemicznych na organizm oraz do

ekstrapolacji międzygatunkowych

• Wskaźnik procesów zachodzących w

organizmie, pozwalających na ocenę

wielkości narażenia na czynniki

chemiczne i efektów działania.

•

EKSPOZYCJI (NARAŻENIA)

EKSPOZYCJI (NARAŻENIA)

•

EFEKTU (pośrednie

EFEKTU (pośrednie

wskaźniki zatrucia)

wskaźniki zatrucia)

•

WRAŻLIWOŚCI

WRAŻLIWOŚCI

•

Pomiary środowiskowe

Pomiary środowiskowe

Biomarkery

Biomarkery

Hipotetyczne zależności między różnymi

Hipotetyczne zależności między różnymi

biomarkerami ekspozycji ze względu na

biomarkerami ekspozycji ze względu na

ich poziom i czas pojawiania się po

ich poziom i czas pojawiania się po

pojedynczej dawce substancji chemicznej

pojedynczej dawce substancji chemicznej

METABOLIZM

KSENOBIOTYKÓW.

dr Tomasz Wielkoszyński

Katedra i Zakład Chemii,

Śląska Akademia Medyczna w

Zabrzu

PODSTAWOWE GRUPY KSENOBIOTYKÓW:



Leki i używki (w tym subst.
uzależniające)



pestycydy



dodatki do żywności



zanieczyszczenia środowiskowe

Procesy jakim podlegają ksenobiotyki w

organizmie:

 wchłanianie

(absorpcja)

 przemieszczanie

(dystrybucja)

 przemiany metaboliczne

(biotransformacja)

 wydalanie

(eliminacja)

Wszystkie te etapy objęte są nazwą procesów

metabolizmu ksenobiotyków.

Wchłanianie jest to proces polegający

na przejściu ksenobiotyku ze

środowiska zewnętrznego do wnętrza

organizmu, a szczególnie do krążenia

ogólnego.

DROGI WCHŁANIANIA

KSENOBIOTYKÓW:



przez drogi oddechowe

(w fazie

gazowej, ciekłej

–

aerozole

, stałej

–

pyły

)



przez skórę



przez przewód pokarmowy

Biodostępność substancji gazowych zależy od ich
rozpuszczalności w wodzie –

gazy łatwo rozpuszczalne

wchłaniają się szybko i niemal całkowicie.

Pary substancji lipofilnych

(eter etylowy, etanol)

wchłaniają się również szybko i całkowicie.

Biodostępność aerozoli zależy od stopnia dyspersji
cząstek (ich średnicy) –

cząstki o średnicy < 1 m

wchłaniają się niemal natychmiast

(efekt jak po podaniu

dożylnym).

Cząstki o średnicy >2,5 m tylko w

niewielkim stopniu docierają do pęcherzyków płucnych.

Drogi oddechowe są głównym miejscem wchłaniania
substancji gazowych, ale również substancji stałych
zawartych np. w dymie tytoniowym

(związki ołowiu),

krzemionki, azbestu itd.

WCHŁANIANIE PRZEZ DROGI

ODDECHOWE

WCHŁANIANIE PRZEZ SKÓRĘ

Proces wchłaniania przez

nieuszkodzoną skórę zachodzi dla

większości substancji stosunkowo

wolno, jednak niektóre ksenobiotyki

cechują się znacznie większą

toksycznością po podaniu naskórnym

niż po podaniu per os.

MECHANIZMY PRZENIKANIA KSENOBIOTYKÓW

PRZEZ SKÓRĘ:



transport transepidermalny

–

jest to główny

sposób przenikania ksenobiotyków

– na

zasadzie dyfuzji biernej przez poszczególne
warstwy naskórka i skóry właściwej lub
absorpcji konwekcyjnej przez pory –

węglowodory aromatyczne i alifatyczne, aminy
aromatyczne, związki nitrowe, estry
fosforoorganiczne, tetraetyloołów, disiarczek
węgla.



transport transfolikularny

– przez gruczoły

łojowe i mieszki włosowe oraz częściowo przez
gruczoły potowe –

metale ciężkie i związki

metaloorganiczne

.

Efekty przezskórnej ekspozycji na

ksenobiotyki zależą m.in. ich od
lipofilności i charakteru chemicznego i
mogą polegać na:

 miejscowym działaniu drażniącym na

powierzchni skóry

(podrażnienia,

oparzenia, stany zapalne),

 tworzeniu połączeń z białkami (

działanie

alergizujące),

 wchłanianiu i ogólnym działaniu

toksycznym

INNE CZYNNIKI WPŁYWAJĄCE NA

BIODOSTĘPNOŚĆ KSENOBIOTYKU PRZY
PODANIU NA SKÓRĘ:

 grubość naskórka, obecność pęknięć,

wcześniejszych podrażnień i stanów
zapalnych,

 wilgotność skóry i stopień jej

natłuszczenia,

 lokalizacja miejsca ekspozycji,

 wilgotność powietrza i jego

temperatura,

 obecność substancji ułatwiających

wchłanianie

(tłuszcze, detergenty,

rozpuszczalniki)

WCHŁANIANIE PRZEZ PRZEWÓD

POKARMOWY

Pochodzenie ksenobiotyków

wchłanianych przez przewód
pokarmowy:

»

brudne ręce,

»

skażone pożywienie,

»

skażona woda pitna i inne napoje,

»

palenie tytoniu,

»

zatrucia samobójcze,

»

Leki i używki,

»

ekspozycja zawodowa

(przemysł)

.

Wchłanianie może następować w różnych

odcinkach przewodu pokarmowego:

 w jamie ustnej – nitrogliceryna, alkohol,

nikotyna, kokaina, cyjanki

 w żołądku – substancje o charakterze

kwasów – kwas salicylowy, benzoesowy,
fenole oraz niedysocjujace substancje
lipofilne np. alkohole i bardzo słabe zasady
organiczne (kofeina, teofilina)

 w jelicie cienkim – substancje o charakterze

słabych zasad – alkaloidy, jony metali
ciężkich, związki lipofilne i niedysocjujace.

Wchłanianie może następować w różnych

odcinkach przewodu pokarmowego:

 w jamie ustnej –

nitrogliceryna, alkohol,

nikotyna, kokaina, cyjanki

 w żołądku – substancje o charakterze

kwasów –

kwas salicylowy, benzoesowy,

fenole oraz

niedysocjujace substancje

lipofilne

np. alkohole i

bardzo słabe zasady

organiczne

(kofeina, teofilina)

 w jelicie cienkim – substancje o charakterze

słabych zasad –

alkaloidy, jony metali

ciężkich, związki lipofilne i niedysocjujace.

Obecność pokarmu może modyfikować

biodostępność ksenobiotyków !

Substancje lipofilne mogą dostawać się do

krążenia ogólnego z pominięciem krążenia

wrotnego (niezmetabolizowane) przez transport

drogami chłonnymi.

 

Przenikanie ksenobiotyków przez ścianę przewodu

pokarmowego może następować na drodze:

1. transportu czynnego

(niektóre jony, analogi

substancji naturalnych),

2. dyfuzji biernej

(większość ksenobiotyków)

INNE DROGI PODANIA KSENOBIOTYKÓW:

 pozajelitowa –

dożylna, dotętnicza, podskórna,

domięśniowa, dootrzewnową, śródskórną,
dordzeniową

 do jamy ciała –

dospojówkowa, donosowa,

doodbytnicza, dopochwowa...

OGÓLNE CZYNNIKI DECYDUJĄCE O

BIODOSTĘPNOŚCI KSENOBIOTYKU:

 masa cząsteczkowa,
 konfiguracja przestrzenna,
 rozpuszczalność w wodzie i lipidach,
 stopień jonizacji,
 rozdrobnienie,
 stężenie,
 powierzchnia wchłaniania,
 ukrwienie miejsca podania.

DYSTRYBUCJA KSENOBIOTYKÓW

Czynniki wpływające na toksykokinetykę

ksenobiotyku w organizmie:

• czynniki fizjologiczne

(np. przepływ krwi przez

poszczególne narządy)

• właściwości fizykochemiczne związku

Wielkością ilościowo charakteryzującą
zachowanie się ksenobiotyku w organizmie jest
tzw.

pozorna objętość dystrybucji

 

Vd

= całkowita ilość substancji w organizmie /

stężenie substancji w osoczu

Objętość dystrybucji –

hipotetyczna objętość

płynów ustrojowych, w których substancja, po
równomiernym rozmieszczeniu

(faza

stacjonarna)

mogłaby mieć takie stężenie jak w

osoczu krwi

Jeśli ksenobiotyk ulega intensywnemu

wiązaniu

(kumulacji)

w tkankach to objętość

dystrybucji może wielokrotnie przekraczać
objętość wody organizmu.

Po pierwszym etapie intensywnej

dystrybucji ksenobiotyk może podlegać zjawisku
redystrybucji

(np. do tkanek słabiej ukrwionych).

Czynniki wpływające na

toksykokinetykę danego związku:



zdolność do przenikania bariery naczyniowej

(też łożyskowej, krew-mózg, krew-jądro),



wiązanie przez białka osocza,



wiązanie z błonami erytrocytami,



wiązanie przez białka narządów,



kumulacja w tkance tłuszczowej,



kumulacja w tkance kostnej

Biologiczny okres półtrwania –

informuje o czasie pozostawania

danej substancji w organizmie.

Wydalanie trucizn

Ksenobiotyki są wydalane jako:


macierzyste substancje

(niezmetabolizowane)



metabolity

(wolne lub sprzężone)

Drogi eliminacji trucizn:


z moczem



z żółcią (z kałem)



z powietrzem wydychanym



ze śliną, potem, mlekiem, przez jelito

WYDALANIE Z MOCZEM:

 wydalanie do moczu pierwotnego,
 zjawisko resorpcji zwrotnej w kanaliku

nerkowym na drodze dyfuzji biernej lub
transportu czynnego,

 resorpcji zwrotnej nie podlegają substancje

silnie zjonizowane i silnie hydrofilne,

 zjawisko wydzielania kanalikowego

WYDALANIE Z ŻÓŁCIĄ

 mechanizm wydalania ksenobiotyków o

dużej masie cząsteczkowej

(M > 300 – 500)

i

ich metabolitów

 wydzielanie do żółci na drodze transportu

aktywnego

 zjawisko krążenia jelitowo-wątrobowego

Tak wydalane są m.in. insektycydy

polichlorowane, PCB, WWA, węglowodory

aromatyczne, hormony steroidowe, wiele leków

oraz połączenia wielu substancji z kwasem

glukuronowym, siarkowym, glicyną i

glutationem.

WYDALANIE Z POWIETRZEM

 wydalanie substancji lotnych o dużym

współczynniku podziału powietrze-woda

 wydalanie na drodze dyfuzji biernej
 wydalanie zależy od rozpuszczalności

związku w wodzie

 biotransformacja do nielotnych metabolitów

ogranicza wydalanie tą drogą

Tak wydalane są środki znieczulenia ogólnego,

alkohole, rozpuszczalniki organiczne, olejki

eteryczne oraz metabolity nielotnych związków

chemicznych np. disiarczek węgla z

ditiokarbaminianów).

BIOTRANSFORMACJA

KSENOBIOTYKÓW

BIOTRANSFORMACJA KSENOBIOTYKÓW

Reakcje biotransformacji –

przemiany

ksenobiotyków na drodze enzymatycznej (lub
nieenzymatycznej) prowadzące do powstania
metabolitów

 

Reakcje pierwszej fazy –

modyfikują strukturę

ksenobiotyku – np. utlenianie, redukcja, hydroliza

 

Reakcje drugiej fazy –

reakcje sprzęgania ze

związkami endogennymi (kwasem glukuronowym,
siarkowym, glutationem, glicyną).

NIE PODLEGAJĄ BIOTRANFORMACJI:

 związki silnie polarne –

kwas ftalowy, szczawiowy,

kwasy sulfonowe, czwartorzędowe zasady amoniowe

– wydalane z moczem

 substancje bardzo lotne –

eter etylowy,

cyklopropan, krótkołańcuchowe alkany

– wydalane

przez płuca

 związki silnie lipofilne –

PCB

– kumulują się w

tkance tłuszczowej

Enzymatyczna biotransformacja ksenobiotyków

zachodzi w wątrobie, nerkach, płucach, jelicie

cienkim, łożysku, jądrach, jajnikach, siatkówce

oka, skórze i osoczu krwi.

Mikrosomy –

fragmenty siateczki

endplazmatycznej gładkiej zawierające
tzw.

enzymy mikrosomalne.

 enzymy mikrosomalne biorą udział w reakcjach

utleniania, redukcji, hydrolizy i sprzęgania

 zaliczane są do monooksygenaz (dawniejsza

nazwa: oksydazy o funkcji mieszanej) 

RH + O

2

+ NADPH + H

+

 ROH + H

2

O +

NADP

 reakcje utleniania zachodzą przy udziale tlenu

cząsteczkowego i donora wodoru (NADH lub
NADPH)

 reakcje redukcji wymagają tylko obecności

równoważników redukcyjnych

 monoksygenazy są enzymami o małej

aktywności właściwej ale o dużym stężeniu w
tkankach (

w hepatocytach stanowią ok. 20%

białka całkowitego)

 warunkiem aktywności wobec danego

substratu jest jego duża lipofilność

 główne enzymy mikrosomalne – enzymy grupy

cytochromu P-450 –

cytochrom P-450,

reduktaza NADP-cytochrom P450 i czynnik
lipidowy

Cytochrom P-450

 wiele izoenzymów o szerokiej specyficzności

substratowej

 polimorfizm genetyczny cytochromów

P-450

 różna lokalizacja narządowa

Inne enzymy uczestniczące w

biotransformacji ksenobiotyków:

• oksydaza aminowa
• syntaza prostaglandynowa (

aktywacja

metaboliczna prokancerogenów w tkankach o
niskiej aktywności monooksygenaz)

• laktoperoksydaza
• mieloperoksydaza
• enzymy frakcji mitochondrialnej,

cytoplazmatycznej i jądrowej
hepatocytów

REAKCJE BIOTRANSFORMACJI

PROWADZĄ DO POWSTANIA:

 metabolitów o mniejszej toksyczności lub

nieczynnych biologicznie –

detoksykacja

 metabolitów o wybitnym działaniu toksycznym

ze związków pozbawionych toksyczności lub o
niskiej toksyczności –

aktywacja metaboliczna

Grupy związków niebezpiecznych ze względu

na dużą reaktywność chemiczną:

•

związki karbonylowe (aldehydy i ketony),

•

chinony i chinonoiminy,

•

chlorki acylowe,

•

epoksydy,

•

wolne rodniki

KANCEROGENEZA CHEMICZNA

Związek chemiczny

(Promutagen lub

prokancerogen)

Aktywacja

metaboliczna pod

wpływem enzymów

(cytochrom P

450 w

wątrobie)

epoksydy,

dihydroksy związki

(MUTA-,

KANCEROGENY)

zasady

DNA

ADDUKTY z

DNA

Pozycja

N-1
N-3

N-7

C-8

Atomy

egzocyklicz

ne

guanin

a

+
+

+
+

N-2, O-

6

adenin

a

+
+
+
+

N-6

cytozyn

a

-

+

-
-

O-2, N-

4

tymina

-

+

-
-

O-4

1

N

N

N

N

H

2

3

4

5

6

7

8

9

1

N

N

2

3

4

5

6

Podatność DNA na ataki nukleofilowe

wynika z dużej zawartości heteroatomów (azotu

i tlenu), mających wolne pary elektronowe.

AKTYWACJA METABOLICZNA

BENZO(A)PIRENU W ORGANIZMACH

ŻYWYCH

BaP

monooksygen
azy

cytochrom

P

-

450

O

7,8-epoksy BaP

OH

OH

7,8-dihydro-diol BaP

OH

OH

O

7,8-dihydro-diol
9,10-epoksy BaP

HO

OH

HO

NH

N

NH

N

N

O

ADDUK
T

O

O

OCH

3

O

O

O

O

+DNA

O

O

OCH

3

HO

O

O

O

NH

N

N

N

O

H

2

N

cukier

O

O

O

NH

N

N

NH

O

H

2

N

C

H

O

O

OCH

3

HO

O

cukier

AKTYWACJA METABOLICZNA AFLATOKSYNY B1

Epoksyd
aflatoksyny

Addukt
nietrwały

Addukt

trwały

AFLATOKSYN
A

Cyt. P450

REAKCE PIERWSZEJ FAZY

I. MIKROSOMALNE REAKCJE REDOKS

 

HYDROKSYLACJA WĘGLOWODORÓW

 

Wprowadzenie do cząsteczki ksenobiotyku grupy

–OH

(ew. –COOH)

CH

3

CH

2

CH

2

CH

2

CH

2

CH

3

O

CH

3

CH CH

2

CH

2

CH

2

CH

3

OH

CH

3

O

COOH

O

OH

HEKSAN

HEKSAN-2-OL

TOLUEN

Kw.BENZOESOWY

NAFTALEN

1-NAFTOL

EPOKSYDACJA

 

Przyłączenie do podwójnego wiązania w
cząsteczce ksenobiotyku

tlenu

– powstają

związki o silnym działaniu mutagennym i
rakotwórczym

CH

2

CHCl

CH

2

CHCl

O

CH

2

Cl C

H

O

O

O

hydrolaza

epoksydowa

OH

OH

O

NADPH

O

NADPH

OH

OH

Chlorek

winylu

Tlenek

chloroetyle

nu

Aldehyd

chloroocto

wy

Naftalen

1,2-

Epoksynaftalen

1,2-Dihydro-

naftaleno-1,2-

diol

1,2-Dihydroksy-

naftalen

DEALKILACJA

 

Reakcje odłączenia grup alkilowych od atomów
azotu, tlenu lub siarki w cząsteczce ksenobiotyku –

powstają aminy, fenole lub merkaptany z
jednoczesnym odłączeniem aldehydu

NHCOCH

3

OC

2

H

5

NHCOCH

3

OH

O

-

CH

3

CHO

R S CH

3

O

-

HCHO

R S

H

Fenacetyna

PARACETMO

L

Tioeter

Merkaptan

OKSYDATYWNA DEAMINACJA

 

Utlenianie amin do ketonów

zachodzące przy

udziale oksydazy aminowej występujące w
siateczce endoplazmatycznej.

N-OKSYDACJA

 

Powstawanie tlenków amin z amin III-
rzędowych

katalizowane przez enzymy

mikrosomalne.

Tlenki amin są zazwyczaj bardziej toksyczne
od związków macierzystych.

(CH

3

)

3

N

O

(CH

3

)

3

N

O

Trimetyloami

na

N-Tlenek

trimetyloami

ny

N-HYDROKSYLACJA

 

Tworzenie hydroksyloamin i związków nitrozowych
z amin I- i II-rzędowych

NH

2

NH

OH

O

N

O

REDUKCJA ZWIĄZKÓW NITROWYCH I AZOWYCH

 

Przebiegająca w warunkach beztlenowych
redukcja związków nitrowych do odpowiednich
amin

NO

2

NH

2

reduktaza

nitrowa

Anilina Fenylohydr

o-
ksyloamina

Nitrobenze
n

JEDNOELEKTRONOWE REAKCJE UTLENIANIA I
REDUKCJI

 

Jednoelektronowe utlenianie

– powstanie

kationorodnika

Jednoelektronowa redukcja

– powstanie

anionorodnika

Rozszczepienie homolityczne – powstanie dwóch
wolnych

rodników

CHCl

3

cytochrom P-450

CCl

4

-

Cl

+

e

CCl

3

+RH

-RH

CCl

3

COO

CCl

3 +

O

2

INNE TYPY REAKCJI BIOTRANFORMACJI

KSENOBIOTYKÓW ZACHODZĄCE PRZY

UDZIALE ENZYMÓW MIKROSOMALNYCH

S-oksydacja

Desulfuracja

Oksydatywna dahalogenacja

Redukcyjna dehalogenacja

 

II. POZAMIKROSOMALNE REAKCJE
REDOKS

UTLENIANIE ALKOHOLI

 

Dehydrogenaza alkoholowa – enzym cytozolowy
hepatocytów

CH

3

CH

2

OH

CH

3

CHO

+

NAD

ADH

+

NADH

+

H

W przemianach alkoholi uczestniczą również:


mikrosomalny układ utleniający etanol
(MEOS)



katalaza

Etanol

Aldehyd
octowy

UTLENIANIE ALDEHYDÓW

 

Dehydrogenaza aldehydowa

CH

3

CHO

CH

3

COOH

+

H

2

O

ALDH

+

NAD

+

NADH

+

H

III. REAKCJE HYDROLIZY

Dotyczą estrów, amidów, hydrazydów,
karbaminianów, nitryli i epoksydów.

Zachodzą przy udziale nieswoistych esteraz i
amidaz.

+

R COOR

`

H

2

O

esteraza

R COOH

+

R

`

OH

+

R COONH

2

H

2

O

amidaza

R

COOH

+

NH

3

Ester

Kwas

Alkoh
ol

Amid

Kwas

REAKCE DRUGIEJ FAZY- REAKCJE

SPRZĘGANIA

Ksenobiotyki lub ich metabolity powstałe w
reakcjach pierwszej fazy są sprzęgane z
substancjami endogennymi:



kwasem glukuronowym

 kwasem siarkowym
 aminokwasami

Reakcje sprzęgania mogą również

obejmować

:

 reakcje metylacji
 reakcje acetylacji
 tworzenie kwasów merkapurowych
 tworzenie tiocyjanianów

Reakcje sprzęgania zachodzą w dwóch

etapach

:

1. jeden z substratów (najczęściej endogenny)

jest aktywowany

(udział cząsteczek

wysokoenergetycznych – ATP, UTP)

2. grupa o wysokim potencjale energetycznym

zostaje przeniesiona na drugi substrat z
utworzeniem koniugatu

.

 

Katalizowane są przez enzymy z grupy

transferaz

SPRZĘGANIE Z KWASEM GLUKURONOWYM

 

W reakcji uczestniczy

„aktywny kwas

glukuronowy”

czyli kwas

urydynodifosfoglukuronowy

(UDPGA)

i UDP-

glukuronozylotransferaza.

O

COOH

HO

OH

OH

O P O P O CH

2

O

O

O

O

HN

N

O

O

O

OH OH

UDPGA

Powstające połączenia mają charakter eterów,

estrów (O-glukuronidy) lub też N-glukuronidów

czy S-glukuronidów.

 

Glukuronidy są znacznie lepiej rozpuszczalne w
wodzie niż macierzyste ksenobiotyki i w związku z
tym znacznie łatwiej (szybciej) wydalane są z
moczem lub żółcią.

 

W wielu tkankach może zachodzić

proces

deglukuronizacji

– uczestniczy w nim



-

glukuronidaza

– enzym lizosomalny.

Ar N

H

Glukuronid

pH<7

-glukuronidaza

Ar N

H

OH

OH

2

Ar N

H

pH<7

pH>7

-H

2

O

+H

2

O

Ar N

H

N-Glukuronid

aryloaminy

N-Hydroksylo-

aryloamina

Jon

arylonitreniow

y

Sprzęganie z kwasem siarkowym

 

Siateczka cytoplazmatyczna wątroby, nerek, jelit,
mózgu, nadnerczy, jąder i jajników –

enzymy z

grupy sulfotransferaz

 

Reakcja siarczanowania zachodzi pod wpływem
„aktywnego siarczanu” –

5’-fosfosiarczanu 3’-

fosfoadenozyny (PAPS)

O S O P O CH

2

O

O

O

O

O

O

OH

PO

3

H

-

N

N

N

N

NH

2

PAPS

METYLACJA

 

Donorem grupy metylowej jest S-
adenozylometionina (SAM).

Reakcje metylacji nie odgrywają większej roli w
metabolizmie ksenobiotyków –

nie wpływają na

zwiększenie rozpuszczalności związku, ani nie
przyśpieszają jego eliminacji

.

  

ACETYLACJA

 

Jest to najczęstsza reakcja sprzęgania amin

aromatycznych, sulfonamidów, hydrazydów i
niektórych amin alifatycznych

Czynnikiem acetylującym jest acetylo-CoA

Acetylacja może prowadzić do zmniejszenia
rozpuszczalności ksenobiotyku w wodzie!

Polimorfizm genetyczny warunkujący zmienną
szybkość acetylacji u ludzi może decydować o
skuteczności niektórych leków, toksyczności
ksenobiotyków lub ich działaniu rakotwórczym.

Równocześnie z acetylacją ksenobiotku może
zachaodzić jego deacetylacja (hydroliza)
enzymatyczna.

SPRZĘGANIE Z

AMINOKWASAMI

• Sprzęganiu ulegają aromatyczne i

heterocykliczne kwasy karboksylowe oraz

kwasy arylooctowe

• Sprzęganie zachodzi najczęściej z glicyną
• Aktywacji ulega ksenobiotyk – powstaje

pochodna CoA (np.. Arylo-CoA)

Kwas benzoesowy + glicyna  kwas

hipurowy

Oprócz glicyny do sprzęgania mogą

służyć glutamina, ornityna, seryna,

tauryna, arginina i lizyna.

SPRZĘGANIE Z GLUTATIONEM

• Glutation – tripeptyd – Cys- Gly- Glu

• Z glutationem tworzą połączenia: epoksydy

węglowodorów alifatycznych, aromatycznych

i alicyklicznych, nienasycone węglowdory

alifatyczne, halogenowe węglowodory

alifatyczne i aromatyczne, halogenowe

związki nitrowe

• W wyniku sprzęgania z glutationem tworzą

się tzw.

kwasy merkapturowe

– wydalane

głównie z żółcią

• W detoksykacyjnym działąniu glutationu

uczestniczy S-transferaza glutationowa (GST)

Tworzenie tiocyjanianów

• Reakcja detoksykacji cyjanków nieorganicznych

CN

-

+ S

2

O

3

2-

 SCN

-

+ SO

3

2-

• Źródłem siarki są związki zawierające tzw. siarkę

sulfanową – tiosiarczany, tiosulfoniany, politioniany,

nadsiarczki

• Sprzęganie jest katalizowane przez

siarkotransferazę tiosiarczanową (rodanazę)

• Źródłem siarki może być też cysteina