Biotransformace

Z WikiSkript

Biotransformace je přeměna chemické struktury látky působením živého organismu. Je katalyzována pomocí enzymů. Biologická aktivita dané látky může být biotransformací snížena, nezměněna nebo zvýšena. Zvýšení biologické aktivity může být terapeuticky pozitivní, pak hovoříme o aktivaci prolátky (prolék, prodrug), i negativní, např. vznik toxického metabolitu.

Vliv polarity a ionizovatelnosti látek[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • Hydrofilní, polární či ionizovatelné látky jsou z velké části vylučovány ledvinami v původní formě.
  • Lipofilní noxy podléhají extenzivnímu metabolismu:
  1. jsou reabsorbovány z glomerulárního filtrátu ledvin do krve a transformovány na polárnější metabolity, aby tyto mohly být vyloučeny močí,
  2. lipofilní látky snadno podléhají enterohepatálnímu metabolismu a částečně se vylučují stolicí.
Xenobiotika.png

Biotransformační reakce a jejich klasifikace[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Obvykle se biotransformační reakce dělí do dvou fází, podle osobních preferencí autora té které publikace různě pojmenovávaných. Jednou z možností je dělení na fázi nesyntetickou a fázi syntetickou, které dostatečně a názorně vystihuje rozdíly mezi těmito skupinami biotransformačních reakcí. Alternativně lze hovořit též o první a druhé fázi biotransformace, ale problémem tohoto dělení je fakt, že ne každá látka podléhající biotransformaci prochází oběma fázemi.

Reakce I. fáze, nesyntetické[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Reakce I. fáze jsou reakce oxidační, v menší míře reakce redukční a hydrolytické. Během nesyntetické fáze dochází ke změnám v molekule transformované látky. Obvykle dochází ke vzniku funkčních skupin umožňujících následné zvýšení hydrofilnosti v syntetické fázi biotransformace. Biologická aktivita látky je obvykle snížena, ale může být i zvýšena (např. enalapril se aktivuje na enalaprilát, kodein se mění na morfin) nebo nezměněna (diazepam se mění na nordiazepam). V této fázi mohou vznikat i toxické metabolity (např. metabolity halotanu, paracetamolu, cyklofosfamidu). Nejčastěji probíhají oxidace, méně často redukce nebo hydrolytické reakce.

Přehled enzymatických systémů podílejících se na nesyntetické fázi:

Reakce II. fáze, syntetické[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

V této fázi biotransformace vznikají zpravidla neaktivní hydrofilní sloučeniny, které mohou být bez obtíží vyloučeny močí. Podstatou této fáze je připojení hydrofilní funkční skupiny k původní látce. Podle charakteru látky a zejména atakované skupiny může proběhnout několik reakcí:

Indukce enzymatické aktivity[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Indukovat lze zejména CYP oxidázy, tento jev může být podkladem farmakologické tolerance.

Fenobarbitalový typ indukce Zvyšuje se zejména aktivita CYP 2B1, 2B2, 3A1, 3A4 a podrodiny 2C. Je zvyšován metabolismus fenobarbitalu (autoindukce) a dalších látek (heteroindukce), např. tolbutamidu, kortizolu a kumarinu. Obvykle stoupá i hmota jater.

Benzpyrenový typ indukce Zvyšuje se aktivita CYP 1A1, 1A2, glutathiontransferázy, ALA‑syntázy a jiných enzymů. Kromě benzpyrenu se zvyšuje i metabolismus např. 3-metylcholanterenu. Hmota jater stoupá jen nepatrně.

Neindukovatelné enzymy Některé enzymy nelze indukovat. Patří mezi ně např. CYP 2D6.

Inhibice enzymové aktivity[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Projevy intoxikace se mohou objevit již několik hodin po podání látky. Kompetitivně inhibují např. fluorochinolony CYP 3A4, chinidin heteroblokuje CYP 2D6 a cimetidin a ketokonazol mohou blokovat více enzymů ireverzibilní vazbou na hemové železo. Někdy se blokády enzymů i využívá, např. blokáda xantinoxidázy allopurinolem v terapii dny nebo blokáda aldehyddehydrogenázy disulfiramem jako součást terapie závislosti na alkoholu.


Klasifikace enzymů podle IUBMB (International Union of Biochemistry and Molecular Biology)[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Biotransformační reakce xenobiotik jsou katalyzovány různými enzymy. Nejdůležitější je oxidace na enzymatickém systému P45O. Jsou popsány stovky různých enzymů v různých živočišných i rostlinných druzích.

Distribuční objem látek
Hlavní skupina enzymů Oxidoreduktázy Hydrolázy Isomerázy Transferázy Lyázy Lygázy
Podskupiny Dehydrogenázy
Oxidázy
Reduktázy
Peroxidázy
Katalázy
Oxygenázy
Hydroxylázy
Esterázy
Glykosydázy
Peptidázy
Thiolázy
Fasfatázy
Amidázy
Daminázy
Ribonukleázy
Racemázy
Epimerázy
Isomerázy
Mutázy
Acetyl-
Methyl-
Sulfo-
Fosforyl-
Transketolázy
Transaldolázy
Dekarboxylázy
Aldolázy
Hydratázy
Dehydratázy
Syntházy
Lyázy
Synthetázy
Karboxylázy

Enzymatická katalýza biotransformací I. fáze[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Organely.png
  • Nejdůležitější enzymy katalyzující reakce 1. fáze představují hemoproteiny vykazující charakteristické maximum při 450 nm – cytochrom P450 – odpovídá za oxidaci asi 75 % léčiv.
  • Cytochrom P450, smíšený enzymový systém oxidázový, je lokalizován na membránách endoplazmatického retikula, mitochondrií či jádra, tj, na membránách mikrosomů – mikrozomální enzymy. Existují jako izoenzymy s různou sekvencí aminokyselin a s rozdílnou substrátovou specificitou.
  • volně rozpustné enzymy – lysoenzymy
  • tři hlavní genetické rodiny metabolizující léčiva v játrech jsou: CYP 1, CYP 2, CYP 3
  • desítky izoenzymů P450: např. CYP1A1, CYP1A2, CYP2C9…
  • specificita metabolismu – důležité subtypy P450 a příklady substrátů
P450 Převažující lokalizace Příklady substrátů
CYP1AB játra kofein, theofylin, pracetamol
CYP2C9 játra ibuprofen, warfarin
CYP2C19 játra diazepam
CYP2D6 játra, mozek, plíce kodein, tricyklická antidepresiva
CYP2E1 játra, plíce, CNS, srdce, kostní dřeň alkohol
CYP3A4 játra, GI, ledviny, plíce, CNS, lymfocyty erythromycin, nifedipin
  • některá xenobiotika vyvolávají zvýšenou enzymatickou aktivitu – indukci
  • jiná xenobiotika naopak enzymatickou aktivitu tlumí – inhibují. např. chronický abuzus ethanolu vede k indukci CYP2E1 – rychlejší metabolismus léčiv
  • P450 a biologická variabilita u živočichů – význam výběru experimentálních zvířat pro testování toxicity nových léčiv pro humánní užití.
  • interindividuální variabilita uvnitř druhu – genetický polymorfismus enzymů – rychlí a pomalí metabolizátoři – potenciální vznik nežádoucích účinků
  • proměnlivost množství enzymu ve tkáních v průběhu života jedince
některé biotransformační reakce jsou na systému P450 nezávislé
  • oxidativní deaminace řady nox (amfetamin) vyžaduje monoaminooxidázy (MAO); nachází se uvnitř buněk vázané na povrch mitochondrií, v ER, v nervových zakončeních, v játrech, ve střevním epitelu
  • ethanol je metabolizován rozpustným cytoplazmatickým enzymem alkoholdehydrogenázou vedle mikrosomální oxidázy CYP2E1
  • plazmatické esterázy způsobují hydrolýzu nox, jako jsou např. prokain či kokain. Nacházejí se v cytoplazmě v mnohých tkáních, v mikroflóře GI traktu.
cytochrom P450 závislé procesy Cytochrom P450 nezávislé procesy
alifatická hydroxylace oxidace primárních, sekundárních,terciárních aminů
aromatická hydroxylace oxidativní deaminace, desulfurace
epoxidace dvojné vazby dehydrogenace (alkohol)
N. O. S. – dealkylace redukce azo, nitro, karbonylsloučenin
N. S. P. – oxidace hydrolýza amidů, esterů
deaminace

Biotransformační reakce II. fáze[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • reakce II. fáze – syntetické, konjugace nox či metabolitů s endogenními substráty – produkce velmi polárních metabolitů, schopných eliminace
  • endogenní substráty : glycin, glutathion, kyselina glukuronová, kyselina octová, kyselina sírová
  • konjugační enzymy:
  1. glukuronidace – glukuronosyltransferáza (glukuronyltransferáza) – enzym lokalizován v ER v blízkosti systému cytochromu P450
  2. sulfatace – sulfotransferáza
  3. glutathion-S-transferáza
  4. N-acetyltransferáza (cytozolový enzym v různých tkáních)
  5. methyltransferázy – přenos methylu z S-adenosylmethioninu na vhodný substrát

Oxidace alkoholů[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Oxidace alkoholů - vzorce.png

Ethylalkohol[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • hydrofilní látka, snadné vstřebávání (žaludek, střevo)
  • rozpustnost v tucích – narkotické účinky
  • individuální projevy (muži, ženy), abstinenti – chroničtí alkoholici – adaptace CNS, tolerance
  • chronická toxicita – postižení CNS, srdce, játra, ledviny – poškození hepatocytů, zpomalená eliminace
  • endogenní tvorba bakteriální fermentací potravy ve střevě (tisíciny promile)
  • postmortální vznik alkoholu, hnilobné procesy

Kinetika: rychlost vstřebávání > rychlost eliminace Eliminace kinetika 0. řádu, lineární kinetika

Metabolismus[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • 2–10 % vstřebané dávky se vyloučí dechem a močí, většina se oxiduje v játrech – enzymy ADH (60–70 %), MEOS

Oxidace nenasycených vazeb[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Oxidace nenasycených vazeb.png

O-Dealkylace[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

O-Dealkylace.png

N-Dealkylace[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

N-Dealkylace.png

N-Oxidace[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

N-Oxidace.png

S-Oxidace[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

S-Oxidace.png

Oxidační desulfurace[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Oxidační desulfurace.png

Oxidační deaminace[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Oxidační deaminace.png

Redukce aldehydů a ketonů[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Redukce aldehydů a ketonů.png

Redukce nitroskupin[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Redukce nitroskupin.png

Hydrolýza esterů[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Hydrolýza esterů.png

Hydrolytické štěpení cyklů[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Hydrolytické štěpení cyklů.png

Schéma biotransformace chlorpromazinu[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Schéma biotransformace chlorpromazinu.png

Konjugace morfinu[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Konjugace morfinu.png

Biotransformace heroinu, kodeinu[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Biotransformace heroinu, kodeinu.png

Biotransformace kokainu[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Biotransformace kokainu.png

Biotransformace methamfetaminu[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Biotransformace methamfetaminu.png

Biotransformace benzodiazepinů[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Biotransformace benzodiazepinů.png

Biotransformace delta-9-THC[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Biotransformace delta-9-THC.png

Kinetické aspekty biotransformace[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Kinetické aspekty biotransformace.png

Znalosti o biotransformaci[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • vývoj a optimalizace toxikologické metody
  • interpretace toxikologických nálezů
  • poznání mechanismu působení xenobiotik pro účinnou léčbu chorob a intoxikací, omezení nežádoucích účinků léčiv
  • farmakokinetika i dynamika: individuální odchylky (genetický základ, zdravotní stav, věk, pohlaví)
  • účinky ovlivňuje dávka, frekvence dávek, způsob aplikace, kombinace nox (inhibice či indukce enzymů) aj.
  • neočekávané projevy – šokové, komatózní stavy
  • posouzení toxikologických nálezů, interpretace – komplexní hledisko s ohledem na okolnosti případu


Odkazy[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Související články[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Zdroj[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • EYBL, Vladislav. Vybrané kapitoly z obecné farmakologie. Část 1. 1. vydání. Praha : Karolinum, 2003. 63 s. ISBN 80-246-0679-8.