Post on 13-Jul-2015
Bioqumica para 2 Ao Medicina CUNOR, 2011
Generalidades
Xenobiticos son sustancias qumicas o compuestos extraos a las cuales estn expuestos los seres humanos
Frmacos, aditivos de alimentos, contaminantes, etc.
Debemos conocer el metabolismo de xenobiticos para un entendimiento racional de farmacologa y teraputica, toxicologa, manejo del cncer y drogadiccin.
La familia de monooxigenasas (citocromo P450) pertenece al grupo de citocromos bSu grupo hemo est unido a un quinto ligando cistena (tiolato) le confiere un espectro de absorcin particular y capacidades para la activacin del oxgeno en condiciones aerobias Su grupo prosttico (protoporfirina IX) est relacionado con apoprotenas (isoenzimas) cuyos pesos moleculares oscilan entre 45-44 kDa
Estas hemoprotenas constituyen el final de una cadena de transportadores de electrones microsomales y mitocondriales asociadas a coenzimas NADH y NADPH
Hemotioprotenas se clasifican con base en la protena donadora de electrones que le precedeClase 2: flavoprotena reductasa con FAD y FMN (NADPH P450 reductasa)
Clase 1: flavoprotena reductasa que contiene FAD (NADPH P450 reductasa) y adrenodoxina que es una protena no hemo (hierro unido a azufre) Localizada en membranas mitocondriales
Localizada en RE
Se conocen casi 1000 citocromos P450
50 son potencialmente activos en humanos y se dividen en 17 familias (clasificadas segn similitudes en secuencia de aminocidos que debe ser al menos 40%)
8 isoformas de CYP 1, 2, 3 son inducidas por hidrocarburos aromticos, barbitricos, esteroides y antibiticos
Son responsables de biotransformacin de xenobiticos
Familias CYP 4, 5, 6, 10, 11, 17, 19, 21, 26, 50, 100, entre otros participan en biotransformacin de cidos grasos, esteroides, eicosanoides, vitaminas liposolubles.
Metabolismo de Xenobiticos
Principales clases de xenobiticos: Frmacos,
carcingenos qumicos y diversos compuestos (bifeniles policlorados o PCB e insecticidas) Se conocen aprox. 200,000 Estos compuestos quedan sujetos a metabolismo (alteracin qumica) en el cuerpo humano hgado sin cambios (en ocasiones) 30 enzimas diferentes son encargadas de catalizar reacciones del metabolismo de xenobiticos
Principal rgano involucrado en metabolismo de xenobiticos: hgado
Tambin intervienen: aparato gastrointestinal, pulmones, piel y riones
Primera etapa biotransformante suele ocurrir en estmago o intestino o en el hgado cuando el xenobitico llega por el sistema porta
A nivel intracelular: retculo endoplsmico, mitocondria, citosol, lisosomas o envoltura nuclear
Casi todos los frmacos tendran un efecto prolongado si la disminucin y el cese de su accin dependiera slo de la excrecin renal
Requieren peso molecular pequeo, alta polaridad, alto porcentaje de ionizacin a pH fisiolgico
Las molculas orgnicas con actividad farmacolgica tienden a ser muy lipoflicas y parcialmente ionizables a pH fisiolgico por lo que establecen uniones muy fuertes con protenas plasmticas y su eliminacin renal no es fcil
Biotransformacin es una alternativa que ocasiona cese o modificacin de actividad farmacolgica Xenobiticos son convertidos en productos ms polares con menor actividad e incluso pueden ser inactivados & pueden tener aumento de actividad o propiedades txicas (mutagenicidad, teratogenicidad y carcinogenicidad) Las biotransformaciones ocurren en cualquier momento entre absorcin del compuesto y su eliminacin renal
Reacciones de Fase I convierten el frmaco en un metabolito con mayor polaridadIntroduccin o exteriorizacin o exposicin de grupos polares origina metabolitos inactivos o con actividad modificada y facilita su excrecin Muchos productos de fase I intervienen en reacciones subsecuentes al unirse a sustratos endgenos por medio del nuevo grupo funcional recin formado (conjugados de polaridad elevada)
Reacciones de fase II (conjugacin o sntesis)
Fase 1Hidroxilacin Termina accin de un frmaco Catalizada por clase de monooxigenasas o citocromos P450 Desaminacin, deshalogenacin, desulfuracin, epoxidacin, peroxigenacin y reduccin
Propsito: aumentar la hidrosolubilidad (polaridad) y excrecin desde el cuerpo
Hidrlisis (esterasas) y otras reacciones no catalizadas por P450
Fase 2Conversin a metabolitos polares Compuestos hidroxilados u otros producidos en fase 1 Conjugacin con cido glucurnico, sultato, acetato, glutatin, metilacin
Xenobiticos muy hidrfobos Persisten
en tejido adiposo por tiempo indefinido
Algunas reacciones de fase 1 (hidroxilacin adicional) puede convertirlos en formas menos activas o inactivas excretados en bilis u orina Profrmacos o Procarcingenos Fase
1 puede convertirlos desde inactivos a compuestos biolgicamente activos
FASE 1: Isoformas CYP450
Hidroxilacin (fase 1) puede ser catalizada por enzimas monooxigenasas o CYP450 57 genesO2 NADPH H+ R-OH H2O NADP
RH
Frmacos, carcingenos, plaguicidas, productos de petrleo, contaminantes
Compuestos endgenos (esteroides, eicosanoides, cidos grasos y retinoides) lipoflicos se vuelven hidroflicos por hidroxilacin
CYP 450 es el biocataltico ms verstil Mecanismo de accin complejo Oxidasas de funcin mixta destino doble del oxgeno
RH +O2 R-OH + H2OCYP450 oxidado CYP450 reducido
Alrededor del 50% de frmacos que ingerimos con frecuencia, se metabolizan por isoformas del citocromo P450 Tambin actan sobre carcingenos y contaminantes Principales citocromos P450 en metabolismo de frmacos son miembros de las familias CYP1, CYP2, CYP3
Isoformas del citocromo P450
Constituyen superfamilia de enzimas que contienen hem Son hemoprotenas Estn ampliamente distribuidos a travs de especies (incluye bacterias) Se encuentran en clulas hepticas y enterocitos (REL) & suprarrenales (RE y mitocondrias)
Biosntesis de colesterol y esteroides adrenodoxina reductasa (flavoprotena enlazada a NADPH) y protena de hierro-azufre no hem (adrenodoxina)
REL contiene al menos 6 especies diferentes de CYP450 especificidad de sustrato amplia y poco superpuestas Actan
sobre xenobiticos y compuestos endgenos Capaces de metabolizar miles de sustancias qumicas diferentes
Electrones se transfieren desde NADPH hacia NADPH-citocromo P450 reductasa y luego hacia citocromo P450 activacin reductiva de Oxgeno molecular se inserta un tomo de oxgeno en sustrato RH + O2 R-OH + H2OCYP450 oxidado
CYP450 reducido
Las isoformas son inducibles Transcripcin
aumentada de ARNm Estabilizacin de ARNm, estabilizacin de enzimas u otros (efectos sobre traduccin) Medicamentos causan hipertrofia del REL y aumentan cantidad de CYP450 en 4-5 das Ojo!! Interacciones farmacolgicas y conversin de procarcingenos en carcingenos!!
Lpidos (fosfatidilcolina en membrana REL) son componentes del sistema CYP450 Algunos citocromos P450 existen en formas polimrficas (isoformas genticas) Algunas
muestran actividad cataltica baja
Propiedades de citocromos P450
Fase 2: Conjugacin y Excrecin
Fase 1: xenobiticos se convierten en derivados hidroxilados ms polares Fase 2: derivados se conjugan con molculas de cido glucurnico, sultato o glutatin los hace ms hidrosolubles se excretan en orina o bilis
Reacciones de Fase 2
Glucuronidacin Reaccin
ms frecuente cido UDP glucurnico es donador de glucuronil y glucuronosiltransferasas (REL y citosol) son los catalticos Glucurnido puede estar fijo a O, N, S de sustratos Ejemplos: 2-acetilaminofluoreno (carcingeno), anilina, cido benzoico, meprobamato, fenol y esteroides
Sulfacin Donador
de sulfato es adenosina 3-fosfato5-fosfosulfato (PAPS) o sulfato activo Ejemplos: alcoholes, arilaminas y fenoles
Conjugacin con GlutatinTripptido formado por cido glutmico, cistena, glicina y se abrevia GSH Xenobiticos electroflicos se conjugan a GSH nucleoflico
R + GSH R-S-G
Enzimas: glutatin S-transferasas (citosol heptico y otros tejidos) Si xenobiticos no se conjugan hacia GSH quedan libres para combinarse con ADN, ARN, protenas celulares dao celular GSH es importante mecanismo de defensa tejidos susceptibles a lesiones
Sujetos a metabolismo adicionalGrupos glutamil y glicinil (glutatin) se eliminan por accin enzimtica Grupo acetilo (acetilCoA) se aade a grupo amino de porcin cisteinil restante Resultado: cido mercaptrico (conjugado de Lacetilcistena) que se excreta en orina
Glutatin tiene otras funciones: Descomposicin de H2O2; Reductor intracelular; Transporte de aa a travs de membrana plasmtica (enzima: GGT o gamma glutamiltransferasa liberada en enfermedades hepatobiliares)
Otras reacciones AcetilacinX
+ acetil-CoA Acetil-X + CoA Catalizada por acetiltransferasas (citosol de tejidos e hgado) Ejemplo: isoniazida Acetiladores lentos o rpidos Metilacin Metiltransferasas
usan S-adenosilmetionina
Factores que Afectan EnzimasEspecies Metabolitos de ciertos xenobiticos Enfermedades
Factores genticos
Agentes inductores
Edad
Sexo
Respuestas a Xenobiticos
Diferencias determinadas por mecanismos genticos Estructura
de enzimas y protenas
Polimorfismos Enzimas,
transportadores y receptores
Efectos txicos de xenobiticos Lesin celular (citotoxicidad) muerte celular
1.
Unin covalente a macromolculas celulares (ADN, ARN, protenas) si son esenciales para supervivencia celular, hay efectos graves en funcin celular
2.
Antigenicidad Acta como hapteno por s misma no estimula la sntesis de anticuerpos, pero s se combina con anticuerpos Anticuerpos resultantes daan clula por mecanismo inmunitarios
3.
Carcinognesis qumica
Actividades de monooxigenasas que metabolizan xenobiticos ayudan si los compuestos (carcingenos indirectos) se hacen carcinognicos o se destoxifican Carcingenos directos pueden reaccionar de manera directa con ADN sin pasar por activacin qumica intracelular Epxido hidrolasa puede ejercer efecto protector contra ciertos carcingenos
Algunas monooxigenasas producen epxidos que son muy reactivos y mutagnicos o carcinognicos o ambos Epxido hidrolasa acta sobre epxidos y los hace menos reactivos
Farmacogenmica
Farmacogentica es el estudio de contribucin de factores genticos a variacin de respuesta a frmacos y toxicidad Farmacogenmica es el uso de informacin y tecnologas genmicas para optimizar el descubrimiento y desarrollo de blancos farmacolgicos y frmacos
Mejorar tratamientos y proporcionar frmacos personalizados ms seguros