Unidad 2. La biotransformación de xenobióticos

Unidad 2.La biotransformación de xenobióticos Departamento de Farmacia, Facultad de Química, UNAM. las reacciones metabólicas. Los hepatocitos se presentan en forma de placas, las cuales están unidas mediante sinusoides. Unidad 2. La biotransformación de xenobióticos y su importancia toxicológica 2.1 La biotransformación hepática de xenobióticos Cuando los xenobióticos que ingresan por vía oral, se absorben en el intestino delgado, pasan a la vena mesentérica y luego a la vena porta, la cual los conduce hacia el hígado. En este órgano es donde mayoritariamente se van a efectuar las reacciones metabólicas. Cuando los xenobióticos al pasar por primera vez por el intestino y el hígado, sufren de alguna transformación metabólica, se dice que presentan un efecto de primer paso. Figura 2-1. Paso de los xenobióticos del intestino delgado al hígado Figura 2-2. Distribución de xenobióticos Una vez que los xenobióticos llegan al hígado por la vena porta, se difunden hacia los hepatocitos, que son las células encargadas de realizar 1 Profesores: Francisco Hernández Luis, María Elena Bravo Gómez, Perla Castañeda López. Servicio Social (2014-12/16–280): Circe Mouret-Hernández los cuales se encuentra principalmente en los microsomas hepáticos. denominados Fase I. a) Reacciones de oxidación La oxidación es probablemente la reacción más común en el metabolismo de xenobióticos. Reducción Hidrólisis Las transformaciones efectuadas incrementan la hidrofilia de los diversos compuestos y en consecuencia facilita su excreción corporal. mitocondria Aldehído oxidasa citosol Monoamina oxidasa mitocondria Klassen C. Las tres Fases del metabolismo 2. a sufrir reacciones de: a) b) c) Oxidación. Departamento de Farmacia. Muchos compuestos son oxidados por un Xenobiótico Fase I Menor polaridad grupo no específico de enzimas denominado mono-oxigenasas (Citocromo P450. Tabla 2-1. Cassaret Doull´s Toxicology. Perla Castañeda López. Sixth edition. La biotransformación de xenobióticos Para mejor comprensión de los procesos metabólicos que se llevan a cabo en el hígado. Facultad de Química. UNAM. Obtención de microsomas 2 Profesores: Francisco Hernández Luis. Servicio Social (2014-12/16–280): Circe Mouret-Hernández . María Elena Bravo Gómez. Figura 2-4. 136. las reacciones que ocurren en este proceso se han agrupado en tres apartados.Unidad 2.2 Fase I del metabolismo: oxidación. una fracción derivada del retículo endoplásmico liso. Fase II Fase III Mayor polaridad Figura 2-3. Fase II y Fase III. reducción. hidrólisis La importancia de la Fase I radica en lograr la biotransformación de los grupos funcionales susceptibles que presenten los xenobióticos. Flavin-monoxigena). p. Enzimas y su ubicación celular Enzima Ubicación Citocromo P450 retículo endoplásmico (microsomas) Favin-monooxigenasa (FMNO) retículo endoplásmico (microsomas) Prostaglandin H sintetasa retículo endoplásmico (microsomas) Xantina oxidasa citosol Alcohol deshidrogenasa citosol Aldehído deshidrogenasa citosol. Mc-Graw Hill. con el átomo de Fe en estado de oxidación II. el sistema de la coenzima nicotinamida adenina dinucleótido fosfato Figura 2-6. En el cuerpo humano se ubican principalmente en el hígado. Servicio Social (2014-12/16–280): Circe Mouret-Hernández . forma un complejo con el monóxido de carbono presenta una absorbencia máxima a 450 nm en el espectro de luz visible. La actividad de las mono-oxigenasas Figura 2-5. asimismo. Figura 2. Perla Castañeda López. una hemoproteína 3 Profesores: Francisco Hernández Luis.oxígeno molecular. requiere Para catalizar la formación de productos oxidados. así como de la enzima NADPH CYP reductasa o NADH CyT b5. La biotransformación de xenobióticos La superfamilia citocromo P 450 (CYP) El término citocromo P450 representa a un grupo de enzimas constituidas por hemproteínas (hem: porfirina y apoproteína. Uno de los aspectos importantes que hay que resaltar es que para iniciar la biotransformación se requiere que el sustrato interaccione con el citocromo. aunque su presencia se detecta en varios otros órganos. deben presentar grupos funcionales adecuados que puedan alterarse por reacciones enzimáticas y un tamaño mayor a 150 D. [CYP Fe+2 C=O] Estas enzimas muestran una amplia capacidad de catalizar una variedad de diversos sustratos. El CYP es una mono-oxigenasa porque al oxidar a un sustrato el producto sólo presenta uno de los dos átomos de la molécula de oxígeno. La denominación 450 se debe a que cuando esta hemoproteína. Por lo que los diversos compuestos necesitan ser liposolubles para lograr alcanzar al sistema enzimático ubicado en retículo plasmático. Absorbencia de CYP en complejo con monóxido de carbono (NADPH). CYP.5).Unidad 2. 2 NADPH + H+ 2 NADP+ RH sustrato + O2 CYP ROH + H2O Figura 2-7. María Elena Bravo Gómez. UNAM. Facultad de Química. Departamento de Farmacia. María Elena Bravo Gómez. de No. 1 en plantas. 2 en caracoles. Figura 2-8. Smart R. Existen prácticamente dos formas de presentar al citocromo P 450. familia CYP 1 A 1 [CYP-Fe+3] RH CYP-Fe+3 CYP-Fe+3 RH e - [CYP-Fe+3RH] subfamilia forma individual Familia: 45-50% de homologación de la estructura primaria de la proteína Subfamilia: 51-60% de de homologación de la estructura primaria de la NADPH + H+ NADP+ ROH NADPH CYP reductasa proteína CYP-Fe+3 RH O H2O 2H + En algunas ocasiones se utiliza CYP para denotar a la proteína o al CYP-Fe RH O2 +2 mARN y CYP para referirse al gen que les da origen. Servicio Social (2014-12/16–280): Circe Mouret-Hernández . seguido de un número que denota la familia (40% de homología en la estructura primaria). P450 II). La biotransformación de xenobióticos Departamento de Farmacia. Facultad de Química. de Reacciones subfamilas formas 4 Profesores: Francisco Hernández Luis. La otra presentación utiliza las siglas. Familas y subfamilias de citocromos P 450 No.. O2- Treinta familias de citocromos P 450 han sido descritas. Wileyinterscience.Unidad 2.C. USA. y 2 en bacterias. Third Edition. p. para denotar la subfamilia (60% de homología en su estructura primaria). 72. O2e - . UNAM. 10 en NADPH + H+ NADP+ NADPH CYP reductasa o CyT b5 e - NADH Cyt b5 reductasa NADH + H+ NAD+ mamíferos. Introduction to Biochemical Toxicology. CYP-Fe+2 RH ADN (genes) CYP-Fe+3 RH mARN Proteína (enzima) CYP CYP . P 450. Perla Castañeda López. seguido por un número romano para denotar la familia correspondiente (ej. 2001. un número para indicar la forma correspondiente. La más reciente utiliza la raíz CYP. 1 en insectos. la cual a su vez es seguida por una letra mayúscula. Hodgson E. Por último. P 450 Tabla 2-2. Las familias identificadas en mamíferos se presentan en la siguiente tabla. inductores e inhibidores de algunos CYP Sustrato Inductor Inhibidor acetaminofen. 2001. Cassaret Doull´s Toxicology. 2001. Facultad de Química. detrometrofan. yohimbina CYP2D6 CYP3A4 carbamazepina. c. La biotransformación de xenobióticos CYP1 CYP2 CYP3 CYP4 CYP7 CYP11 CYP17 CYP19 CYP21 CYP27 1 8 1 3 1 2 1 1 1 1 3 61 10 11 1 4 1 1 2 1 metabolismo de xenobióticos metabolismo de xenobióticos y esteroides metabolismo de xenobióticos y esteroides hidroxilación ω y ω-1 de ácidos grasos hidroxilación 7α en el colesterol hidroxilación 11β en esteroides hidroxilación 17α en esteroides aromatasa hidroxilación en C-21 en esteroides hidroxilación en C-27 en colesterol Departamento de Farmacia.C. Nombres triviales para algunos CYP y su presencia en diversas especies Gen Hemoproteína Nombre trivial Especie CYP1A1 CYP1A1 C. humo de cigarro. 5 Profesores: Francisco Hernández Luis. Wileyinterscience. lidocaína. cinnarizina. Third Edition. p. 2001.8-tetraclorodibenzo-p-dioxina *La lista completa la puede consultar en la siguiente referencias: Klassen C. USA. HCB rata P3. p. aCYP1A2 aminas aromáticas. taxol. Introduction to Biochemical Toxicology. diltiazem. 77. ciprofloxacina. metabolismo (Hodgson E. Smart R. omeprazol Enzima Amitriptilina. 74. verapamil* **TCDD = 2.Unidad 2. dapsona. USA. d. Mc-Graw Hill. carbamazepina. Third Edition. hierba de San Juan* clotrimazol. fenobarbital. Hodgson E. forma 6 humano Forma 6 conejo 1 A1 trucha Dah1 perro Mkah1 mono CYP1A2 CYP1A2 P-448.. p. Sixth edition. warfarina safrol. clozapina. clorpromazina. estradiol. fluvoxamina. forma 4 humano LM4 conejo MC4 trucha Dah2 perro Mkah2 mono Hodgson E. teofilina. verapamil* No conocido celecoxib. sulfamidimina. teofilina. fluoxetina..C. Wiley-interscience. María Elena Bravo Gómez. Wileyinterscience. tacrina. fenitoina. quinidina. ketoconazol.7. 75. Introduction to Biochemical Toxicology.C. Smart R. Introduction to Biochemical Toxicology. naftoflavona cafeína. Perla Castañeda López. dioxina(TCDD**). UNAM. USA. Tabla 2-4. diazepam. crucíferas.3. captopril. etinilestradiol. Abundancia en el hígado Importancia en el metabolismo de fármacos Otros 3A4 2D6 3A4 2D6 1A2 2A6 2E 1 2C 1A2 2E 1 2C Figura 2-9. acetanilida.bNF-B rata P1. imipramina* acetaminofen. Abundancia de CYP en el hígado y su participación en el Tabla 2-3. d. codeína. 184-185. rifampina. lobelin. Sustratos. Third Edition. omeprazol.. benzopireno. nicardipina. Smart R. antipirina carne carbonizada.trifluoperidol. pp. Servicio Social (2014-12/16–280): Circe Mouret-Hernández . indinavil. p. las cuales dependen de NADH o NADPH. 136. citosol.Unidad 2. Reacciones de reducción presentes en la Fase I Sustrato Producto Enzima Ubicación ArN=NAr ArNH2 + NH2Ar azo-reductasa Microsoma. ésteres de fosfatos y sulfatos. algunas de las cuales han O-dealquilación S-dealquilación SCH3 O N N N H 6-Metiltiopurina O Deaminación oxidativa CH2CHNH2 CH3 Sulfoxidación S N-oxidación (CH3)3N Trimetilamina sido caracterizadas.Arilaminas resultando en la formación de grupos hidroxilos y aminos más polares. c) Reacciones de hidrólisis Las hidrolasas constituye un grupo de enzimas generalmente de baja especificidad. Facultad de Química. Recientemente. Hay varias reductasas en el hígado. Servicio Social (2014-12/16–280): Circe Mouret-Hernández . citosol. Tabla 2-5. se ha mostrado que hay múltiples isoenzimas de las esterasas hepáticas. 136. Sixth edition. UNAM. amidas lisosomas Hidrólisis de R-C(0)C-R R-COH-COH-R Epóxido Microsomas. María Elena Bravo Gómez. La biotransformación de xenobióticos Departamento de Farmacia. Mc-Graw Hill. Perla Castañeda López. amidas. Cassaret Doull´s Toxicology. capaces de hidrolizar ésteres. ésteres citosol. disacáridos. b) Reacciones de reducción CYP1A1 (extrahepático) CYP1A2 (hepático) Los grupos carbonilos. Tabla 2-6. reductasa citosol.Hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP) . Localización e importancia de los CYP1 Oxidación de las cadenas laterales CH2CH2CH2CH3 N Hidroxilación aromática NH C NH2 N CH2CH2CH2N Debrisoquina OH CHCH2CH2CH3 OH CH2CH2CHCH3 CH2CH2CH2CH2OH HO N -oxidación -1 oxidación . menor proporción) Reacción Azo Nitro Quinona Sulfóxido Carbonilo Figura 2-10. C2H5O NHCCH3 N Fenacetina N Cl (CH3)3N O CH2CH2CH2N(CH3)2 Anfetamina Clorpromacina SH N N N H + HCOH + NH3 O CH2CCH3 HO NHCCH3 O S + CH3COH N N Cl CH2CH2CH2N(CH3)2 Figura 2-11. Reacciones de oxidación de Fase I del metabolismo 6 Profesores: Francisco Hernández Luis. Sixth edition. Cassaret Doull´s Toxicology. epóxidos hidrolasa citosol Klassen C. Mc-Graw Hill. Reacción Sustrato Producto Enzimas Ubicación Hidrólisis de R-COO-R´ R-COOH + R-OH Esterasas Microsomas. Reacciones de hidrólisis presentes en la Fase I. que catalizan tales reacciones. microflora R-NO2 R-NH2 nitro-reductasa Microsoma. La hidrólisis de varios ésteres por la albúmina del suero ha sido también reportada. sangre Hidrólisis de R-CONH-R´ R-COOH + R-NH2 Peptidasa Sangre. peptidos. El grupo éster es el más lábil a sufrir tales reacciones. Activan algunos pro-mutágenos o pro-carcinógenos: .oxidación CH2CH2CH2N CH3 H N NH C NH2 NHOH Anilina Imipramina CH3 CH3 N-hidroxilación NH2 N-dealquilación Klassen C. azo y nitro son objetos de reducción. microflora O=Ar=O HO-Ar-OH DT-diaforasa Microsoma citosol R-S(O)-R R-S-R FMO Citosol R-CHO R-CH2OH aldehídoMicrosoma. sangre CYP1B1 (extrahepático. lactonas. glicosidos. p. los sistemas de conjugación están concentrados en las membranas. en una variedad de metabolitos nucleofílicos o electrofílicos. La interacción de los electrófilos más reactivos con macromoléculas celulares de importancia biológica. pueden bio-transformar con alguna extensión. Proteínas Figura 2-12. Metabolitos nucleofílicos FASE I FASE II Xenobiótico 4-ipomeanol Benzopireno Tiourea Nitrofurantoina Paraquat Tabla 2-8. Perla Castañeda López. la mayor cantidad de reacciones de Fase II. -COOH. ya que adicionan una sustancia endógena a un xenobiótico o un metabolito del mismo. ARN. Facultad de Química. xantina oxidasa Fibrosis P450 reductasa Necrosis alveolar. en algunas ocasiones. 7 Profesores: Francisco Hernández Luis. epóxido hidrolasa Carcinoma P450. ocurren en el hígado. Activación de xenobióticos en el pulmón Enzima Tipo de toxicidad P450 Necrosis de células clara P450.Unidad 2. Wileyinterscience. Adicionalmente. el citosol. María Elena Bravo Gómez. Reacciones principales del la Fase II del metabolismo Conjugado Coenzima Enzima Grupos conjugados Ácido uridin-5´UDP-glucuronosil. Efectos por el metabolismo de xenobióticos Efecto Xenobiótico Reacción efectuada Desactivación Barbitúricos Oxidación Co-activación* Diacepam Oxidación Activación Hidrato de cloral Reducción Incremento de la toxicidad Metanol Oxidación *tanto el metabolito como el fármaco presentan la misma actividad biológica. las mitocondrias. 215.. incluyendo a la piel. difosfo-α-Dglucurónico (UDP-GA) reacciones de conjugación en determinados sitios de órganos y células. UNAM. Reacciones para metabolitos nucleofílicos y electrofílicos 2. Smart R. Third Edition. Glucuronido transferasa (UGT) NH2.3 Fase II del metabolismo: reacciones de conjugación Muchos organismos. A estas enzimas se les denomina transferasas. de naturaleza electrofílica. pueden realizar Las enzimas que participan en la Fase II generalmente catalizan la adición de pequeñas moléculas polares a los metabolitos o fármacos para hacerlos más polares. aunque todos los órganos. p. FMNO Daño a células Tipo I P450 reductasa. los lisosomas y el retículo endoplásmico. Introduction to Biochemical Toxicology. -NR2. ésteres de sulfatos Excreción X M Metabolitos electrofílicos FASE II conjugados con glutatión Excreción Hodgson E. juega uno de los papeles más importantes en los aspectos de la toxicidad de xenobióticos. En general los compuestos químicos son convertidos por la Fase I Consecuencias del metabolismo de la Fase I en la actividad de algunos fármacos Tabla 2-7.-OH. Servicio Social (2014-12/16–280): Circe Mouret-Hernández . En las ratas y en los seres humanos. En las células.C. ADN. 2001. incluyendo los seres humanos. Las reacciones más comunes son: Glucuronidación Conjugación con sulfato (sulfatación) Conjugación con glutatión (conjugados con ácido mercaptúrico) Metilación Acetilación Conjugación con aminoácidos Tabla 2-9. -SH. USA. los metabolitos nucleofílicos más estables y abundantes. pueden ser convertidos a intermediarios reactivos. La biotransformación de xenobióticos Departamento de Farmacia. edema glucurónidos. fenoles. mitocondria Metilación Microsomas. Ubicación a nivel celular Reacción Ubicación Glucuronidación Microsomas Conjugación con sulfato Citosol Conjugación con glutatión Microsomas . Reacción glucuronidación En virtud de que grupos funcionales con oxígeno. Reacciones de glucuronidación Estas reacciones involucran la transferencia de un grupo glucuronilo activado desde el ácido uridin-5´-difosfo-α-D-glucurónico (UDP-GA) hacia un grupo funcional en el xenobiotico para formar O-. Servicio Social (2014-12/16–280): Circe Mouret-Hernández . 5: conjugación con aminoácidos. -SH. N-. UNAM. Reacciones de Fase II en diversos tejidos y órganos Tejido 1 2 3 4 5 Adrenal + + Vejiga + Células sanguíneas + Cerebro + + Intestino + + + Riñón + + + + + Hígado + + + + + Pulmón + + + + Placenta + Piel + + Bazo + + + Timo + 1: glucuronidación. citosol Conjugación con aminoácidos Microsomas . 6: ésteres de sulfatos 6 H O HN OH O H O O O N O OH HO H O O P - P - O CH2 HO HO + + + H OH O O ácido uridin-5-difosfo-alfa-D-glucurónico (UDP-GA) O H H OH HO H OH HO O H H UDP OH O OH O H O OH H UDP -glucuronosiltransferasa + UDP HO H OH Tabla 2-11. o Cglucuronidación. Facultad de Química. 8 Profesores: Francisco Hernández Luis. tales como alcoholes. La enzima que cataliza esta reacción se le denomina UDP glucuronosiltransferasa. -N (heterocíclos) Glutatión Glicina Acetilo Metilo Tabla 2-10. aminas aromáticas y tioles. María Elena Bravo Gómez. nitrógeno y carbono son susceptibles a formar glucuronidos.Unidad 2. Perla Castañeda López. Sixth edition. Cassaret Doull´s Toxicology. mitocondria Acetilación Citosol. hidroxilaminas. citosol Klassen C. asi como compuestos endógenos. -NH2 -OH. p. azufre. S-. -NH2. Mc-Graw Hill. La biotransformación de xenobióticos 3´-fosfoadenosin5´-fosfosulfato (PAPS) Glutatión (GSH) Acil o aroil activados Acetil coenzima A Sadenosilmetionina (SAM) Departamento de Farmacia. carbocatión -COOH -OH. tales como la bilirrubina y esteroides. uridin-5-difosfato(UDP) O Sulfato Sulfotransferasa Glutatión Stransferasa Glicina Naciltransferasa Acetiltransferasa Metiltransferasa -OH (fenoles). 3 conjugación con glutatión 4: acetilación. epóxido. son substratos para la UDP-glucuronosiltransferasa (UGT). ácidos carboxílicos. 2: metilación. NHOH Ar-X. muchos xenobióticos. 136 ácido UDP-glucurónico (UDP-GA) glucurónido de fenol Figura 2-13. compuestos halogenados. La biotransformación de xenobióticos Conjugación con glutatión (conjugados con ácido mercaptúrico) En la conjugación de los xenobióticos. en lugar de co-sustratos activos. Facultad de Química. Los tipos de metabolitos que se pueden conjugar con el glutatión incluyen N-hidroxi-compuestos. SG OH Fase I Glutatión (GSH) conjugado de Glutatión O ácido Mercaptúrico O GSH = O AcCoA N-acetilación "producto conjugado con el ácido Mercaptúrico" Conjugado de Cisteína NHCCH3 SCH2CHCOOH HOOCCHCH2CH2CNHCHCNHCH2COOH NH2 Ac.Unidad 2. compuestos con dobles enlaces y sulfatos. especialmente de carácter electrofílico. NH2 SCH2CHCOOH Naftaleno especie electrofílica Figura 2-14. b) La remoción del grupo glutamilo del conjugado por la γglutamiltransferasa. María Elena Bravo Gómez. son procesos que se llevan a cabo por enzimas unidas a membranas. nitro-compuestos. uretanos. aminas aromáticas. Perla Castañeda López. a) Los procesos enzimáticos (al menos siete isoenzimas de la glutatión-S-transferasa) y no enzimáticos para que ocurra la conjugación se llevan a cabo en el citosol. 9 Profesores: Francisco Hernández Luis. Conjugación del naftaleno con el glutatión y formación de derivados del ácido mercaptúrico Tabla 2-12. tiofenos. UNAM. para producir el tioéter. El glutatión como un “amortiguador redox” Los productos de conjugación van a excretarse por diferente partes de organismo según sea su peso molecular. >250 D (hígado) Conjugados del ácido mercaptúrico Riñon Conjugados con glutatión Hígado Sulfatos Riñon Conjugados acetilados Hígado Conjugados con aminoácidos Riñon A diferencia de la mayoría de las reacciones de Fase II. esta conjugación requiere de xenobióticos metabólicamente activados. con glutatión es importante tomar en cuenta la ubicación de los diferentes etapas del proceso. triazinas. Excreción de los derivados de las reacciones de conjugación Tipo de reacción Sitio preferente de excreción Glucurónidos <250 D (riñon). la hidrólisis para remover la glicina por medio de dipeptidasas y la N-acetilación del conjugado con cisteína por la acetilcoenzima A. Servicio Social (2014-12/16–280): Circe Mouret-Hernández . Glutámico CH2SH Cisteína Glicina pérdida de Glutámico y Glicina H2O SG Departamento de Farmacia. éteres difenilos. sulfonamidas. Es pac io intrac elular X organelos Fas e I E (elec trófilo) glutatión transferasa Es pac io extracelular X (xenobiotic o) E-SG conj ugado con glutatión E-SG GSSG NADP + 2eH+ glutatión reductasa GSH H2O2 glutatión peroxidasa NADPH GSSG glutatión oxidado H2O O Figura 2-15. p. La biotransformación de xenobióticos Departamento de Farmacia. Klaassen. inactivación de CYP discrasia sanguínea Figura 2-17. 8 th edition. 2H2O ROH + H2O H+. Casarett and Doulls Toxicology. UNAM. hepatotoxicidad. The basic Science of Poisons.Unidad 2. O HN CH3 O N CH3 activación de xenobióticos GSH unión a proteínas renales con daño a la médula del riñón ácidos bases o neutros SG OH O UGT acilglucorónido acilCoA sintetasa acilCoA tioéster electrófilos hepatotoxicidad CYP peroxidasas radicales (het· ) conjugado con glutatión N-acetil-p-benzoquinoneimina (NAPQI) unión a proteínas hepáticas y producción de cirrosis radicales (C·) Figura 2-18. USA. Intermediarios reactivos y daño ocasionado Curtis D. O HN CH3 HN O CH3 O HN CH3 PAP PAPS UDP-GA UDP OSO 3 - sulfato transferasa OH UDP-glucurosil transferasa OC 6H8O 6 - sulfato de acetaminofen acetaminofen glucurónido de acetaminofen NADPH2. Facultad de Química. 244. María Elena Bravo Gómez. O2 O HN CH3 H+. 2013. Servicio Social (2014-12/16–280): Circe Mouret-Hernández . p. Activación tóxica: tipos de metabolitos reactivos OH O. Klaassen. 1A2. e- Figura 2-16. Casarett and Doulls Toxicology.N PHS CH3 NADP. The basic Science of Poisons. 2013. Mc Graw Hill. 3A4 . 8 th edition. 10 Profesores: Francisco Hernández Luis. eROOH O CYP 2E1. Perla Castañeda López. Mc Graw Hill. 192. Metabolismo del acetaminofén (paracetamol) Curtis D. USA. es la molécula donadora del acetilo en aminas alifáticas. en general. cerebro y músculo de muchos animales (excepto los perros) incluyendo al hombre. Este proceso en dos etapas permite que la enzima manifieste mayor control sobre el proceso catalítico. Los Acetilación y polimorfismo Las reacciones de acetilación de xenobióticos primeramente ocurren sobre grupos aminos primarios. Enseguida. La enzima arilamina transferasa (varias isoenzimas). Mecanismo de acetilación por la N-acetiltransferasa En el hombre la N-acetilación está determinada genéticamente. tres fenotipos son: a) homocigotos acetiladores rápidos. Primero ocurre la acetilación del sitio activo de la enzima por la acetil coenzima A. pulmones. OH supresión de médula ósea por unión a proteínas y ADN OH PHS mieloperoxidasa O SCoA X CoA O O ¨ H2NR XX H NR OH Figura 2. Facultad de Química. ovarios. CYP CYP La acetilación es un proceso que se lleva a cabo en dos etapas. útero. médula ósea O estimulación . Perla Castañeda López. Las enzimas con este tipo de comportamiento presentan el denominado polimorfismo genético (rasgo monogenético heredado que existe en la población en al menos 2 genotipos. En las reacciones de acetilación. glándulas salivales. Acetiladores lentos como los egipcios. glándulas adrenales. Esta enzima ha sido detectada en el hígado. b) homocigotos acetiladores lentos y c) heterocigotos acetiladores intermedios. leucocitos. timo. estómago. Biotransformación del benceno Figura 2-20. y acetiladores rápidos/acetiladores lentos (90:10) en los orientales. los aminos secundarios y terciarios.19. cataliza la acetilación de numerosas aminas aromáticas y sulfonamidas. La distribución de los acetiladores rápidos y lentos depende de la raza de los individuos. no son acetilados. procesos de diacetilación prácticamente no son observados. acetiladores rápidos/acetiladores lentos (50:50) en los Estados Unidos. Servicio Social (2014-12/16–280): Circe Mouret-Hernández . riñones. UNAM. La biotransformación de xenobióticos hígado HO OH Departamento de Farmacia. médula ósea. María Elena Bravo Gómez. 11 Profesores: Francisco Hernández Luis. La respuesta de los individuos a la reacción de acetilación está determinada por factores genéticos. el grupo acetilo se transfiere al grupo amino del OH xenobiótico. páncreas. la acetil coenzima A. De la misma manera.Unidad 2. Acetilación de la isoniazida Aunque la acetilación frecuentemente destruye la actividad biológica de los compuestos. en algunas ocasiones puede provocar lo contrario. Facultad de Química. se considera que el locus es polimórfico si el alelo más raro aparece con una frecuencia mínima del 1%). glucuronidasa. O CH3CN=NH H2O O CH3C + O CH3CNHNHOH P450 O CH3CNHNH2 Acetilhidrazina Figura 2-21. isonicotínico Generalmente cada compuesto presenta una ruta de transformación principal o predominante y otras rutas secundarias. la N-acetilación del 2-aminofluoreno genera un compuesto carcinogénico. O CNHNH2 Acetiltransferasa N Isoniazida N Acetilisoniazida O O O COH Figura 2-22. Perla Castañeda López. O O P450 NCCH3 OH 2-Acetilaminoflureno PAPS Sulfotransferasa O NCCH3 + O NCCH3 OSO3-Na+ NHCCH3 Se han detectado polimorfismos genéticos en más de 30 enzimas que participan en el metabolismo de xenobióticos (acetiltransferasa. N Ac. CYP. entre otros). ejemplo. Por 12 Profesores: Francisco Hernández Luis. algunos de los cuales demuestran diferencias étnicas sustanciales en la frecuencia de aparición y en las consecuencias fenotípicas de su respuesta como son: la ampliación del efecto terapéutico de los fármacos. el 2-acetilaminofluoreno. María Elena Bravo Gómez. Servicio Social (2014-12/16–280): Circe Mouret-Hernández . Bioactivación del 2-acetilaminofluoreno Mapa metabólico Presenta las diversas rutas de biotransformación que presenta un CNHNHCCH3 Hidrolasa xenobiótico. entre otras consecuencias. dosis efectiva incrementada de fármacos y aumento de las interacciones medicamentosas. La biotransformación de xenobióticos Departamento de Farmacia. UNAM. aparición de reacciones adversas.Unidad 2. Servicio Social (2014-12/16–280): Circe Mouret-Hernández . La biotransformación de xenobióticos Departamento de Farmacia.Unidad 2. Metabolismo del cianuro 13 Profesores: Francisco Hernández Luis. Figura 2-24.6-dinitrotolueno Figura 2-23. Perla Castañeda López. Ruta de biotransformación del 2. Facultad de Química. UNAM. María Elena Bravo Gómez. Los transportadores de la Fase III se expresan en varios tejidos como: hígado. 190. en donde actúan como una barrera en contra de la entrada de xenobióticos. riñón y cerebro. p. Papel de los transportadores en la entrada y salida de compuestos de la célula. MRPs como HO OH OH OATPs se expresan en la membrana de los enterocitos intestinales.Unidad 2. Ruta de biotransformación con un producto común Curtis D.4 Fase III del metabolismo: transporte o excreción En general. Facultad de Química. este sistema sirve de protección. ya que disminuye la concentración intracelular de estos compuestos tóxicos. a través de la membrana celular para su posterior eliminación. los cuales excretan xenobióticos al lumen intestinal. 2013. entre otros. ácido cinámico reducción y aromatización O HO OH por microflora intstinal de humanos Entre los transportadores involucrados en la Fase III se encuentran la glicoproteína P. ácido hipúrico OH conjugación con glicina citoplasma La importancia fisiológica de la Fase III radica en que en algunas O OH ocasiones las reacciones de conjugación con glutatión pueden dar lugar a la activación tóxica de los compuestos en lugar de facilitar su excreción de la célula. Casarett and Doulls Toxicology. 8 th edition. Figura 2-26. The basic Science of Poisons. las proteínas asociadas a la resistencia a fármacos y el polipéptido transportador de aniones orgánico. Sin embargo. OATP-polipéptido transportador de aniones orgánicos. Mc Graw Hill.1. 2.2 Tanto P-gp. Servicio Social (2014-12/16–280): Circe Mouret-Hernández . 14 Profesores: Francisco Hernández Luis. En estos casos. el metabolismo de xenobióticos se refiere a las Fases I y II.glicoproteína P. microsomas tolueno -oxidación. La biotransformación de xenobióticos O CH3 CYP. la cual se refiere al transporte o excreción de los productos originados en la Fase II. USA. mitocondria ácido benzoico O NH O OH Departamento de Farmacia. la Fase I involucra la oxidación de compuestos y la Fase II a la conjugación de los productos generados en la Fase I con glucurónido y glutatión. María Elena Bravo Gómez. hace poco se reconoció a la Fase III como la última fase del metabolismo de xenobióticos. Perla Castañeda López. Klaassen. MRP-proteínas asociadas a la resistencia a fármacos y P-gp. intestino. en donde. UNAM.2 ácido quinico Figura 2-25. en donde protege al cerebro de la entrada de compuestos tóxicos que pudieran llegar a él a través de la circulación sanguínea. el cual necesita de la hidrólisis del ATP para llevar a cabo el transporte. glucurónido y sulfato. 2. glucurónido o sulfato durante la Fase II son sustratos del MRP1.9 al igual que algunos aniones orgánicos Esta proteína se expresa en bajas cantidades en la mayoría de los tejidos. MRP2. los MRPs descritos para el transporte de compuestos conjugados son: MRP1.11 Existen xenobióticos presentes en los alimentos que pueden ser excretados de las células a través de los MRPs. riñón y en las glándulas adrenales.Unidad 2. MRP5 y MRP6.5. fuera de las células. 9 Glicoproteína P La glicoproteína-p (P-gp) es uno de los primeros transportadores ABC (ATP binding cassette) identificados y estudiados. Estos transportadores son de gran importancia debido a que las reacciones de conjugación con glutatión son un mecanismo de defensa clave en la desintoxicación de compuestos electrófilos tóxicos y en el mantenimiento de la homeostasis celular. pero se encuentra en mayor cantidad en el colon. MRP4. multidrugresistance-associated protein) Proteínas asociadas a la resistencia a fármacos lo que puede contribuir a la disminución en la efectividad de algunos tratamientos como el de la quimioterapia contra el cáncer.9 La P-gp es una glicoproteína de membrana de 107 kDa que regula la salida de ciertos Los complejos formados con glutatión. Facultad de Química. como las sales biliares monoaniónicas.4 2.10 MRP1 y posiblemente MRP5 contribuyen a la resistencia en humanos al Arsenito. conductos pancreáticos. Llevan a cabo el transporte. las P-gp se encargan de la entrada de xenobióticos de la sangre a la luz intestinal y previene que estos compuestos regresen a la circulación sanguínea. MRP3. Perla Castañeda López. conductos biliares. Proteínas asociadas a la resistencia a fármacos (MRP. 3 de los productos de las reacciones de conjugación con glutatión. Servicio Social (2014-12/16–280): Circe Mouret-Hernández . Un ejemplo. intestino delgado. María Elena Bravo Gómez. como Arsenito y Antimonio. La biotransformación de xenobióticos Departamento de Farmacia.6 También se ha encontrado que se expresa en la barrera hematoencefálica. es el producto de la conjugación de la aflatoxina B1 con glutatión. UNAM. Pertenecen a la familia de transportadores ABC (ATP-binding cassettes).8. 7 En el epitelio intestinal. El mecanismo propuesto para la eliminación de estos metales pesados involucra la conjugación con glutatión. el cual es un sustrato de alta afinidad para el MRP112. compuestos de las células. Varios miembros de la familia de los MRPs pueden participar en la eliminación de metales pesados. dependiente de la hidrólisis de ATP.3 En humanos. 13 (Figura 2-24). 15 Profesores: Francisco Hernández Luis. Separación en las rutas de intoxicación y destoxificación metabólica . 5A1 y 6A1. 4A1. Perla Castañeda López. 1A2. Servicio Social (2014-12/16–280): Circe Mouret-Hernández . Consecuencias del metabolismo en una intoxicación aguda y crónica La diferencia entre un proceso de destoxificación y el de activación tóxica radica en la reactividad química de los metabolitos formados. UNAM. 1B1. en el jugo de toronja y hesperidina en el jugo de naranja. OATP2B1 se inhibe significativamente por el jugo de toronja. 5C1. el OATP1A2 se inhibe por los jugos de naranja y toronja.17 Figura 2-29. Fase II (conjugación) y Fase III (eliminación) de la Aflatoxina B1 en el hígado. esteroides conjugados con glucurónido o sulfato. 2A1. se han descrito 11 de estos transportadores: OATP1A2. 2B1.16 Además.14 En humanos. están localizados en los hepatocitos y permiten la entrada de compuestos de la circulación sanguínea a esta célula. 2B1. 1B3. 1B3 y 2B1 en la farmacocinética de fármacos. así como por los flavonoides presentes en ellos: naringina. Sin embargo. María Elena Bravo Gómez. se ha caracterizado el papel que juegan OATP1B1. Metabolismo de Fase I (oxidación). a la célula. eicosanoides y hormonas tiroideas. En la siguiente figura se muestra la integración de la Fase I y la Fase II. 1B3. Polipéptido transportador de aniones orgánicos (OATP. en especial fármacos. como fármacos. hay compuestos de origen natural que puede inhibir a estos transportadores. eliminación del compuesto. 16 Profesores: Francisco Hernández Luis. ya sea a través del metabolismo o la eliminación biliar 14 (Figura 2-23). organic anion transporting polypeptide) Los OATPs son una gran familia de transportadores de membrana que regulan la captación de una gran cantidad de compuestos tanto endógenos como exógenos. El OATP1A2 facilita la entrada de sustancias al torrente circulatorio a través de la pared duodenal.15 En humanos. De ellos.Unidad 2. 1C1. Facultad de Química. lo cual afecta la entrada de xenobióticos. ácidos biliares (colato y taurocolato). Entre los sustratos endógenos del OATP1A1 y 1B1 se encuentran. La biotransformación de xenobióticos Departamento de Farmacia. lo cual representa un paso importante en la posterior Figura 2-30. OATP1B1. 3A1. en su relación al proceso de destoxificación y activación tóxica. B. Departamento de Farmacia. A. su efecto. R3C-). el xenobiótico A ejerce su efecto tóxico por la inhibición directa de una enzima. Las consecuencias que se presentan en una exposición aguda o crónica a un xenobiótico se presentan en la siguiente figura. Para muchos agentes tóxicos. Facultad de Química. UNAM. En la toxicidad aguda. En otras palabras. y es subsecuentemente destoxificado y eliminado. proteínas.Unidad 2. 17 Profesores: Francisco Hernández Luis. La oxidación de los xenobióticos planares por el CYP1 (P 448) producen intermediarios reactivos los cuales no son fácilmente conjugados y eliminados. existen ejemplos. María Elena Bravo Gómez. donde la activación la provocan reacciones de conjugación (Fase II). produce metabolitos los cuales son fácilmente conjugados y por lo tanto eliminados. la duración de su acción es inversamente proporcional a la velocidad a la cual ellos son metabólicamente inactivados. En la toxicidad crónica. Diferencias en el riesgo de una intoxicación aguda y una intoxicación crónica. c) Carbenos (son moléculas en las que el carbono solo tiene seis electrones: R2C:) y nitrenos (son moléculas neutras en las que el nitrógeno tiene sólo seis electrones: R-N: d) Oxígeno activado (cuando el oxígeno molecular se reduce para ganar un electrón y producir un anión superoxido: O2·-). Sin embargo. Fugura 2-31. DNA y posiblemente a receptores reguladores. entre más rápido sea transformado una sustancia in vivo a sus metabolitos inactivos. el xenobiótico B. es activado metabólicamente hacia un intermediario reactivo el cual se une covalentemente a glutatión (GSH). por lo que interaccionan con nucleófilos intracelulares provocando toxicidad y carcinogenicidad. Servicio Social (2014-12/16–280): Circe Mouret-Hernández . En general los intermediarios reactivos pueden clasificarse en cuatro grupos principales que son: a) Compuestos electrofílicos: (intermediario químico que presenta deficiencia de electrones: R3C+) b) Radicales libres (son entidades químicas que contienen un número impar de electrones. La biotransformación de xenobióticos La oxidación no impedida metabólicamente de los xenobióticos por el CYP 2. Las diferencias observadas en la duración de acción de muchos agentes activos dentro de la población humana son debidas primordialmente a la variación en la composición y cinética de los sistemas enzimáticos que participan en el metabolismo. más corta será la duración de La mayor parte de los intermediarios reactivos son formados por el P450. Perla Castañeda López. N. Bioenerg... 326: p.E. 9: p. Multidrug resistanceassociated proteins: Export pumps for conjugates with gluthatione. Thiebaut... Dean... 7690-7694. 92(17): p. 12. J. Keppler. Willingham. 84: p. R. M. 2007.... M. U.. 6332-6348. Citrus juices inhibit the function of human organic anion- 18 Profesores: Francisco Hernández Luis..P. Yang. O. British Journal of Pharmacology. Res...K. T. H. D. 10. Koyabu. UNAM. 17. Homoloya. A. Hamon. Export pumps for gluthatione S-conjugates. Housman. M. A.. 6. The ATP-dependent gluthatione S-conjugates export pump. J.. 15. Lankelma. Noh. 2002. 7735-7738. 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