unidad 2. la biotransformación de xenobióticos

Unidad 2. La biotransformacin de xenobiticos Departamento de Farmacia, Facultad de Qumica, UNAM.

1 Profesores: Francisco Hernndez Luis, Mara Elena Bravo Gmez, Perla Castaeda Lpez. Servicio Social (2014-12/16280): Circe Mouret-Hernndez

Unidad 2. La biotransformacin de xenobiticos y

su importancia toxicolgica

2.1 La biotransformacin heptica de xenobiticos

Cuando los xenobiticos que ingresan por va oral, se absorben en

el intestino delgado, pasan a la vena mesentrica y luego a la vena porta, la

cual los conduce hacia el hgado. En este rgano es donde mayoritariamente

se van a efectuar las reacciones metablicas. Cuando los xenobiticos al

pasar por primera vez por el intestino y el hgado, sufren de alguna

transformacin metablica, se dice que presentan un efecto de primer paso.

Figura 2-1. Paso de los xenobiticos del intestino delgado al hgado

Una vez que los xenobiticos llegan al hgado por la vena porta, se

difunden hacia los hepatocitos, que son las clulas encargadas de realizar

las reacciones metablicas. Los hepatocitos se presentan en forma de

placas, las cuales estn unidas mediante sinusoides.

Figura 2-2. Distribucin de xenobiticos



Para mejor comprensin de los procesos metablicos que se llevan

a cabo en el hgado, las reacciones que ocurren en este proceso se han

agrupado en tres apartados, denominados Fase I, Fase II y Fase III.

Figura 2-3. Las tres Fases del metabolismo

2.2 Fase I del metabolismo: oxidacin, reduccin,

hidrlisis

La importancia de la Fase I radica en lograr la biotransformacin de

los grupos funcionales susceptibles que presenten los xenobiticos, a sufrir

reacciones de:

a) Oxidacin,

b) Reduccin

c) Hidrlisis

Las transformaciones efectuadas incrementan la hidrofilia de los

diversos compuestos y en consecuencia facilita su excrecin corporal.

a) Reacciones de oxidacin

La oxidacin es probablemente la reaccin ms comn en el

metabolismo de xenobiticos. Muchos compuestos son oxidados por un

grupo no especfico de enzimas denominado mono-oxigenasas (Citocromo

P450, Flavin-monoxigena), los cuales se encuentra principalmente en los

microsomas hepticos, una fraccin derivada del retculo endoplsmico liso.

Tabla 2-1. Enzimas y su ubicacin celular

Enzima Ubicacin

Citocromo P450 retculo endoplsmico (microsomas) Favin-monooxigenasa (FMNO) retculo endoplsmico (microsomas)

Prostaglandin H sintetasa retculo endoplsmico (microsomas) Xantina oxidasa citosol

Alcohol deshidrogenasa citosol Aldehdo deshidrogenasa citosol, mitocondria

Aldehdo oxidasa citosol Monoamina oxidasa mitocondria

Klassen C. Cassaret Doulls Toxicology. Sixth edition. Mc-Graw Hill. p. 136.

Figura 2-4. Obtencin de microsomas

Xenobitico

Fase II

Fase I

Fase III

Menor polaridad

Mayor polaridad



La superfamilia citocromo P 450 (CYP)

El trmino citocromo P450 representa a un grupo de enzimas

constituidas por hemprotenas (hem: porfirina y apoprotena, Figura 2.5). En

el cuerpo humano se ubican principalmente en el hgado, aunque su

presencia se detecta en varios otros rganos. La denominacin 450 se debe

a que cuando esta hemoprotena, con el tomo de Fe en estado de oxidacin

II, forma un complejo con el monxido de carbono presenta una absorbencia

mxima a 450 nm en el espectro de luz visible.

Estas enzimas muestran una amplia capacidad de catalizar una

variedad de diversos sustratos. Uno de los aspectos importantes que hay

que resaltar es que para iniciar la biotransformacin se requiere que el

sustrato interaccione con el citocromo. Por lo que los diversos compuestos

necesitan ser liposolubles para lograr alcanzar al sistema enzimtico ubicado

en retculo plasmtico; asimismo, deben presentar grupos funcionales

adecuados que puedan alterarse por reacciones enzimticas y un tamao

mayor a 150 D.

Figura 2-5. CYP, una hemoprotena

Figura 2-6. Absorbencia de CYP en complejo con monxido de carbono

Para catalizar la formacin de productos oxidados, el sistema

requiere de la coenzima nicotinamida adenina dinucletido fosfato

(NADPH),oxgeno molecular, as como de la enzima NADPH CYP reductasa

o NADH CyT b5. El CYP es una mono-oxigenasa porque al oxidar a un

sustrato el producto slo presenta uno de los dos tomos de la molcula de

oxgeno.

+ +sustrato

RH O2

ROH H2O

2 NADPH + H+ 2 NADP+

CYP

Figura 2-7. La actividad de las mono-oxigenasas

[CYP Fe+2 C=O]



[CYP-Fe+3] [CYP-Fe+3RH]

CYP-Fe+3

RH

CYP-Fe+3 RH

CYP-Fe+2 RH

NADPH CYPreductasa

NADPH + H+e

-

CYP-Fe+3 RH

O2-.

O2

CYP-Fe+2 RH

O2-.

NADPH CYPreductasa

CyT b5

NADH

Cyt b5

reductasa

e-

O

CYP-Fe+3 RH

ROH

2H+

H2O

NADP+

NADH + H+

NAD+

e-

NADPH + H+

NADP+

o

Figura 2-8.

Hodgson E., Smart R.C. Introduction to Biochemical Toxicology. Third Edition. Wiley-interscience. 2001. USA. p. 72.

Existen prcticamente dos formas de presentar al citocromo P 450.

La ms reciente utiliza la raz CYP, seguido de un nmero que denota la

familia (40% de homologa en la estructura primaria), la cual a su vez es

seguida por una letra mayscula, para denotar la subfamilia (60% de

homologa en su estructura primaria). Por ltimo, un nmero para indicar la

forma correspondiente. La otra presentacin utiliza las siglas, P 450, seguido

por un nmero romano para denotar la familia correspondiente (ej. P450 II).

Familia: 45-50% de homologacin de la estructura primaria de la protena

Subfamilia: 51-60% de de homologacin de la estructura primaria de la

protena

En algunas ocasiones se utiliza CYP para denotar a la protena o al

mARN y CYP para referirse al gen que les da origen.

Treinta familias de citocromos P 450 han sido descritas, 10 en

mamferos, 1 en insectos, 2 en caracoles, 1 en plantas, y 2 en bacterias. Las

familias identificadas en mamferos se presentan en la siguiente tabla.

Tabla 2-2. Familas y subfamilias de citocromos P 450

P 450 No. de

subfamilas No. de formas

Reacciones

CYP 1 A 1

familia

subfamiliaforma individual

ADN (genes) mARN Protena (enzima)

CYPCYP



CYP1 1 3 metabolismo de xenobiticos CYP2 8 61 metabolismo de xenobiticos y esteroides CYP3 1 10 metabolismo de xenobiticos y esteroides CYP4 3 11 hidroxilacin y -1 de cidos grasos CYP7 1 1 hidroxilacin 7 en el colesterol

CYP11 2 4 hidroxilacin 11 en esteroides CYP17 1 1 hidroxilacin 17 en esteroides CYP19 1 1 aromatasa CYP21 1 2 hidroxilacin en C-21 en esteroides CYP27 1 1 hidroxilacin en C-27 en colesterol

Tabla 2-3. Nombres triviales para algunos CYP y su presencia en diversas

especies

Gen Hemoprotena Nombre trivial Especie

CYP1A1 CYP1A1 C,bNF-B rata P1, c, forma 6 humano Forma 6 conejo 1 A1 trucha Dah1 perro Mkah1 mono

CYP1A2 CYP1A2 P-448, d, HCB rata P3, d, forma 4 humano LM4 conejo MC4 trucha Dah2 perro Mkah2 mono

Hodgson E., Smart R.C. Introduction to Biochemical Toxicology. Third Edition. Wiley-interscience. 2001. USA. p. 75.

Figura 2-9. Abundancia de CYP en el hgado y su participacin en el

metabolismo

(Hodgson E., Smart R.C. Introduction to Biochemical Toxicology. Third Edition. Wiley-interscience. 2001. USA. p. 77.

Tabla 2-4. Sustratos, inductores e inhibidores de algunos CYP

Enzima Sustrato Inductor Inhibidor

CYP1A2

acetaminofen, acetanilida, antipirina aminas aromticas, cafena, estradiol, teofilina, tacrina, warfarina

humo de cigarro, carne carbonizada, crucferas, benzopireno, dioxina(TCDD**), safrol, omeprazol

ciprofloxacina, fluvoxamina, a-naftoflavona

CYP2D6

Amitriptilina, captopril, clorpromazina, cinnarizina, clozapina, codena, detrometrofan, imipramina*

No conocido

celecoxib, fluoxetina, lobelin, quinidina,trifluoperidol, yohimbina

CYP3A4

acetaminofen, carbamazepina, dapsona, diltiazem, diazepam, lidocana, omeprazol, taxol, teofilina, verapamil*

carbamazepina, fenobarbital, fenitoina, rifampina, sulfamidimina, hierba de San Juan*

clotrimazol, etinilestradiol, indinavil, ketoconazol, nicardipina, verapamil*

**TCDD = 2,3,7,8-tetraclorodibenzo-p-dioxina *La lista completa la puede consultar en la siguiente referencias: Klassen C. Cassaret Doulls Toxicology. Sixth edition. Mc-Graw Hill. pp. 184-185. Hodgson E., Smart R.C. Introduction to Biochemical Toxicology. Third Edition. Wiley-interscience. 2001. USA. p. 74.

Abundancia en el hgado

3A4

2C

2E 12A61A2

2D6

Otros3A4

2C2E 11A2

2D6

Importancia en el metabolismo de frmacos



Figura 2-10. Localizacin e importancia de los CYP1

Figura 2-11. Reacciones de oxidacin de Fase I del metabolismo

b) Reacciones de reduccin

Los grupos carbonilos, azo y nitro son objetos de reduccin,

resultando en la formacin de grupos hidroxilos y aminos ms polares. Hay

varias reductasas en el hgado, las cuales dependen de NADH o NADPH,

que catalizan tales reacciones.

Tabla 2-5. Reacciones de reduccin presentes en la Fase I

Reaccin Sustrato Producto Enzima Ubicacin

Azo ArN=NAr ArNH2 + NH2Ar azo-reductasa Microsoma, citosol, microflora

Nitro R-NO2 R-NH2 nitro-reductasa Microsoma, citosol, microflora

Quinona O=Ar=O HO-Ar-OH DT-diaforasa Microsoma citosol Sulfxido R-S(O)-R R-S-R FMO Citosol Carbonilo R-CHO R-CH2OH aldehdo-

reductasa Microsoma, citosol, sangre


c) Reacciones de hidrlisis

Las hidrolasas constituye un grupo de enzimas generalmente de

baja especificidad, capaces de hidrolizar steres, amidas, lactonas, steres

de fosfatos y sulfatos, disacridos, glicosidos, peptidos. El grupo ster es el

ms lbil a sufrir tales reacciones. Recientemente, se ha mostrado que hay

mltiples isoenzimas de las esterasas hepticas, algunas de las cuales han

sido caracterizadas. La hidrlisis de varios steres por la albmina del suero

ha sido tambin reportada.

Tabla 2-6. Reacciones de hidrlisis presentes en la Fase I.

Reaccin Sustrato Producto Enzimas Ubicacin

Hidrlisis de steres

R-COO-R R-COOH + R-OH Esterasas Microsomas, citosol, sangre

Hidrlisis de amidas

R-CONH-R R-COOH + R-NH2 Peptidasa Sangre, lisosomas

Hidrlisis de epxidos

R-C(0)C-R R-COH-COH-R Epxido hidrolasa

Microsomas, citosol


CH2CH2CH2CH3

Oxidacin de las cadenas laterales

CH2CH2CH2CH2OHCH2CH2CHCH3

OH

CHCH2CH2CH3

OH

-oxidacin -1 oxidacin - oxidacin

Hidroxilacin aromtica

N

C

NH2

NH

Debrisoquina

N

C

NH2

NH

HO

N-dealquilacin

N

CH2CH2CH2N

CH3

CH3

N

CH2CH2CH2NCH3

H

Imipramina

O-dealquilacin

Fenacetina

C2H5O NHCCH3

O

NHCCH3

O

HO

S-dealquilacin

N

N N

N

SCH3

H

6-Metiltiopurina

N

N N

N

H

SH

+

CH3COH

Deaminacin oxidativa

Anfetamina

Sulfoxidacin

N

S

CH2CH2CH2N(CH3)2

Cl

N

S

CH2CH2CH2N(CH3)2

O

Cl

Clorpromacina

CH2CHNH2

CH3

CH2CCH3

O

+NH3

+

HCOH

N-oxidacin

(CH3)3N

(CH3)3N O

Trimetilamina

N-hidroxilacin

NH2

Anilina

NHOH

CYP1A1

CYP1A2

CYP1B1

(extraheptico)

(heptico)

(extraheptico, menor proporcin)

Activan algunos pro-mutgenos o pro-carcingenos: - Hidrocarburos aromticos policclicos (HAP) - Arilaminas



Consecuencias del metabolismo de la Fase I en la actividad de

algunos frmacos

Tabla 2-7. Efectos por el metabolismo de xenobiticos

Efecto Xenobitico Reaccin efectuada

Desactivacin Barbitricos Oxidacin Co-activacin* Diacepam Oxidacin Activacin Hidrato de cloral Reduccin Incremento de la toxicidad Metanol Oxidacin

*tanto el metabolito como el frmaco presentan la misma actividad biolgica.

Tabla 2-8. Activacin de xenobiticos en el pulmn

Xenobitico Enzima Tipo de toxicidad

4-ipomeanol P450 Necrosis de clulas clara Benzopireno P450, epxido hidrolasa Carcinoma Tiourea P450, FMNO Dao a clulas Tipo I Nitrofurantoina P450 reductasa, xantina oxidasa Fibrosis Paraquat P450 reductasa Necrosis alveolar, edema Hodgson E., Smart R.C. Introduction to Biochemical Toxicology. Third Edition. Wiley-interscience. 2001. USA. p. 215.

2.3 Fase II del metabolismo: reacciones de conjugacin

Las enzimas que participan en la Fase II generalmente catalizan la

adicin de pequeas molculas polares a los metabolitos o frmacos para

hacerlos ms polares. A estas enzimas se les denomina transferasas, ya que

adicionan una sustancia endgena a un xenobitico o un metabolito del

mismo. Las reacciones ms comunes son:

- Glucuronidacin

- Conjugacin con sulfato (sulfatacin)

- Conjugacin con glutatin (conjugados con cido mercaptrico)

- Metilacin

- Acetilacin

- Conjugacin con aminocidos

En general los compuestos qumicos son convertidos por la Fase I

en una variedad de metabolitos nucleoflicos o electroflicos. La interaccin

de los electrfilos ms reactivos con macromolculas celulares de

importancia biolgica, juega uno de los papeles ms importantes en los

aspectos de la toxicidad de xenobiticos. Adicionalmente, en algunas

ocasiones, los metabolitos nucleoflicos ms estables y abundantes, pueden

ser convertidos a intermediarios reactivos, de naturaleza electroflica.

Figura 2-12. Reacciones para metabolitos nucleoflicos y electroflicos

Muchos organismos, incluyendo los seres humanos, pueden realizar

reacciones de conjugacin en determinados sitios de rganos y clulas. En

las ratas y en los seres humanos, la mayor cantidad de reacciones de Fase

II, ocurren en el hgado, aunque todos los rganos, incluyendo a la piel,

pueden bio-transformar con alguna extensin. En las clulas, los sistemas de

conjugacin estn concentrados en las membranas, el citosol, las

mitocondrias, los lisosomas y el retculo endoplsmico.

Tabla 2-9. Reacciones principales del la Fase II del metabolismo

Conjugado Coenzima Enzima Grupos conjugados

Glucuronido cido uridin-5-

difosfo--D-glucurnico (UDP-GA)

UDP-glucuronosil-transferasa (UGT)

-OH, -COOH, -NH2, -NR2, -SH,

ADN, ARN, Protenas

FASE I

conjugados con

glutatin

glucurnidos,

steres de sulfatos

Metabolitos

electroflicos

Metabolitos

nucleoflicos

X M

Excrecin

Excrecin

FASE II

FASE II



Sulfato 3-fosfoadenosin-5-fosfosulfato (PAPS)

Sulfotransferasa -OH (fenoles), NH-OH

Glutatin Glutatin (GSH) Glutatin S-transferasa

Ar-X, epxido, carbocatin

Glicina Acil o aroil activados

Glicina N-aciltransferasa

-COOH

Acetilo Acetil coenzima A Acetiltransferasa -OH, -NH2

Metilo S-adenosilmetionina (SAM)

Metiltransferasa -OH, -NH2, -SH, -N (heterocclos)

Tabla 2-10. Reacciones de Fase II en diversos tejidos y rganos

Tejido 1 2 3 4 5 6

Adrenal + + Vejiga + Clulas sanguneas + Cerebro + + Intestino + + + + Rin + + + + + + Hgado + + + + + + Pulmn + + + + Placenta + Piel + + Bazo + + + Timo +

1: glucuronidacin; 2: metilacin, 3 conjugacin con glutatin 4: acetilacin; 5: conjugacin con aminocidos; 6: steres de sulfatos

Tabla 2-11. Ubicacin a nivel celular

Reaccin Ubicacin

Glucuronidacin Microsomas Conjugacin con sulfato Citosol Conjugacin con glutatin Microsomas , citosol Conjugacin con aminocidos Microsomas , mitocondria Acetilacin Citosol, mitocondria Metilacin Microsomas, citosol Klassen C. Cassaret Doulls Toxicology. Sixth edition. Mc-Graw Hill. p. 136

Reacciones de glucuronidacin

Estas reacciones involucran la transferencia de un grupo glucuronilo

activado desde el cido uridin-5-difosfo--D-glucurnico (UDP-GA) hacia un

grupo funcional en el xenobiotico para formar O-, S-, N-, o C-

glucuronidacin. La enzima que cataliza esta reaccin se le denomina UDP

glucuronosiltransferasa.

O

O

HH

H

OH

OH

H OH

OHO

O

P-

O P-

O

O

O

O

O CH2

N

NH

O

O

OH OH

cido uridin-5-difosfo-alfa-D-glucurnico(UDP-GA)

uridin-5-difosfato(UDP)

O

UDP

HH

H

OH

OH

H OH

OHO

OH

+ UDP

cido UDP-glucurnico(UDP-GA) glucurnido de fenol

UDP -glucuronosil-

transferasa

O

HH

H

OH

OH

H OH

OHO

O

Figura 2-13. Reaccin glucuronidacin

En virtud de que grupos funcionales con oxgeno, azufre, nitrgeno y

carbono son susceptibles a formar glucuronidos, muchos xenobiticos, tales

como alcoholes, fenoles, cidos carboxlicos, hidroxilaminas, aminas

aromticas y tioles, asi como compuestos endgenos, tales como la

bilirrubina y esteroides, son substratos para la UDP-glucuronosiltransferasa

(UGT).



Conjugacin con glutatin (conjugados con cido mercaptrico)

En la conjugacin de los xenobiticos, especialmente de carcter

electroflico, con glutatin es importante tomar en cuenta la ubicacin de los

diferentes etapas del proceso.

a) Los procesos enzimticos (al menos siete isoenzimas de la

glutatin-S-transferasa) y no enzimticos para que ocurra la

conjugacin se llevan a cabo en el citosol.

b) La remocin del grupo glutamilo del conjugado por la -

glutamiltransferasa, la hidrlisis para remover la glicina por medio de

dipeptidasas y la N-acetilacin del conjugado con cistena por la

acetilcoenzima A, para producir el tioter, son procesos que se

llevan a cabo por enzimas unidas a membranas.

Figura 2-14. Conjugacin del naftaleno con el glutatin y formacin de derivados

del cido mercaptrico

A diferencia de la mayora de las reacciones de Fase II, esta

conjugacin requiere de xenobiticos metablicamente activados, en lugar

de co-sustratos activos. Los tipos de metabolitos que se pueden conjugar

con el glutatin incluyen N-hidroxi-compuestos, uretanos, sulfonamidas,

aminas aromticas, tiofenos, triazinas, teres difenilos, compuestos

halogenados, nitro-compuestos, compuestos con dobles enlaces y sulfatos.

o r g a n e l o s

g l u t a t i n

t r a n s f e r a s a

X

F a s e I

E - S G

G S H

G S S G g l u t a t i n o x i d a d o

H 2 O 2

H 2 O

g l u t a t i n p e r o x i d a s a

N A D P +

N A D P H 2 e -

H +

g l u t a t i n

r e d u c t a s a

E ( e l e c t r f i l o )

X ( x e n o b i o t i c o )

E s p a c i o i n t r a c e l u l a r E s p a c i o e x t r a c e l u l a r

E - S G

c o n j u g a d o c o n g l u t a t i n

G S S G

Figura 2-15. El glutatin como un amortiguador redox

Los productos de conjugacin van a excretarse por diferente partes

de organismo segn sea su peso molecular.

Tabla 2-12. Excrecin de los derivados de las reacciones de conjugacin

Tipo de reaccin Sitio preferente de excrecin

Glucurnidos 250 D (hgado)

Conjugados del cido mercaptrico Rion

Conjugados con glutatin Hgado

Sulfatos Rion

Conjugados acetilados Hgado

Conjugados con aminocidos Rion

N-acetilacin

AcCoA

Ac. Glutmico Cistena Glicina

GSH = HOOCCHCH2CH2CNHCHCNHCH2COOH

O O

NH2 CH2SH

"producto conjugado con

el cido Mercaptrico"Conjugado de Cistena

Naftaleno

H2O

SCH2CHCOOH

NHCCH3

O prdida de

Glutmico

y Glicina

SG

OH

Glutatin

(GSH)

O

Fase I

especie

electroflica

cido

Mercaptrico

SG

conjugado de

Glutatin

SCH2CHCOOH

NH2



Figura 2-16. Activacin txica: tipos de metabolitos reactivos

Figura 2-17. Intermediarios reactivos y dao ocasionado

Curtis D. Klaassen. Casarett and Doulls Toxicology. The basic Science of Poisons. 8 th edition. Mc Graw Hill, USA, 2013, p. 192.

NH CH3

O

OH

NH CH3

O

OC6H8O6-

NH CH3

O

OSO3-

NH CH3

O

O

N CH3

O

OH

N

O

CH3

O

NH CH3

O

OH

SG unin a protenas hepticasy produccin de cirrosis

unin a protenas renales con dao a la mdula del rin

acetaminofenglucurnido deacetaminofen

sulfato de

acetaminofen

.

.

N-acetil-p-benzoqui-

noneimina (NAPQI)

CYP 2E1, 1A2,

3A4

NADPH2, O2

NADP, 2H2O

PHS

ROOH

ROH + H2O

H+, e-

H+, e-

conjugado

con glutatin

GSH

sulfato

transferasaUDP-glucurosil

transferasa

PAPSPAP UDP-GA UDP

Figura 2-18. Metabolismo del acetaminofn (paracetamol)


activacin de xenobiticos

cidos bases o neutros

UGT acilCoA sintetasa CYP peroxidasas

acilglucornido acilCoA tiosterradicales

(het )electrfilos radicales (C)

hepatotoxicidad

hepatotoxicidad, inactivacin de CYP

discrasia sangunea



OH OH

OH

OH

OHOH

O

hgado

mdula sea

PHSmieloperoxidasa

estimulacin

supresin de mdula sea por unin a protenas y ADN

.

CYP CYP

Figura 2.19. Biotransformacin del benceno

Acetilacin y polimorfismo

Las reacciones de acetilacin de xenobiticos primeramente ocurren

sobre grupos aminos primarios; los aminos secundarios y terciarios, en

general, no son acetilados. De la misma manera, procesos de diacetilacin

prcticamente no son observados. En las reacciones de acetilacin, la acetil

coenzima A, es la molcula donadora del acetilo en aminas alifticas. La

enzima arilamina transferasa (varias isoenzimas), cataliza la acetilacin de

numerosas aminas aromticas y sulfonamidas. Esta enzima ha sido

detectada en el hgado, estmago, pulmones, timo, ovarios, tero, glndulas

adrenales, leucocitos, riones, mdula sea, pncreas, glndulas salivales,

cerebro y msculo de muchos animales (excepto los perros) incluyendo al

hombre.

La acetilacin es un proceso que se lleva a cabo en dos etapas.

Primero ocurre la acetilacin del sitio activo de la enzima por la acetil

coenzima A. Enseguida, el grupo acetilo se transfiere al grupo amino del

xenobitico. Este proceso en dos etapas permite que la enzima manifieste

mayor control sobre el proceso cataltico.

Figura 2-20. Mecanismo de acetilacin por la N-acetiltransferasa

En el hombre la N-acetilacin est determinada genticamente. Los

tres fenotipos son: a) homocigotos acetiladores rpidos, b) homocigotos

acetiladores lentos y c) heterocigotos acetiladores intermedios. La

distribucin de los acetiladores rpidos y lentos depende de la raza de los

individuos. Acetiladores lentos como los egipcios, acetiladores

rpidos/acetiladores lentos (50:50) en los Estados Unidos, y acetiladores

rpidos/acetiladores lentos (90:10) en los orientales.

La respuesta de los individuos a la reaccin de acetilacin est

determinada por factores genticos. Las enzimas con este tipo de

comportamiento presentan el denominado polimorfismo gentico (rasgo

monogentico heredado que existe en la poblacin en al menos 2 genotipos;

O

SCoA

CoA

X-

O

H2NR

NR

OH

XX



se considera que el locus es polimrfico si el alelo ms raro aparece con una

frecuencia mnima del 1%).

Se han detectado polimorfismos genticos en ms de 30 enzimas

que participan en el metabolismo de xenobiticos (acetiltransferasa, CYP,

glucuronidasa, entre otros), algunos de los cuales demuestran diferencias

tnicas sustanciales en la frecuencia de aparicin y en las consecuencias

fenotpicas de su respuesta como son: la ampliacin del efecto teraputico

de los frmacos, aparicin de reacciones adversas, dosis efectiva

incrementada de frmacos y aumento de las interacciones medicamentosas,

entre otras consecuencias.

Figura 2-21. Acetilacin de la isoniazida

Aunque la acetilacin frecuentemente destruye la actividad biolgica

de los compuestos, en algunas ocasiones puede provocar lo contrario. Por

ejemplo, la N-acetilacin del 2-aminofluoreno genera un compuesto

carcinognico, el 2-acetilaminofluoreno.

Figura 2-22. Bioactivacin del 2-acetilaminofluoreno

Mapa metablico

Presenta las diversas rutas de biotransformacin que presenta un

xenobitico. Generalmente cada compuesto presenta una ruta de

transformacin principal o predominante y otras rutas secundarias.

N

CNHNH2

O

Isoniazida

N

CNHNHCCH3

O O

Acetilisoniazida

N

COH

O

Ac. isonicotnico

CH3CNHNH2

O

CH3CNHNHOH

O

CH3CN=NH

O

CH3C

O

+

Acetilhidrazina

P450

Acetil-

transferasa

Hidrolasa

H2O

NHCCH3

O

2-Acetilaminoflureno

P450NCCH3

O

OH

PAPS Sulfotransferasa

NCCH3

O

OSO3-Na+

NCCH3

O

+



Figura 2-23. Metabolismo del cianuro

Figura 2-24. Ruta de biotransformacin del 2,6-dinitrotolueno



CH3

OHO

O

OHOH

OH

OH

OH

tolueno

cido cinmico

cido quinico

OOH

CYP,

microsomas

-oxidacin,

mitocondria

reduccin y aromatizacin

por microflora intstinal

de humanos

ONH

OH

Oconjugacin

con glicina

cido benzoico cido hiprico

citoplasma

Figura 2-25. Ruta de biotransformacin con un producto comn


2.4 Fase III del metabolismo: transporte o excrecin

En general, el metabolismo de xenobiticos se refiere a las Fases I y

II, en donde, la Fase I involucra la oxidacin de compuestos y la Fase II a la

conjugacin de los productos generados en la Fase I con glucurnido y

glutatin, entre otros. Sin embargo, hace poco se reconoci a la Fase III

como la ltima fase del metabolismo de xenobiticos, la cual se refiere al

transporte o excrecin de los productos originados en la Fase II, a travs de

la membrana celular para su posterior eliminacin.

Los transportadores de la Fase III se expresan en varios tejidos

como: hgado, intestino, rin y cerebro; en donde actan como una barrera

en contra de la entrada de xenobiticos.

La importancia fisiolgica de la Fase III radica en que en algunas

ocasiones las reacciones de conjugacin con glutatin pueden dar lugar a la

activacin txica de los compuestos en lugar de facilitar su excrecin de la

clula. En estos casos, este sistema sirve de proteccin, ya que disminuye la

concentracin intracelular de estos compuestos txicos.

Entre los transportadores involucrados en la Fase III se encuentran

la glicoprotena P, las protenas asociadas a la resistencia a frmacos y el

polipptido transportador de aniones orgnico.1,2 Tanto P-gp, MRPs como

OATPs se expresan en la membrana de los enterocitos intestinales, los

cuales excretan xenobiticos al lumen intestinal.2

OATP-polipptido transportador de aniones orgnicos, MRP-protenas asociadas a la resistencia a frmacos y P-gp- glicoprotena P.

Figura 2-26. Papel de los transportadores en la entrada y salida de compuestos

de la clula.



Glicoprotena P

La glicoprotena-p (P-gp) es uno de los primeros transportadores

ABC (ATP binding cassette) identificados y estudiados, el cual necesita de la

hidrlisis del ATP para llevar a cabo el transporte.2,3 La P-gp es una

glicoprotena de membrana de 107 kDa que regula la salida de ciertos

compuestos de las clulas.4

Esta protena se expresa en bajas cantidades en la mayora de los

tejidos, pero se encuentra en mayor cantidad en el colon, intestino delgado,

conductos pancreticos, conductos biliares, rin y en las glndulas

adrenales.5,6 Tambin se ha encontrado que se expresa en la barrera

hematoenceflica, en donde protege al cerebro de la entrada de compuestos

txicos que pudieran llegar a l a travs de la circulacin sangunea.7 En el

epitelio intestinal, las P-gp se encargan de la entrada de xenobiticos de la

sangre a la luz intestinal y previene que estos compuestos regresen a la

circulacin sangunea.

Protenas asociadas a la resistencia a frmacos (MRP, multidrug-

resistance-associated protein)

Protenas asociadas a la resistencia a frmacos lo que puede

contribuir a la disminucin en la efectividad de algunos tratamientos como el

de la quimioterapia contra el cncer.

Pertenecen a la familia de transportadores ABC (ATP-binding

cassettes). Llevan a cabo el transporte, dependiente de la hidrlisis de ATP,2,

3 de los productos de las reacciones de conjugacin con glutatin,

glucurnido y sulfato, fuera de las clulas. Estos transportadores son de gran

importancia debido a que las reacciones de conjugacin con glutatin son un

mecanismo de defensa clave en la desintoxicacin de compuestos

electrfilos txicos y en el mantenimiento de la homeostasis celular.8, 9

En humanos, los MRPs descritos para el transporte de compuestos

conjugados son: MRP1, MRP2, MRP3, MRP4, MRP5 y MRP6.9

Los complejos formados con glutatin, glucurnido o sulfato durante

la Fase II son sustratos del MRP1,9 al igual que algunos aniones orgnicos

como las sales biliares monoaninicas. Varios miembros de la familia de los

MRPs pueden participar en la eliminacin de metales pesados, como

Arsenito y Antimonio. El mecanismo propuesto para la eliminacin de estos

metales pesados involucra la conjugacin con glutatin.10 MRP1 y

posiblemente MRP5 contribuyen a la resistencia en humanos al Arsenito.11

Existen xenobiticos presentes en los alimentos que pueden ser

excretados de las clulas a travs de los MRPs. Un ejemplo, es el producto

de la conjugacin de la aflatoxina B1 con glutatin, el cual es un sustrato de

alta afinidad para el MRP112, 13 (Figura 2-24).



Figura 2-29. Metabolismo de Fase I (oxidacin), Fase II (conjugacin) y Fase III

(eliminacin) de la Aflatoxina B1 en el hgado.

Polipptido transportador de aniones orgnicos (OATP, organic

anion transporting polypeptide)

Los OATPs son una gran familia de transportadores de membrana

que regulan la captacin de una gran cantidad de compuestos tanto

endgenos como exgenos, en especial frmacos.14 En humanos, se han

descrito 11 de estos transportadores: OATP1A2, 1B1, 1B3, 1C1, 2A1, 2B1,

3A1, 4A1, 5C1, 5A1 y 6A1. De ellos, se ha caracterizado el papel que juegan

OATP1B1, 1A2, 1B3 y 2B1 en la farmacocintica de frmacos. El OATP1A2

facilita la entrada de sustancias al torrente circulatorio a travs de la pared

duodenal.15 En humanos, OATP1B1, 1B3, 2B1, estn localizados en los

hepatocitos y permiten la entrada de compuestos de la circulacin sangunea

a esta clula, lo cual representa un paso importante en la posterior

eliminacin del compuesto, ya sea a travs del metabolismo o la eliminacin

biliar 14 (Figura 2-23).

Entre los sustratos endgenos del OATP1A1 y 1B1 se encuentran,

cidos biliares (colato y taurocolato), esteroides conjugados con glucurnido

o sulfato, eicosanoides y hormonas tiroideas. Sin embargo, hay compuestos

de origen natural que puede inhibir a estos transportadores; el OATP1A2 se

inhibe por los jugos de naranja y toronja, as como por los flavonoides

presentes en ellos: naringina, en el jugo de toronja y hesperidina en el jugo

de naranja, lo cual afecta la entrada de xenobiticos, como frmacos, a la

clula.16 Adems, OATP2B1 se inhibe significativamente por el jugo de

toronja.17

Consecuencias del metabolismo en una intoxicacin aguda y

crnica

La diferencia entre un proceso de destoxificacin y el de activacin

txica radica en la reactividad qumica de los metabolitos formados. En la

siguiente figura se muestra la integracin de la Fase I y la Fase II, en su

relacin al proceso de destoxificacin y activacin txica.

Figura 2-30. Separacin en las rutas de intoxicacin y destoxificacin metablica.



La oxidacin no impedida metablicamente de los xenobiticos por

el CYP 2, produce metabolitos los cuales son fcilmente conjugados y por lo

tanto eliminados. La oxidacin de los xenobiticos planares por el CYP1 (P

448) producen intermediarios reactivos los cuales no son fcilmente

conjugados y eliminados, por lo que interaccionan con nuclefilos

intracelulares provocando toxicidad y carcinogenicidad.

En general los intermediarios reactivos pueden clasificarse en cuatro

grupos principales que son:

a) Compuestos electroflicos: (intermediario qumico que presenta

deficiencia de electrones: R3C+)

b) Radicales libres (son entidades qumicas que contienen un nmero

impar de electrones. R3C-).

c) Carbenos (son molculas en las que el carbono solo tiene seis

electrones: R2C:) y nitrenos (son molculas neutras en las que el

nitrgeno tiene slo seis electrones: R-N:

d) Oxgeno activado (cuando el oxgeno molecular se reduce para

ganar un electrn y producir un anin superoxido: O2-).

La mayor parte de los intermediarios reactivos son formados por el

P450. Sin embargo, existen ejemplos, donde la activacin la provocan

reacciones de conjugacin (Fase II).

Las consecuencias que se presentan en una exposicin aguda o

crnica a un xenobitico se presentan en la siguiente figura.

A. En la toxicidad aguda, el xenobitico A ejerce su efecto txico por la inhibicin directa de una enzima, y es subsecuentemente destoxificado y eliminado. B. En la toxicidad crnica, el xenobitico B, es activado metablicamente hacia un intermediario reactivo el cual se une covalentemente a glutatin (GSH), protenas, DNA y posiblemente a receptores reguladores.

Fugura 2-31. Diferencias en el riesgo de una intoxicacin aguda y una

intoxicacin crnica.

Para muchos agentes txicos, la duracin de su accin es

inversamente proporcional a la velocidad a la cual ellos son metablicamente

inactivados. En otras palabras, entre ms rpido sea transformado una

sustancia in vivo a sus metabolitos inactivos, ms corta ser la duracin de

su efecto. Las diferencias observadas en la duracin de accin de muchos

agentes activos dentro de la poblacin humana son debidas primordialmente

a la variacin en la composicin y cintica de los sistemas enzimticos que

participan en el metabolismo.



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