XENOBIOTICI

Composti estranei all’organismo

Contaminanti ambientali assorbiti attraverso la pelle, i polmoni o introdotti con l’alimentazione

Prodotti chimici industriali (pesticidi, inquinanti)

Prodotti di pirolisi della cottura dei cibi

Alcaloidi (sostanze azotate prodotte nelle piante a partire da aacidi aromatici) metaboliti secondari delle piante

Tossine prodotte da funghi, piante, animali

Farmaci

Gli xenobiotici sono SOSTANZE LIPOFILICHE

ASSORBIMENTO METABOLISMO

Idrofilico

BIOTRASFORMAZIONE degli XENOBIOTICI

Xenobiotico

Metabolita con attività diversa

Metabolita inattivo

Coniugato

Coniugato

Xenobiotico

Lipofilico

Xenobiotico Coniugato

Fase I Fase II

ELIMINAZIONE

Tipi di reazioni Enzima

Fase IOssidazione

Riduzione

Idrolisi

Fase IIConiugazione

Citocromo P450Alcol deidrogenasiAldeide deidrogenasiMonossigenasi flavinicheMonoaminossidasi

Chinone reduttasi (DT diaforasi)Citocromo P450 reduttasi

Epossido idrolasi

UDP glucuronil transferasiSolfotransferasiN-acetil transferasiMetiltransferasiConiugazione con amminoacidiGlutatione transferasi

Enzimi del metabolismo degli xenobiotici

CITOCROMO P450 emoproteina

Protoporfirina: anello tetrapirrolico Protoporfirina IX + Fe = Eme

Cys SH

Il Cyt P450 assorbe a 450 nm quando il Ferro è nello statoridotto (Fe2+) e legato al CO(monossido di carbonio)

Caratteristiche spettroscopiche del citocromo P450

Localizzazione intracellulare

Il citocromo P450 degli eucarioti è ancorato alle membraneMicrosomiale e mitocondrialeGli enzimi P450 predisposti al metabolismo degli xenobiotici si trovano soprattutto nel reticol endoplasmatico del fegato

Il citocromo P450 microsomiale è legato alla membrana del reticolo endoplasmatico tramite la regione N-term idrofobica che genera un’elica transmembrana.

XH + O2 + NAD(P)H + H+ XOH + NAD(P)+ + H2O

Reazione catalizzata dal P450Il citocromo P450 è una ossidasi a funzione mista (monossigenasi)

X = Substrato

SUBSTRATI DEL CITOCROMO P450

Xenobiotici Composti di origine fisiologica

Farmaci, inclusi antibioticiCarcinogeniAntiossidantiSolventiAnesteticiColorantiPesticidiDerivanti del petrolioAlcolOdori

Colesterolo, SteroidiEicosanoidi (leucotrieni, prostaglandine)Acidi grassiIdroperossidi dei lipidiRetinoidi (vitamina A)Acetone

Sistema di trasporto degli elettroni del citocromo P450

• Uno dei problemi : il ferro-eme del gruppo prostetico può accettare un elettrone alla volta mentre l’NADPH trasferisce generalmente due elettroni

• Per cui è necessaria una proteina che prende due elettroni dall’NADPH e ne trasferisce uno al citocromo P450

• Questa funzione è svolta da una flavoproteina NADPH-dipendente

• Il sistema di trasporto degli elettroni dall’ NADPH al citocromo P450 si trova associato con le membrane mitocondriali o del reticolo endoplasmatico

Sistema di trasporto microsomiale del citocromo P450

• Nel reticolo endoplasmatico l’NADPH dona gli elettroni ad una flavoproteina denominata NADPH-citocromo P450 reduttasi

• Peso molecolare di 78 kDa

• Contiene sia il FAD che l’FMN come gruppi prostetici

• N-terminale contiene numerosi residui idrofobici ed è la parte associata alla membrana

1. Il FAD prende elettroni dall’NADPH

2. L’FMN li dona al ferro

3. Gli elettroni possono derivare dal citocromo b5

4. Il citocromo b5 è ridotto:

- NADPH-citocromo P450 red

- NADH-citocromo b5 red

Citocromo P450 reduttasi

Sistema di trasporto microsomiale del citocromo P450

Non si conosce la ragione dell’esistenza delle due vie

S

SOH

S.

H2O2

O2.

Reazione Esempi

Ossidrilazione comp. alifaticiOssidrilazione comp.aromaticiFormazione di epossidiDealchilazioni ossidativeDeaminazione ossidativaOssidazione di N o S o PRimozione di alogeniOssidazione di alcoli

Acido valproico, pentobarbitalBenzopirene, fenobarbitalBenzene, benzopireneFenacetina, morfina, caffeinaAnfetaminaCloropromazina, paracetamoloAlotanoAlcol etilico

Riduzione (bassa [O2]) Alotano, CCl4

Xenobiotici metabolizzati dal citocromo P450

Ossidrilazione composti alifatici

Pentobarbital

EPOSSIDAZIONE

Fenobarbital (sedativo, analgesico)

cancerogeno

HCHO

HCHO

Reazioni di dealchilazione

Deacetilazione dell’atomo di azoto

Dealchilazione dell’atomo di ossigeno

Deacetilazione dell’atomo di zolfo

Dealchilazione sull’atomo di azoto

REAZIONI DI OSSIDAZIONE

Dealogenazione riduttiva del CCl4(tetracloruro di carbonio)

Solvente organico

10-15% nel fegato5%

30%

CYP…

SUPERFAMIGLIA

Circa 150 geni

9 %

Cyp 3A4 metabolizza circa il 60% dei farmaci

Fenotipi del CYP2D6“ polimorfismo per la debrisochina”

Metabolizzatori Lenti (PM): incapacità di utilizzare la via del CYP2D6

Metabolizzatori Intermedi (IM): capacità fortemente diminuita

Metabolizzatori Normali (EM): capacità normale

Metabolizzatori Ultrarapidi (UM): capacità eccessiva

Farmacogenetica: basi ereditarie delle differenze tra gli individui nell’azione dei farmaci

CYP1A1, CYP1A2

•3- metilcolantrene, benzopirene, diossina, fumo

alimenti cotti a carbone, crocifere

•Fenobarbital, DTT

•Isoniazide, etanolo

•Steroidi, antibiotici

•Clofibrato, plastificanti

CYP2B1, CYP2B2

CYP3A1, CYP3A2

CYP2E1

CYP4A1, CYP 4A2, CYP4A3

Induttori del P450:appartengono a 5 classi, con diverso meccanismo d’azione

IDENTIFICAZIONE DELLA REGIONE REGOLATRICE DEL GENE DI UN P450

Inibitori competitivi SKF 525 A sostanze contenenti imidazolo

INIBITORI DEL CITOCROMO P450

Substrati suicidi trioleandomicina (antibiotico macrolide)

cloramfenicolo

Si trasforma in un prodotto che si lega al ferro Si trasforma in un prodotto che alchila la proteina e la inattiva

Tipi di reazioni Enzima

Fase IOssidazione

Riduzione

Idrolisi

Fase IIConiugazione

Citocromo P450Alcol deidrogenasiAldeide deidrogenasiMonossigenasi flavinicheMonoaminossidasi

Chinone reduttasi (NQO1 o DT diaforasi)Citocromo P450 reduttasi

Epossido idrolasi

UDP glucuronil transferasiSolfotransferasiN-acetil transferasiMetiltransferasiConiugazione con amminoacidiGlutatione transferasi

Enzimi del metabolismo degli xenobiotici

Metabolismo dell’etanolo

Alcol deidrogenasi Aldeide deidrogenasi

energia

tossica

Alcol deidrogenasi: enzima dimerico, citosolico, contenente Zn5 geni (α, β, γ, π, κ). β ha 3 alleli, γ 2 alleli

Quindi 8 subunità diverse che si combinanoa formare isoenzimi con diversa efficienza Catalitica. La subunità β è molto attiva.

Gli isoenzimi presenti nelle popolazioni asiatiche sono molto efficienti.

Aldeide deidrogenasi (16 geni, famiglia di proteine):

Allele di classe 2: basso metabolismo delle aldeide, fattore di rischio per il cancro indotto da alcol

Nelle popolazioni orientali:intolleranza all’alcol (vasodilatazione, “flushing syndrome”).

FMO (MONOSSIGENASI FLAVINICHE) : Ossidazione a livello di eteroatomi nucleofili: S, P, N

FMO: MONOSSIGENASI FLAVINICHE DEL RETICOLO ENDOPLASMATICO

Monoamminossidasi (MAO A e B) (flavoproteina mitocondriale)

Trasformazione di una ammina in una aldeide(substrati fisiologici: serotonina, adrenalina, noradrenalina)

RCH2NH2 + FAD RCH=NH + FADH2

RCH=NH + H2O RCHO + NH3

FADH2 + O2 FAD + H2O2

L’atomo di ossigeno incorporato nel substrato proviene dall’ H2O, ed i 2 elettroni sottratti al substrato vengono ceduti all’O2 formando H2O2

Reazione catalizzata dalla monoamminossidasi (MAO): 1-metil-4-fenil-1,2,5,6-tetraidropiridina (MPTP)

DT-diaforasi o NAD(P)H:chinone ossidoreduttasi 1 (NQO1)

Enzima citosolico

Omodimero (27 kDa per subunità)

Flavoproteina (FAD)

Catalizza la riduzione bielettronica di substrati di natura chinonica, in un singolo passaggio

•Spesso i suoi livelli sono più alti nelle cellule tumorali (resistenza ai farmaci antitumorali)

Farmaci antitumorali che vengono attivati dalla NQO1

O2 O2- H2O2 OH. H2O

e-e-e- e-

OssidasiCitocromo c ossidasi; ceruloplasmina plasmatica

Reazioni tipo Fenton catalizzate da metalli:

O2 H2O2

Men + O2- Men-1 OH- + HO. + Men Me = rame o ferro

Dismutazione dell’O2- spontanea o enzimatica ( superossido dismutasi )

Ossidasi perossisomiali: es. aminoacido ossidasi, urato ossidasiAmino ossidasi ( diamino ossidasi, lisil ossidasi, monoamino ossidasi )

Autossidazione dell’ossiemoglobinaNADPH ossidasi dei leucocitiCatena di trasporto degli elettroni

•mitocondri ( nei siti dell’ubichinone e della NADH-deridrogenasi )•microsomi ( citocromo P450 e citocromo P450 riduttasi )

Enzimi citosolici: es. xantina ossidasi, aldeide ossidasi

Prodotti di degradazione dei lipidi perossidati

Semialdeide glutamica

N

COR2

CONHR1 OCONHR1

NH

COR2

-prolil-

NH2

NHNH

CONHR1

R2CONH

-arginil-

CONHR2

NH2

R2CONH

-lisil-

O

CONHR1NH

COR2

Semialdeide aminoadipica

Ossidazione delle proteine: carbonilazione di residui amminoacidici