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
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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
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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]
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[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
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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
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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
Klassen C. Cassaret Doulls Toxicology. Sixth edition. Mc-Graw Hill. p. 136.
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
Klassen C. Cassaret Doulls Toxicology. Sixth edition. Mc-Graw Hill. p. 136.
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
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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
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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).
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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
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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)
Curtis D. Klaassen. Casarett and Doulls Toxicology. The basic Science of Poisons. 8 th edition. Mc Graw Hill, USA, 2013, p. 244.
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
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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
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12 Profesores: Francisco Hernndez Luis, Mara Elena Bravo Gmez, Perla Castaeda Lpez. Servicio Social (2014-12/16280): Circe Mouret-Hernndez
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
+
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Figura 2-23. Metabolismo del cianuro
Figura 2-24. Ruta de biotransformacin del 2,6-dinitrotolueno
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14 Profesores: Francisco Hernndez Luis, Mara Elena Bravo Gmez, Perla Castaeda Lpez. Servicio Social (2014-12/16280): Circe Mouret-Hernndez
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
Curtis D. Klaassen. Casarett and Doulls Toxicology. The basic Science of Poisons. 8 th edition. Mc Graw Hill, USA, 2013, p. 190.
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.
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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).
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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.
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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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18 Profesores: Francisco Hernndez Luis, Mara Elena Bravo Gmez, Perla Castaeda Lpez. Servicio Social (2014-12/16280): Circe Mouret-Hernndez
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