METABOLIZM

KSENOBIOTYKÓW

faza II (sprzęganie)

OPORNOŚĆ

WIELOLEKOWA

Barbara Licznerska

Metabolizm

• I faza = rozkład

• II faza = sprzęganie

• III faza = sekrecja

Biotransformacja leków

LEK

METABOLIT

METABOLIT

wydalanie

cyt P450

enzymy II fazy

enzymy II fazy

II faza

• Sprzęganie z kwasem glukuronowym =

glukuronidacja

• Sprzęganie z kwasem siarkowym
• Sprzęganie z kwasem octowym =

acetylacja

• Sprzęganie z aminokwasami

- glicyną
- kwasem glutaminowym
- metioniną = metylacja
- glutationem
- cysteiną

II faza

• Sprzęganie z kwasem glukuronowym =

glukuronidacja

• Sprzęganie z kwasem siarkowym

• Sprzęganie z kwasem octowym =

acetylacja

• Sprzęganie z aminokwasami

- glicyną
- kwasem glutaminowym
- metioniną =

metylacja

-

glutationem

- cysteiną

Sprzęganie

– schemat ogólny

substrat

(ego/endogenny)

produkt

Enzym

(typ, lokalizacja)

znaczenie

sekrecja

Sprzęganie

– mechanizm

Etap I

- aktywacja jednego z substratów
- niezbędna energia (ATP, UTP)

Etap II

- przeniesienie zaktywowanego ugrupowana

na drugi substrat

- udział transferaz

1. GLUKURONIDACJA

R-OH

R-COOH

R-SH

R-NH

2

UGT

glukuronid

UDP

R

HO

+

+

UDPGA

Skąd się bierze UDPGA?

• UDPGA

= kwas α-urydynodifosforoglukuronowy

• cytoplazma (m.in. wątroby)
• substraty:

glukozo-1-fosforan, UTP, 2NAD

+

• enzymy (dwa etapy aktywacji):

- urydylilotransferaza UDP- glukozy
- dehydrogenaza UDP- glukozy

Glukuronozylotransferazy

• UGTs

= uridine diphosphate glucuronosyl transferases

• frakcja mikrosomalna (ER):

wątroby, nerek, j.cienkiego, śledziony,
skóry, mózgu

• UGT1A1 – sprzęganie bilirubiny

(żółtaczka noworodków, zespół szarego dziecka,

zespół Gilberta)

• pełna aktywność 6-18 m.ż.

Przykłady ksenobiotyków

N-glukuronidy

aminy, sulfonamidy,
karbaminiany,
heterocykliczne związki azotowe

S-glukuronidy

tiofenole, disiarczek,
tetrametylotiuram

typ estrowy

kwasy karboksylowe

typ eterowy

alkohole, fenole

typ glukuronidu

typ ksenobiotyku

Znaczenie

• najczęstsza reakcja II fazy

(bo?)

• glukuronidy

- brak aktywności fizjologicznej

- lepiej rozpuszczalne w wodzie

- szybciej wydalane

• endogenne substraty:

steroidy, bilirubina

• reakcja odwracalna

- β-glukuronidaza

(gdzie?)

- wchłanianie zwrotne wolnych ksenobiotyków

- nowotwory jelit i pęcherza

2. SPRZĘG. Z KW. SIARKOWYM

R-OH

R-NH

2

SULT

siarczan/

amidosufonian

PAP

-OR/HNR

H -

+

+

PAPS

Skąd się bierze PAPS?

• PAPS = 5’-fosfosiarczan 3’-fosfoadenozyny
• cytoplazma
• substraty:

SO

4

-2

, Mg

2+

, 2 ATP

• enzymy (dwa etapy aktywacji)

– adenylilotransferaza siarczanowa
– kinaza adenylilosiarczanowa

Sulfotransferazy

• SULTs = sulfotransferases
• frakcja cytoplazmatyczna:

wątroby, nerek, jelit, mózgu, nadnerczy,
jąder, jajników

• dojrzałość szybciej niż przy UGTs;

czasem niektóre formy aktywniejsze
u noworodków i dzieci niż u dorosłych

Przykłady ksenobiotyków

sulfaminiany

aminy aromatyczne

typ estrowy

(siarczany eterowe)

alkohole, fenole

typ produktu

typ ksenobiotyku

Znaczenie

• mniejsze niż glukuronidacja

(bo?)

• siarczany

lepiej rozpuszczalne w wodzie

• endogenne substraty

steroidy, heparyna, adrenalina, serotonina,
tyroksyna, cholina

• reakcja odwracalna

– sulfatazy (endogenne substraty)
– arylosulfatazy (ksenobiotyki) – ER, lizosomy

3. Acetylacja

(sprzęg. z kw. octowym)

ETAP I

aktywacja octanu

-

mitochondrium wątroby

- efekt: CH

3

CO-S-CoA (tzw. aktywny octan)

- substraty: kwas octowy, ATP, CoA-SH
- enzym: acetylotransferaza acetylo-CoA

ETAP II

przeniesienie grupy acetylowej na ksenobiotyk

-

cytoplazma wątroby, nerek, jelit, płuc,

ś

ledziony

- efekt: acetylowe pochodne amin

N- acetylotransferazy

• NAT1, NAT2
• cytoplazma
• głównie

wątroba

, także

pęcherz moczowy

•

wolni acetylatorzy NAT2

a rak pęcherza moczowego

Przykłady ksenobiotyków

hydrazydy

sulfonamidy

acetylowa pochodna

aminy aromatyczne

produkt

typ ksenobiotyku

Znaczenie

• acetylowe pochodne

– metabolizm karcynogennych amin aromatycznych!
– czasem mniej rozpuszczalne w wodzie
– uszkodzenie kanalików nerkowych i przewodów

moczowych

• endogenne substraty

acetylocholina, acetylokoenzym A

• reakcja odwracalna

– wątroba, nerki
– stosunek acetylacja/deacetylacji kluczowy

4. SPRZĘGANIE Z

GLUTATIONEM

RX

GST

GSR

+

+

GSH

Gly - Cys – Glu

H

Gly - Cys – Glu

R

X

H

ξ

- glutamylotranspeptydaza

Gly – Cys

R

Glu

SPRZĘGANIE Z

GLUTATIONEM

cd

Gly – Cys -

R

Gly

dipeptydaza cysteinyloglicynowa

R

-S-CH

2

-CH-COOH

I

NH

2

koniugat

cysteiny

N-acetylotransferaza

R

-S-CH

2

-CH-COOH

I

NH-C=O

I

CH

3

kwasy

merkapturowe

Skąd się bierze glutation?

• tripeptyd: Glu-Cys-Gly

• wszystkie tkanki i narządy

S-transferazy glutationowe (GST)

- cytozol i mikrosomy

wątroby, nerek

Znaczenie

• detoksykacja

• ochrona przed:

–RFT

–wolnymi rodnikami

–reaktywnymi metabolitami

(np. epoksydy, chinony)

5. Metylacja

ETAP I

aktywacja metioniny

-

efekt: S-adenozynometionina (SAM)

- substraty: L-metionina, ATP, Mg

2+

- enzym: adenozylotransferaza metioninowa

ETAP II

przeniesienie grupy metylowej na ksenobiotyk

-

cytoplazma wątroby, płuc, nadnerczy

- efekt: metylowa pochodne
- enzym: metylotransferazy

S-metylotransferaza tiopuryny

• TPMT = thiopurine S-methyltransferase

• cytozol

głównie wątroby i erytrocytów

• istotna w metabolizmie tiopuryn –

leków p/nowotworowych,
np. 6-MP, azatiopryny, tioguaniny

Przykłady ksenobiotyków

tiofenole

merkaptany

alkohole, fenole

heterocykliczne

aminy III rzędowe

np. cholina, nikotyna, nikotynamid, pirydyna

aminy aromatyczne

metylowa
pochodna

aminy alifatyczne

typ produktu

typ substratu

Znaczenie

• małe

– nie zwiększa rozpuszczalności

– nie przyspiesza wydalania

• endogenne substraty

– aminy katecholowe

– COMT (metylotransferaza katecholowa) ->

cytoplazma wielu narządów

6. Sprzęganie z glicyną

ETAP I

aktywacja obcego ksenobiotyku (sic!)

-

mitochondrium wątroby i nerek

- efekt: benzoilo-CoA
- substraty: egzogenny kwas karboksylowy, ATP, CoA

ETAP II

przeniesienie grupy acetylowej na glicynę

- cytoplazma i mitochondrium
- efekt: kwasy hipurowe

Znaczenie

• małe

(bo?)

• glicyna głównym aa sprzęgającym
• inne aa

– glutamina (dot. kwasu fenylooctowego)

– seryna

– arginina

– lizyna

– (tauryna, ornityna)

7. Redukcja

• faza I + faza II w jednej reakcji

• enzym: DT-diaforaza

= oksydoreduktaza NAD(P)H : akceptor chinonowy

(wyjątek! - redukcja 2-ee)

• znaczenie:

bezpieczna redukcja toksycznych chinonów do
hydrochinonów

z pominięciem bardzo toksycznego produktu
pośredniego

wątroba, erytrocyt

cytoplazma

TPMT

wątroba, pęcherz
moczowy

cytoplazma

NAT

wątroba, nerki

cytoplazma

GST

wątroba, nerki,
jelita, mózg,
nadnercza,
jądra, jajniki

ER

SULT

wątroba, nerki,
j.cienkie,
ś

ledziona, skóra,

mózg

ER

UGT

lokalizacja
tkankowa

lokalizacja
subkomórkowa

enzym

ż

ółć

koniugat
cysteiny

GST

pochodna
metylowa

TPMT

mocz

pochodne
acetylowe

NAT

mocz

kw.
merkapturowy

GST

mocz

siarczan/

amidosufonian

SULT

mocz, żółć

glukuronid

UGT

droga usuwania

produkt do
usunięcia

enzym

aminy alifatyczne, aminy aromatyczne,
heterocykliczne aminy III rzędowe, alkohole,
fenole, tiofenole, merkaptany

TPMT

arom. i heterocykliczne kwasy karboksylowe,
kwasy arylooctowe

acetylotransferaza
glicynowa

aminy aromatyczne, sulfonamidy, hydrazydy

NAT

WA, halogenowe WA, halogenowe nitroalkany

GST

alkohole, fenole, aminy aromatyczne

SULT

alkohole, fenole, kwasy karboksylowe, aminy,
sulfonaminy, karbaminiany, heterocykliczne
zw. azotowe

UGT

substrat

enzym

Metabolizm wybranych leków

adrenalina, dopamina, DOPA,
nikotyna, serotonina, 6-
merkaptopuryna, disulfiram,
spironolakton, azatiopryna,
tioguanina

MT

fenobarbital,

3-metylcholantren

kw. salicylowy,

kw. benzoesowy,
naproksen

chloramfenikol., kw. żółciowe,
salicylamid, dopamina,
acetaminofen, glikole polietylenowe,
cholesterol

SULT

estron, morfina, oksazepam,
progesteron, testosteron, tyroksyna,
diklofenak, ketoprofem, naproksen, inne
NLPZ, kw. walproinowy, meprobamat,
chloramfenikol, acetaminofen,
acetaminofen

UGT

izoniazyd, prokainamid,
klonazepam, kofeina, sulfasalazyna,
nitarzepam, acebutotol

NAT2

induktor

inhibitor

substrat

enzym

Czynniki modulujące

metabolizm ksenobiotyków

GENETYCZNE

-

formy polimorficzne genów enzymów metabolizujących leki

-

białka transportujące leki/metabolity

FIZJOLOGICZNE

-

wiek

-

płeć

-

ciąża

-

funkcjonalność narządów

-

choroby

Ś

RODOWISKO

-

indukcja enzymatyczna

-

inhibicja enzymatyczna

-

dieta

-

używki

OPORNOŚĆ WIELOLEKOWA

(MDR)

• Definicja MDR

• Cechy komórek opornych na leczenie

• Podział MDR

• Czynniki MDR (przykłady)

• Znaczenie MDR

Oporność wielolekowa

(ang. MDR – multidrug resistance)

system „obrony” populacji

komórek nowotworowych

przed licznymi lekami

o różnej budowie chemicznej

i mechanizmie działania,

które działają na dane komórki

Cechy komórki opornej wielolekowa

1) zmiany materiału genetycznego

- ↑ naprawy uszkodzeń indukowanych

przez leki

- nadekspresja niektórych białek

2) zmiana metabolizmu komórki

- blok apoptozy

- ↑ wypływ leku z komórki

3) ↓ działania farmakologicznego leku w komórce

Główne mechanizmy MDR

przykład

zmiana prowadząca do MDR

punkt uchwytu

mutacje p53, aktywacja
genu BCL-2

zahamowanie apoptozy lub
zatrzymania cyklu
komórkowego

zatrzymanie cyklu
komórkowego /
ś

mierć komórki

4

mutacje genów
kodujących
topoizomerazy /
wzmocnienie systemów
naprawczych

zmiana punktu docelowego
leku / ↑

↑

↑

↑

napraw uszkodzeń

zniszczenie
komórki docelowej

3

aktywacja transferaz
glutationowych /
izolacja leku w wew.kom.
pęcherzykach

metabolizm leku /
brak aktywności systemu
aktywującego lek

aktywacja leku w
komórce

2

aktywacja transporterów
np. MDR

1

, MRP

↓

↓

↓

↓

akumulacji leku w komórce

wnikanie leku do
komórki

1

Białka jako przyczyny

oporności wielolekowej

1) białka transporterowe

tzw. rodzina transporterów ABC – np.MDR

1

,

MRP

1

, MRP

2

, LRP

2) topoizomerazy
3) metalotioneiny
4) syntetaza tymidylanowa
5) O-6-alkilotransferaza
6) enzymy aktywujące glutation (np. GST)

Glikoproteina P (MDR

1

)

• Budowa:

-1280 aa, 170 kDal
- 12 segmentów transbłonowych
- zewnątrzbłonowy fragment glikozylowany
- 2 miejsca wiążące ATP

• Rola:

aktywny transport leku poprzez błonę poza komórkę

• Mechanizm:

– Etap I – bezpośrednie wiązanie leku przez białko
– Etap II – przeniesienie wbrew gradientowi na zew. komórki (ATP)

Glikoproteina P

ulega nadekspresji

w około 55%

wszystkich ludzkich

nowotworów

Inhibitory glikoproteiny P

I generacja

werapamil, cyklosporyna A

II generacja

valspodar, biricodar

III generacja

tariquidar, zosuquidar, laniquidar, elacridar

Onkologiczne ligandy

transporterów rodziny ABC

daunorubicyna, doksorubicyna, mitoksantron,

topotekan

BCRP

cisplastyna, doksorubicyna, etopozyd,

metoktreksat, mitoksantron, winkrystyna

MRP2

doksorubicyna, epirubicyna, etopozyd,

metotreksat, mitoksantron, winkrystyna

MRP1

paklitaksel, winblastyna

MDR2

aktynomycyna D, daunorubicyna,

doksorubicyna, docetaksel, etopozyd,

mitoksantron, paklitaksel, tenipozyd, topotekan,

winblastyna, winkrystyna, winorelbina

P-gp

LIGANDY

TRANSPORTER

ZAGADNIENIA NA ZALICZENIE

1.

Omów właściwości fizykochemiczne produktów II fazy biotransformacji.

2.

Omów znaczenie II fazy metabolizmu.

3.

Wymień które enzymy II fazy metabolizmu biorą udział w biotransformacji
zarówno substancji egzo- jak i endogennych.

4.

Wymień enzymy i ich końcowe metabolity odpowiedzialne za sprzęganie
w II fazie metabolizmu.

5.

Omów układy enzymatyczne odpowiedzialne za biotransformację NLPZ.

6.

Omów układy enzymatyczne odpowiedzialne za biotransformację

węglowodorów aromatycznych.

7.

Wymień układy enzymatyczne odpowiedzialne za biotransformację
alkoholi i fenoli.

8.

Wymień układy enzymatyczne odpowiedzialne za biotransformację amin
aromatycznych.

9.

Wyjaśnij czy polimorfizm genetycznym wpływa istotnie na metabolizm
leków.

10.

Wyjaśnij czy wiek ma wpływ na metabolizm ksenobiotyków.

11.

Omów spodziewany skutek terapii chloramfenikolem u kobiety leczonej

przewlekle fenobarbitalem.

Dziękuję