Toxikológiai Toxikológiai ismeretekismeretek

1.1.A biotranszformáció I. fázisa

Dr. Pálovics ÁgnesTel.: 309-1027

e-mail: PalovicsA@nebih.gov.hu

2

Toxikológia

Anyag jellemzői- Xenobiotikum Élő szervezet tulajdonságai

Fázisok Expozíció Toxikokinetika/farmakokinetika Toxikodinámia /farmakodinámia

3

Expozíció útjai

Nem inváziv utakBőrön átNyálkahártyákon át (tápcsatorna, tüdő, egyéb nyálkahártyák)

Inváziv utakinjekcióInfúzióDialízis kezelésBeültetett gyógyszer adagoló

4

Szájon át bejutó anyagok

Kulcsfontosságú tulajdonságok:

Méret oldékonyság

5

Molekulasúly és felszívódás

00,5

11,5

22,5

33,5

44,5

5

glice

rin a

ldehíd

, 85

arab

inóz,

110

mann

óz, 1

90

laktó

z,320

inulin

, 500

0

kem

ényít

ő, 100

000

molekulasúly

mik

rom

ol/1

00 g

szö

vet

6

Néhány vegyület oldékonysága és sejtekbe jutása (alga sejteken) P=Coctanol/Cwatervegyület Pow logPow Mikrog/m3

propán 570 2,756 24 000

glikoll 50 1,699 12000

urea 15 1,176 1000

glicerin 7 0,845 210

szukróz 3 0,477 4

etanol 0,4898 -0,31 Nincs adat

7

A vékonybél nyálkahártyájaA vékonybél nyálkahártyája

8

9

Diffúzió típusok és aktív transzportDiffúzió típusok és aktív transzport

10

Az endocitózis típusaiAz endocitózis típusai

pinocitózis fagocitózis receptor-függő endocitózis

11

Gyógyszermolekulák biológiai membránokon történőGyógyszermolekulák biológiai membránokon történőátjutásának lehetséges mechanizmusaiátjutásának lehetséges mechanizmusai

Mechanizmus Hajtóerő Milyen molekulára jellemző

Passzív diffúzió a lipid membránon át

Molekulák hőmozgása koncentráció gradiens mentén

Hidrofób molekulák (etanol, amidopirin

Amfetamin, lidokain)

Diffúzió a membrán pórusain át

Molekulák hőmozgása koncentráció gradiens mentén

Kis, hidrofil molekulák (122 – 188 Da ; anionok, kationok, acetil-szalicilsav, antipirin)

Beáramlás a membrán pórusain át

Folyadékáramlás hidrosztatikus vagy ozmotikus gradiens miatt

Kis, hidrofil molekulák

Facilitált diffúzió Molekulák hőmozgása Karrierhez kötődő molekulák

Aktív transzport Szervezet energiabefektetése Karrierhez kötődő molekulák (tápanyagok, penicillinek)

Pinocitózis, fagocitózis

Szervezet energiabefektetése Nagyobb molekulák (ritka ; botulintoxin, ellenanyagok újszülött korban

Diffúzió a sejtek között

Molekulák hőmozgása hidrosztatikai vagy ozmotikus gradiens mentén

gyógyszer átjutása a vérből a szövetnedvbe

12

Felszívódás: a testidegen molekulák bejutása a vérbeFügg: méret Oldékonyság Szférikus jellemzők Közeg pH-ja (savas vagy bázikus jellegű

molekuláknál)

A gyógyszerek többsége gyenge szerves bázis.

13

A közeg pH-jának hatása néhány molekula felszívódására Nikotin

pK=8,5 száj nyálkahártyáján át (pH:6,2-7,2) jól felszívódik

Nitrogliceringyenge bázis (koronaér tágító)-nyelv alá téve kell elszopogatni

Acetil szalicilsavgyenge sav a szájból nem, de a gyomorból jól felszívódik

14

pH értékek a szervezetben Vér 7,35-7,45 Szájüreg 6,2-7,2 Gyomor 1-3 Patkóbél (Duodénum) 4,8-8,2 Éhbél (Jejunum) 6,3-7,3 Csípőbélbél (Ileum) 7,6 Vastagbél 7,8-8,0 Végbél 7,8 Agyfolyadék 7,3-7,4 Hüvely 3,4-4,2 Vizelet 4,8-7,5 Izzadság 4,0-6,8 Tej 6,6-7,0

15

gyógyszermolekula

erősen lipofil lipofil poláros hidrofilmetabolikusan stabil

felhalmozódás(zsírszövet)

I. fázis bioaktiváció vagy inaktivációoxidáció, redukció, hidrolízis

poláros

II. fázis bioinaktivációkonjugáció

hidrofil

extracelluláris mobilizáció

keringés vérplazmával

kiválasztás epével kiválasztás vizelettel

A biotranszformációs lépések áttekintéseA biotranszformációs lépések áttekintése

16

gyógyszermolekula

erősen lipofil lipofil poláros hidrofilmetabolikusan stabil

felhalmozódás(zsírszövet)

I. fázis bioaktiváció vagy inaktivációoxidáció, redukció, hidrolízis

poláros

II. fázis bioinaktivációkonjugáció

hidrofil

extracelluláris mobilizáció

keringés vérplazmával

kiválasztás epével kiválasztás vizelettel

A biotranszformációs lépések áttekintéseA biotranszformációs lépések áttekintése

17

A biotranszformáció I. fázisának lehetséges reakcióiA biotranszformáció I. fázisának lehetséges reakciói I.I.reakció típusa szubsztrát termék(ek)

A. Oxidáció (MFO)

aromás hidroxiláció

alifás hidroxiláció

epoxidáció

N-hidroxiláció

O-dealkiláció ROH + CH2O

N-dealkiláció R-NH2 + CH2O

S-dealkiláció R-SH + CH2O

deamináció + NH3

S-oxidáció

R R OH

R CH3 R CH2 OH

R CH CH R1CH CH

O

R R1

NH2 HOHN

O CH3R

NH CH3R

S CH3R

CH3R

NH2

S R1R

R C CH3

O

R S R1

O

18

Deklorináció CCl4 [CCl3.] CHCl3

oxidatív deszulfuráció

P

O

S O

O

R3

R2R1

P

O

O O

O

R3

R2R1

19

A biotranszformáció I. fázisának lehetséges reakcióiA biotranszformáció I. fázisának lehetséges reakciói II.II.

reakció típusa szubsztrát termék(ek)

A.Oxidáció ( nem MFO)

II. Amino oxidáció R – CHO + NH3

III. Dehidrogenáció CH3CHO + CH3COOH

B. Redukció

Azoredukció R – N = N – R1 R – NH2 + R1 – NH2

nitroredukció R – NO2 R – NH2

karbonil redukció

C. Hidrolízis

Észterek +

amidok R – CONH2 R – COOH + NH3

R CH2 NH2

CH3 CH2 OH

R C R1

O

R CH R1

OH

R C O

O R1

R C OH

O

R1 OH

20

Cl CH2 C NH2

CH3

CH3

Cl CH2 C NHOH

CH3

CH3

A klórfentermin és az amfetamin biotranszformációja A klórfentermin és az amfetamin biotranszformációja I. fázisI. fázis

CH2 CH NH2

CH3

CH2 C O

CH3

+ NH3

klórfentermin

amfetamin

21

kofaktorok xenobiotikum

A kevert funkciójú oxidáz rendszer elhelyezkedéseA kevert funkciójú oxidáz rendszer elhelyezkedésea sima endoplazmás retikulumbana sima endoplazmás retikulumban

fp1, fp2: flavoproteinekb5: citokróm b5

22

A citokróm P–450 abszorpciós spektrumaA citokróm P–450 abszorpciós spektruma(szénmonoxid differencia spektruma)(szénmonoxid differencia spektruma)

23

A vas–protoporfirin IX. beépülése a citokróm P-450 molekulábaA vas–protoporfirin IX. beépülése a citokróm P-450 molekulába

Cys (a P-450 molekulából)

víz

N

N

N

N

CH3

CH2

CH2CH3

CH3

CH3

OH

O

OH

O

Fe

24

A citokróm P–450A citokróm P–450 monooxigen monooxigenáz működésének vázlataáz működésének vázlata

2+, 3+: a vas ion vegyértékee: elektronSH: szubsztrát

SH + NADPH + H+ + O2 SOH + NADP + H2O

25

A citokróm P–450 A citokróm P–450 molekulmolekulához kötődött I. és II. típusúához kötődött I. és II. típusúszubsztrát molekula differencia spektrumaszubsztrát molekula differencia spektrumaI. fehérjéhez, II. HEM-hez (III. reverz I és II.)I. fehérjéhez, II. HEM-hez (III. reverz I és II.)

26

A benzol átalakulása fenolláA benzol átalakulása fenollá

OH

HC+

H

O-

H

OHH

OH

benzol epoxid NIH-SHIFT

fenol

27

Reaktív köztes termékek keletkezése xenobiotikumokbólReaktív köztes termékek keletkezése xenobiotikumokbólkevert funkciójú oxidáz enzimek segítségévelkevert funkciójú oxidáz enzimek segítségével

Vegyület

neve képlete feltételezett köztes termék toxicitás típusa

bróm-benzol májsejtek nekrózisa

vinil-klorid májdaganat

anilin methemoglobinémia

dimetil-nitrózamin H3C+ karcinogenezis

szén-tetraklorid CCl4.CCl3

májsejtek nekrózisa

kloroform CHCl3 vesesejtek nekrózisa

Br Br

OH

H Cl

H H

H Cl

HO

NH2 NH

OH

N N

CH3

CH3 O

28

Néhány citokróm P-450 enzim jellemzőjeNéhány citokróm P-450 enzim jellemzője

CYP 1 A-1 (bél) • Indukálhatók: PAH, dohányfüst, de novo fehérjeszintézis• Gy.j.: nem genotox karcinogén (omeprazol ind., mégis

forgalomban van)• Szubszt.: teofillin, koffein, prekarcinogének aktiválása

(karcinogének inaktiválása)• Int. akció: flavonoidok gátolják működésüket

CYP 1 A-2 (máj)

CYP 2 A-6 • Kis mennyiségben van, nem jelentős• Szubsztrátja: kumarin, nikotin

CYP B-6 • Rágcsálókban van nagyobb jelentősége• Szubsztrátja: ciklofoszfamid prodrug-aktív daganatellenes szer

CYP 2 C-9 • Gyengén indukálható (fenobarbitál, rifampicin)• Szubsztrátja: tolbutamid, warfarin

CYP 2 C-19 • Polimorf enzim• Szubsztrátja: mefenitoin, thalidomide

29

CYP 2 D-6 • Polimorf (debrizokvint a kaukázusi populáció 8%-a gyengén

metabolizálja – nincs elegendő aktív enzim)• Nem indukálható• Szubsztrátja: bétablokkolók (propranolol)• Gyógyszer.jelölt:: van-e más metabolikus út

CYP 2 E-1 • Indukálható: alk, aceton: fehérjét st., izoniazid mRNS stab.• Szubsztrátja: kis molekulák, oldószerek

CYP 3 A • Legtöbb gyógyszer átalakítása, legnagyobb mennyiségben

jelenlevő citokróm P-450• Indukálható: fenobarbitál, dexametazon, rifampicin• Bélfalban is nagyon aktív

CYP 4 A • Rágcsálókban indukálható peroxiszóma proliferátokkal (klofibrát),

embernél: a fibrátok receptora nem fejlődik ki olyan mértékben,

nincs jelentősége

CYP 26 A 1 all transz retinoic acid fő metabolizáló enzimje a bőrben

További citokróm P-450 enzimek jellemzőiTovábbi citokróm P-450 enzimek jellemzői

30

Biotranszformáció a májon kívül

Biotranszformáció a szervezet minden sejtjében történhet.

Bélfal Légutak bőr

31

A citokróm P 450 molekulák jellemzői

Négy molekulacsaládba tartoznak, izoformák száma az ember májában >40

Katalizált reakciók száma >60 Gyenge szubsztrát-specificitás

egy enzim több szubsztrátot is átalakíthategy szubsztrátot több enzim is átalakíthat (az enzimek átvehetik egymás szerepét)

32

Nem az MFO által katalizált, de a biotranszformáció 1.

fázisához tartozó reakciók Nem az MFO katalizált oxidációs reakciók

aminooxidációdehidrogenáció

RedukcióAzo-nitro-karbonil-vegyületek

Hidrolízis: észterek amidok