UNIVERSIDAD NACIONAL SANTIAGO ANTUNEZ DE MAYOLO ING. AMBIENTAL UNIVERSIDAD NACIONALSANTIAGO ANTNEZ DE MAYOLOFACULTAD DE CIENCIAS DEL AMBIENTE

|

METABOLISMO DE LOS XENOBIOTICOS

ESCUELA ACADMICA : INGENIERIA AMBIENTAL

CURSO : BIOQUIMICA AMBIENTAL

AO Y SEMESTRE ACADMICO: 2014-II

CICLO : III

DOCENTE : IRMA MANDUJANO ALYAS

INTEGRANTES:

ROMERO ZEVALLOS GIOVANNALEON CHAVEZ EDYPEA TIBURCIO JHONFLORES HUAACARI JUAN JOSE

HUARAZ PER2015

I. OBJETIVOS Conocer cada fase del metabolismo de xenobiticos, las vas metablicas y a qu nivel se dan. Valorar losriesgospara el organismo derivados de la exposicin continuada aagentes qumicos.

INTRODUCCION

Hoy en da el ser humano depende mucho de productos qumicos extraos para poder curar ciertas enfermedades, a esta clase de sustancias se les conoce como xenobiticos. En esta ocasin se presentara el tema de metabolismo de xenobiticos, en este trabajo de investigacin se recopilo informacin de distintos medios libros, webs, etc. Para poder conocer con mayor exactitud los efectos que estas sustancias generan en el ser humano. Este trabajo est dividido en el captulo I y el captulo II, el primero consiste en la definicin de metabolismo y de xenobiticos, para poder conocer a que se refieren estas dos palabras, y tambin se dar a conocer las 2 fases del metabolismo de los xenobiticos, la importancia y clasificacin de las sustancias xenobiticas en el ser humano.

En el captulo II se trata de las isoformas del citocromo P450, la edad y sexo que afectan las actividades enzimas, las respuestas a xenobiticos producidos por frmacos, y por ltimo la farmacogenomica.

La unin de estos captulos originara una brillante investigacin tanto para la profesora y los alumnos que lo puedan leer pues trata sobre un caso muy importante para nuestras vidas y para las futuras generaciones.

El grupo

CAPITULO 1MARCO TERICO1. METABOLISMOEl metabolismo (del griego , cambio) es el conjunto de reacciones bioqumicas y procesos fsico-qumicos que ocurren en una clula y en el organismo.1 Estos complejos procesos interrelacionados son la base de la vida a escala molecular, y permiten las diversas actividades de las clulas: crecer, reproducirse, mantener sus estructuras, responder a estmulos, etc.La metabolizacin es el proceso por el cual el organismo consigue que sustancias activas se transformen en no activas.Este proceso lo realizan en los seres humanos con enzimas localizadas en el hgado. En el caso de las drogas psicoactivas a menudo lo que se trata simplemente es de eliminar su capacidad de pasar a travs de las membranas de lpidos, de forma que ya no puedan pasar la barrera hemato enceflica, con lo que no alcanzan el sistema nervioso central.Por tanto, la importancia del hgado y por qu este rgano se ve afectado a menudo en los casos de consumo masivo o continuado de drogas.El metabolismo se divide en dos procesos conjugados: catabolismo y anabolismo. Las reacciones catablicas liberan energa; un ejemplo es la gluclisis, un proceso de degradacin de compuestos como la glucosa, cuya reaccin resulta en la liberacin de la energa retenida en sus enlaces qumicos. Las reacciones anablicas, en cambio, utilizan esta energa liberada para recomponer enlaces qumicos y construir componentes de las clulas como lo son las protenas y los cidos nucleicos. El catabolismo y el anabolismo son procesos acoplados que hacen al metabolismo en conjunto, puesto que cada uno depende del otro.El metabolismo de un organismo determina qu sustancias encontrar nutritivas y cules encontrar txicas. Por ejemplo, algunas procariotas utilizan sulfuro de hidrgeno como nutriente, pero este gas es venenoso para los animales. La velocidad del metabolismo, el rango metablico, tambin influye en cunto alimento va a requerir un organismo.2. XENOBITICOLa palabra xenobitico deriva del griego xeno ('extrao') y bio ('vida'). Se aplica a los compuestos cuya estructura qumica en la naturaleza es poco frecuente o inexistente debido a que son compuestos sintetizados por el hombre en el laboratorio. La mayora han aparecido en el medio ambiente durante los ltimos 100 aos. Importancia biomdica: Conocer el metabolismo de xenobiticos es bsico para una comprensin racional de la farmacologa y la teraputica, farmacutica, toxicologa, investigacin del cncer y toxicomana. En todas estas reas se estudia la administracin de xenobiticos o la exposicin a ellos. Clases de xenobiticos: Un xenobitico es un compuesto ajeno al cuerpo. Las principales clases de xenobiticos de importancia mdica son los frmacos, carcingenos qumicos y varios compuestos que han llegado a nuestro ambiente de una u otra manera, como bifenilos policlorinados (PCB) y ciertos insecticidas. Existen ms de 200,000 compuestos qumicos ambientales fabricados por el ser humano. Gran parte de estos compuestos est sujeto a metabolismo (alteracin qumica) en el cuerpo humano, siendo el hgado el rgano principal en que esto ocurre; en ocasiones, un xenobitico puede excretarse sin cambio. Cerca de 30 enzimas catalizan las reacciones que participan en el metabolismo de los xenobiticos.1 Degradacin: Los procesos ms importantes por los que se degradan los compuestos xenobiticos son la foto degradacin por radiaciones solares, los procesos de oxidacin y reduccin qumica y la biodegradacin por los microorganismos. Pero debido a su estructura inusual, algunos xenobiticos persisten mucho tiempo en la biosfera sin alterarse y por eso se dice que son recalcitrantes a la biodegradacin, llegando a ser contaminantes.La razn fundamental de que muchos compuestos sintticos no sean fcilmente biodegradables radica en la gran estabilidad de su estructura qumica. Muchos compuestos sintticos tienen estructuras qumicas distintas a las de compuestos naturales, pero incluso los que tienen estructuras similares a las naturales suelen contener modificaciones que los hacen muy estables. Esto hace que las capacidades degradativas de los seres vivos acten ms lentamente.Estos compuestos sintticos tienen un gran inters desde el punto de vista de la microbiologa, porque gracias a su existencia se ha producido la desviacin de rutas metablicas capaces de atacarlos y degradarlos, y de servir como compuestos de carbono para el sustento de muchos microorganismos.3. LA METABOLIZACION DE LOS XENOBIOTICOS EN LOS SERES HUMANOSLa eliminacin de un xenobitico consta de dos procesos que pueden ocurrir de forma secuencial o de forma simultnea. Hay frmacos que se eliminan directamente sin la necesidad de metabolizarlos. Lamayor partede los xenobiticos por su tamao, son sustancias que se podrn filtrar en el rin, pudiendo ser eliminados por la orina. Al tener un carcter apolar se reabsorbern en el tbulo. El metabolismo tiene como objetivo producir sustancias polares que puedan excretarse con mayor facilidad, para ello el organismo dispone de sistemas enzimticos que estn especializados en la metabolizacin de sustancias exgenas, estos sistemas tambin metabolizan sustancias endgenas como sustancias esteroideas como hormonas, vitamina D y retinoides como la vitamina A. El metabolismo de los xenobiticos es un proceso que vaa tener lugar en dos fases.

3.1 REACCIONES DE FASE ISon lo que se llama comnmente como reacciones de funcionalizacin, lo que hacen es transformar desde elpunto de vistaqumico a una sustancia para que pueda sufrir otras reacciones, la mayor parte son reacciones oxidativas, aunque tambin hay reacciones de reduccin y de hidrlisis. Oxidacin: el 80 % de los xenobiticos van a sufrir oxidacin, va a tener lugar sobre todo en el hgado, aunque tambin en la mucosa intestinal, en el rin y en el pulmn. Estas reacciones las llevan a cabo un sistema de enzimas conocidas como citocromo p-450.

Reduccin: son menos importantes, las llevan acabo losmismos sistemas enzimticos (citocromo p-450), precisa bajas concentraciones de oxgeno.

Hidrlisis: las llevan a cabo esterasas y proteasas, las esterasas las encontramos en el plasma y las proteasas son enzimas ubicuas y las encontramos en plasma, pueden ser ectoenzimas (enzimas dela membrana celular) o proteasas que van a hidrolizar pptidos o toxinas de reptiles e insectos que sean peptdicos, siendo ms inespecficas que el resto.3.2 Reaccin en la fase 2En las reacciones de fase II se producen conversiones de sustancias polares (productos de las reacciones de fase I) a hidrfilas. La presencia de un grupo polar en una molcula puede darla suficiente carcter hidroflico para su rpida excrecin. Para la mayor parte de las sustancias polares, sin embargo, este carcter no es suficiente y requieren una reaccin subsecuente a la de fase I para aumentar su hidrosolubilidad, estas transformaciones son las que efectan las reacciones de fase II.

*Conjugacin En las reacciones de conjugacin, los productos metablicos de la transformacin de los xenobiticos en la fase 1 (compuestos polares) son combinados con compuestos endgenos muy hidrosolubles (agentes conjugantes).Estas reacciones son catalizadas por transferasas o conjugasas.

El resultado es una sustancia con un carcter hidroflico ms acusado, suficiente para conseguir una rpida excrecin. Este sistema es el que utilizan habitualmente los organismos para la eliminacin de sustancias lipoflicas, tanto sean xenobiticos, como productos endgenos de degradacin, tales como la bilirrubina, producto de degradacin de las protoporfirinas o grupo hemo de la Hemoglobina de las RBCs. Las sustancias endgenas ms frecuentemente implicadas en estas reacciones de conjugacin son: cido glucurnico, sulfato, glutatin, GLY y otros aminocidos.

TIPOS DE LAS REACCIONES DE CONJUGACIN, segn el mecanismo:

1 El xenobitico reacciona con un intermedio endgeno activado o de alta energa:

XB + agente conjugante ctivado producto conjugadoIncluye glucurnicos, glucsidos, sulfatos, derivados mutilados y acetilados.

2El xenobitico debe ser activado y entonces reacciona con un aceptor endgeno:

XB activado + aminocido producto conjugadoConjugados de pptidos.

3El xenobitico o su derivado son reactivos y reaccionan con el agente endgeno:

XB o M-XB reactivo + agente conjugante producto conjugadoConjugados con glutatin.

Las enzimas encargadas (Glucuronil-transferasa, sulfotransferasa, glutatin-S-transferasa.) de estas transformaciones se encuentran virtualmente en todo tipo de organismos: bacterias, levaduras, plantas y en todo el reino animal. Existen sin embargo, amplias diferencias cualitativas y cuantitativas entre organismos. Como regla general, los animales terrestres suelen tener bien desarrollado estos sistemas biotransformadores de conjugacin con compuestos endgenos.

La influencia de la dieta sobre la actividad de estos sistemas enzimticos es importante. Los animales herbvoros ingieren una mayor variedad de XBs que los carnvoros. En estos ltimos la actividad de enzimas transformadoras es menor, ya que parte de los XBs han sido transformados previamente por los animales ingeridos. Tambin influye el hbitat, por ejemplo, en peces la capacidad transformadora es menor que en aves y mamferos.

Conjugacin con cido glucurnico: Para que se produzca la conjugacin de un compuesto, que tenga un grupo polar, con el cido glucurnico, el cido glucurnico debe haber sido activado previamente. Su forma activa es unida al UDP (uridina di fosfato) en forma de UDP-GA (uridina difosfo-glucurnico).

Los xenobiticos con grupos polares (-OH, -NH2), en una reaccin catalizada por glucuronil-transferasas (GT). De forma semejante al Cit P-450, las GT son una familia de isoenzimas inducibles. Las reacciones usualmente tienen lugar sobre un grupo -OH, (por ejemplo, el benceno se oxida epoxi, despus a fenol y este se conjuga), y tambin pueden implicar a grupos NH2 (N-glucurnidos) entre otros grupos (ver tabla). Esta reaccin de conjugacin se produce sobre los insecticidas carbonatados y organofosforados.

Fenil-glucurnidLos glucurnidos se excretan en orina y bilis, y si recirculan en el circuito entero heptico, pueden ser hidrolizados por B- glucuronidasas, al igual que puede ocurrir en la vejiga urinaria.

La formacin de cidos mercaptricos ocurre en varias etapas:1. Formacin de un conjugado con GSH, a travs del SH de la CYS glutation transferasa2. Eliminacin de GLU, quedando cisteinil-glicil-SUSTRATO -GLU-transpeptidasa3. Eliminacin de la GLY, quedando el conjugado-SH- CYS amino peptidasa4. Acetilacin de la CYS para dar cido mercaptrico. N-acetil-transferasa

La presencia de cidos mercaptricos en la orina es un ndice de la exposicin a sustancias que rinden dichos compuestos. Este tipo de test puede ser usado en la industria para sondear la exposicin de trabajadores a compuestos con riesgo de toxicidad. Algunos mecanismos de resistencia a txicos se asocian con incrementos de la GS transferasa.a) Conjugacin con acetato: Las N-acetil transferasas (NAT) catalizan la acetilacin de aminas aromticas y heterocclicas (carnes a la brasa, tabaco, contaminantes, frmacos). Esta reaccin suele ayudar a desintoxicar estas sustancias carcingenas. La acetilacin puede ayudar a la desintoxicacin (isoniacida, sulfamidas) o producir derivados con mayor actividad biolgica (Amonafide, 2-aminofluoreno). N-acetilacin de aminas y O-acetilacin de hidroxi-aminas, son dos tipos de reacciones muy frecuentes en el metabolismo de las aminas aromticas. Existen dos tipos de isoenzimas, NAT 1 y NAT 2, con variaciones polimrficas. Existe cierta selectividad por los sustratos para la NAT 1 y la NAT 2, aunque hay sustratos, 2-amino-fluoreno, que son metabolizados por ambas. Las variantes allicas de esta actividad en los diferentes organismos hacen variar la importancia de la acetilacin como mecanismo detoxificador:Acetiladores lentos y acetiladores rpidos.POLIMORFISMO EN LAS REACCIONES DE CONJUGACIN

GST: Las enzimas glutatin transferasa (GST) son la mayor familia de enzimas detoxificantes, que posee un amplio rango de especificidades por sustratos. La mayor parte de los organismos tienen mltiples isoenzimas GSTs pertenecientes a dos o ms clases. El inters de las GSTs en insectos esta subrayado por su participacin en la resistencia a insecticidas. Por ejemplo, la sobreexpresin de una GST es la responsable de la resistencia a organofosforados en una cepa de mosca domstica y elevados niveles de GST estn tambin en la base de la resistencia al DDT de cepas de Aedes aegypti. Sin embargo aunque varias GSTs de cepas resistentes de insectos ya han sido clonadas, una unin directa entre la enzima clonada y elMetabolismo del insecticida ha sido encontrado solo para la enzima de Drosophila. Las GSTs de Anopheles gambiae son de inters por su implicacin en la resistencia al DDT en este importante insecto vector de la malaria.NAT: El polimorfismo de las NAT fue reconocido en los 1940s, con las diferencias apreciadas en el metabolismo de la isoniazida. Se comprob que exista ms de un tipo de acetilasas, lo que provocaba la existencia de individuos acetiladores lentos y rpidos.Para algunos frmacos, ISONIACIDA (antituberculoso), que se degradan mediante acetilacin, se obtiene un efecto teraputico diferido en acetiladores lentos, mientras que una mayor dosis es requerida en acetiladores rpidos. Los acetiladores lentos pueden tener un efecto teraputico ms prolongado o un mayor riesgo para los frmacos con reacciones adversas; i.e., los metabolitos N-hidroxilados de las sulfamidas (bacteriosttico) son carcingenos, esto explica la hipersensibilidad a las SULFONAMIDAS para los acetiladores lentos. La accin farmacolgica y/o los efectos adversos de muchos XBs son influidos por el polimorfismo gentico.LAS REACCIONES DE CONJUGACIN (FASE II) TAMBIN PRODUCEN BIOACTIVACIONES.Los productos conjugados de las reacciones de la fase II tienen en general muy baja actividad biolgica y son muy hidrosolubles, por lo tanto son fcilmente excretables. Por eso muchas de estas reacciones son de detoxicacin, sin embargo, hay algunas excepciones que se analizan. Algunos glucurnicos son inestables, por ejemplo los de las aminas aromticas, y por tanto estas pueden ser bioactivadas.En el hgado con la formacin de N-hidroxil derivados, aunque estn previamente conjugadas con la formacin de glucurnidos. En un ambiente cido (orina) el grupo glucurnico que acta como un buen filtrante puede hidrolizarse, lo que significa que la inactivacin es revertida, consiguiendo la sustancia ejercer su efecto carcinognico, en este caso en la vejiga. La sulfatacin a veces tambin conduce a compuestos inestables. Por ejemplo, para derivados de alcoholes benclicos se producen conjugados inestables que a veces se descomponen en iones. Los iones altamente electroflicos (nitrenio, carbonio) pueden reaccionar facilmente con DNA, RNA y proteinas, lo que puede inducir a muerte celular o formacin de tumores. Finalmente, la conjugacin con glutation puede dar especies reactivas por dos vias: la activacin de mercaptricos y algunos conjugacin con glutation que derivan en activos: i.e., cuando estn presentes dos grupos reactivos, donde ambos pueden reaccionar con el S de la CYS del glutation; entre otros los haloalcanos, dihaloalcanos, haloalquenos, quinonas. Por ejemplo la glutationizacin de 1,2-diBr-etano, que puede llegar a la produccin de un metabolito altamente reactivo con DNA y protenas. El 1,2-diBr-etano es ampliamente usado como insecticida, fungicida y aditivo de aceites. Se le conocen algunos efectos txicos: mutagenicidad, carcinogenicidad. (Se consider en el tema 6, reacciones de faseII).

DEGRADACIONES MS FRECUENTES DE HERBICIDASDegradacin de 2,4-D

Degradacin de 2,4,5-T

CAPITULO 22. Citocromo p-450 (CYP450)Todos los enzimas de esta familia son homoprotenas que cuando se combinan, cuando estn reducidas absorben a 450 nm. Son enzimas que se encuentran en elretculo endoplasmticoliso y su mecanismo de accin es el siguiente: enprimer lugarla molcula de hierro presente en la enzima ha de estar en forma de Fe 3+, atrapndose el sustrato al citocromo frrico, formndose el complejo citocromo-xenobitico reducido. Un electrn es transferido al tomo Fe, pasando ste a su estado ferroso (Fe2+), esta transferencia se lleva a cabo a travs de NADPH. El complejo al combinarse con oxgeno, se forma un complejo citocromo-xenobitico-oxgeno, que sufrir una segunda reduccin por accin del NADPH. Este intermediario pierde una molcula de agua dejando un complejo (FeO)3+ que directamente oxida el sustrato, por ltimo el frmaco se libera oxidado, quedando de nuevo el citocromo en forma de Fe3+. El citocromo p-450 engloba varias familias. Hay muchos citocromos P, pero en el metabolismo de los xenobiticos encontramos a las familias 1, 2 y 3 (CYP1, CYP2 y CYP3).Dentro de Cadafamilia encontramos subfamilias que se denomina con letras y dentro de las subfamilias encontramos isoformas que se denomina con nmero. Cuando se habla del metabolismo de un xenobitico que se realiza a travs del citocromo p, la enzima se denomina con el nmero de familia, subfamilia y la isoforma: CYP2C9

Todas son protenas caracterizadas qumicamente, funcional y estructuralmente.FamiliaSubfamiliaIsoforma

1AB1,21

Familia 1: son pocos los frmacos que se metabolizan por estas enzimas, es importante en el metabolismo de hidrocarburos, de contaminantes ambientales y algunos txicos. Cafena y teofilina.Familia 2: es ms importante, las enzimas de esta familia sobre todo las de la clase B y C (CYP2C9), metabolizan varios xenobiticos. Los frmacos no tienen especificidad frmaco-enzima, la mayor parte pueden metabolizarse por enzimas diferentes, lo que su hay es enzimas preferentes. Esta familia presenta polimorfismos genticos, en diferentes individuos encontramos la misa enzima con diferencias estructurales pequeas, con funcionalidad diferente, por tanto el metabolismo de los frmacos tambin ser diferente. Es importante sobre todo en frmacos con margen de seguridad pequeos.FamiliaSubfamiliaIsoforma

2ABCDEFG6,7,1368,9,18,196111

Familia 3: es cuantitativamente ms importante en el metabolismo de los frmacos, hay dos isoenzimas que participan en el metabolismo de ms del 50% de los frmacos la CYP3A4 y la CYP3A5. Aunque no sea la ruta principal todos los xenobiticos se metaboliza por estas familias en alguna fase. Este hecho hace que sean protagonistas en muchas interacciones, debido a reacciones de competicin. Si a un individuo se le aplican dos frmacos y uno tiene mucha afinidad por la enzima lo que har es inhibir la enzima. Las fumarocumarinas son compuestos presentes en el zumo de pomelo que inhibe al citocromo p-450 dando lugar a una inhibicin irreversible del CYP3A4. Nos encontramos con frmacos y contaminantes ambientales que actan como inductores de la enzima, que aumenta su actividad, es decir, aumenta su metabolismo, disminuyendo la accin de los frmacos.FamiliaSubfamiliaIsoforma

3A3,4,5,7

3. ISOFORMAS DE CITOCROMO P450(hidroxilan muchsimos xenobiticos en la fase 1 de su metabolismo)La hidroxilacin es la principal reaccin involucrada en la fase 1. Las enzimas de las cuales depende se denominan monooxigenasas o citocromos P450. Se estima que hay alrededor de 57 genes que codifican para citocromo P450 en seres humanos. La reaccin catalizada por una monooxigenasa (citocromo P450) es como sigue:

RH + 02 + NADPH + H+ R-OH + H20 + NADP

Donde RH puede representar una variedad muy amplia de xenobiticos, entre ellos frmacos, carcingenos, plaguicidas, productos del petrleo y contaminantes (como una mezcla de PCB). Adems, los compuestos endgenos, como ciertos esteroides, eicosanoides, cidos grasos y retinoides, tambin son sustratos. Los sustratos por lo general son lipofilicos y se vuelven ms hidrofilicos mediante hidroxilacin. El citocromo P450 se considera el biocatalitico ms verstil conocido. El mecanismo de reaccin real es complejo y ya se describi brevemente (fig. 12-6). Se ha mostrado mediante el uso de 180 2 que un tomo de oxigeno entra a R-OH, y un tomo entra a agua. Este destino doble del oxgeno explica la denominacin anterior de las monooxigenasas como oxidasas de funcin mixta. La reaccin catalizada por el citocromo P450 tambin puede representarse como sigue:

Citocromo P450 reducido citocromo P450 oxidadoRH + 02 R-OH + H20El citocromo P450 se denomina asi porque la enzima se descubri cuando se not que preparaciones de microsomas que se haban reducido qumicamente y despus expuesto a monxido de carbono mostraban un pico definido en 450 nm. Los microsomas contienen fragmentos del retculo endoplasmico, donde esta ubicado gran parte del contenido del P450 de las celulas (vease mas adelante). Entre las razones por las cuales esta enzima es importante figura el hecho de que alrededor de 50% de los frmacos que los seres humanos ingieren con frecuencia, se metaboliza mediante isoformas de citocromo P450; estas enzimas tambin actan sobre diversos carcingenos y contaminantes. Los principales citocromos P450 en el metabolismo de frmacos son miembros de las familias CYP1, CYP2 y CYP3.4. REACCIONES DE CONJUGACION PREPARAN A LOS XENOBIOTICOS PARA EXCRECION EN LA FASE 2 DE SU METABOLISMO

En las reacciones de fase 1, los xenobiticos por lo general se convierten en derivados hidroxilados mas polares. En las reacciones de fase 2, estos derivados se conjugan con molculas como cido glucuronico, sulfato o glutatin. Esto los hace an ms hidrosolubles, y finalmente se excretan en la orina o la bilis.

Aqu se describen cinco tipos de reacciones de fase 2:

Glucuronidacin

las reacciones mediante las cuales los xenobioticos se glucuronidan son en esencia similares. El cido UDP glucuronico es el donador de glucuronil, y diversas glucuronosiltransferasas, presentes tanto en el reticulo endoplasmico como en el citosol, son los cataliticos. Las moleculas como el 2-acetilaminofluoreno (un carcinogeno), anilina, acido benzoico, meprobamato (un tranquilizante), fenol y muchos esteroides, se excretan como glucuronidos. El glucuronido puede estar fijo a oxgeno, nitrogeno o grupos azufre de los sustratos. La glucuronidacin probablemente es la reaccion de conjugacin ms frecuente.

SulfacionAlgunos alcoholes, arilaminas y fenoles son sulfatados. El donador de sulfato en estas reacciones de sulfacion biolgicas y otras (p. ej., sulfacion de esteroides, glucosaminoglucanos, glucolipidos y glucoproteinas) es el adenosina 3'-fosfato-5'-fosfosulfato (PAPS) (cap. 24); este compuesto se llama sulfato activo.Propiedades del citocromo P450

Conjugacin con glutatin

El glutation (y-glutamil-cisteinilglicina) es un tripeptido que consta de acido glutamico, cisteina y glicina (fig. 3-3). El glutation suele abreviarse GSH (debido al grupo sulfhidrilo de su cisteina, que es la parte importante de la molecula). Varios xenobioticos electrofilicos en potencia toxicos (como ciertos carcinogenos) se conjugan hacia el GSH nucleofilico en reacciones que pueden representarse como sigue:R + GSH R S GDonde R = un xenobitico electrofilico. Las enzimas que catalizan estas reacciones se llaman glutation S-transferasas y estan presentes en cantidades altas en el citosol heptico, y en cantidades ms bajas en otros tejidos. Varias glutatin S-transferasas estn presentes en el tejido humano. Muestran diferentes especificidades de sustrato, y pueden separarse mediante tcnicas electroforeticas y de otros tipos. Si los xenobioticos en potencia txicos no se conjugaran hacia GSH, estaran libres para combinarse de manera covalente con DNA, RNA, o protena celular y, as, podran llevar a serio dano celular. Por ende, el GSH es un importante mecanismo de defensa contra ciertos compuestos txicos, como algunos frmacos y carcingenos. Si se disminuyen las concentraciones de GSH en un tejido como el hgado (como puede lograrse mediante la administracin a ratas de ciertos compuestos que reaccionan con el GSH), puede mostrarse que ese tejido es ms susceptible a lesin por diversas sustancias qumicas que en circunstancias normales se conjugaran con GSH. Los conjugados de glutatin quedan sujetos a metabolismo adicional antes de excrecin. Los grupos glutamil y glicinil que pertenecen al glutatin se eliminan mediante enzimas especficas, y un grupo acetilo (donado por la acetil-CoA) se anade al grupo amino de la porcin cisteinil restante. El compuesto resultante es un cido mercapturico, un conjugado de L-acetilcisteina, que despus se excreta en la orina. El glutatin tiene otras funciones importantes en clulas de ser humano, adems de su funcin en el metabolismo de xenobiticos.

a. Participa en la descomposicin de perxido de hidrogeno en potencia toxico en la reaccin catalizada por glutatin peroxidasa (cap. 21).b. Es un importante reductor intracelular, que ayuda a mantener grupos SH esenciales de enzimas en su estado reducido. Esta funcion se comenta en el capitulo 21, y su participacin en la anemia hemolitica causada por deficiencia de glucosa-6-fosfato deshidrogenasa se comenta en los capitulos21 y 52.c. Un ciclo metablico que comprende GSH como un acarreador ha quedado implicado en el transporte de ciertos aminocidos a travs de membranas en los riones. A continuacin se muestra la primera reaccin del ciclo.Aminocido + GSH y-glutamil aminoacido+ Cisteinilglicina

Esta reaccin ayuda a transferir ciertos aminocidos a travs de la membrana plasmtica; el aminocido despus se hidroliza desde su complejo con GSH, y el GSH se vuelve a sintetizar a partir de cisteinilglicina. La enzima que cataliza la reaccin anterior es la y-glutamiltransferasa (GGT). Esta presente en la membrana plasmtica de clulas de los tbulos renales y clulas de conductillos biliares, y en el retculo endoplasmico de hepatocitos. La enzima tiene valor diagnostico porque se libera hacia la sangre desde clulas hepticas en diversas enfermedades hepatobiliares.

Otras reaccionesLas otras dos reacciones ms importantes son acetilacin y metilacin.a. Acetilacin: est representada por.X + Acetil-CoA Acetil-X + CoADonde X representa un xenobitico. Al igual que para otras reacciones de acetilacin, la acetil-CoA (acetato activo) es el donador de acetilo. Estas reacciones son catalizadas por acetiltransferasas presentes en el citosol de varios tejidos, en particular el hgado. El frmaco isoniazida, que se usa en el tratamiento de tuberculosis, queda sujeto a acetilacion. Hay tipos polimorficos de acetiltransferasas, lo que da por resultado individuos que se clasifican como acetiladores lentos o rapidos, e influyen sobre el ndice de depuracin de frmacos como isoniazida desde la sangre. Los acetiladores lentos estn ms sujetos a ciertos efectos txicos de la isoniazida porque el frmaco persiste durante ms tiempo en estos individuos.

b. Metilacin

Algunos xenobiticos quedan sujetos a metilacin por metiltransferasas, empleando S-adenosilmetionina como el donador de metilo.

5. LA EDAD, EL SEXO Y OTROS FACTORES AFECTAN LAS ACTIVIDADES DE ENZIMAS QUE METABOLIZAN XENOBIOTICOS

Diversos factores influyen sobre las actividades de las enzimas que metabolizan xenobiticos. Las actividades de estas enzimas pueden diferir considerablemente entre especies. De este modo, por ejemplo, la posible toxicidad o carcinogenicidad de xenobiticos no se puede extrapolar libremente desde una especie hacia otra. Hay diferencias importantes de las actividades de enzimas entre los individuos, muchas de las cuales parecen deberse a factores genticos. Las actividades de estas enzimas varan de acuerdo con la edad y el sexo. La ingestin de diversos xenobiticos, como el fenobarbital, PCB, o ciertos hidrocarburos, puede causar induccin de enzima. De este modo, al evaluar respuestas bioqumicas a xenobiticos es importante saber si un individuo ha quedado expuesto o no a estos agentes inductores. (Cuando se obtiene una historia clnica siempre tiene importancia que el interrogatorio incluya preguntas respecto a si el paciente ha estado tomando algn frmaco u otras preparaciones teraputicas.) Los metabolitos de ciertos xenobiticos pueden inhibir o estimular las actividades de enzimas que metabolizan xenobiticos. De nuevo, esto puede influir sobre las dosis de ciertos frmacos que se administran a pacientes. Diversas enfermedades (p. ej., cirrosis del hgado) pueden afectar las actividades de enzimas que metabolizan frmacos, lo que a veces exige ajuste de las dosificaciones de diversos frmacos para pacientes que tienen estos trastornos.6. LAS RESPUESTAS A XENOBIOTICOS INCLUYEN EFECTOS FARMACOLOGICOS,TOXICOS, INMUNITARIOS Y CARCINOGENICOS

Los xenobiticos se metabolizan en el cuerpo mediante las reacciones descritas. Cuando el xenobitico es un frmaco, las reacciones de fase 1 pueden producir su forma activa o disminuir o terminar su accin si es activo desde el punto de vista farmacolgico en el cuerpo sin metabolismo previo. Los diversos efectos producidos por frmacos comprenden el rea de estudio de la farmacologa; aqu es importante apreciar que los frmacos actan principalmente por medio de mecanismos bioqumicos. En el cuadro 53-2 se resumen cuatro reacciones importantes a frmacos, que reflejan diferencias determinadas por mecanismos genticos de la estructura de enzima y protena entre individuos parte del campo de estudio conocido como farmacogenetica. Esta rea de la ciencia se ha definido como el estudio de la contribucin de factores genticos a la variacin en la respuesta a frmacos y la toxicidad. Los polimorfismos que afectan el metabolismo de frmacos pueden ocurrir en cualquiera de las enzimas que participan en el metabolismo de frmacos (incluso citocromos P450), en transportadores y en receptores. Ciertos xenobiticos son muy txicos incluso a concentraciones bajas (p. ej., cianuro). Por otro lado, algunos xenobiticos, entre ellos frmacos, no ejercen algunos efectos txicos si se administran en cantidades suficientes. Los efectos txicos de los xenobiticos cubren un amplio espectro, pero los principales efectos pueden considerarse en tres encabezados generales (fig. 53-1). El primero es lesin celular (citotoxicidad), que puede ser suficientemente grave como para originar muerte celular. Hay muchos mecanismos mediante los cuales los xenobiticos lesionan clulas. El que se considera aqu es la unin covalente a macromolculas celulares de especies reactivas de xenobiticos producidas por el metabolismo. Estos blancos macromoleculares comprenden DNA, RNA y protena. Si la macromolcula a la cual el xenobitico reactivo se une es esencial para la supervivencia celular a corto plazo, por ejemplo, una protena o enzima involucrada en alguna funcin celular crucial, como la fosforilacion oxidativa o la regulacin de la permeabilidad de la membrana plasmtica, efectos graves sobre la funcin celular podran hacerse evidentes con bastante rapidez. En segundo lugar, la especie reactiva de un xenobitico puede unirse a una protena, y alterar su antigenicidad. Se dice que el xenobitico acta como un hapteno, esto es, una molcula pequea que por si misma no estimula la sntesis de anticuerpos, pero que se combinara con anticuerpo una vez formados. Los anticuerpos resultantes entonces pueden daar a la clula por medio de varios mecanismos inmunitarios que a grandes rasgos perturban procesos bioqumicos celulares normales. En tercer lugar, se cree que las reacciones de especies activadas de carcingenos qumicos con DNA tienen gran importancia en la carcinogenesis qumica. Algunas sustancias quimicas (p. ej., benzo[a]pireno) requieren activacin por monooxigenasas en el retculo endoplasmico para hacerse carcinognicas (de este modo, se llaman carcingenos indirectos). Asi, las actividades de las monooxigenasas y de otras enzimas que metabolizan xenobioticos presentes en el retculo endoplasmico, ayudan a determinar si esos compuestos se hacen carcinognicos o se destoxifican. Otras sustancias qumicas (p. ej., diversos agentes alquilantes) pueden reaccionar de manera directa (carcingenos directos) con DNA sin pasar por activacin qumica intracelular. La enzima epxido hidrolasa despierta inters porque puede ejercer un efecto protector contra ciertos carcingenos. Los productos de la accin de ciertas monooxigenasas sobre algunos sustratos pro carcingenos son epoxidos. Estos ultimos son muy reactivos y mutagenicos o carcinognicos o ambos. La epoxido hidrolasa al igual que el citocromo P450, tambin presente en las membranas del retculo endoplasmico acta sobre estos compuestos, y los convierte en dihidrodioles mucho menos reactivos. La reaccin catalizada por la epxido hidrolasa puede representarse como sigue:

7. LA FARMACOGENOMICA IMPULSARA LA CREACION DE FARMACOS NUEVOS Y MAS SEGUROS

Como se indic, la farmacogenetica es el estudio de la contribucin de los factores genticos a la variacin de la respuesta a far macos y la toxicidad. Como resultado del progreso hecho en la secuenciacin del genoma humano, a ltimas fechas se ha creado un nuevo campo de estudio: la farmacogenomica. Se ha definido como el uso de informacin y tecnologas genmicas para optimizar el descubrimiento y el desarrollo de blancos farmacolgicos y frmacos. Se fundamenta en la farmacogenetica, pero cubre una esfera de actividad ms amplia. La informacin proveniente de la genmica, proteomica, bioinformtica y otras disciplinas como la bioqumica y la toxicologa se integraran para hacer posible la sntesis de frmacos ms nuevos y ms seguros. A medida que se determinen las secuencias de todos los genes del ser humano y sus protenas codificadas, esto revelara muchos nuevos blancos para acciones farmacolgicas. Tambin revelara polimorfismos de enzimas y protenas relacionadas con el metabolismo, la accin y la toxicidad de frmacos. Se construirn micro arreglos capaces de detectarlos, lo que permitir investigar a individuos respecto a polimorfismos en potencia perjudiciales antes del inicio de farmacoterapia. Ya se dispone de chips de gen para analizar ciertos genotipos de P450 (p. ej., para CYP2D6, cuyo producto de gen participa en el metabolismo de muchos antidepresivos, antipsicticos, (3-bloqueadores y algunos quimioterapicos). En la figura 53-2 se resumen algunos mtodos para crear nuevos frmacos. Las ideas clave importantes del desarrollo de nuevos frmacos son mejorar el tratamiento y proporcionar frmacos personalizados ms seguros, tomando en cuenta polimorfismos y otros factores genticos y ambientales. Se ha estimado que cada ano, tan solo en Estados Unidos, ocurren alrededor de 100 000 muertes por reacciones adversas a frmacos. Se espera que la nueva informacin proporcionada por estudios en las diversas reas que se indican en la figura 53-2, y en otras reas se traduzca en terapias exitosas y a la postre tambin en una nueva era de teraputica personalizada. Sin embargo, queda mucho trabajo por hacer antes de que esto sea alcanzable.

CONCLUSIONES

Un organismo o clula que adquiere la capacidad de destoxificar un xenobitico ms rpidamente es capaz de tolerar cantidades superiores del mismo, las cuales seran txicas o afectaran negativamente al individuo normal o clula. Puede producirse mediante R. enzimticas (fases I y II) no-enzimticas.

A pesar de los estudios realizados hasta el momento, se conocen pocos mtodos para prevenir o eliminar la resistencia a pesticidas o agentes quimioteraputicos, a no ser mediante la eliminacin o disminucin de su uso, sustituyndolos por nuevos agentes. Los programas de proteccin de la salud pblica deben considerar el control adecuado de los pesticidas para evitar enfermedades no controlables a largo plazo. La resistencia es un fenmeno natural de los sistemas biolgicos y los humanos deben aprender a vivir y arreglrselas con el amplio uso de agentes qumicos y otras tecnologas.

los xenobiticos legalmente permitidos pueden ser nocivos si se emplean a dosis superiores a las autorizadas o si no se respetan sus periodos de suspensin o retirada.

Se deben implementar y mantener programas de vigilancia epidemiolgica, sobre aquellas poblaciones con ms riesgo de vulnerabilidad genmica.

Los xenobiticos al no ser conjugados con el glutatin pueden causar efectos graves en el ser humano, pues causan dao celular o carcinogenecidad.

El exceso de sustancias xenobiticas en el cuerpo humano pueden terminar siendo dainas para todo el cuerpo humano ya que descontrolan algunas funciones, por lo que debe consumirse moderadamente.

Recomendaciones

Los procesos ms importantes por los que se degradan los compuestos xenobiticos son la fotodegradacin por radiaciones solares, los procesos de oxidacin y reduccin qumica y la biodegradacin por los microorganismos. Pero debido a su estructura inusual, algunos xenobiticos persisten mucho tiempo en la biosfera sin alterarse y por eso se dice que son recalcitrantes a la biodegradacin, llegando a ser contaminantes.

Para la gran mayora de los frmacos existe un nivel pequeo, pero medible, de formacin de aductos, de manera que la mayor dificultad a la que hay que hacer frente a la hora de tomar decisiones en el desarrollo farmacutico es la interpretacin y relevancia de los resultados de cara a determinar el riesgo de una posible reaccin adversa de naturaleza alrgica. El reto cientfico frente al que nos enfrentamos es poder contestar adecuadamente a estas cuestiones: cul es el nivel mximo aceptable de formacin de aductos?; qu dianas proteicas son relevantes desde el punto de vista alrgico?; en definitiva, cmo poder anticipar el riesgo de una posible reaccin alrgica en un nuevo compuesto, basados en los datos analticos del metabolismo?

Bibliografa

Frank C.2005 Biotecnologa Ambiental. Ed. Tebar. Xenobiticos. Pg. 342

ngel S.2008 Biotecnologa Medio ambiental. Ed. Acribia. Equilibrio Qumico. Pg. 424

Marn V.2009 Xenobiticos (WEB) (http://biquimicacent.us/bio-xenobiticos-quimica/teoria-4s.pdf)

- 4 - | Pgina

pg. 6