Fasi della biotrasformazione

Fasi della biotrasformazione

1. Reazioni di fase 1 → enzimi di biotrasformazione, che alterano la fisionomia chimico-fisica del composto attraverso l’aggiunta o l’eliminazione di gruppi funzionali (funzionalizzazione), come i gruppi ossidrilici, carbossilici, amminici e fosfatidici. Gli xenobiotici devono essere eliminati: finché sono lipofili è molto complicato e quindi bisogna rendere il metabolita più idoneo a reagire, rendendoli idrofili per eliminarli, con gli enzimi di coniugazione della fase 2.

2. Reazioni di fase 2 → enzimi di coniugazione perché vanno a legare altre molecole ai metaboliti funzionalizzati della fase 1 rendendoli non tossici e quindi eliminabili.

N.B. Anche nella fase 1 si possono produrre metaboliti reattivi, non solo con quello che verrà coniugato nella fase 2 ma anche con molecole biologiche, potenzialmente tossici.

La natura chimica dello xenobiotico va a determinare il suo destino: se parliamo di contaminanti idrofili questi possono finire direttamente nella mobilizzazione extracellulare (circ. sanguigna) ed essere poi eliminati direttamente dall’organismo.

La complessità aumenta quando parliamo di xenobiotici di tipo polare, che sono già reattivi, perché polari, cioè carichi, e possono reagire/subire reazioni di coniugazione passando alla fase 2, resi idrofilici e poi eliminati.

Parliamo di sostanze lipofile che devono essere necessariamente bioattivate con enzimi di fase 1, coniugati da quelli di fase 2 e resi idrofili e poi eliminati.

Che cos’è la biodistribuzione?

Bioaccumulo è dove un determinato xeno si accumula in maniera preferenziale nell’organismo e si manifesta quando la quantità introdotta è maggiore di quella eliminata.

Il bioaccumulo però dipende anche da quella che è la sua natura chimica, perché se parliamo di xenobiotici particolarmente lipofili questi si accumuleranno in tessuti che sono grassi, come ad esempio il tessuto adiposo.

Ci sono gli agenti alchilanti, estremamente reattivi e che bioaccumulano/interagiscono e legano nei tessuti, non solo adiposo.

Scopo: lipofilo → idrofilo.

Lo xenobiotico, a seconda della sua natura chimica, può dare o direttamente l’eliminazione (xeno idrofili) oppure viene metabolizzato con gli enzimi di fase 1 e quindi coniugati con quelli di fase 2 e poi eliminati oppure, in alcuni casi, passano direttamente, soprattutto quando già ionizzati, agli enzimi di fase 2.

Importante: parliamo di biotrasformazione ma alcune reazioni di fase 3 possono generare la bioattivazione, cioè modificano lo xenobiotico generando un metabolita in un composto ancora più tossico e più reattivo. In questo caso lo xenobiotico deve nuovamente tornare agli enzimi di fase 1.

Si parla di bioattivazione solo quando ha già superato tutte le fasi di coniugazione ecc. (passa la fase 1 e la fase 2 ed è ancora tossico, su cui agiscono gli enzimi di fase 3. È diverso rispetto a quello di partenza!!)

• Citocromo P450 → enzima principale della detossificazione da xenobiotici inquinanti e farmaci.

• Alcol deidrogenasi → per il metabolismo dell’etanolo.

Esempio: metabolismo del benzene

(All’esame non vengono chieste le strutture.)

Ricordare: le reazioni degli strati prodotti delle reazioni.

Il benzene subisce una prima fase di biotrasformazione e viene ossidato dal citocromo P450 → fase 1, in cui viene aggiunto un OH (nella posizione della foto) che rende la molecola disponibile per le reazioni di coniugazione di fase 2.

→ Fase 2, le reazioni possono essere o di coniugazione con l’acido glucuronico (= fenilglucoronide) oppure aggiunta di un gruppo solfato (= formazione di fenilsolfato).

Queste poi vengono eliminate.

Come entra il benzene nelle cellule? Passa la membrana perché piccolo ed estremamente lipofilo.

Esempio 2: metabolismo del naftalene

L’enzima di fase 1 è la monossigenasi e forma un epossido (naftalene epossido) ed è reso disponibile alle reazioni di fase 2, tra cui la più importante è l’aggiunta di glutatione, mediato dalla glutatione transferasi.

Localizzazione degli enzimi

Gli enzimi di fase 1 e 2 cambiano in funzione della loro localizzazione subcellulare, infatti si parla di enzimi citoplasmatici, ossia che sono nel citosol della cellula (solubili) e sono per la maggior parte di fase 2.

Quelli di fase 1 in genere sono enzimi mitocondriali o presenti a livello del reticolo endoplasmatico liscio e in questo caso si parla di enzimi microsomiali.

Perché microsomiali? Perché se prendo il fegato di ratto e lo frullo il reticolo forma dei microsomi → strutture ultramicroscopiche, e quindi questi enzimi presenti nel reticolo endoplasmatico si trovano in questi microsomi.

Reazioni di ossidazione di fase 1

C’è sempre un substrato ridotto che è il donatore di elettroni + un accettore in forma ossidata.

Esempio: metabolismo dell’etanolo

(Come alcol che funge da contaminante.)

2 foto → l’enzima principale del metabolismo dell’etanolo è l’alcol deidrogenasi, il quale catalizza la reazione di ossidazione dell’alcol nella corrispettiva aldeide (acetaldeide). L’ossidazione determina la riduzione del cofattore NAD.

Quindi: il substrato che si ossida è l’etanolo in acetaldeide, il coenzima è il NAD dell’alcol deidrogenasi (ADH) che invece è quello che prende gli elettroni e quindi si riduce in NADH.

L’ADH pur essendo un enzima di fase 1 è citosolico.

1 foto → Per il metabolismo dell’etanolo