Toxikologie by HC121107061418

VIEWS: 11 PAGES: 48

									Interakce toxické látky s
      organismem
         Biotransformace
         Exkrece
         Interakce TL s receptorem


         Toxikologie (C005)
             Toxikokinetika (ADME)

                                                 Tkáňová depa
           Místo účinku
                                         volný podíl      vázaný podíl
  vázaný podíl        volný podíl




Absorpce               Volný podíl TL                Exkrece



               Vázaný podíl         Metabolity
                TL na PP                                Průchod přes
                                                         buněčnou
                                                         membránu
                       Biotransformace
                      Biotransformace
•    metabolická přeměna xenobiotika
•    nejčastěji probíhá v játrech (méně často v mozku, krevní plazmě, plicích ,
     tenkém střevě, ledvinách a kůži
•    zvýšení hydrofility toxické látky  snadnější exkrece
•    biotransformační rakce jsou enzymaticky katalyzované


1. fáze biotransformace - syntetická, velmi závislá na struktuře TL


2. fáze biotransformace - konjugační, závislá na přítomnosti funkčních skupin
    v molekule TL


                      1. fáze                     2. fáze
    Toxická látka               Metabolit                    Konjugát
 Reaktivní funkční
 skupina                Sulfátová       OSO3H
                        konjugace
                                               Fenyl sulfát

                      OH
                                                    COOH
         Fáze I                               O
                              Fáze II   O         OH
         P450
                                                       OH
       hydroxylace
                                               OH
Benzen               Fenol

                             Glucuronidová      Fenyl glukuronid
                             Konjugace
                                             Molekulová hmotnost a
                                             polarita vzrůstá
                               Toxická látka
Silně lipofilní               Lipofilní                     Polární               Hydrofilní
Metabilicky stabilní

                         1 fáze biotransformace
    Akumulace
                          aktivace nebo inaktivace
   v tukové tkáni
                         oxidace, redukce, hydrolýza

                                               2 fáze biotransformace
                              Polární                      inaktivace
                                                        konjugační reakce

                                                         Hydrofilní

                              Extracelulární tekutiny
         exkrece játry                                       cirkulace v plazmě
                                                                                    5
                                                             exkrece ledvinami
                   1. fáze biotransformace
•       zavedení polární funkční skupiny do molekuly lipofilní tox. látky
         – - OH, -NH2, -SH, = CO, - COOH
•       reakce 1. fáze biotransformace: oxidace, redukce, hydrolýza

•       v 1. fázi biotransformace může docházet jak ke snížení tak ke zvýšení toxicity


Oxidace
    •    ztráta elektronu  ztráta vodíku, přijetí kyslíku
    •    enzymaticky katalyzované reakce
          – cytochrom P - 450                           (CYP 450)
          – alkoholdehydrogenáza                        (ADH)
          – ...............
          – ...............
                                    Enzymy
Většinou (60 - 70 %) složené bílkoviny:

APOENZYM                - bílkovinná část
                        - substrátová specificita (typ metabolizované látky)
KOFAKTOR                - nebílkovinná část (metaloproteiny, lipoproteiny, ......)
                        - reakční specificita (typ reakce)

                 E + S  [ES]  [EP]  P + E

enzym (biokatalyzátor) - snížení aktivační energie příslušné reakce

Faktory mající vliv na rychlost enzymaticky katalyzované reakce

 •   koncentrace substrátu (saturační křivka) a enzymu (lineárně)
 •   fyzikálně chemické vlastnosti prostředí - pH, teplota
 •   efektory - induktory a inhibitory
8
9
                         Cytochrom P- 450
•     membránově vázané hemoproteiny obsahující Fe3+
•     nachází se hlavně v hladkém endoplazmatickém retikulu jaterních buněk
      (mikrozomální frakce jaterního homogenizátu)

•     účastní se metabolizmu endogenních látek (živiny) i xenobiotik (toxické látky,
      léky)
•     nespecifický enzym


Oxygenace katalyzovaná cytochromem P- 450

                                       cyt P-450
         XH + O2 + NADPH +     H+                    X-OH + H2O + NADP+


    NADPH (nikotinamid-adenin-dinukleotid-fosfát) - koenzym, donor vodíku



                                                                                 10
Cytochrom P- 450
       Oxidace katalyzované CYP- 450
1. Hydroxylace alifatického uhlovodíku

                           CYP - 450
               CH3 – CH3                 CH3 – CH3 – OH
                 etan                         etanol
                            CYP - 450
        R – CH2 – CH3                    R – CH – CH3

                                                OH

                            CYP - 450
        R – CH – CH3                     R – C – CH3
           R                              R       OH
         Oxidace katalyzované CYP- 450
2. Hydroxylace jádra aromatického uhlovodíku
   •   příklad zásadního zvýšení toxicity látky v první fázi biotransormace
   •   arenoxid je velmi reaktivní, váže se na dusíkaté báze v nukleových
       kyselinách (DNA, RNA) – podstata karcinogenního účinku aromátů




                  CYP - 450



       Benzen                                               Fenol
                                 Arenoxid
                                 (epoxidická vazba)




                                                                              14
           Oxidace katalyzované CYP- 450
3. Hydroxylace postranního řetězce aromatického uhlovodíku
    •    hydroxylace probíhá přednostně na postranním řetězci
    •    Nevniká arenoxid – aromáty s postranním řetězcem jsou méně genotoxické
         než aromáty bez postranního řetězce




                P - 450                          P - 450



Toluen                    Benzylalkohol                    Kyselina benzoová
          Oxidace katalyzované CYP- 450
4. Epoxidace dvojné vazby
    •   při hydroxylaci dvojné vazby vzniká epoxid – potencionální genotoxicita




•   EH – epoxid hydroláza
•   ADH – alkohol dehydrogenáza, ADH – aldehyd dehydrogenáza
           Oxidace katalyzované CYP- 450
5. N-hydroxylace aminů
    •    vznik reaktivních aryl-hydroxylaminů – vysoká genotoxicita

                                                              nitrobenzen




anilin               fenyl –     nitrosobenzen
               hydroxylamin

                                                                       konjugát s
                                                                       GSH
•   GSH – glutathion
    Další oxidace katalyzované CYP- 450

•    dehalogenace
•    O,N,S - dealkylace
•    oxidativní deaminace
                                       4-hydroxy
                                       amfetamin




                                             + NH3
        amfetamin


                               fenylaceton
       Oxidace nekatalyzované CYP- 450
Dehydrogenace alkoholů a aldehydů
Alkohol dehydrogenáza (ADH)
    – metaloenzym obsahující Zn2+ složený ze dvou bílkovinných podjednotek
    – nachází se v cytosolu buněk - především v játrech, dále pak v žaludku,
       ledvinách, nosní sliznici a děloze
    – je nespecifický - katalyzuje oxidace celé řady primárních a sekundárních
       alkoholů
    – dětský plod nemá funkční ADH !!!
    – genetický polymorfismus – geneticky podmíněná různá míra funkčnosti ADH

                                     ADH
           CH3 – CH3 – OH                         CH3 – CH = O
                etanol                               etanal
                                                     (acetaldehyd)
                            NAD+           NADH
        Oxidace nekatalyzované CYP- 450
Dehydrogenace alkoholů a aldehydů
Aldehyd dehydrogenáza (ALDH)
    – enzym ADH 1 - cytosol, ADH 2 - mitochondrie - nejvíce jaterní buňky
    – genetický polymorfismus

                                                      OH
                                    ALDH
         CH3 – CH = O                          CH3 – C = O
          acetaldehyd                         kyselina octová

                           NAD+          NADH




            ADH                                              ALDH
21
22
23
24
                             Hydrolýza
 •     katalyzované enzymy přítomnými v játrech a ledvinách (rozpustná frakce)
       a v krevní plazmě, významná je i jejich přítomnost v žaludku


1. Hydrolýza esterů




                                 Esteráza
                                                                +



     kys. acetylsalicylová                  kys. salicylová         kys. octová
     (Acylpyrin)
                          Hydrolýza
2. Hydrolýza amidů




                            Amidáza
                                                       +



  Lidokain                            2,6 - Xylidin
  (lokální anestetikum)




                                                 dietylaminoacetát
                       Redukční reakce
•   přidání H, odebrání O
•   katalyzováno reduktázami - CYP 450 reduktáza
•   jako kofaktor NADP+, ....


1. Redukce nitrosloučenin
                   Redukční reakce
2. Redukce aldehydů


       CH3 – CH = O           CH3 – CH3 – OH
        acetaldehyd                 etanol

3. Redukce kovových iontů

                   AsV      AsIII        [zvýšení toxicity]


                   SeVI     SeIV

                   CrVI     CrIII        [snížení toxicity]
              2. fáze biotransformace
 •   TL se přes polární funkční skupinu váže na vysokomolekulární endogenní
     konjugační činidlo

 •   konjugát má obvykle menší biologickou aktivitu, vyšší rozpustnost ve
     vodě a vyšší molekulovou hmotnost než původní látka (metabolit z 1. fáze)


                                         enzym
      A–X          +      B–Y                            A–B       +     X–Y
Xenobiotikum s            Konjugační                   Konjugát        Další
funkční skupinou          činidlo                                      produkt
nebo produkt 1. fáze
biotransformace
                  2. fáze biotransformace
1. Konjugace s kyselinou glukuronovou

•   konjugační činidlo – Uridin difosfát glukuronová kyselina (UDPGA)
•   enzym – UDP glukoronosyltransferása (UGTs)
•   funkční skupiny : -OH;-COOH; -NH2; -NH; -SH


                                 B                 Y

    Zbytek kyseliny
    glukuronové
                2. fáze biotransformace
1. Konjugace s kyselinou glukuronovou

   Nikotin
                  2. fáze biotransformace
2. Sulfátová konjugace

•   konjugační činidlo – Fosfoadenosin fosfosulfát (PAPS)
•   enzym – sulfotransferása
•   funkční skupiny : alifat-OH, aromát-OH; aromát -NH2



                                             Y
                          B
    Zbytek kyseliny
    sírové
                 2. fáze biotransformace
2. Sulfátová konjugace




                                                  + PAP

                          sulfotransferása
                 + PAPs




     Fenol                                   Fenylsulfát
                  2. fáze biotransformace
3. Acetylace

•   konjugační činidlo – Acetylkoenzym A (Acetyl CoA)
•   enzym – cholin acetyltranferáza (ChAT)
•   funkční skupiny : alifat-NH2; aromát -NH2




                                            B   Zbytek kyseliny
                                                octové
                      2. fáze biotransformace
4. Glycinová konjugace

•       konjugační činidlo – glycin
•       funkční skupiny : aromát -NH2; - COOH


5. Glutathionová konjugace

•       konjugační činidlo – gluthation (GSH)
•       funkční skupiny : epoxidy, organické halidy

5. Metylace

    •   funkční skupiny : aromát -OH; - NH2; - NH, - SH
    •   kovy
                                         [Met]
                             Hg22+                    CH3Hg+
                                         [Met]
                          CH3   Hg+                   (CH3)2 Hg
    Faktory ovlivňující biotransformaci
Inhibitory enzymů
•   látky snižující produkci enzymů
•   látky urychlující rozklad enzymů
•   látky ovlivňující průběh katalyzované reakce

Ireversibilní vs. reversibilní inhibice


Kompetitivní - ethanol, methanol, ethylenglykol × alkoholdehydrogenáza

Nekompetitivní - těžké kovy × - SH skupiny enzymů




                                                                         37
        Faktory ovlivňující biotransformaci
Induktory enzymů
 •   látky zvyšující produkci enzymů (zejména CYT P-450)
 •   urychlují vlastní biotransformaci a / nebo biotransformaci další látky


Příklady induktorů enzymatického systému CYP - 450
 •   Fenobarbital
 •   Benzo(a)pyren - spalovací procesy (cigarety)
 •   Ethanol
 •   PCB - zvětšení jater

 •   Dioxiny




                                                                              38
39
                      Exkrece - vylučování
Vylučování ledvinami

    Ledvina - pánvička, dřeň a ledvinová kůra
    Nefron - glomerulus, distální a proximální tubulus, Henlova klička


Glomerulární filtrace

    •   průchod látek do M  4 000 rozpuštěných nebo dispergovaných v krevní
        plazmě snadný
    •   látky s M > 65 000 neprochází  neprochází látky vázané na plazmatické
        proteiny, krevní buňky

•       pohyb filtrátu zajišťován vzájemným působením hydrostatického a
        osmotického tlaku
                   Vylučování ledvinami
Tubulární sekrece
 •   přechod látek z krve v peritubulárních kapilárách do primární moči v
     proximálním tubulu
 •   mechanismem přestupu přes buněčnou membránu je aktivní transport
 •   vylučování disociovaných kyselin a zásad - např. glukuronidy
 •   převod látky bez vody - uvolnění dalšího podílu vázaného na PP - posun
     rovnováhy

Tubulární reabsorpce

 •   98 - 99 % látek ve filtrátu reabsorbováno
 •   mechanismem přestupu přes buněčnou membránu zejména prostá difůze
 •   reabsorpce lipofilních látek, reabsorpce nedisociovaného podílu
 •   vliv pH moči na reabsorpci látek
      – Na2CO3 - moč alkalická - vylučování kyselých látek (glukuronidy,
          acylpyrin, berbituráry)
      – NH4Cl - moč kyselá - vylučování bazických látek (amfetaminy)
42
                            Vylučování játry
•       zejména konjugáty kyseliny glukuronové, méně často nemetabolizovaný
        podíl toxické látky
•       velké polární molekuly (M > 300 ), i některé kovy (As, Pb a Hg)

•       zejména aktivní transport, méně často prostá difuse
•       enterohepatická cirkulace - prodloužení doby setrvání látky v organismu,
        často zvýšení toxicity



                         Vylučování plícemi
    •    látky s vysokou tenzí par v krvi (anestetika, rozpouštědla)
    •    prostá difuse z krve do vzduchu v alveolách
    •    význam pro vylučování lipofilních látek



                                                                                   43
44
        Vylučování mateřským mlékem
•   pH mléka je asi 6.6 - nižší než pH krve 7.4
•   vylučování bazických látek - kofein, nikotin, antihistaminika
•   zejména aktivní transport a prostá difuse
                  Exkrece - charakteristiky
Biologický poločas

•   doba, za kterou klesne koncentrace látky v krvi na polovinu
•   vysoký u látek, které se pomalu metabolizují, nebo které se ukládají v depech


              T = ln2/k          k – vylučovací konstanta




                                                                                46
             Časová závislost koncentrace látky v těle

                                                          Absorpce (A)
                                 100         (2)          Eliminace (E)           dCA       dCE
                                                                            (1)         >
% podané dávky v krevní plazmě




                                                   Celková koncentrace            dt        dt
                                  80
                                                                                  dCA       dCE
                                                                            (2)         =
                                  60                                               dt        dt
                                                         (3)                      dCA       dCE
                                  40                                        (3)         
                                                                                   dt        dt
                                       (1)                            (4)
                                  20                                              dCA
                                                                            (4)         =    0
                                                                                   dt
                                                                čas
                  Interakce TL s receptorem
Receptor

•       makromolekulární struktura, která má jedno, nebo více specifických
        vazebných míst pro toxickou látku
•       obsazení vyvolá charakteristický toxikologický efekt, který spouští řetězec
        dalších dějů vedoucích ke konečnému toxickému účinku


    Afinita

    •   souhrn všech vazebných možností tox. látky vytvořit komplex s molekulou
        receptoru


Vnitřní aktivita

•       schopnost toxické látky stimulovat receptor

								
To top