- Metabolizm ksenobiotyków
- Dietetyczne źródło toksycznych i rakotwórczych ksenobiotyków
- Czynniki wpływające na metabolizm ksenobiotyków
- Odpowiedzi wywołane przez ksenobiotyki
- Bibliografia
W ksenobiotyków jest obcych substancji chemicznych w ciele ludzkim, w tym leki, dodatki do żywności, zanieczyszczeń chemicznych i czynniki rakotwórcze wielu substancji, które są wprowadzane do korpusu za pomocą różnych dróg z otoczenia.
Słowo „ksenobiotyk” pochodzi od greckiego słowa „xenos”, które oznacza obcokrajowca, oraz „bios”, które oznacza życie. Te obce związki, które normalnie nie są częścią związków chemicznych tworzących organizm ludzki, mogą być pochodzenia naturalnego lub syntetycznego.
Metabolizm leków ksenobiotycznych w wątrobie (źródło: Drriad / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) via Wikimedia Commons)
Większość ksenobiotyków jest metabolizowana przez organizm w celu ich usunięcia, są jednak takie, których nie można wyeliminować lub których proces eliminacji jest bardzo powolny, przez co gromadzą się w organizmie i mogą powodować uszkodzenia lub toksyczność.
Wiadomo, że ponad 200 000 chemikaliów środowiskowych zidentyfikowano jako substancje ksenobiotyczne, z których większość może być metabolizowana, to znaczy przekształcana w celu eliminacji. Te przemiany zachodzą głównie w wątrobie. Jednak niektóre ksenobiotyki mogą być wydalane lub eliminowane w postaci niezmienionej.
Na metabolizm ksenobiotyków może wpływać kilka czynników. Należą do nich wiek, płeć, pewne czynniki genetyczne i niektóre indukcje enzymatyczne wywołane przez niektóre ksenobiotyki.
Kiedy ksenobiotyk jest lekiem, jego metabolizm może wiązać się z jego aktywacją lub może zmniejszyć lub zakończyć jego działanie. Toksyczność niektórych ksenobiotyków można sprawdzić na kilka sposobów; na przykład cyjanek jest bardzo toksyczny w bardzo niskich stężeniach, ponieważ blokuje łańcuch oddechowy; inne są cytotoksyczne, ponieważ wiążą się kowalencyjnie z DNA, RNA lub białkami.
Niektóre ksenobiotyki mogą wywoływać reakcje antygenowe, mogą być rakotwórcze, a nawet całkowicie nieszkodliwe (nietoksyczne).
Metabolizm ksenobiotyków
Ludzie są stale narażeni na różnorodne substancje ksenobiotyczne. Należą do nich leki, czynniki toksyczne, mutageny i czynniki rakotwórcze. Wiele z tych substancji dostaje się do organizmu, gdy są spożywane wraz z pożywieniem w diecie.
Związki ksenobiotyków mogą reagować z wewnątrzkomórkowymi makrocząsteczkami, takimi jak DNA (lub bezpośrednio ze strukturami komórkowymi), powodując uszkodzenia i / lub urazy. Aby przeciwdziałać tym szkodliwym skutkom, organizm ma dwa systemy obronne: enzymy detoksykacyjne i systemy przeciwutleniające.
Metabolizm ksenobiotyczny (źródło: TimVickers / domena publiczna, za pośrednictwem Wikimedia Commons)
Metabolizm ksenobiotyków można podzielić na dwa procesy lub fazy. Pierwsza obejmuje hydroksylację jako główną reakcję, a druga obejmuje sprzęganie hydroksylowanych produktów. Procesy te zachodzą głównie w wątrobie, chociaż początkowe reakcje mogą zachodzić w barierze nabłonkowej skóry oraz w innych tkankach, np. Płucach.
Faza hydroksylacji jest katalizowana przez szereg enzymów z klasy monooksydaz lub cytochromów P450. Oprócz hydroksylacji enzymy te uczestniczą w procesach deaminacji, dehalogenacji, odsiarczania, epoksydacji, peroksydacji i redukcji.
Enzymy z rodziny cytochromów P450 to oksydazy aldehydowe, oksydazy ksantynowe i peroksydazy. W tej pierwszej fazie niektóre esterazy i enzymy inne niż cytochrom P450 uczestniczą w niektórych reakcjach hydrolizy.
W drugiej fazie w wyniku koniugacji powstają pewne produkty polarne, które rozpuszczalne w wodzie są łatwo wydalane. Koniugacja powstaje pod wpływem specyficznych enzymów, które wiążą hydroksylowany produkt z różnymi cząsteczkami, wśród których są: kwas glukuronowy, siarczan, octan, glutation, aminokwasy czy grupy metylowe.
Dietetyczne źródło toksycznych i rakotwórczych ksenobiotyków
Dietetyczne źródło substancji rakotwórczych obejmuje związki, które są wytwarzane podczas gotowania tłuszczu, mięsa lub białka lub w przypadku spożycia niektórych produktów naturalnych pochodzących z niektórych roślin, takich jak alkaloidy i niektóre produkty uboczne pleśni.
Spośród tych substancji najbardziej badane pod kątem działania rakotwórczego są te powstające w wyniku przegotowania mięsa, takie jak wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne i heterocykliczne aminy aromatyczne.
Inne ksenobiotyki, które ludzie spożywają przez całe życie, to zanieczyszczenia przemysłowe i środowiskowe, takie jak spaliny z silnika wysokoprężnego, a także pestycydy, które ostatecznie zanieczyszczają wodę i żywność. Uwzględniono również niektóre leki, zarówno te przepisane, jak i te dostępne bez recepty.
Azotany używane do konserwowania mięsa i ryb mogą zanieczyszczać gleby i wody; są one związane z rakami gruczołowymi u zwierząt.
Czynniki wpływające na metabolizm ksenobiotyków
Na aktywność enzymów metabolizujących substancje ksenobiotyczne może wpływać wiele czynników. Ich aktywność znacznie różni się w zależności od gatunku, więc toksyczne lub rakotwórcze działanie ksenobiotyku nie może być swobodnie przenoszone z jednego gatunku na drugi.
Odnotowano istotne różnice między poszczególnymi osobami w zakresie aktywności enzymów odpowiedzialnych za metabolizm ksenobiotyków. Różnice te często zależą od czynników genetycznych, wieku i płci danej osoby.
Jednoczesne spożywanie kilku substancji ksenobiotyków może wywołać indukcję enzymatyczną. Metabolity powstające podczas metabolizmu niektórych ksenobiotyków mogą hamować lub stymulować aktywność enzymów odtruwających.
Efekt ten jest bardzo ważny przy ocenie odpowiedzi na niektóre leki, ponieważ połączenie może wymagać dostosowania dawki.
Odpowiedzi wywołane przez ksenobiotyki
Gdy ksenobiotyk jest lekiem, reakcje hydroksylacji pierwszej fazy metabolizmu mogą spowodować aktywację leku lub wręcz przeciwnie, jeśli był już aktywny, to zostanie on zmetabolizowany do nieaktywnej postaci polarnej, a następnie wyeliminowany.
Istnieją pewne działania niepożądane wywoływane przez niektóre leki, które zależą od różnic pochodzenia genetycznego, które istnieją między różnymi osobami pod względem struktury różnych enzymów i białek.
Toksyczność wolnych rodników (wywoływana przez ksenobiotyki) (źródło: Dan Cojocari / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) za pośrednictwem Wikimedia Commons)
W związku z tym opisano pewne skutki uboczne, które pojawiają się tylko u bardzo małego odsetka osób, takie jak anemie hemolityczne, złośliwa hipertermia, zmieniony metabolizm nikotyny, który chroni przed uzależnieniem od tytoniu itp.
Toksyczne działanie ksenobiotyków może zależeć od dawki lub spożytej substancji. Niektóre ksenobiotyki, takie jak niektóre trucizny, są toksyczne przy bardzo małych dawkach, inne są metabolizowane bardzo wolno, a gdy ich spożycie jest ciągłe, kumulują się, aż przy wyższych dawkach pojawią się efekty toksyczne.
Substancje ksenobiotyczne mogą wywoływać różnorodne skutki biologiczne. Obejmują one korzystne reakcje farmakologiczne w leczeniu wielu chorób, reakcji toksycznych, reakcji immunologicznych i skutków rakotwórczych, które mogą prowadzić do powstania raka w różnych narządach i tkankach.
Bibliografia
- Madhukar. A, Swathi. E, S. Pranathi, Vineela Devi, K. Surender Reddy (2012) Analysis of Xenobiotics: A Review. Journal of Pharma Research. (www.jprinfo.com)
- Murray, RK, Granner, DK, Mayes, PA i Rodwell, VW (2014). Ilustrowana biochemia Harpera. Mcgraw-hill.
- Omiecinski, CJ, Vanden Heuvel, JP, Perdew, GH i Peters, JM (2011). Metabolizm, rozmieszczenie i regulacja ksenobiotyków przez receptory: od zjawiska biochemicznego do predyktorów głównych toksyczności. Toxicological Sciences, 120 (supl_1), S49-S75.
- Patel, DK i Sen, DJ Xenobiotics: niezbędny prekursor żywego systemu. - academia.edu
- McCance, KL i Huether, SE (2018). Patofizjologia-Ebook: biologiczne podłoże chorób u dorosłych i dzieci. Elsevier Health Sciences.