Gli xenobiotici sono SOSTANZE LIPOFILICHE Composti estranei all’organismo Contaminanti ambientali assorbiti attraverso la pelle, i polmoni o introdotti con l’alimentazione Prodotti chimici industriali (pesticidi, inquinanti) Prodotti di pirolisi della cottura dei cibi Alcaloidi (sostanze azotate prodotte nelle piante a partire da aacidi aromatici) metaboliti secondari delle piante Tossine prodotte da funghi, piante, animali Farmaci Gli xenobiotici sono SOSTANZE LIPOFILICHE

BIOTRASFORMAZIONE degli XENOBIOTICI ASSORBIMENTO METABOLISMO E L I M N A Z O Fase I Coniugato Fase II Xenobiotico Metabolita con attività diversa Coniugato Xenobiotico Metabolita inattivo Coniugato Xenobiotico Lipofilico Idrofilico

Enzimi del metabolismo degli xenobiotici Tipi di reazioni Enzima Fase I Ossidazione Riduzione Idrolisi Fase II Coniugazione Citocromo P450 Alcol deidrogenasi Aldeide deidrogenasi Monossigenasi flaviniche Monoaminossidasi Chinone reduttasi (DT diaforasi) Citocromo P450 reduttasi Epossido idrolasi UDP glucuronil transferasi Solfotransferasi N-acetil transferasi Metiltransferasi Coniugazione con amminoacidi Glutatione transferasi

CITOCROMO P450 emoproteina

Cys SH Protoporfirina: anello tetrapirrolico Protoporfirina IX + Fe = Eme

Il Cyt P450 assorbe a 450 nm quando il Ferro è nello stato ridotto (Fe2+) e legato al CO (monossido di carbonio)

Caratteristiche spettroscopiche del citocromo P450

Localizzazione intracellulare Il citocromo P450 degli eucarioti è ancorato alle membrane Microsomiale e mitocondriale Gli enzimi P450 predisposti al metabolismo degli xenobiotici si trovano soprattutto nel reticol endoplasmatico del fegato Il citocromo P450 microsomiale è legato alla membrana del reticolo endoplasmatico tramite la regione N-term idrofobica che genera un’elica transmembrana.

Reazione catalizzata dal P450 Il citocromo P450 è una ossidasi a funzione mista (monossigenasi) XH + O2 + NAD(P)H + H+ XOH + NAD(P)+ + H2O X = Substrato

SUBSTRATI DEL CITOCROMO P450 Xenobiotici Composti di origine fisiologica Colesterolo, Steroidi Eicosanoidi (leucotrieni, prostaglandine) Acidi grassi Idroperossidi dei lipidi Retinoidi (vitamina A) Acetone Farmaci, inclusi antibiotici Carcinogeni Antiossidanti Solventi Anestetici Coloranti Pesticidi Derivanti del petrolio Alcol Odori

Sistema di trasporto degli elettroni del citocromo P450 Uno dei problemi : il ferro-eme del gruppo prostetico può accettare un elettrone alla volta mentre l’NADPH trasferisce generalmente due elettroni Per cui è necessaria una proteina che prende due elettroni dall’NADPH e ne trasferisce uno al citocromo P450 Questa funzione è svolta da una flavoproteina NADPH-dipendente Il sistema di trasporto degli elettroni dall’ NADPH al citocromo P450 si trova associato con le membrane mitocondriali o del reticolo endoplasmatico

Sistema di trasporto microsomiale del citocromo P450 Nel reticolo endoplasmatico l’NADPH dona gli elettroni ad una flavoproteina denominata NADPH-citocromo P450 reduttasi Peso molecolare di 78 kDa Contiene sia il FAD che l’FMN come gruppi prostetici N-terminale contiene numerosi residui idrofobici ed è la parte associata alla membrana Il FAD prende elettroni dall’NADPH L’FMN li dona al ferro Gli elettroni possono derivare dal citocromo b5 Il citocromo b5 è ridotto: - NADPH-citocromo P450 red - NADH-citocromo b5 red

Citocromo P450 reduttasi

Sistema di trasporto microsomiale del citocromo P450 SOH Non si conosce la ragione dell’esistenza delle due vie

H2O2 O2. S.

Xenobiotici metabolizzati dal citocromo P450 Reazione Esempi Ossidrilazione comp. alifatici Ossidrilazione comp.aromatici Formazione di epossidi Dealchilazioni ossidative Deaminazione ossidativa Ossidazione di N o S o P Rimozione di alogeni Ossidazione di alcoli Acido valproico, pentobarbital Benzopirene, fenobarbital Benzene, benzopirene Fenacetina, morfina, caffeina Anfetamina Cloropromazina, paracetamolo Alotano Alcol etilico Riduzione (bassa [O2]) Alotano, CCl4

Ossidrilazione composti alifatici Pentobarbital

EPOSSIDAZIONE Fenobarbital (sedativo, analgesico)

cancerogeno

Reazioni di dealchilazione HCHO Dealchilazione dell’atomo di ossigeno Deacetilazione dell’atomo di azoto Deacetilazione dell’atomo di zolfo

Dealchilazione sull’atomo di azoto

REAZIONI DI OSSIDAZIONE

Dealogenazione riduttiva del CCl4 (tetracloruro di carbonio) Solvente organico

CYP… SUPERFAMIGLIA Circa 150 geni Cyp 3A4 metabolizza circa il 60% dei 10-15% nel fegato 5% 30% CYP… SUPERFAMIGLIA Circa 150 geni 9 % Cyp 3A4 metabolizza circa il 60% dei farmaci

“ polimorfismo per la debrisochina” Farmacogenetica: basi ereditarie delle differenze tra gli individui nell’azione dei farmaci Fenotipi del CYP2D6 “ polimorfismo per la debrisochina” Metabolizzatori Lenti (PM): incapacità di utilizzare la via del CYP2D6 Metabolizzatori Intermedi (IM): capacità fortemente diminuita Metabolizzatori Normali (EM): capacità normale Metabolizzatori Ultrarapidi (UM): capacità eccessiva

Induttori del P450:appartengono a 5 classi, CYP1A1, CYP1A2 3- metilcolantrene, benzopirene, diossina, fumo alimenti cotti a carbone, crocifere Fenobarbital, DTT Isoniazide, etanolo Steroidi, antibiotici Clofibrato, plastificanti CYP2B1, CYP2B2 CYP3A1, CYP3A2 CYP2E1 CYP4A1, CYP 4A2, CYP4A3 Induttori del P450:appartengono a 5 classi, con diverso meccanismo d’azione

IDENTIFICAZIONE DELLA REGIONE REGOLATRICE DEL GENE DI UN P450

INIBITORI DEL CITOCROMO P450 Inibitori competitivi SKF 525 A sostanze contenenti imidazolo Substrati suicidi trioleandomicina (antibiotico macrolide) cloramfenicolo Si trasforma in un prodotto che si lega al ferro che alchila la proteina e la inattiva

Enzimi del metabolismo degli xenobiotici Tipi di reazioni Enzima Fase I Ossidazione Riduzione Idrolisi Fase II Coniugazione Citocromo P450 Alcol deidrogenasi Aldeide deidrogenasi Monossigenasi flaviniche Monoaminossidasi Chinone reduttasi (NQO1 o DT diaforasi) Citocromo P450 reduttasi Epossido idrolasi UDP glucuronil transferasi Solfotransferasi N-acetil transferasi Metiltransferasi Coniugazione con amminoacidi Glutatione transferasi

Metabolismo dell’etanolo tossica energia Alcol deidrogenasi Aldeide deidrogenasi

Alcol deidrogenasi: enzima dimerico, citosolico, contenente Zn 5 geni (α, β, γ, π, κ). β ha 3 alleli, γ 2 alleli Quindi 8 subunità diverse che si combinano a formare isoenzimi con diversa efficienza Catalitica. La subunità β è molto attiva. Gli isoenzimi presenti nelle popolazioni asiatiche sono molto efficienti.

Aldeide deidrogenasi (16 geni, famiglia di proteine): Allele di classe 2: basso metabolismo delle aldeide, fattore di rischio per il cancro indotto da alcol Nelle popolazioni orientali: intolleranza all’alcol (vasodilatazione, “flushing syndrome”).

FMO (MONOSSIGENASI FLAVINICHE) : Ossidazione a livello di eteroatomi nucleofili: S, P, N

FMO: MONOSSIGENASI FLAVINICHE DEL RETICOLO ENDOPLASMATICO

Monoamminossidasi (MAO A e B) (flavoproteina mitocondriale) Trasformazione di una ammina in una aldeide (substrati fisiologici: serotonina, adrenalina, noradrenalina) RCH2NH2 + FAD RCH=NH + FADH2 RCH=NH + H2O RCHO + NH3 FADH2 + O2 FAD + H2O2 L’atomo di ossigeno incorporato nel substrato proviene dall’ H2O, ed i 2 elettroni sottratti al substrato vengono ceduti all’O2 formando H2O2

Reazione catalizzata dalla monoamminossidasi (MAO): 1-metil-4-fenil-1,2,5,6-tetraidropiridina (MPTP)

DT-diaforasi o NAD(P)H:chinone ossidoreduttasi 1 (NQO1) Enzima citosolico Omodimero (27 kDa per subunità) Flavoproteina (FAD) Catalizza la riduzione bielettronica di substrati di natura chinonica, in un singolo passaggio Spesso i suoi livelli sono più alti nelle cellule tumorali (resistenza ai farmaci antitumorali)

Farmaci antitumorali che vengono attivati dalla NQO1

Prodotti di degradazione dei lipidi perossidati

Ossidazione delle proteine: carbonilazione di residui amminoacidici Semialdeide glutamica N COR2 CONHR1 O NH -prolil- NH2 NH CONHR1 R2CONH -arginil- NH2 R2CONH -lisil- O CONHR1 NH COR2 Semialdeide aminoadipica CONHR2