Metabolisme Xenobiotik

Xenobiotik (Yunani xenos, asing) adalah zat / senyawa yang asing bagi tubuh (>200 rb).Cth:

Obat obatan - Food additives

Environment pollutant - Karsinogen

Pestisida - dll

Pengetahuan tentang metabolisme xenobiotik memberikan pengertian yang lebih rasional tentang:

Farmakologi - Toxikologi

Riset kanker - Drug addiction

Interaksi obat

Phase I, II, and III Reactions

Oxidations

Oxidations

Reductions

Epoxide Hydration

Oxidative Reactions Carbon Hydroxylation

Heteroatom Hydroxylation

Heteroatom Release

Rearangement Related to Heteroatom Oxidations

Oxidation of -System

Hypervalent Oxygen substrate

Reductive Reactions

Metabolisme xenobiotik dibagi menjadi 2 fase:

Fase I : reaksi utama adalah hidroksilasi, dikatalisis oleh enzim monooksigenase atau

sistem sitokrom P450.

Enzim ini juga mengkatalisis reaksi

Deaminasi

Desulfurasi

Peroksigenasi

Dehalogenasi

Epoksidasi

Reduksi

Fase II : produk fase I diubah oleh enzim2 spesifik menjadi metabolit yang bersifat polar melalui reaksi :

Konjugasi

Asam glukoronat

Sulfat

Glutation

Asetilasi

Metilasi

Hasil tahap I dan II membuat polaritas / kelarutan dalam air mudah diekskresi dari dalam tubuh(xenobiotik senyawa yang hidrofobik).

Pada kasus tertentu reaksi fase I : mengubah Xbinaktif Xbaktif . Pada keadaan ini xenobiotik asli disebut prodrug atau prokarsinogen.

Pada keadaan lain reaksi fase I : mengubah Xbaktif Xbinaktif / Xbkurang aktif.

Padaa keadaan lain lagi : hasil reaksi fase I yang aktif inaktif / kurang aktif pada fase II.

Pada kasus yang sangat jarang : reaksi fase II menyebabkan aktivitas biologik .

Detoksifikasi metabolisme xenobiotik.

Reaksi I

Reaksi utama : Hidroksilasi

Enzim : monooksigenase atau sitokrom P450

Pada manusia,kira2 ada 60 gen sitokrom P450.

Disebut juga sistem sitokrom P450 ttd:

Sitokrom P450

O2

NADPH

Enzim (NADPH Sitokrom P450 Reduktase)

Reaksi ini terutama terjadi dalam : endoplasma retikulum hati (fraksi mikrosom hati).

Reaksi ini untuk metabolisme : Xenobiotik eksogen

Obat obatan (50%)

Karsinogen

Pollutan

Zat zat endogen Steroid

Eikosanoat

Asam lemak

Retinoid

Bilirubin

Skema reaksi fase I

Skema reaksi fase I

Skema reaksi fase I :

1. RH+O2+NADPH+H+ ROH+H2O+NADP+

2. RH + O2 R-OH+H2O

3.

Sitokrom P450 Tereduksi Sitokrom P450 Teroksidasi

NADPH + H+ CYP P450 Fe3+

CYP P450 Fe2+ NADP+

CYP P450 Fe2+- O2

RH

R-OH

H2O

O2

Sitokrom P450

Terdapat dalam bentuk Isoform (~150),57 gen sehingga perlu tatanama(berdasarkan homolog

struktural), baik untuk protein maupun gen.

cara tulis utk prot: CYP,angka,huruf,angka.

Cth : CYP 1 A 1

Cara tulis utk gen : protein (italic)

Cth : CYP 1A1

Sitokrom P450 Family Sub Family

Menunjukan sitokrom P450 yang spesifik

Dimasukan dalam satu famili: jika memperlihatkan 40% kesamaan sekuens AA.

Dimasukan dalam satu subfamili: jika memperlihatkan 55% kesamaan sekuens AA.

Diberi nama sitokrom P450 () 450 nm pada preparat mikrosom yg direduksi secara kimiawi dan dipajankan dgn CO2.

CYP 3A terpenting dalam metabolisme obat, jmlnya byk di hati, usus, bekerja pd berbagai obat dari hampir semua kls,aktivitasnya sulit diperkirakan.

Humans CYP450 -18 families, 43 subfamilies CYP1 drug metabolism (3 subfamilies, 3 genes, 1 pseudogene)

CYP2 drug and steroid metabolism (13 subfamilies, 16 genes, 16 pseudogenes)

CYP3 drug metabolism (1 subfamily, 4 genes, 2 pseudogenes)

CYP4 arachidonic acid or fatty acid metabolism (5 subfamilies, 11 genes, 10

pseudogenes)

CYP5 Thromboxane A2 synthase (1 subfamily, 1 gene)

CYP7A bile acid biosynthesis 7-alpha hydroxylase of steroid nucleus (1

subfamily member)

CYP7B brain specific form of 7-alpha hydroxylase (1 subfamily member)

CYP8A prostacyclin synthase (1 subfamily member)

CYP8B bile acid biosynthesis (1 subfamily member)

CYP11 steroid biosynthesis (2 subfamilies, 3 genes)

CYP17 steroid biosynthesis (1 subfamily, 1 gene) 17-alpha hydroxylase

CYP19 steroid biosynthesis (1 subfamily, 1 gene) aromatase forms estrogen

CYP20 Unknown function (1 subfamily, 1 gene)

CYP21 steroid biosynthesis (1 subfamily, 1 gene, 1 pseudogene)

CYP24 vitamin D degradation (1 subfamily, 1 gene)

CYP26A retinoic acid hydroxylase important in development (1 subfamily member)

CYP26B probable retinoic acid hydroxylase (1 subfamily member)

CYP26C probabvle retinoic acid hydroxylase (1 subfamily member)

CYP27A bile acid biosynthesis (1 subfamily member)

CYP27B Vitamin D3 1-alpha hydroxylase activates vitamin D3 (1 subfamily member)

CYP27C Unknown function (1 subfamily member)

CYP39 unknown function (1 subfamily member)

CYP46 cholesterol 24-hydroxylase (1 subfamily member)

CYP51 cholesterol biosynthesis (1 subfamily, 1 gene, 3 pseudogenes) lanosterol

14-alpha demethylase

Merupakan protein heme (spt haemoglobulin)

Terdapat secara luas pada semua spesies, terutama bakteri.

Tersebar pada berbagai jaringan, terutama jar hati dlm membran retikulum endoplasma halus (fraksi mikrosom),menyusun 20% protein hati.

Ditemukan juga dalam kel adrenal, berperan dlm biosintesis kolesterol dan steroid. Terdapat dlm:

Retikulum endoplasma

Mitokondria (adrenodoksin reduktase dan protein non heme besi-sulfur)

Menggunakan NADPH,sebagai reducing agent.

Elektron dari NADPHEnzimCYP P450.

Sehingga timbul aktivasi reduktif oksigen ke

substrat dan H2O.

Pada manusia paling tidak ditemukan 6 macam CYP P450 dalam retikulum endoplasma hati dgn

spesifitas yang luas.

Kombinasi macam2 CYP memungkinkan ia dapat memetabolisme ribuan zat kimia.

Lipid juga menjadi komponen dari sistem CYP P450, terutama posfatidil kolin.

Sebagian besar isoform dari CYP P450 bersifat inducible

cth: - CYP 2C9 fenobarbital dgn warfarin

- CYP 2E1 etanol dgn rokok sbg karsinogen

- CYP 1A1 utk AHH

Beberapa CYP P450 terdapat dlm bentuk polimorphism variasi terhadap respon obat.

cth : - CYP 2D6 met debrisoquin dan spartein

- CYP 2A6 met nikotin Ko Nitin

(1 Wild type dan 2 alelnoll type / inaktif)

Struktur Cytochrome P450

Enzim enzim sitokrom utama dalam metabolisme obat adalah anggota famili CYP1, CYP2, dan CYP3.

CYP

UGT

esterase

FMO

NAT

MAO

PATHWAYS FOR METABOLIZED DRUGS

CLINICAL SIGNIFICANCE OF CYTOCHROME

P450 ENZYMES

2B6

2D62 1

1A2

3A4/5

2A6

2C

2C9

2A6

3A4/5

1A2

2D6

2 1

2B6

2E1

AMOUNT

% of Total Liver P450

2E1

ACTIVITY

% of Total P450

Substrates Parkinson, 2001. Casarett and

Doulls Toxicology

2C8

2C9

2C19

Shimada, T., et al., J. Pharmacol.

Exp. Ther., 270:414-423, 1994.

2A6 2B6

2B6

2D6

Drugs which Modulate P450 Inducers Drug whose metabolism is enhanced

Phenobarbital and other barbiturates Chloramphenicol, digitoxin,

doxorubicin, estradiol, phenytoin,

cortisol

Omeprazole (Prilosec) or cigarette

smoke

Tricyclic antidepressants, propranolol

warfarin, theophylline

Rifampin Digitoxin, glucocorticoids, oral

contraceptives, propanolol

Ethanol acetaminophen

Inhibitors Drug whose metabolism is inhibited

Cimetidine (Tagamet) Diazepam, warfarin

Ketoconazole (antifungals) Cyclosporine, terfenadine

Grapefruit juice Tricyclic antidepressants, propranolol warfarin, theophylline

Reaksi fase II Ada 5 jenis reaksi Konjugasi dgn as glukuronat (glucuronidation)

Donor glukuronil : UDP asam glukuronat Enzim : glukuronil transferase sitosol dan ER Untuk metabolisme:

Asetil amino fluoren ( suatu karsinogen) Anilin As benzoat Meprobamat Fenol Steroid

Di ekskresi sebagai glukuronida ( terikat pada gugus O, S, atau N)

Konjugasi dengan sulfat (Sulfation) Donor sulfat : 3posfoadenosin 5posfosulfat

(PAPS)

Enzim : Sulphotransferase sitoplasma

Diekskresi terutama melalui urin

Untuk metabolisme : Beberapa alkohol

Arilamina

Fenol

Steroid

Glikosaminoglikan

Glikolipid

Glikoprotein

Konjugasi dengan Glutation

(GSH-glutamil-sisteinilglisil) Merupakan tripeptida (glutamat,sistein, glisin)

Untuk xenobiotik yg elektrofilik nukleofilik (defense mechanism)

Enzim : Glutation S transferase (sitosol hati)

Reaksi :

R+GSH R-S-G As merkapturat

Fungsi lain GSH : Penguraian H2O2

Reduktor intrasel mempertahankan gugus SH esensial

Transport AA tertentu melalui membran

Glutation S transferase Asetil KoA

Asetilasi

Enzim : asetiltransferase ( dlm sitosol hati)

Activated co-factor = Acetyl Coenzyme A

Reaksi : X + Asetil Ko A Asetil-X +Ko A

Cth : met INH

Metilasi

Donor metil : S adenosilmetionin

Enzim : metiltransferase

Gugus metil terikat atom O, N atau S

Metabolisme enzim pada xenobiotik dipengaruhi :

Species

Individu genetik

Umur dan jenis kelamin

Sifat inducible enzim :

PCB (poliklorinasi bifenil)

HC

Fenobarbital

Metabolit dapat menghambat / menstimulasi

Respon Xenobiotik (efek toksik)

Cell injury kematian sel (cytotoxicity) Mekanisme >>, terutama : pengikatan kovalen dgn

makro molekul (DNA, RNA, Protein)

Xenobiotikmengubah sifat antigenitas sel

Xb bertindak sebagai haptenterikat antibodi merusak sistem imun.

Xenobiotik yg bersifat karsinogen : bereaksi dgn DNA (karsinogen kimia)

Cth : benzo[]pirenkarsinogen indirect

Alkylating agentskarsinogen direct

Epoxida : sangat reaktif, mutagenik dan karsinogenik.

Dimetabolisme oleh enzim : epoksid hidrolase

menjadi dihidrodiol(bersifat kurang reaktif).

Enzim ini dapat menimbulkan efek protektif

terhadap karsinogen tertentu.Terdapat di

membran RE.

Konversi Xb inaktif aktif (oleh enzim P450)

Xb aktif(epoksida)inaktif (oleh enzim GSH-S-transferase atau epoksid hidrolase)

Skema metabolisme suatu xenobiotik menyebabkan jejas sel,

kerusakan imunoligis, atau kanker

Xenobiotik Metabolit reaktif Metabolit non toksik

Terikat kovalen pada makro molekul

Cell injury Hapten Mutasi

Produksi antibodi

Cell injury

Kanker

Sit P450 GSH S transferase Epoksid hidrolase

Xenobiotic Biotransformation

Lipophilic Xenobiotic

Absorption (Intestine) Transport

Oxidation

Phase I Biotransformation Reduction

Hydrolysis

Phase II Biotransformation Glucuronidation

Sulfation

Glutathione conjugation

Hydrophilic Metabolite Amino Acid conjugation

Acetylation, methylation

Excretion (Urine & Feces) Transport

TERIMA KASIH