Pengaruh polusi dan zat beracun bagi tubuh manusiaSub topik: Detoksikasi dan hubungannya dengan metabolisme xenobiotik Agnes Kwenang

Tujuan pembelajaranTIUAgar mahasiswa memahami reaksi-reaksi kimia untuk merubah zat-zat berbahaya menjadi zat-zat yang tidak berbahaya dan mudah diekskresi.

TIK1. Mengetahui zat-zat yang mengalami detoksikasi dalam tubuh. 1.1. Mengetahui hasil metabolisme yang tidak diperlukan tubuh,mis; berasal dari hasil pembusukan dalam usus. 1.2. Mengetahui zat-zat asing untuk tubuh yang berasal dari bahan aditif makanan, polutan dan obat-obatan.

2.

Memahami reaksi-reaksi detoksikasi dan hubungannya dengan metabolisme xenobiotik untuk kepentingan biomedis. 2.1. Mengetahui detoksikasi beberapa zat-zat berbahaya melalui cara oksidasi, reduksi,metilasi,hidrolisa dan konyugasi. 2.2. Mengetahui detoksikasi dan hubungannya dengan metabolisme xenobiotik untuk kepentingan biomedis, termasuk faktor-faktor yang mempengaruhi aktivitas enzim dan efek biologik xenobiotik.

1. Zat-zat yang mengalami detoksikasi dalam tubuh Zat-zat endogen yaitu hasil metabolisme yang tidak diperlukan tubuh, mis. hasil pembusukan dalam usus besar seperti: indol,skatol dan fenol produksi kerja bakteri pada asam amino dalam usus besar NH3 hasil deaminasi asam amino, yang juga merupakan hasil bakteri usus.

Zat-zat exogen/asing untuk tubuh (Xenobiotik) Asalnya dari zat aditif makanan,polutan(bifenil poliklorinasi=PCB.) obat-obatan(morfin, fenobarbital dll.), karsinogen, produk petroleum, insektisida.

2.Reaksi-reaksi detoksikasi dan hubungannya dengan metabolisme xenobiotik untuk kepentingan biomedis. 2.1.Lokasi dan enzim yang berperan. Detoksikasi terutama terjadi di dalam hati: secara oksidasi, reduksi, metilasi, hidrolisis, konyugasi. Detoksikasi dilakukan oleh oxygentransferring enzymes (oxygenases), termasuk sit P-450. Enzim-enzim ini mampu mengoksidasi ribuan komponen organik bentuk hidrofobik ke bentuk hidrofilik sehingga mudah diekskresi.

2.2. Metabolisme xenobiotik 2.2.1. Kepentingan biomedis Merupakan dasar pemahaman pengetahuan farmakologi, farmasi,toksikologi,penelitian kanker dan adiksi obat Kelompok utama yang mempunyai relevansi medis adalah obat-obatan, zat karsinogen kimia, polutan (bifenil poliklorinasi=PCB) dan insektisida tertentu 200.000 jenis zat kimia lingkungan produksi pabrik di metabolisme terutama di dalam hati. Kadang-kadang di ekskresi tanpa perubahan. Ada 30 jenis enzim yang berbeda mengkatalisis reaksireaksi dalam metabolisme

2.2.2. Fase-fase metabolisme xenobiotik Fase 1. Reaksi hidroksilasi dikatalisis oleh enzim monooksigenase atau sitokrom P450, mengakhiri kerja obat, tetapi tidak selalu terjadi. Sit P450 juga mengkatalisis reaksi: deaminasi, dahalogenasi, desulfurasi, epoksidasi, peroksigenasi dan reduksi. Reaksi hidrolisis dikatalisis oleh esterase.

Table 1. Xenobiotics Metabolized by Cyt. P450

ReactionAliphatic hydroxylation Aromatic hydroxylation Epoxidation Dealkylation Oxidative deamination

ExamplesValproic acid, pentobarbital Debrisoquine, acetanilide Benzene, benzo[]pyrene Aminopyrine, phenacetin, 6methyl-thiopurine Amphetamine

Nitrogen or sulfur oxidation 2-Acetylaminofluorence, chlorpromazine Dehalogenation Alcohol oxidation Halothane Ethanol

Tabel 2. Xenobiotic Metabolizing Enzymes

Type of reaction

Enzyme

Representative substrate

Oxidation Cytochrome P450 Toluene Alcohol dehydrogenase Ethyl alcohol Flavin containing Dimethylaniline Monooxygenase Reduction Ketone reductase Hydration Epoxide hydrolase Metyrapone Benzo[]pyrene -7,8-epoxide

Hydrolisis

Esterase

Procaine

Conjugation UDP glucuronyl transferase Sulfotransferase N-acetyltransferase Methyltranseferase Glutathione transferase

Acetaminophen-Napthol Sulfanilamide Thioracil Acetaminophen

Fase 2. Senyawa terhidroksilasi & senyawa lain yang di produksi dalam fase 1 diubah menjadi metabolit polar lewat:- konyugasi dengan asam glukuronat, sulfat, asetat, glutation atau asam amino tertent - metilasi

Tujuan kedua fase: untuk meningkatkan kelarutannya didalam air (polaritas) sehingga memudahkan ekskresinya. Sifat sangat hidrofobiknya harus dirubah menjadi lebih polar agar tidak tertahan lama di jaringan adiposa.

Pada fase 1 Reaksi tambahan: mengubah senyawa aktif menjadi inaktif atau kurang aktif Kasus tertentu senyawa inaktif menjadi senyawa biologis aktif, disebut prodrug atau prokarsinogen.Mis. Benzol(a)pyrene dari daging panggang berubah menjadi berpotensi karsinogen oleh enzim-enzim detoksikasi SER.

Pada fase 2. konyugasi mengubah produk aktif hasil fase 1 menjadi inaktif yang selanjutnya diekskresi melalui urin atau getah empedu. Kasus tertentu meningkatkan aktivitas biologik xenobiotik. Istilah detoksikasi tidak tepat, sebab adanya reaksi metabolisme yang meningkatkan aktivitas biologik dan toksisitasnya.

Reaksi kimia fase 1. RH + O2 + NADPH + H+ ROH + H2O + NADPCyt P-450 red Cyt P-450 oks

RH + O2 ROH + H2O RH mewakili xenobiotik dengan keragaman luas. Satu oksigen memasuki ROH dan satu atom lagi memasuki molekul air.

Reaksi kimia fase 2. Reaksi konyugasi ada lima tipe. A. Glukuronidasi (paling sering terjadi). Donor glukuronil : UDP-asam glukuronat Katalisator: glukuronil transferase(ret.endoplasma,sitosol) Molekul: 2-asetilaminofluoren(karsinogen),anilin, asambensoat,meprobamat(tranqulizer), fenol dan banyak molekul steroid diekskresikan sebagai glukuronida, yang dapat terikat dengan oksigen, nitrogen atau gugus sulfur pada substratnya.

B. Sulfasi Molekul: sebagian alkohol,arilamin dan fenol. Donor: sulfat Molekul biologis lain: senyawa steroid, glikosaminoglikan, glikolipid, glikoprotein: adenosin3-fosfat-5-fosfosulfat(PAPS) disebut sulfat aktif.

C. Konyugasi dengan Glutation. Glutation = -glutamil-sisteinilglisin(tripeptida) (GSH) karena gugus sulfhidril pada sistein, merupakan gugus fungsional. Xenobiotik elektrofilik potensial beracun(karsinogen tertentu)(R) akan terkonyugasi ke GSH nukleofilik Reaksi: R + GSH R-S-H Enzim:glutation S-transferase(tinggi dalam hati) Bila R tidak terkonyugasi, bebas terikat kovalen dengan DNA,RNA atau protein selrusak. GSH: mekanisme pertahanan penting terhadap toksik obat dan karsinogen.

Konyugat glutation dimetabolisme lanjut. Gugus glutamil, glisinil milik glutation akan dikeluarkan oleh enzim spesifik dan gugus asetil(asal asetil-KoA) ditambahkan kepada gugus aminosisteinil lainnya dan dihasilkan asam merkapturat, yaitu konyugat L-asetilsistein, yang kemudian diekskresikan ke dalam urine.

D. Asetilasi Reaksi: X + Asetil-KoA Asetil-X + KoA Donor asetil: Asetil-KoA Enzim: asetil transferase(sitosol) Substrat asetilasi: Isoniazid (R/ tbc) Tipe polimorfik enzim: ada orang disebut asetilator lambat dan cepat. Asetilator lambat:orang lebih sering alami efek toksik tertentu dari isoniazid,karena obat tersebut bertahan lama pada orang tersebut.

E. Metilasi Sejumlah kecil xenobiotik akan mengalami metilasi oleh enzim metiltransferase, degan memakai Sadenosilmetionin sebagai donor metil.

2.2.3.Faktor-faktor yang mempengaruhi aktivitas enzim yang memetabolisme xenobiotik: Genetik: ada perbedaan aktivitas enzim antar individu. Usia dan jenis kelamin. Asupan xenobiotik (fenobarbital, PCB, seny.hidrokarbon tertentu) dapat menginduksi enzim.Penting diketahui apakah seseorang sudahpernahterpajan zat penginduksi ini. Metabolit xenobiotik tertentu dapat menghambat atau mengstimulasi aktivitas enzim, hal ini dapat mempengaruhi takaran sejumlah obat tertentu yang diberikan pada pasien Berbagai penyakit (sirosis hepatis) dapat mempengaruhi aktivitas enzim sehingga perlu penyesuaian dosis pelbagai obat yang diberikan kepada orang tersebut.

2.2.4. Efek biologik xenobiotik mencakup efek farmakologik, toksisitas, reaksi imunologis dan kanker. Respon farmakologik, khususnya farmakogenetika: beberapa reaksi penting pada obat yang mencerminkan perbedaan yang ditentukan secara genetik pada struktur enzim atau protein antar individu

Table 3. Beberapa reaksi obat yang penting akibat bentuk mutan atau polimorfik enzim atau protein

Enzim atau Protein yang terkena

Reaksi atau Akibat

Glukosa-6-fosfat dehidrogenase (G6PD) (mutasi) (MIM 305900) Saluran pelepasan Ca2+ (reseptor rianodin) dalam retikulum sarkoplasma (MIM 180901)

Anemia hemolitik akibat konsumsi obat seperti primaquin Hipertemia maligna (MIM 145600) sesudah pemberian obat anestesi tertentu (misal, halotan)

CYP2D6 (Polimorfisme) (MIM 124300)

Metabolisme lambat obatobat tertentu (misal, debrisouquin), yang menyebabkan akumulasi obat tersebut.

CYP2A6 (Polimorfisme) (MIM 122720)

Gangguan metabolisme nikotin yeng memberikan perlindungan agar orang tidak menjadi perokok yang tergantung pada tembakau

Efek toksik xenobiotik, tiga tipe: 1. Cedera sel (sitotoksisitas)--- kematian sel Xenobiotik reaktif melalui pengikatan kovalen dengan makromolekul sel (target DNA,RNA dan protein) Terlibat dalam fungsi selular sel (protein atau enzim fosforilasi oksidatif, pengaturan permeabilitas membran) menyangkut kelangsungan hidup jangka pendek sel,akan terlihat nyata parahnya fungsi sel.

2. Xenobiotik reaktif terikat dengan protein, memodifikasi dan mengubah sifat antigenesitas spesies tersebut. Xenobiotik ini bekerja sebagai hapten, yaitu molekul kecil yang tidak dengan sendirinya merangsang sintesis antibodi tetapi akan bergabung dengan antibodi begitu unsur ini terbentuk. Antibodi ini merusak sel melalui mekanisme imunologi, yang mengganggu proses biokimia seluler.

3. Reaksi antara spesies karsinogen kimiawi yang aktif dengan DNA bermakna penting dalam peristiwa karsinogenesis kimiawi. Zat kimia lain (zat alkilasi) dapat bereaksi langsung dengan DNA (karsinogen direk), tanpa mengalami aktivasi kimiawi intra sel Produk enzim monooksigenase tertentu pada sebagian substrat prokarsinogen adalah epoksida sangat reaktif dan mutagenik oleh enzim epoksida hidroksilase (ret.endoplasma) akan mengubah menjadi dihidroliol yang jauh kurang reaktif.

Sit P450Zenobiotik

GSH S-transfrase/ epoksida hidrolase Metabolit nontoksik Metabolik reaktif

Pengikatan kovalen pada makromolekul

Cedera sel

Hapten

Mutasi

Produksi antibodi

Kanker

Cedera sel

Gambar 1. Efek Metabolisme xenobiotik

Kesimpulan. Telah dibahas: 1. Zat-zat yang mengalami detoksikasi didalam tubuh, yaitu zat-zat endogen dan zat-zat exogen. 2. Reaksi-reaksi kimia detoksikasi dan hubungannya dengan metabolisme xenobiotik untuk kepentingan biomedis, termasuk faktor-faktor yang mempengaruhi aktivitas enzim dan efek biologik xenobiotik.

Kepustakaan Devlin TM, Text Book of Biochemistry (1993), John Wiley & Sons (USA), pp.996. Cytochromes P450 Oxidize Exogenous Lipophilic Substrates. Karp G, Cell and Molecular Biology. Concepts and experiments (2008), John Wiley & Sons (Asia), pp.284. Smooth Reticulum Endothelial. Murray RK, Granner DK, Mayes PA, Rodwel VW, Harpers Biochemistry (1996), 24 th ed, Prentice Hall International(USA), pp.750-755. Metabolism of Xenobiotics. Price SA, Wilson LM, Pathophysiology. Clinical Concepts of Diseases Processes (1992). Terjemahan Edisi 4, Buku 1 Patofisiologi.Konsep Klinis ProsesProses Penyakit(1995),(Jakarta), hal.429-430. Fungsi Hati.