toksikokinetikk og biotransformasjon bio4500 - uio.no · • 3) sentralnervesystemskader, spesielt...
TRANSCRIPT
Stoff A Stoff BkA B + H2O AOH + BH
k
dC k Cdt
− = ×
t
0
C t
C 0
kt kttt 0
0
dC dCk C som gir k dtdt C
Cog C C e eller eC
− −
− = × − =
= =
∫ ∫
k693,0
k5,0lnt 2/1 =−=
Toksikokinetikk
Logskalaførsteordens kinetikk
0 3 6 9 12-4
-3
-2
-1
0
1
C0= 5k = 1
Tid (timer)
log(
C)
0 3 6 9 120
2
4
Lineær skalaførsteordens kinetikk
Tid (timer)
Kon
sent
rasj
on(C
)
LogskalaMichaelis-kinetikk
0 3 6 9 12-4
-3
-2
-1
0
1
C0= 5k = 1KM= 1
Tid (timer)
log(
C)
0 3 6 9 120
2
4
Lineær skalaMichaelis-kinetikk
Tid (timer)
Kon
sent
rasj
on(C
)
Logskalanulteordens kinetikk
0 3 6 9 12-4
-3
-2
-1
0
1
C0= 5k = 1
Tid (timer)
log(
C)
0 3 6 9 120
2
4
Lineær skalanulteordens kinetikk
Tid (timer)
Kon
sent
rasj
on(C
)tkCC 0 ×−=
tkCCClnKC 0
0M ⋅−=+
CKCk
dtdC
M +⋅
=−
kdtdC
=−
dC k Cdt
− = ×
ktt
0
C eC
−=
1.orden
Michaelis
0. orden
KOMPARTMENT
Et hypotetisk volum i et systemder et stoff oppfører seghomogent i transport og
transformasjon(Hodgson et al. 1998)
Konsentrasjon mot tid ien
tokompartmentmodellmed 1. ordens kinetikk
0 2 4 61
10
100
Målte verdier
Første leddAnnet ledd
Tid
Kon
sent
rasj
on( )t tlog C log Ae Be−α −β= +
tt eBeA =C βα −− ×+×
Toksikokinetikk ogbiotransformasjon, og
biodegraderingHOVEDSPØRSMÅLENE
– Detoksikering, bioaktivering og ”faser”– Biotransformasjon og evolusjon
• INNLEDENDE EKSEMPLER– DDT-dehydroklorinaser– Malation– Fluorositratdannelse– Alkoholdehydrogenaser og metabolisme av
alkoholer• KORT OVERSIKT OVER VIKTIGE
REAKSJONER– Oksidasjon– Reduksjon– Peroksidreduksjon– Hydrolyse– Elektrofil substitusjon– Konjugering
• OKSIDASJONSENZYMENE– CYP-enzymer– Induksjonsmekanismer– Alkohol og aldehyddehydrogenaser og
polymorfisme– Lipoksygenaser– Dismutaser– Peroksidaser– Aminooksidaser
• HYDROLYSE– Epoksidaser– Arylesteraser– Karboksylesteraser– Kolinesteraser
• KONJUGERINGS-REAKSJONER– Glutationtransferaser– Sulfotransferaser– Glukoronsyretransferaser– Aminosyretransferaser
• METABOLISME AV ENKELTE STOFFER– Paracetamol– DDT– Malation– PCB– PAH
• BIODEGRADERING– Xenobiotika– Adaptasjon og kometabolisme– ”Persistensregler”– Anaerob og aerob degradering– Metoder
malation
P
S
SCH3O
CH3OCHCOOC2H5
CH2COOC2H5
P
S
SCH3O
CH3OCHCOOC2H5
CH2COOC2H5
GSH, O2, H2O
Glutation- transferaser
CYP-enzymer
Carboksyl- esteraser
fluoroeddiksyreCH2C CoA
OF
COOH
CO
CH2
COOH
COOH
CHF
CCOOHHO
CH2
COOH
COOH
CH2
C-COOHHO
CH2
COOHCOOH
CH2
C-COOH
CH
COOH
COOH
CO
CH2
COOH
CoA
CH3C CoA
O CoA
aconitase
fluorocitric acid
citric acid
succinylkolin
CH2COOCH2CH2N(CH3)3
CH2COOCH2CH2N(CH3)3
CH2COO
CH2COOCH2CH2N(CH3)3
Butyrylkolinesterasei plasma
Lærdom
• Kunnskap om metabolisme ogvirkningsmekanisme kan brukes bevisstbehandling
• Overføring av data mellom dyrearter harbegrenset verdi, dersom man ikkesamtidig tar hensyn i forskjell itoksikokinetikk og metabolisme!
Biotransformasjonsenzymer
• Fase I – enzymer– Oksidasjon (alkoholdehydrogenase, CYP-enzymer)– Hydrolyse (kolinesteraser, karboksylesteraser,
epoksidhydrolaser, arylesteraser)• Fase II – enzymer
– Sulfatkonjugering (sulfotransferaser)– Glukuronsyrekonjugering (glukuronosyltransferaser)– Glutationkonjugering (glutationtransferaser)– Og flere
ALKOHOLMETABOLISMEN
• Kinetikken• De viktigste enzymene involvert• Artsforskjeller og raseforskjeller• Metanolforgiftning og etylenglykolforgiftning• Detoksikering og bioaktivering (etanol,
propylenglykol metanol og etylenglykol)• Stoffer og tilstander som påvirker metabolismenSe nr. 40–46 i ”Gifter – virkninger og mekanismer
Kinetikken og involverte enzymer
• Forsvinner etter en 0te ordens kinetikk ikonsentrasjonsområdet 1,2 promille til edru – ca8 timer– Alkoholdehydrogenase etterfulgt av
aldhyddehydrogenase (NAD+).– Katalase (H2O2) – Clofibrat og andre peroksisomale
proliferatorer fører til økt betydning av katalase.– CYP2E1 (O2) – Xylitol gir mer NADPH og øker
betydningen. Viktig for interaksjon mellom etanol ogParacetamol.
ADH• Alkoholdehydrogenase (lever, tarmepitel osv. I
cellenes cytosol)
CH3CH2OH + NAD+ CH3CHO NADH H++ +
Legg merke til at det dannesH+
Fra propylenglykol til pyrodruesyre
Fra etylenglykol til oksalsyre
Fra metanol til maursyre
Fra etanol til eddiksyre
CH3
COCOOH
CH3
CHOHCH2OH
COOHCOOH
CH2OHCH2OH
HCOOHHCHOCH3OH
CH3COOHCH3CHOC2H5OH
Egenskaper tilalkoholdehydrogenaser
• Cytosoliske• Inneholder sink• Dimerer med to av følgende 8 monomerer
(ca 40 kDa store):α, β1, β2, β3, γ1, γ2, π, χ dessuten σ og µ
6 ulike gener: For ekspresjon av α, β, γ, π, χ, σ og µ.Som visstnok også betegnes: ADH1- ADH6
Finnes i lever, nyre, tarm og mage.
Klasser og egenskaper
• Klasse 1: Substrater: etanol, og lavere alkoholer (lever!)– ADH1: αα, αβ, αβ1, αβ2, αβ3 αγ, (alle har en α )– ADH2: ββ, βγ (alle har en β)– ADH3: γγ
• Klasse 2: Substrater: større alifatiske alkoholer lever– ADH4: ππ
• Klasse 3: Substrater: aromatiske alkoholer, formaldehyd-detoksikering (alle vev)– ADH5: χχ
• Klasse 4: Substrater: lavere alkoholer og retinol (magespiserør etc.- ikke i lever hos voksne) Har høy Km ogviktig i tarmen– ADH6: σσ, σµ, µµ
Alkoholisme og metabolisme
• Mageformen (σ og µ − høy Km) er viktigved høyt alkoholinntak. Ikke-alkoholisertemenn har mest, mens kvinneligealkoholikere har lite. Mageformen har storbetydning for nordiske drikkeskikker pågrunn av den høye Km-verdien.
• Former med β2 -allelen er meget aktivoverfor etanol og har en svært ujevnrasemessig fordeling.
Rasemessig fordeling av β2
• Japanere og kinesere 85%• Amerikanere 5%• Engelske 8%• Tyskere 12%• Sveitsere 20%• Afroamerikanere 10%• Indere 0%• Indianere 0%
1. Hvordan klassifiseresaldehyd-dehydrogenasene?
Aldehyddehydrogenasene deles i tre klasser:• Klasse I: Cytosolisk, tar seg først og fremst av xenobiotiske
aldehyder.• Klasse II: Finnes i mitokondriene. Lav Km dvs. høy affinitet.
Oksiderer enkle aldehyder. Hemming av dette enzymet meddisulfiram (Antabus) skaper sterke forgiftningssymptomer med sterktubehag ved inntak av etanol. Ca. 50 % japanere og kinesere har enlite aktiv form av dette enzymet og særlig når denne opptrersammen med en spesielt aktiv alkoholdehydrogenase (β2β2) tåler deetanol dårlig.
• Klasse III: Finnes i cytosol og kalles ogsåformaldehyddehydrogenase. Dette enzymet bruker glutation somkofaktor. Det er i mage/tarm og annet ekstrahepatisk vev.Biotransformerer ikke acetaldehyd.
Aldehyddehydrogenaser, 3 klasser
• Klasse 1– Cytosolisk– Omsetter xenobiotiske aldehyder
• Klasse 2– Mitokondriell. Omsetter enkle aldehyder.– En punktmutasjon der Glu? Lys som gir lav aktivitet
(ALD2)– Lav Km.– Den lite aktive formen (ALD2, som er i 50% av
japanere og kinesere) vil sammen med β2,β2−ADH giet høyt nivå av aldehyder ved alkoholkonsum
• Klasse 3– Spesielt for formaldehyd via et glutationaddukt– Ikke aktivt for acetaldehyd– Cytosolisk, i tarm. Er identisk med ADH5!
HCHO + GSH HC
OH
H
SGNAD+
HCOOH GSH+
Hemmere av ALD
RCHO + NAD+ NADHH2O+ RCOOH + + H+
Koprin og disulfiram hemmer og gir svært ubehagelige symptomer vedalkoholkonsum. Farlig synergisme ved allylalkoholforgiftning, som ogsåer svært giftig for kinesere og japanere.
CH2 CHCH2OH CH2 CHCHO CH2 CHCOOH
alyllalkohol akrolein akrylsyre
Andre metabolismeveier foraldehyder
• Aldehyder kan reduseres av alkoholdehydrogenaser ogkarbonylreduktraser til alkoholer
• Aldehydoksidase og xantinoksidase er metalloflavoproteinersom innheholder jern, molybden og FAD. Mange ulikesubstrater.
CH3CHO CH3COOHO2
Metanols giftighet
• Primater:– LD90-dose gir forbigående
løsemiddeltoksisitet (rus), etterfulgt avacidose. Omsetter via alkoholdehydrogenase.
– Men også om acidosen behandles vellykket,opptrer CNS-skader
– Lite giftig via løsemiddelvirkning (se ”de sjudødsmåter”
– HCOOH er kanskje det proksimale toksiskestoffet.
• Metanol smaker og lukter som etanol, men gir lavere rusvirkning• Stor fare, og høy risiko for forgiftning• Starter med mild inebriasjon og søvnighet (3-36 timner) – kvalme, oppkast,
magesmerter, uklahet, hodepine og coma• Synsforstyrrelser, store pupiller(!), liten reaktivitet overfor lys (6 timer)• 30 ml er dødelig• 10 ml gir blindhet• Latensperiode 12 til 24 timer• Synsforstyrrelser opptrer mellom 18 og 24 timer etter inntak• Angriper retina, optisk disk og optisk nerve• Toksisk mekanisme: HCOOH hemmer cytokrom oksidase
• TRE FORGIFTNINGSTYPER:• 1) Organisk løsemiddel-forgiftning (Alle organismer)• 2) Systemisk acidose• 3) Sentralnervesystemskader, spesielt nervus optikus og retina
Behandling
• HCOOH er en sterk syre, men vedacidose er mye udissosiert og passererblod-hjernebarrieren.– HCOOH hemmer cytokromoksidase og
skader den optiske nerven som har fåmitokondrier.
• Behandle acidosen med natriumbikarbonat intravenøst• Hemme ADH med etanol eller metylpyrazol• Gi folat for å øke omsetningen av maursyren• Hemodialyse
• Andre pattedyr– Lite giftig for dyr som metaboliserer HCOOH
raskt– Omsettes mye via katalase– Mer aktiv formyltetrafolat syntase (FTS) i
andre dyr som omsetter maursyre tilkarbondioksid