Metabolismo (20 ottobre)

Metabolismo
Il metabolismo ha lo scopo di trasformare,
all’interno dell’organismo, le sostanze estranee
in composti più polari e più idrosolubili,
aumentandone l’escrezione
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Metabolismo dei farmaci
E’ il risultato dei processi di BIOTRASFORMAZIONE,
solitamente su base enzimatica, attraverso cui una molecola esogena
è soggetta a modificazioni chimiche negli organismi viventi
OBIETTIVO PRINCIPALE
Trasformare una molecola esogena lipofila e apolare (che come tale
verrebbe riassorbita a livello renale) in metaboliti più idrofili e polari e
a più alto peso molecolare, in modo da
FAVORIRNE L’ESCREZIONE e quindi
L’ELIMINAZIONE dall’organismo
ma…………..
Effetti della biotrasformazione
Più efficace
Maggior solubilità in
acqua e minore tossicità
Meno efficace e
meno tossico
Maggior solubilità in acqua
e maggiore tossicità
La biotrasformazione di un farmaco può portare
alla formazione di composti diversi
(ma anche ad effetti diversi di un farmaco)
Metaboliti attivi o inattivi
 Metaboliti attivi dotati di spettro farmacologico uguale a quello
del composto d’origine (diazepam
oxazepam + nordiazepam )
Metaboliti attivi dotati di spettro farmacologico diverso da quello
del composto d’origine
 Metaboliti tossici (paracetamolo
 Profarmaci (enalapril)
parabenzochinone)
Metabolismo presistemico
Metabolismo di primo passaggio:
Escrezione intestinale (glicoproteina P)
metabolismo da parte di enzimi intestinali
metabolismo epatico
Pochi enzimi, ma complessi: costitutivi e inducibili
Il metabolismo si attua attraverso 2 fasi:
Principio attivo
Reazioni di fase I
OSSIDAZIONE
RIDUZIONE
IDROLISI
Metaboliti di fase I
-OH
-COOH
-NH2
-SH
Reazioni di fase II
CONIUGAZIONE
LEGAME A GRUPPI POLARI
Metaboliti coniugati
REAZIONI DI FASE I
(funzionalizzazione)
•Ossidazione
•ossidasi microsomiali a funzione mista:
Citocromo P450 (CYP), citocromo P450-reduttasi, fosfatidilcolina
NADPH
ossigeno
•altre ossidasi a funzione mista
NAD+
•Riduzione
•Idrolisi
•Esterasi, amidasi
•Idrossilazione
•Decarbossilazioni
Cosa sono i microsomi?
Citocromo P450: localizzazione intracellulare
Il citocromo P450 microsomiale è
legato alla membrana del reticolo
endoplasmatico attraverso la
regione N-terminale idrofobica
che forma un’elica
transmembrana.
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Classificazione delle CYP
(differiscono per la struttura aminoacidica, 45-60 KDa)
FAMIGLIE: (> 40% similarità) indicate con numeri
arabi
es. CYP 1, CYP 2, CYP 3, ...
SOTTOFAMIGLIE: (>55% similarità) indicate con
lettere
es. CYP 1A, CYP 1B, ...
ISOFORME: nell’ambito della stessa sottofamiglia,
indicate con un secondo numero arabo
es. CYP 1A1, CYP 1A2, ...
CYP: albero
filogenetico
10-15% nel fegato
5%
9%
SUPERFAMIGLIA
Circa 150 geni
Cyp 3A4 metabolizza
circa il 60% dei
farmaci
30%
TABLE 7.4 — Two General Classes of CYP Enzymes
Families 1, 2, 3, 4
“Xenobiotic” CYP Enzymes
smooth endopl reticulun
brain? other tissue?
• Evolved from steroidogenic CYP enzymes during the period of plant-animal
differentiation
• Co-evolved with transferase enzymes
• Degrade dietary toxins produced by plants
• Biotransforms drugs to permit elimination
Families 7, 11, 17, 19, 21, 27
“Steroidogenic” CYP Enzymes
• For membrane integrity of single cell organisms
• For hormonal mediators of the development of differentiated organisms
• With rigid substrate and product specificity
mitochondria
TABLE 7.5 — What Are The Functions of CYP Enzymes?
• Steroidogenic: conversion of consumed substances into biologically needed
constituents:
– Steroids
– Bile acids
– Cholesterol
– Prostaglandin biosynthesis
• Xenobiotic: detoxification of consumed substances:
– Toxins
– Carcinogens
– Drugs
– Mutagens
SUBSTRATI DEL CITOCROMO P450
Xenobiotici
Farmaci, inclusi antibiotici
Carcinogeni
Antiossidanti
Solventi
Anestetici
Coloranti
Pesticidi
Derivanti del petrolio
Alcol
Odori
Composti di origine fisiologica
Colesterolo, Steroidi
Eicosanoidi (leucotrieni, prostaglandine)
Acidi grassi
Idroperossidi dei lipidi
Retinoidi (vitamina A)
Acetone
Questi enzimi hanno substrati
preferenziali, ma non esclusivi
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…. ancora sulle CYP
Complessità:
Induzione
Inibizione
INTERAZIONI CON ALTRI FARMACI
Polimorfismi
VARIABILITÀ
SOSTANZE INDUCENTI LA
BIOTRASFORMAZIONE DEI FARMACI
Farmaci
Insetticidi
Idrocarburi
policiclici
Alcol
Idrocarburi
alogenati
Additivi
alimentari
fenobarbitale
rifampicina
DDT, aldrin
sedativo, ipnotico
antibiotico
pesticidi
benzopirene
prodotti della
3-metilcolantrene combustione
Etanolo
componente delle
bevande
TCDD
contaminante di
erbicidi
idrossianisolo
antiossidante
butilato
REAZIONI DI FASE II
(biosintetiche, di coniugazione)
•Con acido glucuronico
Glucuronil-UDP transferasi (UDPGT)
•Con acetato
•Con glutatione
•Con glicina
nel citoplasma
o nei mitocondri
(fegato, rene, polmone)
Si ottengono composti altamente polari (inattivi)
Si ottengono composti ad elevato peso molecolare (bile)
Substrati coniugabili:
-OH
-COOH
-NH2
-SH
Vie di eliminazione dei principali famaci prescritti
UGT = uridine diphosphate glucuronyl transferase
riassumendo………
Fase I (funzionalizzazione): vengono inseriti o smascherati nella molecola dei
gruppi -OH, -SH, -NH2, -COOH. Non tutti i farmaci necessitano di questa fase.
Fase II (coniugazione): sulle funzioni polari introdotte nella fase I vengono
legati composti endogeni come glutatione, acetili, glucuronati, solfati, aminoacidi
polari.
Ogni farmaco può dare origine a più di un metabolita
(un esempio: acido acetilsalicilico)
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Esempio di biotrasformazione:
formazione di metaboliti attivi
attivo
inattivo
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Esempio di biotrasformazione:
dai profarmaci alla formazione di metaboliti attivi
FATTORI CHE POSSONO INFLUENZARE
IL METABOLISMO DEI FARMACI
 Specie, sesso
 Età
 Dieta, abitudini alimentari e di vita
 Esposizione ambientale o sul luogo di lavoro a induttori/inibitori
 Patologie
 Interazione tra farmaci (induzione/inibizione)
 Variabilità genetica
Fattori legati al farmaco:
liposolubilità/idrosolubilità
 età
Età e metabolismo epatico
nascita pubertà
adultà
avanzata
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 stili di vita
Emivite plasmatiche (ore) di tre farmaci
in alcolisti cronici
Farmaco
Controlli
Alcolisti
Tolbutamide
5.9
2.7 *
41
27 *
24
16 *
(ipoglicemizzante)
Warfarin
(anticoagulante)
Fenitoina
(antiepilettico)
* P<0.02
 abitudini alimentari
Livelli ematici di fenacetina
dopo somministrazione orale
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Lo studio del metabolismo ha diversi scopi:
• Delucidare funzioni e destino di un farmaco
• Stabilire una posologia adeguata
• Prevedere possibili interferenze con altri farmaci
• Prevedere le variazioni di risposta in seguito a
trattamento protratto (induzione e repressione
enzimatica)
STUDI METABOLICI IN VITRO
FRAZIONE EPATICA S9 (supernatante a 9000 giri )
MICROSOMI
in sospensione
EPATOCITI
in coltura
+ acetonitrile
P450 inhibition
assay
P450 induction
assay