Introduction to Biotransformation
Biotransformaatio on prosessi, jossa aine muuttuu yhdestä kemiallisesta aineesta toiseksi (transformoituu) kemiallisen reaktion avulla elimistössä. Metabolia tai metaboliset muunnokset ovat usein käytettyjä termejä biotransformaatioprosessista. Metabolia ei kuitenkaan joskus ole spesifinen muuntumisprosessille, vaan se voi sisältää myös muita toksikokinetiikan vaiheita.
Kuva 1. Toksikokinetiikan prosessit
(Kuvan lähde: Mukailtu iStock Photos, ©)
Biotransformaation merkitys
Biotransformaatio on elintärkeää eloonjäämiselle, koska se muuttaa imeytyneet ravintoaineet (ruoka, happi jne.) aineiksi, joita tarvitaan elimistön normaaleihin toimintoihin. Joidenkin lääkeaineiden kohdalla terapeuttinen vaikutus on aineenvaihduntatuotteella eikä imeytyneellä lääkkeellä.
Esimerkiksi fenoksibentsamiini, joka on lääke, jota annetaan eräänlaisen kasvaimen, feokromosytooman, aiheuttaman verenpainetaudin lievittämiseksi, biotransformoituu aineenvaihduntatuotteeksi, joka on vaikuttava aine.
Biotransformaatio toimii myös tärkeänä puolustusmekanismina, sillä myrkylliset ksenobiootit ja elimistön jätteet muuntuvat vähemmän haitallisiksi aineiksi ja aineiksi, jotka voidaan erittää elimistöstä.
Myrkkylliset aineet, jotka ovat lipofiilisiä, ei-polaarisia ja pienimolekyylipainoisia, imeytyvät helposti ihon, ruoansulatuskanavan ja keuhkojen solukalvojen läpi. Nämä samat kemialliset ja fysikaaliset ominaisuudet säätelevät kemikaalin jakautumista koko elimistössä ja sen tunkeutumista kudossoluihin. Lipofiilisten myrkkyjen poistaminen elimistöstä on vaikeaa, ja ne voivat kerääntyä vaarallisille tasoille. Useimmat lipofiiliset toksiset aineet voidaan kuitenkin muuntaa hydrofiilisiksi aineenvaihduntatuotteiksi, jotka eivät todennäköisesti läpäise kriittisten solujen kalvoja. Hydrofiilisten kemikaalien poistaminen on elimistölle helpompaa kuin lipofiilisten aineiden. Biotransformaatio on siis elimistön keskeinen puolustusmekanismi.
Onneksi ihmiskeholla on hyvin kehittynyt kyky biotransformaatioon useimmista ksenobiooteista sekä elimistön jätteistä.
Tiesitkö?
Hemoglobiini, punasolujen happea kuljettava rauta-valkuaisainekompleksi, on esimerkki elimistön jätteestä, joka on poistettava. Ikääntyneiden punasolujen normaali tuhoutuminen vapauttaa hemoglobiinia. Bilirubiini on yksi useista hemoglobiinin aineenvaihduntatuotteista. Jos elimistö ei pysty poistamaan bilirubiinia maksan kautta sairauden, lääkkeiden tai infektion vuoksi, bilirubiinia kertyy elimistöön, ja silmänvalkuaiset ja iho voivat näyttää keltaisilta. Bilirubiini on myrkyllistä vastasyntyneiden aivoille, ja suurina pitoisuuksina se voi aiheuttaa peruuttamattoman aivovaurion. Lipofiilisen bilirubiinimolekyylin biotransformaatio maksassa johtaa vesiliukoisten (hydrofiilisten) metaboliittien tuottamiseen, jotka erittyvät sappeen ja poistuvat ulosteen kautta.
Kuva 2. Ihmisen hemoglobiinin rakenne. Ihmisen hemoglobiini
(Kuvalähde: Adapted from iStock Photos, ©)
Mahdolliset komplikaatiot
Biotransformaatioprosessi ei ole täydellinen. Detoksifikaatiota tapahtuu, kun biotransformaatio johtaa metaboliitteihin, joiden toksisuus on pienempi. Monissa tapauksissa metaboliitit ovat kuitenkin myrkyllisempiä kuin lähtöaine, prosessia kutsutaan bioaktivaatioksi. Toisinaan biotransformaatio voi tuottaa epätavallisen reaktiivisen metaboliitin, joka voi olla vuorovaikutuksessa solujen makromolekyylien, kuten DNA:n, kanssa. Tämä voi johtaa hyvin vakaviin terveysvaikutuksiin, kuten syöpään tai synnynnäisiin epämuodostumiin.
Esimerkki on vinyylikloridin biotransformaatio vinyylikloridiepoksidiksi, joka sitoutuu kovalenttisesti DNA:han ja RNA:han, vaihe, joka johtaa maksasyöpään.