Wprowadzenie do biotransformacji

Biotransformacja jest procesem, w którym substancja zmienia się z jednej substancji chemicznej w inną (przekształca się) poprzez reakcję chemiczną w organizmie. Metabolizm lub przemiany metaboliczne to terminy często używane w odniesieniu do procesu biotransformacji. Jednak metabolizm czasami nie jest specyficzny dla procesu transformacji, ale może obejmować inne fazy toksykokinetyki.

Rysunek 1. Procesy toksykokinetyki
(Źródło obrazu: zaadaptowane z iStock Photos, ©)

Ważność biotransformacji

Biotransformacja jest niezbędna do przeżycia, ponieważ przekształca wchłonięte składniki odżywcze (żywność, tlen, itp.) w substancje wymagane do normalnego funkcjonowania organizmu. W przypadku niektórych farmaceutyków to metabolit jest terapeutyczny, a nie wchłonięty lek.

Na przykład fenoksybenzamina, lek podawany w celu złagodzenia nadciśnienia spowodowanego przez guz chromochłonny, rodzaj nowotworu, jest biotransformowana do metabolitu, który jest substancją czynną.

Biotransformacja służy również jako ważny mechanizm obronny, ponieważ toksyczne ksenobiotyki i odpady ciała są przekształcane w mniej szkodliwe substancje i substancje, które mogą być wydalane z organizmu.

Toksykanty, które są lipofilne, niepolarne i o niskiej masie cząsteczkowej są łatwo wchłaniane przez błony komórkowe skóry, przewodu pokarmowego i płuc. Te same właściwości chemiczne i fizyczne kontrolują dystrybucję substancji chemicznej w całym organizmie i jej penetrację do komórek tkanek. Toksyczne substancje lipofilowe są trudne do wyeliminowania przez organizm i mogą kumulować się do niebezpiecznego poziomu. Jednak większość lipofilowych substancji toksycznych może zostać przekształcona w hydrofilowe metabolity, które mają mniejsze szanse na przeniknięcie przez błony komórek krytycznych. Hydrofilowe substancje chemiczne są łatwiejsze do wyeliminowania przez organizm niż lipofilowe. Biotransformacja jest więc kluczowym mechanizmem obronnym organizmu.

Na szczęście organizm ludzki ma dobrze rozwiniętą zdolność do biotransformacji większości ksenobiotyków, a także odpadów ustrojowych.

Czy wiesz, że?

Hemoglobina, przenoszący tlen kompleks żelazo-białko w czerwonych krwinkach, jest przykładem odpadów ustrojowych, które muszą być eliminowane. Normalne niszczenie starzejących się czerwonych krwinek uwalnia hemoglobinę. Bilirubina jest jednym z kilku metabolitów hemoglobiny. Jeśli organizm nie może wyeliminować bilirubiny przez wątrobę z powodu choroby, leków lub infekcji, bilirubina gromadzi się w organizmie, a białka oczu i skóra mogą wyglądać na żółte. Bilirubina jest toksyczna dla mózgu noworodków i jeśli występuje w dużych stężeniach, może spowodować nieodwracalne uszkodzenie mózgu. W wyniku biotransformacji lipofilowej cząsteczki bilirubiny w wątrobie powstają rozpuszczalne w wodzie (hydrofilowe) metabolity wydalane do żółci i eliminowane z kałem.

Ryc. 2. Human hemoglobin
(Image Source: Adapted from iStock Photos, ©)

Potencjalne powikłania

Proces biotransformacji nie jest doskonały. Detoksykacja zachodzi, gdy w wyniku biotransformacji powstają metabolity o mniejszej toksyczności. W wielu przypadkach jednak metabolity są bardziej toksyczne niż substancja macierzysta, proces ten nazywamy bioaktywacją. Niekiedy w wyniku biotransformacji może powstać niezwykle reaktywny metabolit, który może oddziaływać z makrocząsteczkami komórkowymi, takimi jak DNA. Może to prowadzić do bardzo poważnych skutków zdrowotnych, takich jak rak lub wady wrodzone.

Przykładem jest biotransformacja chlorku winylu do epoksydu chlorku winylu, który kowalencyjnie wiąże się z DNA i RNA, co jest etapem prowadzącym do raka wątroby.

.