METABOLISMEMETABOLISME

XENOBIOTIKXENOBIOTIK

• Xenobiotics ( Xenos = strange) are compounds that are foreign to the body.

• It includes drugs, food additives, pollutants etc.

• Understanding how xenobiotics are handled at the cellular level is important in learning how to cope with the chemical attack.

• Xenobiotics prodrugs or procarcinogens

X E N O B I O T I KSenyawa yang asing bagi tubuh:

1. obat-obatan 2. karsinogenesis kimia

3. ber-macam macam senyawa yang berada disekitar kita , misal : insektisida, polutan

METABOLISME XENOBIOTIK

• Terutama terjadi di hati dan kadang kadang xenobiotik diekskresi tanpa mengalami perubahan.

• FASE 1 : proses HIDROKSILASI dengan enzim monooksigenase atau sitokrom P 450

RH + O2 + NADPH + H+ R-0H + H20 + NADP

RH : obat, karsinogen, polutan, steroid, sejumlah lipid

Sitokrom P450 ( mengandung monooksigenase ) :

terutama didapatkan di retikulum endoplasma Sitokrom P450 juga berperan pada reaksi :

1. Deaminasi 4. Epoksidasi 2. Dehalogenasi 5. Peroksigenasi 3. Desulfurasi 6. Reduksi

Hidrolisis yang dikatalisis oleh esterase dan reaksi yang dikatalisis oleh flavin ( flavoprotein ) yang mengandung monooksigenase dan bukan sitokrom P450 juga terjadi pada fase 1.

Sit. P450 ter-reduksi Sit. P450 teroksidasi

RH + O2 R – OH + H20

Fase 1 1. mengubah xenobiotik bentuk inaktif menjadi aktif biologik (contoh : berasal dari prodrugs atau prokarsinogens ) Konjugasi akan mengubah produk aktif menjadi bentuk inaktif atau kurang aktif kemudian diekskresi via urine atau empedu

2. mengubah bentuk aktif menjadi inaktif atau kurang aktif sebelum proses konjugasi.

Pada keadaan lain ( kasusnya sedikit ) : 3. konjugasi akan meningkatkan aktifitas biologik xenobitik.

D E T O K S I KA S I : kadang kadang digunakan untuk isti- lah metabolisme xenobiotik. Istilah ini kurang tepat sebab pada beberapa kasus metabolisme xenobiotik akan meningkatkan aktifitas dan toksisitasnya

FASE 2 : Hidroksilasi pada fase 1 diubah menjadi proses konjugasi dengan : asam glukuronat, sulfat, glutation, atau oleh asetilasi dan metilasi .

Tujuan fase 1 dan 2 : untuk meningkatkan polaritas ( kelarutan dalam air ) sehingga dapat diekskresi via

urine atau empedu.

SIT0KROM P 450 dikenal ada 3 famili : CYP1, CYP2 dan CYP3

1. Adanya 150 isoform ----+ perlu nomenklatur contoh : CYP1A1 , gen nya : CYP1A1 CYP3A untuk metabolisme obat , banyak didapatkan di hati dan usus

2. Merupakan hemoprotein

3. Tersebar di spesies lain misal bakteria.

4. Paling banyak di hati dan eritrosit : di retikulum endoplasma . Di adrenal didapatkan juga di mitokondria (selain retikulum endoplasma) yang menggunakan adrenodoksin reduktase ( flavoprotein yang terkait NADPH ) dan adrenodoksin ( protein non heme dengan Fe dan sulfur )

5. Elektron ditransfer dari NADPH ----+

NADPH sit. P450 reduktase ---+ ke sit. P450. Sitokrom b5 hemoprotein yang ditemukan di

retikulum endoplasma diduga terlibat

sebagai donor elektron .

6. Lipid juga merupakan komponen dari

sistim CYP yaitu fosfatidilkholin

7. Induksibel Antikoagulan : WARFARIN, DICUMAROL mencegah

pembekuan darah. FENOBARBITAL obat epilepsi yang

mampu menginduksi CYP2C9 ( hipertrofi retikulum

endoplasmik sehingga terjadi peningkatan CYP2C9 sampai

4-5 X selama 4-5 hari ) . Akibatnya warfarin akan lebih

cepat di metabolisme dibanding sebelumnya .

Bila fenobarbital di stop sedangkan dosis warfarin

ditingkatkan ----+ risiko perdarahan , sebab CYP2C9 akan

menurun sewaktu fenobarbital dihentikan.

Etanol menginduksi CYP2E1 dan akan terjadi peningkatan

risiko kanker bila seseorang terpapar komponen tembakau

( bahan karsinogen ) yang dihisap.

8. CIP1A1 terlibat metabolisme PAH ( polycyclic aromatic hydrocarbons ) sehingga CYP1A1 awalnya disebut AHHs ( aromatic hydrocarbon hydroxylases ). AHHs penting dalam proses karsinogenesis.

Contoh : Di paru enzim ini dilibatkan dalam perubahan PAHs inaktif ( prokarsinogen ) yang dihirup perokok menjadi karsinogen aktif oleh reaksi hidroksilasi. Pada perokok kadar AHHs lebih tinggi dibanding non perokok. Enzim AHHs meningkat pada plasenta wanita hamil yang merokok , potensial untuk mengubah PAH menjadi bentuk aktif, sehingga fetus bisa terpapar

9. Adanya bentuk polimorfik ( isoform genetik ) dari sitokrom P450 (CYP). Polimorfik dari CYP2D6

menunjukkan aktifitas katalitik yang rendah.

CYP2D6 berperan pada metabolisme :

DEBRISOQUIN ( obat antihipertensi ) dan

SPARTEIN ( obat antiaritmia dan oksitosik ).

Afinitas katalitik yang rendah akan berakibat

terjadinya akumulasi obat dalam tubuh .

Polimorfik dari CYP2A6 tidak mampu memetabolisme nikotin menjadi konitin , nampaknya sebagai proteksi untuk tidak terjadi ketergantungan tembakau pada perokok. Sedikit merokok diduga oleh karena kadar nikotin

diotak dan darah tetap tinggi . Polimorfik CYP2A6 mungkin

dapat digunakan sebagai jalan baru untuk mencegah dan

mengobati perokok

POLIMORFISME yang berkaitan dengan metabolisme obat dapat terjadi pada : enzim, transporter, dan reseptor

10. Adanya spesifisitas terhadap substrat yang tumpang tindih yang beraksi pada xenobiotik dan senyawa endogen : steroid tertentu , eikosanoid , asam lemak dan retinoat

5 TIPE REAKSI FASE 2

1. GLUKURONIDASI

UDP-glucose UDP- glucuronic acid

UDP-glucuronic acid Xenobiotic monoglucuronide

+ xenobiotic + UDP

UDP-glucuronic acid Xenobiotic diglucuronide

+ +

xenobiotic monoglucuronide UDP

UDP-glucose dehydrogenase

2NAD+ 2NADH + 2H+

UDP-glucuronosyl transferase

UDP-glucuronosyl transferase

Glucuronosyl transferase berada diretikulum endoplasmik dan sitosol

SUBSTRAT : 2 asetilaminofluoren ( karsinogen ), anilin, asam benzoat, fenol, meprobamat, banyak steroid

2. SULFASI ( SULFATION ) Donor sulfatnya adalah PAPS ( adenosine 3’-phosphate-5’- phosphosulfate ), sehingga disebut “ active sulfate “ . SUBSTRAT : alkohol, arilamin, fenol .

3. KONJUGASI DENGAN GLUTATION ( G S H ) gamma glutamylcysteinyl glycine . Glutation merupakan tripeptida terdiri : glutamat, sistein, glisin.

R + GSH R- S- G

R : xenobiotik elektrofilik yang potensial toksik

( karsinogen tertentu )

- Glutation S transferase : banyak didapatkan di sitosol hati dan menunjukkan spesifisitas terhadap substrat

- Glutation = GSH = grup sulfhidril dari sistein merupakan bagian yang paling berperan pada molekul

Glutation S transferase

4. ASETILASI ( ACETYLATION )

X + Asetil koA Asetil-X + koA

- Enzim terutama didapatkan di sitosol hati.- Adanya tipe polimorfik dari enzim sehingga bisa bersifat

asitilator lambat atau cepat , sehingga mempengaruhi pembersihan obat dalam darah.

Contoh : isoniazid ( INH ), obat tuberkulosis bila di asetilasi

lambat, maka dapat terjadi efek toksik.

5. METILASI : sedikit xenobiotik yang di metilasi oleh

adanya enzim metiltransferase

Asetiltransferase

H2O Pi + PPi

L-metionin + ATP S Adenosil-L- metionin ( metionin aktif ) -------+ ---+ donor metil

FAKTOR YANG MEMPENGARUHI ENZIM YANG MEMETABOLISME XENOBIOTIK

1. Aktivitas berbeda pada setiap spesies . Kemungkinan daya toksik atau karsinogenitasnya tidak dapat diperhitungkan terhadap spesies lain .2. Aktifitas berbeda pada setiap individu nampaknya banyak disebabkan oleh faktor genetik

L-metioninAdenosiltransferase

3. Aktifitas dari beberapa enzim bervariasi sesuai dengan umur dan jenis kelamin

4. Adanya sifat “ enzyme induction “ 5. Metabolit dari xenobiotik tertentu mampu menghambat atau merangsang aktifitas enzim. Berpengaruh pada dosis obat yang diberikan

6. Berbagai penyakit misal : sirosis hepatis dapat berpengaruh pada aktifitas enzim yang memetabolisme obat . Perlu penyesuaian dosis bermacam obat pada keadaan tersebut.

FUNGSI GLUTATION ( GSH )

1. Proteksi sel dari radikal bebas

2. Pada transport membran.

3. Detoksifikasi xenobiotik

1. PROTEKSI SEL DARI RADIKAL BEBAS

A. NADPH + H+ G – S – S - G 2 H 2 0

FAD Se

2H N A D P + 2 G - S H H 2 O 2

Selenium pada glutation peroksidase ( glutathione peroxidase ) adalah sebagai grup prostetik. Enzim ini berperan mengkatalisis H2O2 dan hidroperok – sida lipid sehingga terjadi proteksi dari eritrosit dan membran lipid melawan oksidasi peroksida

PentosePhosphatePathway

GlutathioneReductase

Glutathione Peroxidase

2. Transport asam amino tertentu lewat membran

ginjal

Amino acid + GSH Gamma glutamyl amino acid + cysteinylglycine

Asam amino dihidrolisis dari kompleks dan GSH disintesis kembali dari cysteinylglycine

GTT : di membran sel tubulus ginjal, sel kelenjar empedu, retikulum endoplasmik hepatosit.GTT : mempunyai nilai diagnostik karena disekresikan ke darah dari sel hepar pada penyakit hepatobilier.

Gamma Glutamyltransferase ( GTT)

3. EFEK TOKSIK DARI METABOLISME XENOBIOTIK

cyt P450 GSH S transferase or epoxide hydrolase

xenobiotikxenobiotik Nontoxic metabolitereactive metabolite

Covalent binding to macromolecules

Hapten MutationCell injury

Antibody production Cancer

Cell injury

1. Makromolekul : DNA, RNA dan protein ( contoh : pengikatan kovalen terhadap enzim fosforilasi oksidatif atau enzim yang mengendalikan permeabilitas membran plasma ) ----+ kematian sel

2. HAPTEN : Xenobiotik mengikat protein akan mengubah antigenisitasnya . Hapten tidak mampu membentuk antibodi namun mampu mengikat dan merusaknya.

3. Reaksi karsinogen kimia dengan DNA ------+ KARSINOGENESIS

KIMIA .

Benzo alfa piren disebut sebagai karsinogen inderek setelah

diaktifasi oleh monoogsigenase di retikulum endoplasmik.

Senyawa alkil ( Alkylating agent ) disebut sebagai karsinogen direk ,

karena bereaksi langsung dengan DNA.

R + GSH R- S- G Glutation S transferase

R : xenobiotik elektrofilik yang potensial toksik ( karsinogen tertentu )

Prokarsinogen

Epoxide Dihydrodiol

-C - C - + H2O - C - C -

O HO OH

Senyawa reaktif tinggi, mutagenik Senyawa reaktif rendah

dan / atau karsinogenik metabolit nontoksik

monooksigenase

Epixode hydrolase

MERCURI ( Hg )1. Mampu berkompetisi dengan molekul lain untuk

mengambil S ( sulfur ) sehingga S terikat Hg.

S didapatkan pada Hb ( CHFeNOS ), enzim dan

protein

2. Mampu mengikat antibodi yang mengandung S

sehingga dapat merusak sistem pertahanan

tubuh terhadap penyakit.

3. Mampu mengikat – SH dengan akibat

pengangkutan S pada usus dan ginjal terganggu

4. Menurunkan penyediaan glutation tubuh

Glutation digunakan pada sel neuron, hati untuk

detoksikasi logam berat.

5. Menurunkan glutation peroksidase dan glutation

reduktase

METALLOTHIONEIN- Protein pengikat logam dengan berat molekul 3500-14000 dalton yang kaya sistein. Pengikatan via grup tiol dari residu sistein .

- Fisiologik mampu mengikat zinc, copper, namun juga kadmium, silver dan Hg.

- Ditemukan metallothionein 1,2 : hampir semua jaringan dan 3 dan 4 : jaringan spesifik. Metallothionein didapat di otak dikaitkan dengan perbaikan otak dan penyakit Alzhheimer.

Fungsi : 1. detoksikasi logam berat : Cd, Ag, Co, Hg 2. melawan “reactive oxygen species ( ROS )” dan senyawa alkil