BA-9(2010-11)-1 REACCIONES DE FASE II: REACCIONES DE

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TEMA 9.- REACCIONES DE CONJUGACIÓN: Biotransformaciones de fase II: conjugaciones. Ejemplos. GlutationS-transferasa y formación de mercaptúricos. Rutas de degradación: Degradación de fenoles, fungicidas y herbicidas en plantas.
REACCIONES DE FASE II: REACCIONES DE CONJUGACIÓN
En las reacciones de fase II se producen conversiones de sustancias polares (productos de las reacciones de fase I) a
hidrófílas. La presencia de un grupo polar en una molécula puede darla suficiente carácter hidrofílico para su rápida excrección.
Para la mayor parte de las sustancias polares, sin embargo, este carácter no es suficiente y requieren una reacción subsecuente a la de
fase I para aumentar su hidrosolubilidad, estas transformaciones son las que efectúan las reacciones de fase II.
En las reacciones de conjugación, los productos metabólicos de la transformación de los xenobióticos en la fase I
(compuestos polares) son combinados con compuestos endógenos muy hidrosolubles (agentes conjugantes). Estas reacciones son
catalizadas por transferasas o conjugasas.
El resultado es un sustancia con un carácter hidrofílico mas acusado, suficiente para conseguir una rápida excrección. Este
sistema es el que utilizan habitualmente los organismos para la eliminación de sustancias lipofílicas, tanto sean xenobióticos, como
productos endógenos de degradación, tales como la bilirrubina, producto de degradación de las protoporfirinas o grupo hemo de la
Hemoglobina de las RBCs. Las sustancias endógenas mas frecuentemente implicadas en estas reacciones de conjugación son: ácido
glucurónico, sulfato, glutation, GLY y otros aminoácidos.
Reacción
Enzima
Grupo funcional que reacciona
Mecanismo
Glucuronidación(Ac glucurónico)
UDP-glucuroniltransferasa
-OH, -COOH, -NH2, -SH, C-C
Tipo 1º
Glucosidación (glucosa)
UDP-glicosiltransferasa
-OH, -COOH, SH, C-C
Tipo 1º
Sulfatación (sulfato)
Sulfo-transferasa
-NH2, -OH
Tipo 1º
Acetilación (acetatil)
Acetil-transferasa
-NH2, -SO2NH2, -OH,
Tipo 1º
Metilación (metilo)
Metil-transferasa
-OH, -NH2, SH,
Tipo 1º
Cojugación con Aminoácidos
Acil-transferasa
-COOH
Tipo 2º
Conjugación glutation (γGLU-CYS-GLY)
Glutation-S-transferasa
Epóxidos, haluros orgánicos,
Tipo 3º
Conjugación lipofílica
-OH, -COOH
TIPOS DE LAS REACCIONES DE CONJUGACIÓN, según el mecanismo:
1º.- El xenobiótico reacciona con un intermedio endógeno activado o de alta energía:
XB + agente conjugante activado
producto conjugado
incluye glucurónicos, glucósidos, sulfatos, derivados metilados y acetilados.
2º. -El xenobiótico debe ser activado y entonces reacciona con un aceptor endógeno:
XB activado + aminoácido
conjugados de péptidos.
producto conjugado
3º.- El xenobiótico o su derivado son reactivos y reaccionan con el agente endógeno:
XB o M-XB reactivo + agente conjugante
conjugados con glutation.
producto conjugado
Las enzimas encargadas (Glucuronil-transferasa, sulfotransferasa, glutation-S-transferasa.) de estas transformaciones se
encuentran virtualmente en todo tipo de organismos: bacterias, levaduras, plantas y en todo el reino animal. Existen sin embargo,
amplias diferencias cualitativas y cuantitativas entre organismos. Como regla general, los animales terrestres suelen tener bien
desarrollado estos sistemas biotransformadores de conjugación con compuestos endógenos.
La influencia de la dieta sobre la actividad de estos sitemas enzimáticos es importante. Los animales hervíboros ingieren
una mayor variedad de XBs que los carnívoros. En estos últimos la actividad de enzimas transformadoras es menor, ya que parte de
los XBs han sido transformados previamente por los animales ingeridos. También influye el hábitat, por ejemplo, en peces la
capacidad transformadora es menor que en aves y mamíferos.
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Conjugación con ácido glucurónico:
La formación de es la vía de formación de conjugados cuantitativamente
mas importante. Para que se produzca la conjugación de un compuesto, que tenga un grupo polar, con el ácido glucurónico, el ácido
glucurónico debe haber sido activado previamente. Su forma activa es unido al UDP (uridina difosfato) en forma de UDP-GA
(uridina difosfo-glucurónico). El ácido glucurónico se obtiene por oxidación de la UDP-glucosa catalizada por una deshidrogenasa
dependiente de NAD+.
Fenil-glucurónido
UDP-GA es el dador del grupo glucurónico, a los
xenobióticos con grupos polares (-OH, -NH2), en una reacción catalizada por glucuronil-transferasas (GT). De forma semejante al
Cit P-450, las GT son una familia de isoenzimas inducibles. Las reacciones usualmente tienen lugar sobre un grupo -OH, (por
ejemplo, el benceno se oxida epoxi, despues a fenol y este se conjuga), y también pueden implicar a grupos NH2 (N-glucurónidos)
entre otros grupos (ver tabla). Esta reacción de conjugación se produce sobre los insectecidas carbamatos y organofosforados.
Fenil-glucurónido
Los glucurónidos se excretan en orina y bilis, y si recirculan en el circuito enterohepático, pueden ser hidrolizados por Bglucuronidasas, al igual que puede ocurrir en la vejiga urinaria.
Hígado
Vejiga
Hígado
Orina
glucurónido
glucurónidasa
Conjugación con sulfato: Es una reacción muy común de conjugación tanto de xenobióticos como de compuestos
endógenos (hormonas tiroideas, esteroideas y proteínas.)
El sulfato necesita estar activado para participar en estas reacciones. El sulfato se convierte en APS (adenosina-5'-fosfosulfato) y a
continuación se sigue activando con ATP hasta PAPS (3'-fosfoadenosina-5'-fosfosulfato) que dona el sulfato.
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Las enzimas que catalizan el traspaso del sulfato desde el PAPS, dador activado, hasta los sustratos son las
sulfotransferasas (=sulfokinasa). También presentan variación isoenzimática , pero no son inducibles.
Se forman ésteres de sulfato con alcoholes y aminas (ver tabla). El fenol puede seguir esta vía de conjugación y los
insecticidas carbamatos. Los conjugados de sulfato se eliminan por la orina y por la bilis .La sulfatación se da en paralelo con la
glucuronidación, predominando la primera a bajas dosis y la segunda para dosis masa altas.
Conjugación con glutation:
La conjugación con glutation (γ-GLUCYS-GLY) puede tener lugar con un
amplio grupo de sustratos, que
frecuentemente tienen un grupo reactivo. Es la reacción mayoritaria de destoxicación para especies reactivas o electrófilos. La
enzima que cataliza la reacción es la glutation-S-transferasa, localizada en la fracción soluble (XBs) y en la fracción microsomal
(endógenos). La glutation transferasa muestra muchas formas isoenzimáticas y es inducible por XBs (y además polimorfismo
genético). Su actividad se relaciona con los mecanismos de resistencia a tóxicos, que se asocian con incrementos de la GlutationS-transferasa, la cual es inducida por dioxinas, glucocorticoides y antioxidantes. Los epoxidos y los organofosforados pueden ser
conjugados con GSH (glutation) y después metabolizados hasta ácidos mercapturicos.
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La formación de ácidos mercaptúricos ocurre en varias etapas:
1- Formación de un conjugado con GSH, a través del SH de la CYS
glutation transferasa
2- Eliminación de GLU, quedando cisteinil-glicil-SUSTRATO
γ-GLU-transpeptidasa
3- Eliminación de la GLY, quedando el conjugado-SH- CYS
amino peptidasa
4- Acetilación de la CYS para dar ácido mercaptúrico.
N-acetil-transferasa
La presencia de ácidos mercaptúricos en la orina es un índice de la exposición a sustancias que rinden dichos compuestos.
Este tipo de test puede ser usado en la industria para sondear la exposición de trabajadores a compuestos con riesgo de toxicidad.
Algunos mecanismos de resistencia a tóxicos se asocian con incrementos de la GS transferasa.
Conjugación con acetato: Las N-acetil transferasas (NAT) catalizan la acetilación de aminas aromáticas y heterocíclicas ( carnes a
la brasa, tabaco, contaminantes, fármacos). Esta reacción suele ayudar a detoxicar estas sustancias cancinógenas.
La acetilación puede ayudar a la detoxicación (isoniacida, sulfamidas) o producir derivados con mayor actividad biológica
(Amonafide, 2-aminofluoreno).
N-acetilación de aminas y O-acetilación de hidroxi-aminas, son dos tipos de reacciones muy frecuentes en el metabolismo de las
aminas aromáticas. Existen dos tipos de isoenzimas, NAT 1 y NAT 2, con variaciones polimórficas.
Existe cierta selectividad por los sustratos para la NAT 1 y la
NAT 2, aunque hay sustratos, 2-amino-fluoreno, que son
metabolizados por ambas. Las variantes alélicas de esta
actividad en los diferentes organismos hacen variar la
importancia de la acetilación como mecanismo
detoxificador:
acetiladores lentos
acetiladores rápidos.
2.3.- Polimorfismo en las reacciones de conjugación.
GST: Las enzimas glutation transferasa (GST) son la mayor familia de enzimas detoxificantes, que posee un amplio rango de
especificidades por sustratos. La mayor parte de los organismos tienen múltiples isoenzimas GSTs pertenecientes a dos o más
clases. El interés de las GSTs en insectos esta subrayado por su participación en la resistencia a insecticidas. Por ejemplo, la
sobreexpresión de una GST es la responsable de la resistencia a organofosforados en una cepa de mosca domestica y
elevados niveles de GST están también en la base de la resitencia al DDT de cepas de Aedes aegypti. Sin embargo aunque
varias GSTs de cepas resistentes de insectos ya han sido clonadas, una unión directa entre la enzima clonada y el
metabolismo del insecticida ha sido encontrada solo para la enzima de Drosophila. Las GSTs de Anopheles gambiae son de
interés por su implicación en la resistencia al DDT en este importante insecto vector de la malaria.
NAT: El polimorfismo de las NAT fue reconocido en los 1940s, con las diferencias apreciadas en el metabolismo de la
isoniazida. Se comprobó que existía más de un tipo de acetilasas, lo que provocaba la existencia de individuos acetiladores
“lentos” y ”rápidos”.
Para algunos fármacos, ISONIACIDA (antituberculoso), que se degradan mediante acetilación, se obtiene un efecto
terapeútico diferido en acetiladores lentos, mientras que una mayor dosis es requerida en acetiladores rápidos.
Los acetiladores lentos pueden tener un efecto terapéutico más prolongado o un mayor riesgo para los fármacos con reacciones
adversas; i.e., los metabolitos N-hidroxilados de las sulfamidas (bacteriostático) son carcinógenos, esto explica la
hipersensibilidad a las SULFONAMIDAS para los acetiladores lentos.
La acción farmacológica y/o los efectos adversos de muchos XBs son influidos por el polimorfismo genético.
LAS REACCIONES de CONJUGACIÓN (fase II) también producen Bioactivaciones.
Los productos conjugados de las reacciones de la fase II tienen en general muy baja actividad biológica y son muy
hidrosolubles, por lo tanto son fácilmente excretables. Por eso muchas de estas reacciones son de detoxicación, sin embargo, hay
algunas excepciones que se analizan.
Algunos glucurónicos son inestables, por ejemplo los de las aminas aromáticas, y por tanto estas pueden ser bioactivadas
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en el hígado con la formación de N-hidroxil derivados, aunque estén previamente conjugadas con la formación de glucurónidos. En
un ambiente ácido (orina) el grupo glucurónico que actúa como un buen filtrante puede hidrolizarse, lo que significa que la
inactivación es revertida, consiguiendo la sustancia ejercer su efecto carcinogénico, en este caso en la vejiga.
La sulfatación a veces también conduce a compuestos inestables. Por ejemplo, para derivados de alcoholes bencílicos se producen
conjugados inestables que a veces se descomponen en iones. Los
iones altamente electrofílicos (nitrenio, carbonio) pueden reaccionar
facilmente con DNA, RNA y proteinas, lo que puede inducir a
muerte celular o formación de tumores.
Finalmente, la conjugación con glutation puede dar especies
reactivas por dos vias: la activación de mercaptúricos y algunos
conjugación con glutation que derivan en activos: i.e., cuando
están presentes dos grupos reactivos, donde ambos pueden
reaccionar con el S de la CYS del glutation; entre otros los
* haloalquenos, quinonas. Por ejemplo
haloalcanos, dihaloalcanos,
la glutationización de 1,2-diBr-etano, que puede llegar a la
producción de un metabolito altamente reactivo con DNA y
proteínas. El 1,2-diBr-etano es ampliamente usado como insecticida, fungicida y aditivo de aceites. Se le conocen algunos
efectos tóxicos: mutagenicidad, carcinogenicidad. (Se consideró en el tema 6, reacciones de faseII).
DEGRADACIONES MAS FRECUENTES DE HERBICIDAS
Degradación de 2,4-D
Degradación de 2,4,5-T
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