EXPOSICIÓN XBs-CINÉTICA Efectos t Efectos tóxicos Absorción
Anuncio
M. de toxicidad EXPOSICIÓ EXPOSICIÓN XBsXBs-CINÉ CINÉTICA Efectos tó tóxicos Oral aguda o repetida, inhalació inhalación, piel Absorció Absorción, metabolismo, Distribució Distribución, eliminació eliminación Sistemas/ó Sistemas/órganos (SNC, pulmó pulmón, reproductores, etc), etc), Nivel celular/bioquí celular/bioquímico Nivel molecular (DNA, RNA, proteí proteínas) M. de toxicidad Toxicodinámica: Mecanismos de toxicidad de XBs • Estudia la manera de actuar de los xenobióticos para ejercer sus efectos tóxicos sobre los organismos vivos. La toxicidad es la capacidad de un XB para producir un daño en las células, tejidos u organismos; es una propiedad intrínseca de cada compuesto y la intensidad de su efecto es dependiente de la dosis. - Cambios pequeños en la estructura de los XBs pueden acompañarse de cambios importantes en su toxicidad. - Las características estructurales reactivas como epoxis, radicales libres, etc, aumentan la actividad y la posibilidad de reacción tóxica. Los organismos tienen defensas para manejar e intentar deshacerse de la agresión química. Cuando las defensas de la célula o del organismo se agotan, se produce el efecto tóxico. M. de toxicidad Importancia del estudio del mecanismo de acción tóxica La interacción entre un XB o sus metabolitos con una biomolécula puede cambiar o alterar la función biológica de ésta y en consecuencia derivar en una mala función celular, un colapso del sistema, daños celulares, etc. La importancia de su estudio radica: 1. Proponer un tratamiento adecuado en casos de intoxicación. 2. Estudiar el desarrollo y uso de un antídoto. 3. Aplicar pruebas diagnósticas. 4. Comprender las alteraciones producidas a nivel bioquímico. M. de toxicidad Mecanismos de citotoxicidad de XBs M. de toxicidad Interacción del tóxico con: 1-Interacción con PROTEÍNAS y cambio en su actividad - pérdida de función crítica: unión a receptores, canales iónicos , inhibición de enzimas [ Or-P ] - activación de una respuesta perjudicial: inducción enzimática [ Or-Cl ], generación de haptenos 2-Interacción con METABOLITOS * Daño oxidativo - ROS, peroxidación de lípidos, ( GSH) * Alteraciones metabólicas ( Ca2+, ATP), desregulación de la actividad y muerte celular: - apoptosis, necrosis 3-Interacción con DNA, desregulación de la expresión génica, alteraciones en división celular, transcripción y síntesis de proteínas M. de toxicidad MECANISMOS MOLECULARES DE LA TOXICIDAD INTRÍNSECA de XBs. Tipos: Primarios •Inhibición de enzimas, procesos bioquímicos •Alteración del metabolismo energético celular •Bioactivación y generación de especies reactivas (ROS y RNS) •Alteración del balance redox (estrés oxidativo) Secundarios •Peroxidación de lípidos •Alteración de la homeostasis iónica (Ca2+) •Unión covalente, desnaturalización de proteínas, daño al DNA Terciarios •Alteración de funciones metabólicas no esenciales para la célula pero sí para el organismo •Cambios morfológicos apreciables •Muerte celular (necrosis / apoptosis) M. de toxicidad Bioactivaciones Conjunto de reacciones metabólicas que incrementan la toxicidad de los compuestos de origen • Transforman los compuestos en otros con mayor reactividad química, compuestos electrofílicos con alta afinidad por nucleófilos: DNA, proteínas, etc. • La mayoría de las bioactivaciones se producen como consecuencia del metabolismo por CYP 450: 1. Metabolitos reactivos con mayor capacidad para asociarse con biomoléculas e interferir en sus funciones: • el N-hidroxilo del acetaminofen; el epoxi-benzo-a-pireno, radicales, N-óxidos, S-óxidos, etc. 2. Compuestos que producen especies reactivas de oxígeno (ROS) . Quinonas, paraquat, etc. El BALANCE entre bioactivación / detoxicación y los mecanismos de defensa de la célula es lo que determina si un metabolito reactivo puede o no puede producir efectos tóxicos en las células. M. de toxicidad Más Ejemplos • Los derivados mas polares suelen ser mas reactivos, i.e. N-hidroxilos, epoxis, etc. •El 7,8-dihidrodiol-9,10-epoxi-benzo(a)pireno (resistente a la epoxi hidrolasa) se une al DNA, es tumorogénico. • Los derivados dihalogenados se conjugan con glutation y pueden generar sulfonios reactivos • Los derivados “oxo” suelen ser mas reactivos y mas tóxicos. La hidrólisis por esterasas suele desactivar. • La inestabilidad de los glucurónicos hace que, a veces, antes de su excrección puedan hidrolizarse por las glucuronidasas; por ejemplo los conjugados de OH-aminas que se hidrolicen generarán metabolitos reactivos. M. de toxicidad Rutas de Bioactivación y toxicidad: casos Cuando la vida media de los MR es larga pueden sufrir bioactivación en un tejido y ejercer la toxicidad en otro: •1- El tejido blanco contiene las enzimas para bioactivar el XB y el lugar blanco para la especie tóxica: - el Cit P450 bioactiva al Cl4C por deshalogenación y el radical Cl3C• reacciona con proteínas y lípidos “in situ” •2- Un tejido no blanco bioactiva al XB y éste experimenta una segunda bioactivación en el tejido blanco: - el benceno es oxidado a fenol por el Cit P450 en hígado y pasa a médula ósea donde pasa a hidroquinol, donde causa daño. •3- Un tejido no blanco bioactiva al XB y éste produce daño otro tejido blanco: - el hexano se oxida a 2,5-hexanodiona por el Cit P450 y la ALD en Hig. El metabolito produce ligaduras cruzadas en los neurofilamentos, dañando los nervios periféricos. M. de toxicidad Mecanismos de Defensa Los organismos tienen defensas para manejar la agresión química y cuentan con: • las enzimas de biotransformación, de las dos fases. • la presencia de antioxidantes (GSH, etc.) que eliminan radicales libres y reducen las especies tóxicas • las proteínas plasmáticas que ligan los tóxicos en el plasma sanguíneo impidiendo su difusión hacia los tejidos •La célula responde a los estímulos externos adaptándose, si el cambio va mas allá de su capacidad de adaptación se provoca un daño. • Algunas etapas del daño son REVERSIBLES, cuando funcionan los mecanismos de defensa y de reparación. • Si el estímulo es severo y persistente provoca daño y muerte celular. M. de toxicidad Respuesta tóxica La toxicidad de un XB es la capacidad de producir un efecto perjudicial como consecuencia de la reactividad de un XB y es una propiedad intrínseca de cada compuesto • la respuesta tóxica es cualquier cambio que produce una lesión celular permanente • o la interrupción de la homeostasis de una célula que la lleva a una alteración irreversible y a la muerte. La caracterización de los efectos tóxicos es esencial en la evaluación del riesgo potencial de una sustancia. • LA RESPUESTA TÓXICA OCURRE CUANDO TODAS LAS DEFENSAS HAN SIDO VENCIDAS Incluidos los mecanismos de reparación. M. de toxicidad Variaciones en la respuesta tóxica a XBs Vida media Lugar de acción Ultracorta Lugar de formación Radicales libres Especies reactivas de oxígeno XENOBIÓTICO activación CYP CYPs Inhibidores suicidas Corta Macromoléculas de la propia célula Media Células del tejido Células sanguineas Metabolitos reactivos Larga Conjugados inestables Tejidos alejados del lugar de producción Muy larga Todo el organismo Efectos acumulativos M. de toxicidad Alteración de procesos bioquímicos por acción directa de XBs Deficiencia de metabolitos o cofactores Compuesto Intermediario Efecto Metionina S-AMEtionina Deficiencia adenina/ ATP Galactosamina UDP-galactosamina Deplección UTP, UDP Etanol Desequilibrio NADH/ NAD+ NADPH Cambios en la fluidez de membrana La integridad estructural de las membranas depende de una relación adecuada colesterol/fosfolípido (plasmática y mitocondrial) Aumento de colesterol conlleva un aumento de la rigidez: • Alteración de la permeabilidad • Inactivación de enzimas de membrana (bombas iónicas Na+/K+ ATPasa, Ca++ ATPasa) • Alteraciones del transporte Ejemplos: etanol, etinil-estradiol M. de toxicidad Alteración del balance energético celular Aumento del consumo de ATP para: (demanda energética) - Síntesis de novo de GSH (ciclo del γ-glutamilo) Conjugación con metabolitos (GSH-tansf) Oxidación de GSH y Eliminación de GS-SG Alteración de los gradientes iónicos (ATPasas) Disminución de la producción de ATP a causa de: Disfunción mitocondrial - Inhibidores TEM y agentes desacoplantes M. de toxicidad Qué es el ESTRÉS OXIDATIVO ? 1. Alteración del balance entre los sistemas oxidantes (generadores de especies reactivas) y los antioxidantes (preventivos, secuestradores y reparadores). 2. Si el balance queda desplazado a favor de procesos oxidativos se produce: - Aumento de especies reactivas de oxígeno (ROS) Anión superóxido (O2-) Radical hidroxilo (OH-) - Peróxidos (-O-O-) Disminución de GSH y del pool de nucleotidos NAD(P)H M. de toxicidad PEROXIDACIÓN LIPÍDICA Definición Reacción por radicales que, en presencia de oxígeno y lípidos insaturados se propaga en cadena y conduce a la degradación oxidativa de los lípidos de la membrana celular (determinación de MDA= malonildialdehido). Efectos Alteración de las propiedades fisico-químicas de las membranas y de la funcionalidad de las enzimas alojadas en ellas. Se producen productos de degradación altamente tóxicos para la célula (aldehídos (MDA), hidroperóxidos, cetonas, etc.). Causas Radicales libres generados durante la biotransformación de XBs (CYP). Especies reactivas de oxígeno generadas durante el metabolismo celular oxidativo. Compuestos capaces de sufrir repetidos ciclos de oxidación y reducción en el interior de la célula. M. de toxicidad PEROXIDACIÓN LIPÍDICA Lípido Iniciación Radical lipídico Peroxiradical lipídico Propagación Hidroperóxido lipídico Fragmentación y formación de MDA, (malonildialdehído) etc. Terminación M. de toxicidad EFECTOS de la Alteración de la HOMEOSTASIS intracelular del Ca2+ •Aumento de la salida de calcio desde los reservorios intracelulares (mitocondria o RE) o de su entrada desde el exterior. •Alteración de la recaptación del calcio por la mitocondria y el RE o de su bombeo al exterior. La [Ca2+] en la célula depende: - Bombeo de Ca2+ - Reservorios de Ca2+ en RE, mitocondria y proteínas CONSECUENCIAS •Activación de fosfolipasas •Activación de proteasas no lisosómicas •Activación de las endonucleasas •Formación de blebs (vesículas) en las membranas M. de toxicidad Eventos en la Citotoxicidad por XBs TÓXICO Alteraciones del citoesqueleto Peroxidación lipídica Metabolitos reactivos Unión covalente Estrés oxidativo Radicales de oxígeno Deplección de GSH Alteración permeabilidad de la membrana Modificación de –SH de proteínas Inactivación de Ca2+ ATPasas Alteración homeostática del calcio intracelular Muerte Celular Activación fosfolipasas y endonucleasas DAÑO CELULAR y MUERTE CELULAR •Vesículas en membrana •Estructura mitocondrial preservada •Cambios nucleares •Fragmentación cromatina •Cuerpos apoptóticos •Hinchamiento celular irreversible •Ruptura de membrana •Cambios mitocondriales •Cromatina preservada •Reacción inflamatoria M. de toxicidad Características de los procesos de Apoptosis y Necrosis •Proceso fisiológico o patológico •Accidental •Altamente regulado •Siempre patológica •Activa síntesis de proteínas y RNA •No regulada •Condensación de la cromatina y fragmentación del DNA •La membrana plasmática se destruye tempranamente •La membrana plasmática permanece intacta hasta el final: formación de cuerpos apoptóticos •Salida del contenido celular •Eliminación por heterofagia •No sale contenido celular al exterior •No produce inflamación •Participan enzimas celulares que causan cambios bioquímicos y morfológicos muy característicos •No existe hinchamiento mitocondrial, aunque la mitocondria juega un papel activo. •Inflamación •Cambios bioquímicos y morfológicos: hinchamiento del citoplasma (oncosis) e hinchamiento mitocondrial. M. de toxicidad Muerte celular por Necrosis / Apoptosis TNF, FasL DISC Receptores de muerte Estrés celular: XBs, ROS, lesión DNA, Ac biliares FADD, TRADD Caspasas iniciadoras 8 Bax Bid ceramida MITOCONDRIA - ATP + ATP Citocromo c NECROSIS Apoptosoma Caspasas efectoras 3, 6 y 7 APOPTOSIS Apaf -1 Caspasa 9 La apoptosis, a diferencia de la necrosis, consume ATP, cuya energía es utilizada para la activación de las caspasas, cuya activación en cascada produce los efectos que podemos M. de toxicidad Lesiones reversibles •Pérdida del control del volumen •Pérdida de ATP porque disminuya la ATPasa •Aumento velocidad glicolisis, para ATP •Desprendimiento de los ribosomas del R.E. rugoso •Aumento de la permeabilidad de la membrana y disminución de la actividad miticondrial, ligera vesiculación M. de toxicidad Lesiones irreversibles Vacuolización de las mitocondrias Daño masivo en la membrana celular Crecimiento de los lisosomas •Entrada de Ca2+ y activación de proteasas y fosfatasas •Pérdida de proteínas, coenzimas y RNA. •Condensación nuclear y agregación de cromatina (picnosis) •Destrucción de cromatina (cariólisis) •Fragmentación nuclear (carirrexis) •Digestión enzimática del citoplasma y del núcleo
