Enzymy 2. fáze biotransformace a antioxidační enzymy ENZYMY METABOLISMU CIZORODÝCH LÁTEK EEnzymy 1. fáze biotransformace xenobiotik, steroidních hormonů a mastných kyselin – monooxygenázy (CYP, AKR, FMO), reduktázy (AKR, NQO), hydrolázy (esterázy, epoxidhydrolázy); další reakce: hydratace, isomerace. E2. fáze biotransformace – transferázy (GST, UDPGT, SULF, acetylázy aj.); antioxidační enzymy (SOD, CAT, GPx, GR). E E3. fáze biotransformace (ABC transportéry) ENZYMY 2. FÁZE BIOTRANSFORMACE: E EGlutathion-S-transferázy (GST) EUridindifosfoglukuronyltransferázy (UDPGT) ESulfotransferázy (SULF) EN-, O-acetyltransferázy (NAT, OAT) E EMethyltransferázy E EEnzymy syntézy kyseliny merkapturové (GSH konjugáty jsou buď z těla vyloučeny žlučí, nebo jsou dále přeměněny na deriváty kys. merkapturové) E EAntioxidační enzymy - NQO, GST, GSPx, GR, CAT, SOD GLUTATHION-S-TRANSFERÁZY Obr-05 Obr-07 Konjugační agens je nukleofil (GSH); typické substráty GST: elektrofilní xenobiotika / intermediáty = alifatické a aromatické epoxidy a halidy, organické nitráty GLUTATHION-S-TRANSFERÁZY – TYPICKÉ SCHÉMA KONJUGAČNÍ REAKCE Obr-21 Reaktivní intermediát BaPDE (příklad elektrofilního substrátu) Konjugát KLASICKÁ KLASIFIKACE GST ENZYMŮ GST_isoenz Funkční GST enzymy jsou dimery; cytosolické nadrodiny: alfa = GSTA (GSTA1-GSTA5), mí = GSTM (GSTM1-GSTM5), pí = GSTP (1 zástupce GSTP1), theta = GSTT (GSTT1), a dále kappa (v mit. a peroxisom.), omega, zéta. Indukce přes XRE, ARE Gen. polymorfismus (nižší enzymová aktivita): GSTA1, GSTM1, GSTM3, GSTP1 = vyšší susceptibilita k rakovině plic, prsu, kolonu! membránově vázaná GST (gen. nadrodina MGST) REGULACE GENOVÉ EXPRESE ISOENZYMŮ GST Obr-14 XRE = xenobiotic-response element; ARE = antioxidant-response element; GPE = GST-P enhancer; u některých isoenzymů „Barbie box element“ (PB-induc.), glucocorticoid-responsive element (GRE) UDP-GLUKURONYLTRANSFERÁZY 2_faze_UDPGT Obr-19 Konj. agens elektrofil (kys. UDP-glukuronová) substráty jsou nukleofilní xenobiotika / intermediáty (fenoly, alkoholy, aminy, karboxylové kyseliny) Sekvenční příbuznost UGT, hlavní proteiny UGT Lidské gen. rodiny: UGT1, UGT2; v játrech podrodiny UGT1A (např. enzym UGT1A1) a UGT2B. Induktory jsou ligandy CAR, PXR, AhR; UGT = nejvýznamnější konjugační enzymy KLASIFIKACE UGT SULFOTRANSFERÁZY elektrofilní konjugační agens 3’-fosfoadenosin-5’-fosfosulfát (PAPS) reaguje s fenolem aj. nukleofily Obr-05 SULFOTRANSFERÁZY sumární rovnice Obr-20 ÚČAST GST, SULT A UGT V METABOLISMU BENZO/a/PYRENU UGT, SULT ANTIOXIDAČNÍ OBRANNÉ SYSTÉMY E E Nízkomolekulární antioxidanty (lipofilní a hydrofilní) E Antioxidační enzymy (GST, GPx, GR, CAT, SOD, NQO) REAKTIVNÍ FORMY KYSLÍKU (ROS) Obr-10 Obr-13 Redukce nitrosloučenin Superoxid Peroxid Hydroxylový radikál 1) reaktivní formy kyslíku (ROS), NO aj. reaktivní formy dusíku; 2) reaktivní metabolity xenobiotik, membránových fosfolipidů aj. REAKTIVNÍ FORMY KYSLÍKU (ROS) A DUSÍKU (NOS) – příklad jejich generování po ozáření Superoxid Peroxid Hydroxylový radikál ANTIOXIDAČNÍ OBRANNÉ SYSTÉMY (ENZYMY): E ESuperoxiddismutázy katalyzují dismutaci O2-. na H2O2 - Cu/Zn SOD (cytosol, jádro), Mn SOD (mitochondrie), CuSOD (primárně plasma) EKataláza katalyzuje dismutaci H2O2, redukuje methyl- a ethylhydroperoxidy; tetramerní hemoprotein (peroxisomy) EGlutathionperoxidáza katalyzuje redukci H2O2 a dalších hydroperoxidů (včetně lipidperoxidů); selenoprotein (výskyt primárně v cytosolu, také v mitochondriích) EGlutathion-S-transferázy redukují hydroperoxidy, výskyt v cytosolu, existuje také „mikrosomální“ GST v bun. membránách EGlutathionreduktáza katalyzuje redukci nízkomolekulárních disulfidů, hlavně oxidovaný glutathion („GSH cyklus“) ENADPH/chinonoxidoreduktázy (NQO) redukuje chinony na katecholy ANTIOXIDAČNÍ OBRANNÉ SYSTÉMY (NÍZKOMOLEKULÁRNÍ LÁTKY): Evitamín E konvertuje O2-., .OH a lipidové peroxyradikály na méně reaktivní formy; zastavuje řetězové reakce lipidní peroxidace; lipidové membrány, extracelulární tekutiny Ebilirubin reaguje s ROO- , produkt hemoproteinu, výskyt v krvi i tkáních Eb-karoten zháší O2. , reakce s peroxyly; metabolický prekursor vitamínu A, výskyt v membránách Evitamín C přímo zháší O2. a .OH, přispívá k regeneraci vitamínu E, distribuce v extra- i intracelulárních tekutinách Ekyselina močová (oxidovaná purinová báze); zháší peroxylové radikály, O2. a .OH, zabraňuje oxidaci vit. C, váže transitní kovy; široká distribuce Eglutathion (GSH) substrát v reakcích GST a GSHPx, také přímo reaguje s organickými volnými radikály, O2. a .OH Edalší antioxidanty: cystein, glukóza aj. lipidní sloučeniny sloučeniny rozpustné ve vodě ANTIOXIDAČNÍ ENZYMY V OBRANĚ PROTI ROS Obr-11 uplatňuje se v cytosolu, mitochondriích, endoplasmatickém retikulu, peroxisomech (SOD – CAT – GPx – GR) GLUTATHION JAKO ANTIOXIDANT GSH GSH_antiox Funkce GSH: - redukce disulfidických můstků - přímá reakce s ROS a kyslík. metabolity (lipid. peroxidy...) - kofaktor glutathionperoxidáz (Se-dependentních GPx a GST) Další funkce: - kofaktor konjugačních reakcí katalyzovaných GST, např. s fenoly - účast v biosyntéze leukotrienů Redukce GSSG na GSH pomocí GR GLUTATHIONREDUKTÁZA GRed1 GRed2 GR PŘEHLED ANTIOXIDAČNÍCH SYSTÉMŮ Centrální role glutathionu glutaredoxin (GRX) glutathionreduktáza (GR) Další antioxidant - peroxiredoxin (Prx) je recyklován pomocí thioredoxinu (Trx), oxidovaný stav Trx je redukován thioreduxinreduktázou (TrxR) 3. FÁZE BIOTRANSFORMACE 3. FÁZE BIOTRANSFORMACE (ABC TRANSPORTÉRY) Obr-25 ABC TRANSPORTÉRY: MULTIDRUG RESISTANCE (MDR) SYSTEM multidrug Transport lipidů, xenobiotik aj. látek vně přes buněčnou membránu 3. FÁZE BIOTRANSFORMACE (ABC TRANSPORTÉRY) Nejvýznamnější zástupci ABC (ATP Binding Cassette) transportérů: 1. ABCC – transport aniontů včetně S-glutathionyl- a sulfátových konjugátů MRP1 (ABCC1, mrp1 gen) trasnportuje přes membránu LTC4, D4, E4; komplexuje oxidovaný glutathion (GSSG) 2. ABCB – transport peptidů, transmembránový transport xenobiotik v játrech, placentální bariéře aj. P-glykoprotein (P-gp = ABCB1, mdr1 gen) odstraňuje Vinca alkaloidy (vincristine, vinblastine), anthracykliny (doxorubicin, daunorubicin), taxoly (paclitaxel) Chemosensitizers: calcium channel blockers (verapamil), antagonisté calmodulinu (chlorpromazine), steroidy (prog., kortisol, tamoxifen), xanthiny (pentoxyphiline) 3. ABCG2 (BCRP, breast cancer resistence protein) – velmi častá „overexprese“ v karcinomu prsu 3. FÁZE BIOTRANSFORMACE: KOMPLEXNÍ REGULACE GENOVÉ EXPRESE Obr-26 JATERNÍ TRANSPORTÉRY RENÁLNÍ TRANSPORTÉRY