Metabolismus a design léčiv 2018 ADME - Metabolismus Organismy jsou vybaveny rozsáhlou sadou enzymů schopných reagovat s xenobiotiky Původním úkolem je ochránit vnitřní prostředí před toxickými látkami Látky jsou obecně převedeny na více hydrofilní deriváty, což usnadňuje jejich renální a hepatobiliární exkreci ADME - Metabolismus Důkladná znalost metabolismu každého léčiva je klíčová Metabolismem může být látka - deaktivována (většina metabolitů je neaktivních) - přeměněna na účinnější látku (proléčiva) - přeměněna na reaktivní formu (toxicita) Může soutěžit o určitý enzym s endogenními látkami nebo jinými léčivy (lékové interakce) Enzymové systémy v metabolismu Podíl různých systémů na metabolismu léčiv Oxidační enzymy Cytochrom P450 (CYP, P450) Po primární oxidaci často následují různé přesmyky V mechanismu je klíčové velmi silné oxidační činidlo FeO3+ Oxidation enzymes Cytochrome P450 (CYP, P450) Oxidační enzymy Cytochrom P450 (CYP, P450) Lidský genom obsahuje 57 genů pro P450 Oxidační enzymy Cytochrom P450 (CYP, P450) Ne všechny podtypy mají stejný význam Podíly jednotlivých typů na metabolismu léčiv: Oxidační enzymy Cytochrom P450 (CYP, P450) Některé speciální reakce: Oxidační enzymy Cytochrom P450 (CYP, P450) Oxidační enzymy Flavin-obsahující Monooxygenasa (FMO) Existuje 7 forem FMO lokalizována v endoplasmatickém retikulu Na rozdíl od CYP P450 jsou substrátem pouze měkké elektrofily (N, S, P ve fosfinech) Oxidační enzymy Flavin-obsahující Monooxygenasa (FMO) Oxidační enzymy Monoamin Oxidasa (MAO) dvě formy - MAO A a MAO B přítomny v mitochondriální membráně hepatocytů a neuronů jsou to flavoprotein oxidasové proteiny podobně jako FMO, ale působí odlišným mechanismem za vzniku amoniaku a peroxidu vodíku Oxidační enzymy Aldehyd Oxidasa Xanthin Dehydrogenasa obsahují v aktivním centru molybden a železo vyskytují se v cytosolu, zejména v hepatocytech elektrony můžou být přeneseny buď na oxidovaný pyridinový nukleosid nebo na kyslík za vzniku H2O2 substráty jsou: různé aldehydy heterocykly obsahující N (puriny jsou substrát pro oba enzymy) Oxidační enzymy Peroxidasy podobný mechanismus jako CYP za účasti FeO, vzniká peroxidový radikál radikál dále reaguje: propagace, tvorba dimerů nebo dealkylace Oxidační enzymy Alkohol Dehydrogenasy (ADH) nachází se převážně v játrech, specifita pro primární a některé sekundární alkoholy je nejméně 7 různých genů pro ADH Oxidační enzymy Aldehyd Dehydrogenasa (ALDH) obsažena v játrech, zejména v mitochondriích je známo 19 různých genů pro ALDH Redukční enzymy CYP P450, ADH oba systémy mohou katalyzovat i redukce aldehydů a iminů tyto reverzní reakce probíhají zejména v prostředí s nízkou saturací O2 (např. žilní část jaterní tkáně) Redukční enzymy CYP P450, ADH Redukční enzymy NADPH-P450 Reduktasa hlavní funkcí v organismu je obnova oxidované formy systému P450, ale sama také vykazuje enzymatickou aktivitu i pro některé substráty cytochromu P450 Redukční enzymy Aldo-Keto Reduktasa (AKR) substrátem jsou zejména cukerné aldosy a ketosy, dále steroidy a prostaglandiny Redukční enzymy Chinon Reduktasa (NQO) cytosolický enzym, substrátem jsou chinony (ortho- i para-), iminochinony, nitro- a azo- sloučeniny Redukční enzymy Glutathion Peroxidasa (GPX) redukuje organické peroxidy i H2O2 šest různých enzymů, většina obsahuje selenocystein v aktivním místě glutathion se regeneruje GSH reduktasou celková reakce může tedy být: Hydrolytické enzymy Epoxid Hydrolasa (GPX) obsažena v mikrosomech a endolasmatickém retikulu katalyzuje jednoduchou adici vody na epoxid: Hydrolytické enzymy Esterasy a Amidasy heterogenní skupina enzymů se stejným mechanismem účinku – bazickou hydrolýzou přítomny v e všech součástech organismů nejdůležitější: lipasy acetylcholin esterasy (ACHE) butylcholin esterasey Konjugační enzymy UDP-Glukuronosyl Transferasy (UGT) konjugace glukuronové kyseliny a různých funkčních skupin: alkoholy, fenoly, aminy, heterocyklické dusíky, amidy, thioly, karboxylové kyseliny konjugáty jsou: - polárnější - ionizované při fyziologickém pH - mají vyšší Mr - jsou aktivně vylučovány přenašeči v játrech a ledvinách Konjugační enzymy UDP-Glukuronosyl Transferasy (UGT) Konjugační enzymy UDP-Glukuronosyl Transferasy (UGT) endogenní substráty: bilirubin, steroidy, lipidy, leukotrieny, thyroidní hormony, vitaminy A, D tři hlavní genové rodiny: Konjugační enzymy UDP-Glukuronosyl Transferasy (UGT) Konjugační enzymy Cytosolické Sulfotransferasy (SULT) fungují s kosubstrátem PAPS (3-phosphoadenosin-5- phosphosulfate) vytváří jak O-sírany tak N-sírany Konjugační enzymy Cytosolické Sulfotransferasy (SULT) fungují s kosubstrátem PAPS (3-phosphoadenosin-5- phosphosulfate) Konjugační enzymy Cytosolické Sulfotransferasy (SULT) Konjugační enzymy Glutathione-S-Transferasy (GTS) - glutathione je endogenní nukleofil - atakuje elektrofilní molekuly - konjugáty s glutathionem jsou vylučovány specifickými transportéry do žluči - existuje šest hlavních skupin GTS konjugační enzymy Glutathione-S-Transferasy (GTS) Konjugační enzymy Glutathione-S-Transferasy (GTS) konjugáty můžou být dále metabolizovány na N-acetylcysteinové, mercaptourové nebo thiolové deriváty a vyloučeny močí Metabolismem vyvolaná toxicita část molekuly je přeměněna oxidací, redukcí nebo konjugací na reaktivní elektrofil elektrofil reaguje s endogenními nukleofily (proteiny, nukleovými kyselinami, malými peptidy) Alkylace těchto struktur může způsobit orgánovou toxicitu a kancerogenitu Metabolismem vyvolaná toxicita Metabolismem vyvolaná toxicita dvě cesty vyvolání toxicity - změna funkce proteinů ústí v apoptózu / nekrózu - změna proteinů vyvolá autoimunní rekaci Toxikofory Epoxidy Fenytoin je metabolizován P450 na epoxidový metabolit, který způsobuje jaterní nekrózu a aplastickou anémii Epoxidy epoxidový metabolit karbamazepinu způsobuje teratogenicitu a kožní vyrážku oxkarbamazepin je podstatně méně toxický Chinon-iminy Fenacetin je oxidován P450 a způsobuje buněčnou hepatotoxicitu Chinon-iminy Antimalarikum Amodiachin má hepatotoxický metabolit Chinon-iminy Jedna metabolická cesta diklofenaku vede k hepatotoxickému metabolitu Chinon-iminy Inhibitor ACHE tacrin má také hepatotoxický metabolit Chinon-iminy Metabolit indometacinu vyvolává agranulocytózu Chinon-iminy První selektivní betablokátor Practolol musel být stažen z používání kvůli kožním a očním lézím. Analog Atenolol má stejné fyzikálně-chemické vlastnosti, avšak bez těchto NÚ Chinon-iminy Vzácně se vyskytující hepatotoxicita Paracetamolu má stejné příčiny Chinon-iminy Původně používaný Carbutamid musel být stažen kvůli toxicitě kostní dřeně Analogický Tolbutamid nemá tento problém Chinon-iminy Lidokain jako antiarytmikum má velice krátký biologický poločas. Déle působící analoga prokainamid a tokainid jsou hepatotoxické, flekainid není Nitrenium Klozapin tvoří reaktivní nitreniové ionty způsobující agranulocytózu Nitrenium Modifikace kruhu přinesla netoxická analoga, která netvoří nitreniový ion. Iminium Antidepresivum Mianserin může vyvolat agranulocytózu. Iminium Kardiotonikum Vesnarinon může způsobit agranulocytózu prostřednictvím jak iminiového iontu, tak chinon iminem Hydroxylaminy hydroxylaminy jsou dále oxidovány na reaktivní nitroso-deriváty Sulfonamidy a Dapson jsou metabolizovány touto cestou, což může vyvolat agranulocytózu a kožní hypersenzitivitu Thiofen Thiofen S-oxidy a S-chloridy způsobují kovalentní vazbu na proteiny agranulocytóza Tiklopidinu (antiagregans) nefrotoxicita Suprofenu (NSA, staženo z trhu) Thiofen Metabolismus Tiklopidinu v bílých krvinkách (reaktivní S-chlorid) Thiomočovina Thiomočoviny jsou metabolizovány na sulfonové kyseliny. Metiamid musel být stažen kvůli výskytu agranulocytózy Analogický Cimetidin nemá tento problém