Tema 8.- Oxidaciones, Reducciones e hidrólisis OXIDACIONES

Tema 8.- Oxidaciones,
Reducciones e hidrólisis
OXIDACIONES
- Monooxigenasas dep. CYP450
(tema 7)
- Monooxigenasas dependientes FAD
- OXIDACIONES NO MICROSOMALES
Deshidrogenasas
MonoAminoOxidasas
DiAminoOxidasas
Peroxidasas (cooxidaciones)
Monooxigenasas
dependientes de FAD
Oxidaciones
Enzimas que catalizan la oxidación de XBs
orgánicos que contienen heteroátomos.
TIPOS DE REACCIONES:
-
N-Oxidación de aminas
-
S-oxidación de tioles y disulfuros
-
P-oxidación de fosfinas, fosfonatos,
-
Desulfuración de tio- y ditio-carbamidas
-
Otras oxidaciones (iones)
Monooxigenasas
dependientes de FAD, ejemplos
Oxidaciones
Algunas reacciones son catalizadas por
ambas MO: éstas y las de Cyt P450
Oxidaciones
catalizadas
por FMPO
N-oxidación
y Desulfuración
FMO3
oxidativa.
Isómero trans
(orina de
fumadores)
FMO1
Dos Isómeros
(orina de
fumadores)
Monooxigenasas
dependientes de FAD: estructura,
Oxidaciones
localización e isoenzimas
Son proteínas monoméricas
Llevan un nucleotido de FAD
Están asociadas al retículo endoplásmico
Presentan diversas isoformas (FMO1, FMO2, etc.)
La isoenzima FMO3 actúa frecuentemente en la
biotransformación de XBs
La deficiencia en FMO3 es posible detectarla con la
aparición en orina de un metabolito propio del catabolismo
de la ACETILCOLINA, la TMA (síndrome del olor a pescado)
Monooxigenasas
dependientes de FAD
Ciclo catalítico
Oxidaciones
1º
Requieren
NADPH y O2
Son termolábiles,
Sin NADPH a 50ºC
3º
2º
El hidroperóxido
de FAD es un
oxidante fuerte
Peroxi-flavina
FAD
en el Ciclo Catalítico de estas
Monooxigenasas
PARTICIPACIÓN deL
Oxidaciones
1º
3º
2º
proceso red-ox
Oxidaciones
Características de las
Monooxigenasas
dependientes de FAD,
contraste con las del Cyt P450
Ambas enzimas actúan sobre xenobióticos
Ambas radican en el reticulo endoplásmico
y se aislan en la fracción microsomal
Metodos de diferenciación de ambas actividades:
•Inhibición de Cyt P450 con anticuerpos
•Desactivación de las FMO con calor (50ºC)
Las E del Cyt P450 son inducibles y los
XBs hacen variar su actividad
Las FMO no son inducibles
Oxidaciones
no microsomales
Oxidaciones
Fracción soluble
Isoenzimas
hepáticas
Oxidación no-microsomal del alcohol etílico
Oxidaciones no microsomales:
Aminooxidasas
Oxidaciones
MAO y DAO, degradación de aminas
biógenas
Frac. Soluble
Con PPal
Oxidaciones
no microsomales
Aminooxidasas
Oxidaciones
MAO: Son enzimas mitocondriales
Son flavoproteínas
Oxidaciones no microsomales
Fenil-etil-amina
Fenil-acetilaldehido
Reacciones de
cooxidación: Peroxidasas
Prostaglandina Sintasa
Oxidaciones
Aspirina
inhibe
ciclooxigenasa
ciclooxigenasa
Cooxidación de acetaminofen
por la Prostaglandina sintasa
(hidroperoxidasa)
Oxidaciones
Prostaglandina G
Ac. araquidónico
2
PG hidroperoxidasa
Acetaminofen
CONJUGADOS
PG hidroperoxidasa
Prastaglandina H
Aspirina
inhibe
Glutation-Stransferasa
N-acetil-benzoquinoneimida
Unión covalente
a macromoléculas
Toxicidad celular
Reducciones
R. de Reducción
Reductasas
aldehidos, cetonas
nitro, azo, metales….
DT-diaforasa
DDT-dehidroclorinasa
Reacciones de reducción
GRUPOS FUNCIONALES
PROCESOS
Reducciones
Reducción de aldehidos
Reducción de cetonas
Reducción de sulfóxidos
Reducción de disulfuros
Reducción de alquenos
Azo-reducciones
Nitro-reducciones
PRODUCTOS
Reducción de quinonas
DT diaforasa
Reducciones
DT-diaforasa
reduce quinonas
a hidroquinonas,
sin generar
radicales libres
Menadona
Hidroquinona
Citocromo
P-450 reductasa
A. superóxido
Cyt P450 puede
reducir a las
Quinonas con 1 ea semiquinonas.
--> radicales libres
R. perhidroxilo
Peróxido de H.
Radical semiquinona
R. hidroxilo
Daño celular por unión
a proteínas y DNA
Peroxidación de lípidos
Formación de radicales
y especies reactivas de O2
Reducciones
El sistema NADPH-Cyt P450 reductasa puede
reducir a las quinonas con 1 e- hasta radical
semiquinona y en consecuencia se pueden
generar --> radicales libres
Los radicales semiquinónicos forman especias reactivas de
O2 (O2-, H2O2, ) y después aparece el estrés oxidativo.
O2H2O2
H2O+O2
SOD
Catalasa
El corazón tiene baja actividad SOD, este mecanismo
explica la cardiotoxicidad de la adriamicina y doxorrubicina
El higado está protegido contra el estrés oxidativo por la
presencia de DT-diaforasa (formación de hidroquinonas).
Las hidroquinonas son sustratos fáciles de las reacciones
de fase II: conjugaciones
Deshalogenación reductora
del DDT a DDE
Reducciones
DDT-Dehidroclorinasa, fracción
soluble, requiere glutation reducido,
es estereoespecífica (pp’-DDT).
DDT-DESHIDROCLORINASA
La actividad de esta enzima está relacionada con la
resistencia al DDT en insectos
En algunos casos se ha demostrado que la proteina
recombinante GSTe2 posee actividad DDT dehidrochlorinasa
Metabolismo del DDT
en diferentes ambientes
Reducciones
DDT-dehidroclorinasa
Deshalogenaciones
del DDT:
aerobia y anaerobia
Reacciones de
Hidrólisis
hidrólisis
Catalizadas, en general, por Hidrolasas,
en fracciones soluble y microsomal.
Hidrólisis de ésteres:
Hidrólisis de amidas.
Esterasas:
ESTERASAS
AMIDASAS
Carboxilesterasas (ésteres)
Non-carboxylesterases
Acetilcolinesterasa (ACh)
paraoxonasa/arilesterasa
En relación con los XBs, las carboxiesterasas:
A-Esterasas:
B-esterasas:
(CYS) hidrolizan ésteres alifáticos
(SER) hidrolizan más tipos de ésteres
y SON INHIBIDAS por Organo-P
i.e., Acetilcolinesterasa
Esterasas
Hidrolizan ésteres: organofosforados, carbamatos, etc
Hidrólisis
Hidrólisis
Localización
de la carboxiesterasa
en el retículo endoplásmico
Citosol
Carboxilesterasa
Sitio de unión
Producto
Sustrato
Hidrólisis de ésteres
por acetilcolineterasa
Hidrólisis
La acetilcolinesterasa tiene un –OH de un resto de SER en el
centro activo, es una esterasa tipo B.
En relación con los XBs:
A-Esterasas:
con CYS
Hidrolizan a los OP
B-esterasas:
con SER
SON INHIBIDAS por OP
i.e., Acetilcolinesterasa
Hidrólisis
Biotransformaciones del
Malation en diferentes
especies animales
Malation
Los mamíferos
tienen mas
actividades
carboxiesterasas
o esterasas tipo A,
que les permite
degradar más
fácilmente a los
ésteres,
organofosforados
y carbamatos
INSECTOS
oxidación
Hidrólisis
esterasas
MAMÍFEROS
Malaoxon
Relación de las esterasas
con la toxicidad
Hidrólisis
Los animales con mayores niveles de esterasas en
plasma son los menos susceptibles a la toxicidad por
compuestos tipo éster.
Los mamíferos tienen altos niveles de esterasas en
plasma.
Las aves y los insectos tienen bajos niveles de esterasas
A en plasma.
i.e., Los insectos resistentes al malation
suelen tener altos niveles de esterasas tipo A.
Las carboxiesterasas determinan el comportamiento de la actividad
de muchos principios activos.
ANESTESICOS
procaina, se hidroliza rápido
procainamida, se hidroliza mas lento y llega a circular
Relación de las esterasas
con la toxicidad
Hidrólisis
Las carboxiesterasas determinan el comportamiento de la
actividad de muchos principios activos.
ANESTESICOS
procaina, se hidroliza rápido
procainamida, se hidroliza mas lento y llega a circular
La transesterificación (hidrólisis en presencia de R-OH) puede
generar problemas de toxicidad, I.E.
Cocaina y etanol, se potencián la acción: la etilcocaina es
mas lipófilica que la cocaina
Epoxi hidrolasas
Hidrólisis
Estas
enzimas
detoxifican
epoxis Son
estereoespecíficas
e
inducibles
Los derivados epoxi son electrofílicos reactivos con biomoléculas y tóxicos
Hidrólisis de epóxidos por acción de la
epoxi-hidrolasa.
Formación de derivados
carcinógenos del benzopireno
Hidrólisis
Los benzopirenos pueden seguir varias vías
de transformación
NO Epoxi
hidrolasa
Epoxi
hidrolasa
Benzo(a)pireno
7,8-0xido-Benzo(a)pireno
7,8-Dihidrodiol-Benzo(a)pireno
7,8-Dihidrodiol-9,10-epoxi
Benzo(a)pireno
Resistente a hidroxilación
Por epoxi hidrolasa
Unión covalente a DNA
Epoxi
hidrolasa
Mutación de el condon 12º
del oncogen H-ras
Tumor piel y pulmón
4,5-oxido-Benzo(a)
pireno
4,5-DihidrodiolBenzo(a)pireno