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Metabolismo

Il metabolismo ha lo scopo di trasformare,

all’interno dell’organismo, le sostanze estranee

in composti più polari e più idrosolubili,

aumentandone l’escrezione

Metabolismo dei farmaci

E’ il risultato dei processi di BIOTRASFORMAZIONE,

solitamente su base enzimatica, attraverso cui una molecola esogena

è soggetta a modificazioni chimiche negli organismi viventi

Trasformare una molecola esogena lipofila e apolare (che come tale

verrebbe riassorbita a livello renale) in metaboliti più idrofili e polari e

a più alto peso molecolare, in modo da

FAVORIRNE L’ESCREZIONE e quindi

L’ELIMINAZIONE dall’organismo

OBIETTIVO PRINCIPALE

ma…………..

Effetti della biotrasformazione

Maggior solubilità in

acqua e minore tossicità

Maggior solubilità in acqua

e maggiore tossicità

Più efficace

Meno efficace e

meno tossico

Metaboliti attivi o inattivi

Metaboliti attivi dotati di spettro farmacologico uguale a quello

del composto d’origine (diazepam oxazepam + nordiazepam )

Metaboliti attivi dotati di spettro farmacologico diverso da quello

del composto d’origine

Metaboliti tossici (paracetamolo parabenzochinone)

Profarmaci (enalapril)

La biotrasformazione di un farmaco può portare

alla formazione di composti diversi

(ma anche ad effetti diversi di un farmaco)

Pochi enzimi, ma complessi: costitutivi e inducibili

Metabolismo presistemico

Metabolismo di primo passaggio:

Escrezione intestinale (glicoproteina P)

metabolismo da parte di enzimi intestinali

metabolismo epatico

Principio attivo

Reazioni di fase I

OSSIDAZIONE

RIDUZIONE

IDROLISI

Metaboliti di fase I

-OH

-COOH

-NH2

-SH

Reazioni di fase II

CONIUGAZIONE

LEGAME A GRUPPI POLARI

Metaboliti coniugati

Il metabolismo si attua attraverso 2 fasi:

REAZIONI DI FASE I

(funzionalizzazione)

•Ossidazione

•ossidasi microsomiali a funzione mista: Citocromo P450 (CYP), citocromo P450-reduttasi, fosfatidilcolina

NADPH

ossigeno

•altre ossidasi a funzione mista NAD+

•Riduzione

•Idrolisi •Esterasi, amidasi

•Idrossilazione

•Decarbossilazioni

Cosa sono i microsomi?

Citocromo P450: localizzazione intracellulare

Il citocromo P450 microsomiale è

legato alla membrana del reticolo

endoplasmatico attraverso la

regione N-terminale idrofobica

che forma un’elica

transmembrana.

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FAMIGLIE: (> 40% similarità) indicate con numeri

arabi

es. CYP 1, CYP 2, CYP 3, ...

SOTTOFAMIGLIE: (>55% similarità) indicate con

lettere

es. CYP 1A, CYP 1B, ...

ISOFORME: nell’ambito della stessa sottofamiglia,

indicate con un secondo numero arabo

es. CYP 1A1, CYP 1A2, ...

Classificazione delle CYP (differiscono per la struttura aminoacidica, 45-60 KDa)

10-15% nel fegato 5%

30%

CYP: albero

filogenetico

SUPERFAMIGLIA

Circa 150 geni

9 %

Cyp 3A4 metabolizza

circa il 60% dei

farmaci

TABLE 7.4 — Two General Classes of CYP Enzymes

Families 1, 2, 3, 4

“Xenobiotic” CYP Enzymes

• Evolved from steroidogenic CYP enzymes during the period of plant-animal

differentiation

• Co-evolved with transferase enzymes

• Degrade dietary toxins produced by plants

• Biotransforms drugs to permit elimination

Families 7, 11, 17, 19, 21, 27

“Steroidogenic” CYP Enzymes

• For membrane integrity of single cell organisms

• For hormonal mediators of the development of differentiated organisms

• With rigid substrate and product specificity

mitochondria

smooth endopl reticulun brain? other tissue?

TABLE 7.5 — What Are The Functions of CYP Enzymes?

• Steroidogenic: conversion of consumed substances into biologically needed

constituents:

– Steroids

– Bile acids

– Cholesterol

– Prostaglandin biosynthesis

• Xenobiotic: detoxification of consumed substances:

– Toxins

– Carcinogens

– Drugs

– Mutagens

SUBSTRATI DEL CITOCROMO P450

Xenobiotici Composti di origine fisiologica

Farmaci, inclusi antibiotici

Carcinogeni

Antiossidanti

Solventi

Anestetici

Coloranti

Pesticidi

Derivanti del petrolio

Alcol

Odori

Colesterolo, Steroidi

Eicosanoidi (leucotrieni, prostaglandine)

Acidi grassi

Idroperossidi dei lipidi

Retinoidi (vitamina A)

Acetone

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Questi enzimi hanno substrati

preferenziali, ma non esclusivi

Complessità:

Induzione

Inibizione

INTERAZIONI CON ALTRI FARMACI

VARIABILITÀ

…. ancora sulle CYP

Polimorfismi

SOSTANZE INDUCENTI LA

BIOTRASFORMAZIONE DEI FARMACI

Farmaci fenobarbitale

rifampicina

sedativo, ipnotico

antibiotico

Insetticidi DDT, aldrin pesticidi

Idrocarburi

policiclici

benzopirene

3-metilcolantrene

prodotti della

combustione

Alcol Etanolo componente delle bevande

Idrocarburi

alogenati

TCDD contaminante di erbicidi

Additivi

alimentari

idrossianisolo

butilato

antiossidante

REAZIONI DI FASE II

(biosintetiche, di coniugazione)

•Con acido glucuronico Glucuronil-UDP transferasi (UDPGT)

•Con acetato

•Con glutatione

•Con glicina

Si ottengono composti altamente polari (inattivi)

Si ottengono composti ad elevato peso molecolare (bile)

nel citoplasma o nei mitocondri

(fegato, rene, polmone)

Substrati coniugabili:

-OH

-COOH

-NH2

-SH

UGT = uridine diphosphate glucuronyl transferase

Vie di eliminazione dei principali famaci prescritti

Fase I (funzionalizzazione): vengono inseriti o smascherati nella molecola dei

gruppi -OH, -SH, -NH2, -COOH. Non tutti i farmaci necessitano di questa fase.

Fase II (coniugazione): sulle funzioni polari introdotte nella fase I vengono

legati composti endogeni come glutatione, acetili, glucuronati, solfati, aminoacidi

polari.

riassumendo………

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Ogni farmaco può dare origine a più di un metabolita

(un esempio: acido acetilsalicilico)

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Esempio di biotrasformazione:

formazione di metaboliti attivi

attivo

inattivo

Esempio di biotrasformazione:

dai profarmaci alla formazione di metaboliti attivi

FATTORI CHE POSSONO INFLUENZARE

IL METABOLISMO DEI FARMACI

Specie, sesso

Età

Dieta, abitudini alimentari e di vita

Esposizione ambientale o sul luogo di lavoro a induttori/inibitori

Patologie

Interazione tra farmaci (induzione/inibizione)

Variabilità genetica

Fattori legati al farmaco: liposolubilità/idrosolubilità

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Età e metabolismo epatico

adultà pubertà nascita avanzata

età

Emivite plasmatiche (ore) di tre farmaci

in alcolisti cronici

Farmaco Controlli Alcolisti

Tolbutamide (ipoglicemizzante)

5.9 2.7 *

Warfarin (anticoagulante)

41 27 *

Fenitoina (antiepilettico)

24 16 *

* P<0.02

stili di vita

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Livelli ematici di fenacetina

dopo somministrazione orale

abitudini alimentari

• Delucidare funzioni e destino di un farmaco

• Stabilire una posologia adeguata

• Prevedere possibili interferenze con altri farmaci

• Prevedere le variazioni di risposta in seguito a

trattamento protratto (induzione e repressione

enzimatica)

Lo studio del metabolismo ha diversi scopi:

STUDI METABOLICI IN VITRO

FRAZIONE EPATICA S9 (supernatante a 9000 giri )

MICROSOMI

EPATOCITI

in sospensione

in coltura

+ acetonitrile

P450 inhibition

assay

P450 induction

assay