Bahan Pembelajaran: Mata Kuliah Toksikologi Sub Pokok Bahasan: Biotransformasi 1 BIOTRANSFORMASI (METABOLISME

(1)

1

BIOTRANSFORMASI

(METABOLISME)

oleh

I M.A. GELGEL WIRASUTA

2

Reaksi biokimia yang terlibat dalam

proses perubahan xenobiotika menjadi

turunan yang lebih nonpolar dengan

tujuan xenobiotika lebih mudah

dieleminasi dari dalam tubuh organisme

Biotransformasi

3

Biotransformasi

Diharapkan dari proses reaksi biokimia

tersebut terjadi penurunan atau

menghilangan efek toksik dari tokson

Sehingga pada awalnya sederetan proses

reaksi biokimia ini dikenal dengan istilah

detoksifikasi

4

XENO

BIOTIKA

METBOLIT

BIO

TRANS

FORMASI

AKTIVASI EFEK TOKSIK

INAKTIVASI EFEK TOKSIK

(DETOKSIFIKASI)

Biotransformasi

Biotransformasi:

Transformasi biokimia yang dialami oleh xenobiotika

Xenobiotika

Reaksi Fase I

Oksidasi Reduksi Hidrolisis

Metabolit Fase I

Reaksi Fase II

Konjugasi dengan: - asam glukoronat - sulfat - asetat - glutation

Metabolit Fase II TAHAPAN REAKSI BIOTRANSFORMASI

Reaksi Fase I disebut juga dengan reaksi

fungsionalisasi

, dinama

melalui reaksi-reaksi pada fase ini terjadi pemasukan gugus

fungsional :

- OH, -NH

2

, -SH, -COOH

Biotransformasi:

Transformasi biokimia yang dialami oleh xenobiotika

TAHAPAN REAKSI BIOTRANSFORMASI

Xenobiotika

Reaksi Fase I

Reaksi Fase II

Metabolit Fase II

Reaksi Fase II disebut juga dengan reaksi

konjugasi

, dinama gugus

fungsi yang terbentuk akan dikopel oleh senyawa endogen dengan

bantuan enzim-enzim tertentu,

(2)

7

Jenis reaksi dan enzim yang terlibat pada metabolisme xenobiotika

Metilasi O-metiltransferase N-metiltransferase S-metiltransferase Asetilasi

N-Asetilstransferase Asetiltransferase Tiosulfat

Sulfurtransferase (rhodanase) Glukuronosiltransferase

Sulfotransferase Glutatuin S-transferase Tioltransferase Amid sitesis (tranasilase)

Reaksi Fase II Hidrasi:

Eposid hidrolase Ester hidrolisis: Karboksilesterasis Amidasis Dehidrogenesis

Alkohol dehidrogenesis Aldehid dehidrogenesis Superokside dismutase Oksidasi:

P450 monooksigenasi Xantin oksidase Peroksidase Amin oksidase Monoamin oksidase Semicarbamat seneitif amin oksidase Reduksi:

P450 monooksigenase Ketoreduktase Glutation peroksidase

Reaksi Fase I

8

TEMPAT DAN SISTEM ENZIM

Sisten ezim yg terlibat umumnya bersifat nonspesifik

(

monooksigenase, glukuronidase, esterase, amidase, sulfoterase

)

Enzim ini terikat pada membran dari retikulum endoplasmik

(enzim fase I) dan sitosol (enzim fase II)

Biotransformasi umumnya berlangsung di hati,

dan sebagian kecil di organ-organ lain seperti:

ginjal, paru-paru, saluran pencernaan, kelenjar susu,

otot, kulit atau di darah

9

Reaksi Fase I

(Fase Fungsionalisasi)

Reaksi Oksidasi

Reaksi reduksi

Biohidrolisis

10 Reaksi oksidasi (sistem monooksigenase yang tergantung pada CYP450)

R-H

e NADPH + H+

Fp e

NADPH + H+

CYP b5

+ 2 H*

H2O

R-OH

O2

Fe3+

F e3 +

R H

Fe2+

RH

Fe2+

RH O2 Fe3+

RH O2 -Fe3+

RH O2 2-Fe3+

RH IOI

Fe3+

R

.

OH

Tahap 1: pengikatan RH pada bentuk teroksidasi (feri) dari CYP450

Tahap 2: Reduksi elektron pertama dri RH terikat (feri) dari CYP450 terhadap bentuk ferro

Tahap 3: pengitanan oksigen pada ferro biner CYP450

Tahap 4,5,6: penyusunan kembali elektron, pengenalan elektron kedua, penyisipan oksigenberikutnya, dan pelepasan produk

11

Sistem monooksigenase yang tergantung pada

Sitokrom-450 mengkatalisis reaksi seperti berikut:

1. Hidroksilasi alifatik 2. Hidroksilasi Aromatik 3. Epoksidasi 4. N-Dealkilasi 5. O-Dealkilasi 6. S-Dealkilasi 7. Deaminasi 8. Sulfoxidasi 9. N-Oksidasi 10. Oksidasi dehalogenasi 11. Desulfurasi

12

Sistem monooksigenase yang tergantung pada

(3)

13

Sistem monooksigenase yang tergantung pada

2. Hidroksilasi Aromatik

14

Sistem monooksigenase yang tergantung pada

3. Epoksidasi

15

Sistem monooksigenase yang tergantung pada

4. N-Dealkilasi

5. O-Dealkilasi

6. S-Dealkilasi

16

Sistem monooksigenase yang tergantung pada

7. Deaminasi

8. Sulfoxidasi (S-oksidasi)

Sistem monooksigenase yang tergantung pada

9. N-Oksidasi

10. Oksidasi dehalogenasi

Hetorogenitas Isoenzim dan Spesifitas

CYP simbul dari sitokrom P450

famili CYP1, CYP2 dan CYP3, dst

sub famili ditandai dengan huruf kapitel

CYP1A

berikutnya subfamili ditambahkan numer untuk

(4)

[image:4.595.18.491.20.433.2]

19

Tabel 1: Bentuk-bentuk CYP-450 dan spesifisitas substratnya*

CYP4A2

Asam-asam lemak CYP4A1

Fluokinolon CYP3A2

Nefedifin, etiletradiol, progesteron, aflatoksin, dan banyak lagi substrat yang lain

CYP3A4

Eritromizin, midazolam CYP3A

Umumnya senyawa bermolekul kecil, etanol, benzol, stirol, CCl4, dll CYP2E1

Debrisoquin, spartain, kodein, propanolol CYP2D6

Naproksen CYP2C9

Etotoin, heksobarbital, metosuksimid CYP2C

Cocain CYP2B2

Resorufin CYP2B1

Dietilnitrosamin CYP2A6

15a-testosteron CYP2A2

7a-testosteron CYP2A1

PAH, arilamin, fenacetin, kafein, benzo(a)piren, aflatoksin B, heterisiklik amin

CYP1A1 CYP1A2

Substrat Sitokrom-450

* dikutip dari SCHMOLD (2003)

20

Reaksi oksidasi lain:

Flavinmonooksigenase (merubah amin sekunder menjadi hidroksilamin dan amin tersier menjadi N-oksida)

Alkoholdehidrogenase, khususnya mendehidrasi etanol menjadi aldehid. Aldehid oksidase, merubah aldehid menjadi asam karboksilat Monoaminoksidas, mengoksidasi amin-biogen (seperti: Catekolamin)

21

Reaksi Reduksi

Mempunyai peran minor dibandingkan reaksi oksidasi

Banyak melibatkkan enzim-enzim NADPH-CYP-450-reduktase.

22

Reaksi Biohidrolisis

Reaksi-reaksi biohidrolisis yang penting adalah:

Pemutusan ester atau amida menjadi asam karboksilat dan alkohol

(atau amin) melalui esterase atau amidase.

Perubahan epoksida menjadi vicinalen diol melalui enzim

epoksidihidratase

Hidrolisis dari acetylen (glikosida) melalui enzim glikosidase.

23 24

REAKSI FASE II

TAHAPAN REAKSI BIOTRANSFORMASI

Xenobiotika

Reaksi Fase I

Reaksi Fase II

Metabolit Fase II

Reaksi Fase II disebut juga dengan reaksi

konjugasi

, dinama gugus

fungsi yang terbentuk akan dikopel oleh senyawa endogen dengan

bantuan enzim-enzim tertentu,

(5)

25

REAKSI FASE II

Reaksi fase II melibatkan beberapa senyawa

endogen untuk membentuk konjugat xenobiotika

atau metabolitnya.

Pembentukan konjugat memerlukan adanya

pusat-pusat reaktif dari substrat, biasanya gugus

-OH, -NH2 dan -COOH.

26

REAKSI FASE II

Reaksi-reaksi penting pada fase II adalah

kunjugasi dengan :

teraktivasi asam glukuronat,

teraktivasi sulfat,

asam amino (khususnya glisin),

oligopeptida dan ikatan dengan turunan asam

merkapturat,

teraktivasi asam asetat,

metilasi.

27

Sintesa UDP-Asam Glukuronat

Kunjugasi Glukuronidasi

Glukosa-I-P + UTP

UDP-glukosa

Glikogen

+ PPi

UDP-glukosa dihidrogenase

NAD +

NADH + H+

Asam-uridin-5'-difosfo-α-D-glukuronat (UDPGA)

O COOH OH

OH OH UDP-O

28

Kunjugasi Glukuronidasi

O-Glukuronida

Terbentuk dari:

- fenol-fenol,

- alkohol-alkohol,

- asam-asam karboksilat membentuk ester

glukuronida

N O

OH OH

O COOH OH O N

O OH

Morphin

Gol II O COOH

OH OH

OH UDP-O

UDP

Kosubstrat dari reaksi ini adalah

Asam-uridin-5’-difosfo-α-D-glukuronat

(UDPGA).

Enzim yang mengkatalisi reaksi konjugasi ini adalah UDP-glukuronil-transferase (UGT).

O-Glukuronida

O COOH OH

OH OH UDP-O

UDP

SO2 NH2

N H2

O COOH

OH OH

OH

SO2 N

H

O COOH O H O H

O

H NH

N-Glukuronida

Terbentuk dari:

(6)

31

O COOH OH OH OH UDP-O UDP N C2H5

C2H5

CS S

CS N C2H5

C2H5

S

N C2H5

C2H5

CS S O COOH OH OH OH

S-Glukuronida

Terbentuk dari:

gugus tiol

32

Aktivasi toksisitas xenobiotika melalui glukuronidasi

N H Asam glukuronida

pH < 7 NH OH pH < 7

pH > 7 N

H OH2+

-H2O

+H2O

N+ H Ion Arylnitrenium

Ion elektrofilik arynitrenium dapat bereaksi dengan pusat nukliofilik makromelekul pada epiteliul kantung kemih, khususnya DNA,

menginisiasi pembentukan tomor

33

R X H

+

O S O O O P O O O C H2 O O P O O OH Adenin PAPS sulfotra f

R X SO3

-O P -O O O C H2 O O P O OH Adenin O

+

PAP xenobiotika

Konjugasi Sulfat

Koenzimnya adalah PAPS (3’-fosfoadenosin-5’-fosfosulfat).

Konjugasi ini adalah untuk gugus fungsional: fenol, alkohol alifatik dan amin aromatik. 34

Konjugasi Sulfat

hati

Parasetamol

Arilamin sulfotransferase

Hati

Estron

Steroid sulfotransferase

Hati

Dimetronidazol

Alkohol sulfotransferase

Hati, ginjal, usus

Isoprenalin

Fenol sulfotransferase

tempat

Substrat

Isoenzim

35

Konjugasi Sulfat

O H O H OH N H C H CH3

CH3 O H HSO3 OH N H C H CH3

CH3 O H O HSO3 O OH NH H3COC

OH N H3COC SO3H

parasetamol estron (steroid)

isoprenalin

36

Metilasi

Reaksi-reaksi metilasi terutama meliputi metabolisme

senyawa endogen

Metilasi oleh metiltransferase non spesifik pada obat

ditemukan di paru-paru

Asetilasi

(7)

37

Konjugasi Glutation

Glutation dikenal

sebagai alat proteksi

dalam tubuh untuk

menghilangkan

xenobiotika elektrofilik

toksik yang potensial,

yang terbentuk selama

proses biotransformasi

O O

CH2

NH

C H O

C H2

SH NH

O

CH2 CH2 NH2+

O O

glisin (gly)

sistein (cys)

asamγ-glutamik (glu)

38

Konjugasi Glutation

R e a k s i d e n g a n C a r b o n e l e k t r o f i l i k

r e a k s i p e n g g a n t i a n d e n g a n c a r a m e l e p a s k a n g u g u s h a l i d a , s u l f a t , s u l f o n a t , f o s f a t d a n n i t r o d a r i a t o m c a r b o n je n u h a t a u h e t e r o a t o m

N N O2

O

N S G

O A )

B ) r e a k s i p e m b u k a a n c i n c i n t e r t u t u p s e p e r t i e p o k s i d a , d a n 4 - " m e m b e r e d " l a k t o n

O O H

S G

O O

G S O H O

C ) r e a k s i p e n e m p e l a n G S p a d a i k a t a n g a n d a y a n g t e r a k t i v a s i

C H2

C H

O R O

C H2

O R O S G

39

Konjugasi Glutation

Menyerang gugus nitrogen elektrofilik

ROONO2 GSH

ROOSG

+

NO2 -GSH

ROOH

+

GSSG

Menyerang gugus sulfur elektrofilik

RSCN

GSH

RSSG

+

CN+ GSH RSH

+

GSSG

Menyerang gugus oksigen elektrofilik

GSH

+

[GSOH] GSH

GSSG

+

ROOH ROH H2O

40

Jelaskan sejelas-jalasnya dengan contoh terhadap

faktor-faktor yang mempengaruhi metabolisme

xenobiotika.

Induksi enzim,

Inhibisi enzim,

Faktor Genetik,

Penyakit,

Umur,

dan

Faktor lingkungan