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BA-9(2010-11)-1TEMA 9.- REACCIONES DE CONJUGACIÓN: Biotransformaciones de fase II: conjugaciones. Ejemplos. GlutationS-transferasa y formación de mercaptúricos. Rutas de degradación: Degradación de fenoles, fungicidas y herbicidas en plantas.REACCIONES DE FASE II: REACCIONES DE CONJUGACIÓNEn las reacciones de fase II se producen conversiones de sustancias polares (productos de las reacciones de fase I) ahidrófílas. La presencia de un grupo polar en una molécula puede darla suficiente carácter hidrofílico para su rápida excrección.Para la mayor parte de las sustancias polares, sin embargo, este carácter no es suficiente y requieren una reacción subsecuente a la defase I para aumentar su hidrosolubilidad, estas transformaciones son las que efectúan las reacciones de fase II.En las reacciones de conjugación, los productos metabólicos de la transformación de los xenobióticos en la fase I(compuestos polares) son combinados con compuestos endógenos muy hidrosolubles (agentes conjugantes). Estas reacciones soncatalizadas por transferasas o conjugasas.El resultado es un sustancia con un carácter hidrofílico mas acusado, suficiente para conseguir una rápida excrección. Estesistema es el que utilizan habitualmente los organismos para la eliminación de sustancias lipofílicas, tanto sean xenobióticos, comoproductos endógenos de degradación, tales como la bilirrubina, producto de degradación de las protoporfirinas o grupo hemo de laHemoglobina de las RBCs. Las sustancias endógenas mas frecuentemente implicadas en estas reacciones de conjugación son: ácidoglucurónico, sulfato, glutation, GLY y otros aminoácidos.ReacciónEnzimaGrupo funcional que reaccionaMecanismoGlucuronidación(Ac glucurónico)UDP-glucuroniltransferasa-OH, -COOH, -NH2, -SH, C-CTipo 1ºGlucosidación (glucosa)UDP-glicosiltransferasa-OH, -COOH, SH, C-CTipo 1ºSulfatación (sulfato)Sulfo-transferasa-NH2, -OHTipo 1ºAcetilación (acetatil)Acetil-transferasa-NH2, -SO2NH2, -OH,Tipo 1ºMetilación (metilo)Metil-transferasa-OH, -NH2, SH,Tipo 1ºCojugación con AminoácidosAcil-transferasa-COOHTipo 2ºConjugación glutation (γGLU-CYS-GLY)Glutation-S-transferasaEpóxidos, haluros orgánicos,Tipo 3ºConjugación lipofílica-OH, -COOHTIPOS DE LAS REACCIONES DE CONJUGACIÓN, según el mecanismo:1º.- El xenobiótico reacciona con un intermedio endógeno activado o de alta energía:XB agente conjugante activadoproducto conjugadoincluye glucurónicos, glucósidos, sulfatos, derivados metilados y acetilados.2º. -El xenobiótico debe ser activado y entonces reacciona con un aceptor endógeno:XB activado aminoácidoconjugados de péptidos.producto conjugado3º.- El xenobiótico o su derivado son reactivos y reaccionan con el agente endógeno:XB o M-XB reactivo agente conjuganteconjugados con glutation.producto conjugadoLas enzimas encargadas (Glucuronil-transferasa, sulfotransferasa, glutation-S-transferasa.) de estas transformaciones seencuentran virtualmente en todo tipo de organismos: bacterias, levaduras, plantas y en todo el reino animal. Existen sin embargo,amplias diferencias cualitativas y cuantitativas entre organismos. Como regla general, los animales terrestres suelen tener biendesarrollado estos sistemas biotransformadores de conjugación con compuestos endógenos.La influencia de la dieta sobre la actividad de estos sitemas enzimáticos es importante. Los animales hervíboros ingierenuna mayor variedad de XBs que los carnívoros. En estos últimos la actividad de enzimas transformadoras es menor, ya que parte delos XBs han sido transformados previamente por los animales ingeridos. También influye el hábitat, por ejemplo, en peces lacapacidad transformadora es menor que en aves y mamíferos.
BA-9(2010-11)-2Conjugación con ácido glucurónico:La formación de es la vía de formación de conjugados cuantitativamentemas importante. Para que se produzca la conjugación de un compuesto, que tenga un grupo polar, con el ácido glucurónico, el ácidoglucurónico debe haber sido activado previamente. Su forma activa es unido al UDP (uridina difosfato) en forma de UDP-GA(uridina difosfo-glucurónico). El ácido glucurónico se obtiene por oxidación de la UDP-glucosa catalizada por una deshidrogenasadependiente de NAD .Fenil-glucurónidoUDP-GA es el dador del grupo glucurónico, a losxenobióticos con grupos polares (-OH, -NH2), en una reacción catalizada por glucuronil-transferasas (GT). De forma semejante alCit P-450, las GT son una familia de isoenzimas inducibles. Las reacciones usualmente tienen lugar sobre un grupo -OH, (porejemplo, el benceno se oxida epoxi, despues a fenol y este se conjuga), y también pueden implicar a grupos NH2 (N-glucurónidos)entre otros grupos (ver tabla). Esta reacción de conjugación se produce sobre los insectecidas carbamatos y organofosforados.Fenil-glucurónidoLos glucurónidos se excretan en orina y bilis, y si recirculan en el circuito enterohepático, pueden ser hidrolizados por Bglucuronidasas, al igual que puede ocurrir en la vejiga urónidasaConjugación con sulfato: Es una reacción muy común de conjugación tanto de xenobióticos como de compuestosendógenos (hormonas tiroideas, esteroideas y proteínas.)El sulfato necesita estar activado para participar en estas reacciones. El sulfato se convierte en APS (adenosina-5'-fosfosulfato) y acontinuación se sigue activando con ATP hasta PAPS (3'-fosfoadenosina-5'-fosfosulfato) que dona el sulfato.
BA-9(2010-11)-3Las enzimas que catalizan el traspaso del sulfato desde el PAPS, dador activado, hasta los sustratos son lassulfotransferasas ( sulfokinasa). También presentan variación isoenzimática , pero no son inducibles.Se forman ésteres de sulfato con alcoholes y aminas (ver tabla). El fenol puede seguir esta vía de conjugación y losinsecticidas carbamatos. Los conjugados de sulfato se eliminan por la orina y por la bilis .La sulfatación se da en paralelo con laglucuronidación, predominando la primera a bajas dosis y la segunda para dosis masa altas.Conjugación con glutation:La conjugación con glutation (γ-GLUCYS-GLY) puede tener lugar con unamplio grupo de sustratos, quefrecuentemente tienen un grupo reactivo. Es la reacción mayoritaria de destoxicación para especies reactivas o electrófilos. Laenzima que cataliza la reacción es la glutation-S-transferasa, localizada en la fracción soluble (XBs) y en la fracción microsomal(endógenos). La glutation transferasa muestra muchas formas isoenzimáticas y es inducible por XBs (y además polimorfismogenético). Su actividad se relaciona con los mecanismos de resistencia a tóxicos, que se asocian con incrementos de la GlutationS-transferasa, la cual es inducida por dioxinas, glucocorticoides y antioxidantes. Los epoxidos y los organofosforados pueden serconjugados con GSH (glutation) y después metabolizados hasta ácidos mercapturicos.
BA-9(2010-11)-4La formación de ácidos mercaptúricos ocurre en varias etapas:1- Formación de un conjugado con GSH, a través del SH de la CYSglutation transferasa2- Eliminación de GLU, quedando cisteinil-glicil-SUSTRATOγ-GLU-transpeptidasa3- Eliminación de la GLY, quedando el conjugado-SH- CYSamino peptidasa4- Acetilación de la CYS para dar ácido mercaptúrico.N-acetil-transferasaLa presencia de ácidos mercaptúricos en la orina es un índice de la exposición a sustancias que rinden dichos compuestos.Este tipo de test puede ser usado en la industria para sondear la exposición de trabajadores a compuestos con riesgo de toxicidad.Algunos mecanismos de resistencia a tóxicos se asocian con incrementos de la GS transferasa.Conjugación con acetato: Las N-acetil transferasas (NAT) catalizan la acetilación de aminas aromáticas y heterocíclicas ( carnes ala brasa, tabaco, contaminantes, fármacos). Esta reacción suele ayudar a detoxicar estas sustancias cancinógenas.La acetilación puede ayudar a la detoxicación (isoniacida, sulfamidas) o producir derivados con mayor actividad biológica(Amonafide, 2-aminofluoreno).N-acetilación de aminas y O-acetilación de hidroxi-aminas, son dos tipos de reacciones muy frecuentes en el metabolismo de lasaminas aromáticas. Existen dos tipos de isoenzimas, NAT 1 y NAT 2, con variaciones polimórficas.Existe cierta selectividad por los sustratos para la NAT 1 y laNAT 2, aunque hay sustratos, 2-amino-fluoreno, que sonmetabolizados por ambas. Las variantes alélicas de estaactividad en los diferentes organismos hacen variar laimportancia de la acetilación como mecanismodetoxificador: acetiladores lentos acetiladores rápidos.2.3.- Polimorfismo en las reacciones de conjugación.GST: Las enzimas glutation transferasa (GST) son la mayor familia de enzimas detoxificantes, que posee un amplio rango deespecificidades por sustratos. La mayor parte de los organismos tienen múltiples isoenzimas GSTs pertenecientes a dos o másclases. El interés de las GSTs en insectos esta subrayado por su participación en la resistencia a insecticidas. Por ejemplo, lasobreexpresión de una GST es la responsable de la resistencia a organofosforados en una cepa de mosca domestica yelevados niveles de GST están también en la base de la resitencia al DDT de cepas de Aedes aegypti. Sin embargo aunquevarias GSTs de cepas resistentes de insectos ya han sido clonadas, una unión directa entre la enzima clonada y elmetabolismo del insecticida ha sido encontrada solo para la enzima de Drosophila. Las GSTs de Anopheles gambiae son deinterés por su implicación en la resistencia al DDT en este importante insecto vector de la malaria.NAT: El polimorfismo de las NAT fue reconocido en los 1940s, con las diferencias apreciadas en el metabolismo de laisoniazida. Se comprobó que existía más de un tipo de acetilasas, lo que provocaba la existencia de individuos acetiladores“lentos” y ”rápidos”.Para algunos fármacos, ISONIACIDA (antituberculoso), que se degradan mediante acetilación, se obtiene un efectoterapeútico diferido en acetiladores lentos, mientras que una mayor dosis es requerida en acetiladores rápidos.Los acetiladores lentos pueden tener un efecto terapéutico más prolongado o un mayor riesgo para los fármacos con reaccionesadversas; i.e., los metabolitos N-hidroxilados de las sulfamidas (bacteriostático) son carcinógenos, esto explica lahipersensibilidad a las SULFONAMIDAS para los acetiladores lentos.La acción farmacológica y/o los efectos adversos de muchos XBs son influidos por el polimorfismo genético.LAS REACCIONES de CONJUGACIÓN (fase II) también producen Bioactivaciones.Los productos conjugados de las reacciones de la fase II tienen en general muy baja actividad biológica y son muyhidrosolubles, por lo tanto son fácilmente excretables. Por eso muchas de estas reacciones son de detoxicación, sin embargo, hayalgunas excepciones que se analizan.Algunos glucurónicos son inestables, por ejemplo los de las aminas aromáticas, y por tanto estas pueden ser bioactivadas
BA-9(2010-11)-5en el hígado con la formación de N-hidroxil derivados, aunque estén previamente conjugadas con la formación de glucurónidos. Enun ambiente ácido (orina) el grupo glucurónico que actúa como un buen filtrante puede hidrolizarse, lo que significa que lainactivación es revertida, consiguiendo la sustancia ejercer su efecto carcinogénico, en este caso en la vejiga.La sulfatación a veces también conduce a compuestos inestables. Por ejemplo, para derivados de alcoholes bencílicos se producenconjugados inestables que a veces se descomponen en iones. Losiones altamente electrofílicos (nitrenio, carbonio) pueden reaccionarfacilmente con DNA, RNA y proteinas, lo que puede inducir amuerte celular o formación de tumores.Finalmente, la conjugación con glutation puede dar especiesreactivas por dos vias: la activación de mercaptúricos y algunosconjugación con glutation que derivan en activos: i.e., cuandoestán presentes dos grupos reactivos, donde ambos puedenreaccionar con el S de la CYS del glutation; entre otros los* haloalquenos, quinonas. Por ejemplohaloalcanos, dihaloalcanos,la glutationización de 1,2-diBr-etano, que puede llegar a laproducción de un metabolito altamente reactivo con DNA yproteínas. El 1,2-diBr-etano es ampliamente usado como insecticida, fungicida y aditivo de aceites. Se le conocen algunosefectos tóxicos: mutagenicidad, carcinogenicidad. (Se consideró en el tema 6, reacciones de faseII).DEGRADACIONES MAS FRECUENTES DE HERBICIDASDegradación de 2,4-DDegradación de 2,4,5-T*
Conjugación con acetato : Las N-acetil transferasas (NAT) catalizan la acetilación de aminas aromáticas y heterocíclicas ( carnes a la brasa, tabaco, contaminantes, fármacos). Esta reacción suele ayudar a detoxicar estas sustancias cancinógenas.
