Biotransformation des xénobiotiques

Transcription

1 1. Généralités Biotransformation des xénobiotiques feat Sovietik Transformation des substances en molécules plus hydrophiles pour les éliminer (métabolisme détoxifiant). On distingue 2 étapes : Les réactions de phase 1 et 2 2. Destinée d un xénobiotique dans l organisme : Réactions de Phase 1 : Révéler ou greffer un élément fonctionnel, c est la fonctionnalisation, opérée par des enzymes du groupe cytochrome P450 présents dans la membrane du RE. Réactions de Phase 2 : Réaction de conjugaison au niveau du groupement révélé ou greffé en phase 1. On y trouve des glucuronoconjugaisons, des sulfoconjugaisons, des acétylations, des méthylations, des conjugaisons aux acides aminés (notamment avec la glycine), ou des conjugaisons au glutathion (pour les composés très réactifs). Les enzymes sont majoritairement dans le cytoplasme et dans le RE. 3. Conséquences de la biotransformation : Substance mère Métabolites Non réactifs Plus hydrosoluble Réactifs : action sur des cellules Urine, fèces allergies nécroses cancers Détoxification Toxification Les métabolites réactifs réagissent sur les macromolécules cellulaires, telles que les acides nucléiques, les protéines et les lipides, qui deviendront chargées négativement et auront une forte affinité aux électrophiles (cétone, époxyde ou quinone). Il peut se former des radicaux libres, qui ont une affinité marquée aux lipides, ils les détruisent, ce qui génère des aldéhydes qui attaquent à leurs tours les protéines. 4. Localisation des biotransformation : Essentiellement dans le foie, c est la qu il y a le plus de formation de métabolites actifs. Le foie est formé de lobules hépatiques, c est au centre de ces lobules que l on trouve les enzymes hépatiques. C est donc cette zone centrolobulaire qui est la plus touchée par les métabolites actifs. Dans les poumons au niveau des cellules de Clara. Dans les reins (segment S3 du tubule proximal). Tox Chap 2 : Biotransformation des xénobiotiques 1/5

2 Paroi intestinale Dans la peau Les gonades Les conséquences toxiques des métabolites actifs sont locales. La flore intestinale a une capacité de biotransformation équivalente au foie. 400 espèces différentes qui varient d un individu à un autre en fonction de son alimentation, son âge, ses maladies, ses médications. Le rôle des biotransformations de la flore intestinale est de générer des métabolites moins hydrosolubles pour être mieux absorbés par les muqueuses intestinales. Cette flore synthétise également des enzymes de conjugaison impliqués dans le cycle entéro-hépatique. 5. Biotransformation des xénobiotiques : Réactions de phase 1 Au niveau hépatique : Monooxygénase à cytochrome P450 : Définition : Système plurienzymatique contenant un donneur d électrons (NADP réduit) puis une chaîne de transfert d électrons (en général avec un seul intermédiaire), la NADPH cytochrome P450 réductase. Ce système est capable d oxyder une substance en lui transférant un atome d oxygène à partir d oxygène moléculaire. Propriétés : 4 grandes familles d isoformes de cytochrome P 450 (famille 1, 2, 3 et 4) Dans une même famille au moins 40% de similitude dans la structure protéique. 55% de similitude dans la structure protéique, au moins entre les sous familles. Chaque isoenzyme a une spécificité adéquate (ex : Cytochrome 1A1 hydrolyse les hydrocarbures polycycliques, dioxine ) Toutes ces isoformes peuvent être induites ou réprimées dans certaines conditions. Le profil enzymatique des cytochromes P450 varie dans le temps chez un individu. Inducteur + récepteur L inducteur se fixe au récepteur et passe la membrane nucléaire AD N Promoteur récepteur Récepteur ATA A Gène du cytochrome P450 Transcription Inducteur 1 partie du cytochrome est constitutive, mais toutes les isoformes ne sont pas exprimées constitutivement. Les hydrocarbures, les insecticides induisent le cytochrome. Tox Chap 2 : Biotransformation des xénobiotiques 2/5

3 Phénobarbital (anticonvulsivant de la famille des barbituriques) induit beaucoup d isoformes. Problème de métabolisme si pris avec la pilule qui devient alors inactive. La testostérone est un inducteur enzymatique, elle induit le cytochrome, c est pour cela que les hommes métabolisent plus vite que les femmes. Le tabac induit le 1A1 et l alcool le 2E1. Le stock de cytochrome P450 est incomplet jusqu à 3 mois et diminue chez les personnes âgées, d où une adaptation de posologie pour ces personnes (pour benzo notamment) On trouve également des inducteurs enzymatiques dans les aliments ; indole dans le chou, la viande brûlée au barbecue. Certains individus sont déficient en certaines formes de cytochrome P450 notamment le 2D6, cette déficience a été prouvée en administrant du Declinax (Debrisoquine), antihypertenseur métabolisé par le 2D6. Chez les déficients on a observé une crise sévère d hypotension orthostatique. Schéma poly Mécanisme de transfert des électrons : Tétrapyrrole = atome de fer entouré de 4 atomes N pyrroliques Passage de Fe 3+ à Fe 2+ après transfert d électron. O 2 se fixe sur le cytochrome P450 et forme un oxycomplexe, qui reçoit à nouveau un e -, libération de H 2 O, le substrat est ainsi oxydé et on retrouve l enzyme libre à Fe 3+. Principales réactions dépendantes des monooxygénases à Cyt P450 : i. Réactions d oxydation (cf poly) o Hydroxylation sur C : Sur carbone aliphatique R-CH 3 R-CH 2 -OH Sur carbone aromatique (formation d un époxyde, puis transformation en phénol (spontane et diphénol par époxyde hydrolase = catéchol) o Hydroxylation sur N o 1,3 déalkylation o S-oxydation o Deshalogénation oxydative ii. Réactions de réduction: Les cytochromes sont également capables d effectuer des réactions de réduction. o Déshalogénation réductrice: o Azoïques o Nitroaromatiques B. Monooxygénases à flavine (RE) Enzyme un peu similaire au cytochrome P450, mais beaucoup plus restrictive. Surtout utilisée pour l oxydation des amines et des dérivés soufrés. Enzyme localisée dans le RE. A l inverse du Cyt P450, la monooxygénase à flavine est réprimée par les barbituriques et la testostérone et induite par la progestérone. Tox Chap 2 : Biotransformation des xénobiotiques 3/5

4 C. Epoxyde hydrolase (RE) Localisé dans le RE, cet enzyme catalyse l hydrolyse des époxydes aromatiques et aliphatiques (réaction de détoxification). L époxyde hydrolase est inductible et présente dans de nombreux tissus. D. Estérase Amidase (RE et Cytoplasme) Agissent sur les esters et les amides, certaines sont spécifiques (ex : l acétylcholine estérase). Les spécifiques sont localisés dans le cytoplasme, les non spécifiques dans le RE. Il existe des variations génétiques d un individu à l autre. E. Oxydation indépendante du Cyt P 450 : Ex : L aldéhyde déshydrogénase et l alcool déshydrogénase qui oxyde l alcool et les aldéhydes, localisés dans le cytoplasme, le RE et les mitochondries. 6. Biotransformation des xénobiotiques : Réactions de phase 2 Energie : Substrat* + cong Substrat + cong* Substrat + GSH a) L agent conjuguant est activé : (Cf poly) La glucuronoconjugaison est la plus fréquente des conjugaisons UTP Glucose transférase Glucose 1 P Acide UDP glucuronique Composé glucuroconjugué Cette conjugaison implique l utilisation de xénogènes et de composés endogènes. L enzyme inductible se trouve dans le réticulum endoplasmique du foie et des reins (induction et inhibition identique au Cytochrome P 450). La glucuronyl transférase est diminuée chez les enfants, pendant la grossesse (la progestérone est un inhibiteur) et lors de la survenue d une hépatite. Cette enzyme est rarement saturée. L excrétion peut être soit urinaire (filtration glomérulaire et sécrétion active tubulaire) soit biliaire. Saturation assez lente car pool de glucose important La sulfoconjugaison Elle concerne les alcools, les phénols et les amines aromatiques. PAPS: 3 phospho adenosine 5 phosphosulfate. Enzyme = sulfotransférase La quantité de sulfate étant limitée dans l organisme, la saturation est facile lors d une intoxication. L acétylconjugaison Elle concerne les composés aminés (aromatiques ou aliphatiques) et les hydrazines. L acétyltransférase se trouve dans le cytosol des hépatocytes ; agent activé = Acétyl CoA Tox Chap 2 : Biotransformation des xénobiotiques 4/5

5 Dans la population, il y a 20 % d acétyleurs lents et 80 % d acétyleurs rapides. Le gène a un seul allèle donc il faut être homozygote pour avoir un phénotype d acétyleur lent. Dans ce cas, il y a augmentation du risque d intoxication. La méthylconjugaison S-adénosine-méthionine Elle concerne uniquement les toxines endogènes (elle n a donc pas d intérêt en toxicologie). b) Le substrat est activé : Cela concerne les groupements carboxyliques. Lorsque le taux de glycine est faible, il peut y avoir saturation. (Enfants, personnes âgées, déficience protéique sévère) A lieu dans le foie et le rein. c) Pas d activation préalable : glutathion Le glutathion est naturellement riche en énergie = pas d activation Cela concerne les hydrocarbures, les époxydes, les dérivés nitrés et tous les composés très agressifs pour les macromolécules de l organisme. L enzyme : la glutathion transférase se trouve dans la membrane, dans le réticulum endoplasmique mais surtout dans l espace cytosolique. Le composé est inactivé et est éliminé dans les urines. Tox Chap 2 : Biotransformation des xénobiotiques 5/5