Tema 8.- Oxidaciones, Reducciones e hidrólisis

OXIDACIONES- Monooxigenasas dep. CYP450 (tema 7)

- Monooxigenasas dependientes FAD- OXIDACIONES NO MICROSOMALES

DeshidrogenasasMonoAminoOxidasasDiAminoOxidasasPeroxidasas (cooxidaciones)

Monooxigenasasdependientes de FAD

Enzimas que catalizan la oxidación de XBsorgánicos 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)

Oxidaciones

Monooxigenasasdependientes de FAD, ejemplos

Algunas reacciones son catalizadas por ambas MO: éstas y las de Cyt P450

N-oxidación y Desulfuración oxidativa.

FMO3Isómero trans(orina de fumadores)

Dos Isómeros(orina de fumadores)

FMO1

Oxidaciones

Oxidaciones catalizadas por FMPO

Monooxigenasasdependientes de FAD: estructura, localización e isoenzimas

Son proteínas monoméricasLlevan un nucleotido de FADEstán asociadas al retículo endoplásmicoPresentan 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 cata bolismo de la ACETILCOLINA, la TMA (síndrome del olor a pes cado)

Oxidaciones

Monooxigenasasdependientes de FADCiclo catalítico

1º

2º3º

Peroxi-flavina

RequierenNADPH y O2

Son termolábiles,Sin NADPH a 50ºC

El hidroperóxidode FAD es un oxidante fuerte

Oxidaciones

1º

2º3º

PARTICIPACIÓN deL FADen el Ciclo Catalítico de estasMonooxigenasas

proceso red-ox

Oxidaciones

Características de las Monooxigenasasdependientes de FAD,contraste con las del Cyt P450

Ambas enzimas actúan sobre xenobióticosAmbas radican en el reticulo endoplásmicoy 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 actividadLas FMO no son inducibles

Oxidaciones

Oxidacionesno microsomales

Oxidación no-microsomal del alcohol etílicoFracción solubleIsoenzimas

hepáticas

Oxidaciones

Oxidaciones no microsomales:Aminooxidasas

MAO y DAO , degradación de aminas biógenas

Frac. SolubleCon PPal

Oxidaciones

Oxidacionesno microsomales

MAO: Son enzimas mitocondrialesSon flavoproteínas

AminooxidasasOxidaciones

Fenil-etil-amina Fenil-acetilaldehido

Oxidaciones no microsomales

Reacciones decooxidación: PeroxidasasProstaglandina Sintasa

ciclooxigenasa

ciclooxigenasa

Aspirinainhibe

Oxidaciones

Cooxidación de acetaminofenpor la Prostaglandina sintasa(hidroperoxidasa)

Oxidaciones

2

PG hidroperoxidasa

PG hidroperoxidasa

N-acetil-benzoquinoneimida

Unión covalentea macromoléculas

Toxicidad celular

Aspirinainhibe

Glutation-S-transferasa

CONJUGADOS

Acetaminofen

Prostaglandina G

Ac. araquidónico

Prastaglandina H

R. de Reducción

Reductasasaldehidos, cetonasnitro, azo, metales….DT-diaforasaDDT-dehidroclorinasa

Reducciones

Reacciones de reducción

ReduccionesReducción de aldehidos

Reducción de cetonas

Reducción de sulfóxidos

Reducción de disulfuros

Reducción de alquenos

Azo-reducciones

Nitro-reducciones

GRUPOS FUNCIONALES PROCESOS PRODUCTOS

Reducción de quinonas

DT-diaforasareduce quinonasa hidroquinonas,sin generar radicales libres

Reducciones

Daño celular por unión a proteínas y DNA

Radical semiquinona

Peroxidación de lípidos

DT diaforasa

A. superóxido

R. perhidroxilo

Peróxido de H.

R. hidroxilo

HidroquinonaMenadona

CitocromoP-450 reductasa

Cyt P450 puedereducir a las Quinonas con 1 e-a semiquinonas.--> radicales libres

Los radicales semiquinónicos forman especias reactiv as de O2 (O2-, H2O2, )y después aparece el estrés oxidativo.

O2- H2O2 H2O+O2SOD Catalasa

El corazón tiene baja actividad SOD, este mecanismo explica la cardiotoxicidad de la adriamicina y doxorr ubicinaEl higado está protegido contra el estrés oxidativo po r la presencia de DT-diaforasa (formación de hidroquinonas).Las hidroquinonas son sustratos fáciles de las reac ciones de fase II: conjugaciones

Formación de radicalesy especies reactivas de O2 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

Reducciones

Deshalogenación reductora del DDT a DDE

La actividad de esta enzima está relacionada con la resistencia al DDT en insectosEn algunos casos se ha demostrado que la proteinarecombinanteGSTe2 posee actividad DDT dehidrochlorinasa

DDT-Dehidroclorinasa, fracción soluble, requiere glutation reducido,

es estereoespecífica (pp’-DDT).

Reducciones

DDT-DESHIDROCLORINASA

Deshalogenacionesdel DDT:aerobia y anaerobia

Metabolismo del DDT en diferentes ambientes

DDT-dehidroclorinasa

Reducciones

Reacciones de hidrólisisCatalizadas, en general, por Hidrolasas,en fracciones soluble y microsomal.

Hidrólisis de ésteres: ESTERASASHidrólisis de amidas. AMIDASAS

Esterasas : Carboxilesterasas (ésteres)Non-carboxylesterases

Acetilcolinesterasa (ACh)paraoxonasa/arilesterasa

En relación con los XBs, las carboxiesterasas:

A-Esterasas: (CYS) hidrolizan ésteres alifáticosB-esterasas: (SER) hidrolizan más tipos de ésteres

y SON INHIBIDAS por Organo-Pi.e., Acetilcolinesterasa

Hidrólisis

EsterasasHidrolizan ésteres: organofosforados, carbamatos, e tc

Hidrólisis

Hidrólisis

Localización de la carboxiesterasaen el retículo endoplásmico

Carboxilesterasa

Producto

Citosol

Sustrato

Sitio de unión

Hidrólisis de ésterespor acetilcolineterasa

En relación con los XBs:A-Esterasas: con CYS Hidrolizan a los OPB-esterasas: con SER SON INHIBIDAS por OP

i.e., Acetilcolinesterasa

La acetilcolinesterasa tiene un –OH de un resto de SE R en el centro activo, es una esterasa tipo B.

Hidrólisis

Biotransformaciones delMalation en diferentesespecies animales

oxidación

Hidrólisisesterasas

Los mamíferos tienen mas actividades carboxiesterasaso esterasas tipo A,que les permite degradar más fácilmente a los ésteres, organofosforadosy carbamatos

Hidrólisis

Malation

Malaoxon

MAMÍFEROS

INSECTOS

Relación de las esterasascon la toxicidad

Los animales con mayores niveles de esterasas en plasma son los menos susceptibles a la toxicidad p or compuestos tipo éster.Los mamíferos tienen altos niveles de esterasas en plasma.Las aves y los insectos tienen bajos niveles de est erasasA en plasma.

i.e., Los insectos resistentes al malationsuelen tener altos niveles de esterasas tipo A.

Hidrólisis

Las carboxiesterasas determinan el comportamiento de la actividad de muchos principios activos.

ANESTESICOS procaina, se hidroliza rápidoprocainamida, se hidroliza mas lento y llega a circ ular

Relación de las esterasascon la toxicidad

Las carboxiesterasas determinan el comportamiento de la actividad de muchos principios activos.

ANESTESICOSprocaina, se hidroliza rápidoprocainamida, 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

Hidrólisis

Epoxi hidrolasasLos derivados epoxi son electrofílicos ����

reactivos con biomoléculas y tóxicosHidrólisis de epóxidos por acción de la epoxi-hidrolasa .

Estas enzimas detoxificanepoxis Son estereo-específicas e inducibles

Hidrólisis

Epoxihidrolasa

Epoxihidrolasa

Benzo(a)pireno 7,8-0xido-Benzo(a)pireno

Mutación de el condon 12ºdel oncogen H-ras

4,5-oxido-Benzo(a)pireno

Unión covalente a DNA

7,8-Dihidrodiol-Benzo(a)pireno

4,5-Dihidrodiol-Benzo(a)pireno

7,8-Dihidrodiol-9,10-epoxiBenzo(a)pireno

Resistente a hidroxilaciónPor epoxi hidrolasa

Formación de derivados carcinógenos del benzopireno

Tumor piel y pulmón

Los benzopirenos pueden seguir varias víasde transformación

NO Epoxihidrolasa

Hidrólisis