TOa 1508505051

TUGAS TOKSIKOLOGI UMUM

PENGARUH INDUKSI ENZIM

TERHADAP METABOLISME XENOBIOTIKA

OLEH :

NAMA : I Ketut Duantara

NIM : 1508505051

JURUSAN FARMASI

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS UDAYANA

2015

Pengaruh Induksi Enzim Terhadap Metabolisme Xenobiotika

A. PenginduksiSenyawa asing dapat menstimulasi aktivitas enzim mikrosomal hati. Secara

historis, induksi enzim mikrosomal hati tikus terlibat dalam metabolisme oksidatif

dan reduksi dari zat warna amino azo telah diuji. Bukti telah diutarakan bahwa

sebagian kecil hidrokarbon polisiklik, seperti 3-metil kolantrena (3-MC atau biasa

disingkat MC) menaikkan protein enzim. Kelas kedua agen penginduksi,

barbiturat, telah ditemukan secara mandiri di dua laboratorium dan telah

disederhanakan oleh fenobarbital (PB). Kelas ketiga penginduksi enzim adalah

steroid, hingga kini telah ditunjukkan secara umum sebagai pregnenolon-16α-

karbonitril (PCN) (Manfred E. Wolff, 1994).

B. Induksi Enzim pada ManusiaSuatu ciri menarik dari beberapa substrat-substrat obat tertentu yang

berbeda secara kimia adalah kemampuan dalam pemberian obat secara berulang

untuk menginduksi sitokrom P-450 dengan menaikkan laju sintesisnya atau

mengurangi laju degradasinya. Induksi ini berakibat pada suatu akselerasi

metabolisme dan biasanya penurunan dalam kerja farmakologik penginduksi dan

juga obat-obat yang diberikan bersamanya. Namun, berkenaan dengan obat-obat

yang ditransformasi secara metabolik menjadi metabolit-metabolit reaktif, induksi

enzim kemungkinan memperbesar toksisitas jaringan yang dimediasi metabolit

(Bertram G. Katzung, 2001).

Banyak obat-obat yang saat ini digunakan dengan struktur kimia dan

farmakologi yang dikenal sekali menginduksi metabolismenya sendiri atau

biotransformasi dari obat lain pada manusia. Obat-obat yang menginduksi enzim

meliputi berbagai sedatif hipotonik, tranquilizer, antikonvulsan, dan insektisida.

Masalah besar dalam metabolisme oleh hati ialah bagaimana menaksir luasnya

induksi metabolisme obat hepatik (G. Gordon Gibson dan Paul Skett, 2006).

Beberapa cara telah dikemukakan untuk mengkaji induksi pada manusia

termasuk meningkatnya klirens obat, menurunnya waktu paruh obat dalam

plasma, peningkatan ekskresi urin dari asam-D-glukarat, peningkatan 6β-

hidroksi-kortisol dalam urin, dan level bilirubin dalam plasma. Walau tidak satu

pun dari metode ini dapat membenarkan secara samar-samar induksi metabolisme

obat pada manusia, diambil secara kolektif mereka memberikan indikasi induksi

yang layak. Mekanisme-mekanisme yang terlibat dalam induksi metabolisme obat

pada manusia belum ditentukan secara jelas, induksi dari enzim-enzim yang

spesifik (terutama enzim-enzim oksidase fungsi campur dari retikulum

endoplasma) memegang peranan penting dan mempunyai implikasi-implikasi

yang besar dalam farmakologi klinis (G. Gordon Gibson dan Paul Skett, 2006).

Daftar Agen Penginduksi Metabolisme Obat Pada Manusia

Penginduksi Obat yang Metabolismenya Ditingkatkan

Benzo[a]pyrene Theophylline

Chloryclizine Steroid hormones

Ethchlorvynol Warfarin

Glutethimide Antipyrine, gltethimide, warfarin

Griseofulvin Warfarin

Phenobarbital dan barbiturate Barbiturates, chloramphenicol,

chlorpromazine, cortisol, coumarin,

anticoagulants, desmethylimipramine,

doxorubicin, estradiol, phenylbutazone,

phenytoin, quinine, testosterone

Phenylbutazone Aninopyrine, cortisol, digitoxin

Penginduksi Obat yang Metabolismenya Ditingkatkan

Phenytoin Cortisol, dexamethasone, digitoxin,

theophylline

Rifampin Coumarin, anticoagulants, digitoxin,

glucocorticoids, methadone, metoprolol, oral

contraceptives, prednisone, propranolol,

quinidine

(Diambil dari Katzung, Bertram G. 2001. Farmakologi Dasar dan Klinik. Diterjemahkan oleh

Dripa Sjabana, dkk. Jakarta : Salemba Medika., dengan perubahan seperlunya.)

C. Induksi Metabolisme Obat pada Binatang PercobaanLama dan intensitas aksi farmakologis dari banyak obat terutama

ditentukan oleh laju metabolismenya, dan sebagai akibat wajar, penginduksi

kimia yang memodifikasi metabolisme obat obat akan diharapkan secara radikal

mengubah efek farmakologis dari obat-obat. Praperlakuan terhadap binatang

percobaan dengan fenobarbital atau benzo[a]piren, menghasilkan peningkatan

dalam metabolisme zoksazolamin, dan akibatnya penurunan nyata dalam waktu

paralisis yang ditimbulkan oleh obat (G. Gordon Gibson dan Paul Skett, 2006).

Pengaruh Praperlakuan Fenobarbital

Parameter Kontrol Perlakuan

fenobarbital

Perlakukan

benzo[a]piren

Waktu paralisis (menit) 135 ± 15 62 ± 21 20 ± 12

Peluruhan seluruh tubuh (menit) 102 38 12

Metabolisme zoksazolamin

(nmol per mg protein per jam)

3,4 14 15,3

Keterangan :

Binatang percobaan diberi praperlakuan dengan fenobarbital (30 mg kg -1, intra peritoneal) dua

kali sehari selama 4 hari dan dibunuh 24 jam setelah injeksi terakhir.

Binatang percobaan diberi praperlakuan dengan injeksi benzo[a]piren (20 mg kg-1, intra

peritoneal tunggal) 24 jam sebelum dibunuh.

(Diambil dari Trevor, A. 1972. Fundamental of drug metabolism and drug disposition.

Baltimore., dengan perubahan seperlunya.)

D. Jenis-Jenis Induksi Enzim1. Induksi Sitokrom P-450

Pengkajian sebelumnya pada pertengahan tahun 1960-an dengan jelas

menunjukkan bahwa sitokrom P-450 dan asosiasi flavoprotein reduktaseya,

NADPH-sitokrom P-450 reduktase, pada dasarnya diinduksi dalam respon

terhadap praperlakuan fenobarbital dan disejajarkan dengan induksi

metabolisme obat. Namun, efek induksi fenobarbital yang diamati ini tidak

terbatas untuk enzim-enzim metabolisme. Penginduksi yang berbeda tidak

meningkatkan metabolisme dari semua obat sampai tingkat yang sama secara

seragam, bahkan penginduksi-penginduksi tertentu sebenarnya menurunkan

metabolisme beberapa obat (G. Gordon Gibson dan Paul Skett, 2006).

Pengaruh Penginduksi Terhadap Metabolisme Berbagai Substrat Obat

Obat Kontrol PB PCN MC

Etilmorfin 13,7 ± 0,8 16,8 ± 4,3 24,9 ± 3,5 6,4 ± 0,5

Aminopirin 9,9 ± 0,8 13,9 ± 1,7 9,7 ± 1,3 7,6 ± 1,8

Benzfetamin 12,5 ± 1,2 45,7 ± 14,0 6,6 ± 0,7 5,7 ± 1,1

Kafein 0,48 ± 0,12 0,65 ± 0,07 0,52 ± 0,06

Benzo[a]piren 0,14 0,14 0,14 0,33

Keterangan : PB, Fenobarbital ; PCN, Pregnolon-16α-karbonitril ; MC, 3-metil kolantren.

Semua aktivitas dinyatakan sebagai nmol produk yang dibentuk per menit per nmol Sitokrom

P-450 (harga vmaks)

(Diambil dari Powis, G., Talcott, R.E. dan Schenkman, J.B. 1977. Microsomes and Drug

Oxidations. Pergamon Press., dengan perubahan seperlunya.)

Penginduksian yang terlihat dalam tabel dikenal menginduksi sitokrom

P-450 mikrosom hati, dan pengaruhnya pada laju metabolisme obat

tergantung substrat yang diuji. Di samping menunjukkan suatu derajat

spesifitas substrat tertentu, penginduksi diketahui memperlihatkan selektivitas

stereo dan regio terhadap metabolisme isomer R- dan S- warfarin, kedua

isomer warfarin ini dihidroksilasi pada berbagai posisi molekul dengan sistem

oksidasi fungsi campur yang tergantung pada sitokrom P-450 (G. Gordon

Gibson dan Paul Skett, 2006).

Pengaruh Induksi P-450 Terhadap R- dan S- Warfarin In Vitro

Penginduksi

Metabolit warfarin terhidroksilasi

Isomer R- Isomer S-

7-OH 8-OH 7-OH 8-OH

Tidak diinduksi 0,22 0,04 0,04 0,01

Fenobarbital 0,36 0,07 0,09 0,02

3-metil kolantren 0,08 0,50 0,04 0,04

Keterangan : metabolisme dinyatakan sebagai nmol metabolit warfarin yang dibentuk per

nmol sitokrom P-450 per menit.

(Diambil dari Gibson, G. Gordon dan Paul Skett. 2006. Pengantar Metabolisme Obat.

Diterjemahkan oleh Iis Aisyah B. Jakarta : UI-Press., dengan perubahan seperlunya.)

Mekanisme molekuler secara tepat dari induksi sitokrom P-450 sekarang

ini tidak dimengerti sepenuhnya. Induksi metabolisme obat bisa timbul

sebagai akibat meningkatnya sintesis, berkurangnya peruraian, aktivasi

komponen-komponen yang ada sebelumnya atau kombinasi dari tiga proses

ini. Penginduksi enzim mempunyai efek bervariasi terhadap komponen-

komponen fungsional dari sistem oksidase fungsi campur, terutama terhadap

hemoprotein terminal sitokrom P-450. Kedua jenis penginduksi yang banyak

dikaji adalah golongan fenobarbital dan golongan hidrokarbon aromatik

poliksik (G. Gordon Gibson dan Paul Skett, 2006).

Mekanisme yang mungkin dari induksi sitokrom P-450

Peningkatan sintesis atau stabilitas dari prekursor inti 45S rRNA.

Penambahan RNA polymerase yang tergantung pada DNA.

Peningkatan transport nukleositoplasma dari ribonukleoprotein.

Peningkatan sintesis atau stabilitas dari pemberian kode mRNA untuk

NADPH-sitokrom P-450 reduktase atau sitokrom P-450.

Induksi biosintesis fosfolipid.

Peningkatan biosintesis haem atau flavin.

Pengurangan apoprotein atau peruraian haem/flavin.



2. Induksi dari Bentuk-Bentuk Ganda (Isoenzim) Sitokrom P-450

Kekhasan substrat dari sitokrom P-450 pada mulanya dikemukakan

bahwa pengamatan ini dapat dirasionalisasi dengan mengganggap keberadaan

lebih dari satu bentuk isoenzim sitokrom P-450. Jadi, penginduksi yang

berbeda mempunyai potensi meningkatkan level subpopulasi dari sitokrom P-

450 spesifik. Konsep penggandaan sitokrom P-450 telah diterima luas dalam

tahun-tahun akhir ini. Hipotesis ini disahkan seiring perkembangan teknik

pemurnian P-450 (G. Gordon Gibson dan Paul Skett, 2006).

Jumlah isoenzim sitokrom P-450 yang tepat tidak diketahui dengan

pasti, tapi jelas ada perbedaan galur dan perbedaan jaringan dari isoenzim-

isoenzim ini. Tambahan lagi ada lebih dari satu bentuk dalam suatu jaringan

dari spesies tertentu. Alasan ketidakpastian dalam jumlah varian sitokrom P-

450 yang tepat adalah bahwa karakteristik bentuk-bentuk ganda merupakan

suatu kejadian yang relatif baru, dengan pemurnian (parsial) pertama pada

tahun 1968. Masalah lain sehubungan dengan varian-varian jumlah sitokrom

P-450 adalah kriteria yang berbeda dalam menaksir heterogenitas sitokrom P-

450 dan kurangnya teknik-teknik standar dalam menaksir sifat-sifat struktural

dan fungsional (G. Gordon Gibson dan Paul Skett, 2006).

Kekhasan Substrat dari Dua Bentuk Sitokrom P-450 hati tikus yang

diinduksi oleh 3-metil kolantren

Substrat

Bentuk yang diinduksi

fenobarbital

Bentuk yang diinduksi

3-metil kolantren

(nmol metabolit yang terbentuk per menit per

nmol sitokrom P-450)

Benzfetamin 52,0 2,5

Benzo[a]piren 0,2 3,9

Etoksikumularin 4,1 56,0

6β-hidroksilat 0,2 0,3

7α-hidroksilat 0,7 1,0

16α-hidroksilat 1,5 0,2



Kriteria yang Berbeda untuk Tugas Heterogenitas Sitokrom P-450 dalam

Sediaan yang Sangat Murni

Sifat spektra keadaan ferri, ferro, dan karbonmonoksi-ferro.

Interaksi spektra dengan substrat obat.

Kekhasan substrat dalam membentuk sistem enzim kembali.

Sifat-sifat imunologis yang meliputi ketiadaan reaktivitas silang dari

antibodi-antibodi ke antigen heterolog sitokrom P-450.

Bobot molekul monomerik.

Komposisi asam amino.

Urutan asam amino terminal N- dan C-.

Pola fragmentasi peptida dengan cara kimia atau enzimatik.



3. Induksi Enzim di Luar Hati

Walaupun hati merupakan organ utama yang bertanggungjawab untuk

metabolisme obat pada kebanyakan spesies, aktivitas nyata ada dalam

jaringan-jaringan di luar hati termasuk paru-paru, ginjal, kulit, dan mukosa

usus. Hati tampak sebagai organ target yang sensitif untuk induksi enzim-

enzim pemetabolisasi obat secara umum, khususnya sitokrom P-450, respon

induktif pada jaringan-jaringan di luar hati lebih bervariasi. Induksi enzim di

luar hati juga tergantung pada substrat obat tertentu yang diselidiki. Sebagai

contoh, asap rokok (mengandung zat-zat penginduksi berupa hidrokarbon

aromatik polisiklik) pada dasarnya meningkatkan hidroksilasi benzo[a]piren

dalam paru-paru dan plasenta, serta merupakan suatu zat penginduksi yang

kurang efektif di usus halus. Demikian pula, induksi metabolisme fenasetin

dalam paru-paru 5% dari yang diamati dengan metabolisme benzo[a]piren

pada jaringan yang sama (G. Gordon Gibson dan Paul Skett, 2006).

Induksi Metabolisme Fenasetin dan Benzo[a]piren oleh Asap Rokok pada

Jaringan-Jaringan di Luar Hati Tikus

Aktivitas

Enzim

Induksi (sebagai persen dari harga kontrol)

Hati Usus Halus Paru-Paru Plasenta

Deetilasi

fenasetin20 100 60

Hidroksilasi

benzo[a]piren120 120 1200 500



4. Induksi Enzim-Enzim Pemetabolisme yang Bukan Sitokrom P-450

Sitokrom P-450 bukan satu-satunya enzim pemetabolisasi obat yang

levelnya diinduksi dalam respon terhadap bahan kimia atau obat. Sebenarnya,

kebanyakan enzim yang tercakup dalam metabolisme obat diinduksi sampai

keluasan yang bervariasi dengan suatu kelompok bahan kimia dan obat yang

berbeda secara struktural. Penginduksi yang relatif tidak spesifik

menyebabkan penebalan pada membran retikulum endoplasma hati atau pada

enzim-enzim pemetabolisasi obat. Induksi dari enzim nonsitokrom P-450

yang bertanggungjawab untuk memetabolisme obat menjatuhkan level kontrol

lainnya dari kontrol pada keseluruhan nasib metabolisme suatu obat. (G.

Gordon Gibson dan Paul Skett, 2006).

Induksi Enzim-Enzim Nonsitokrom P-450

Enzim Penginduksi

Glukoronil-transferase

Dieldrin, isosafrol, 3- metil

kolantren, fenobarbital, bifenil

poliklorinat, dan 2,3,7,8-tetrakloro

dibenzo-p-dioksin

Epoksida-hidrase

2-asetil amino flouren, aldrin,

aroklor 1254, dieldrin, etoksikuin,

isosafrol, 3-metil kolantren,

fenobarbital, dan trans-Stilben

oksida

NADPH-Sitokrom P-450 reduktase

2-asetil amino flouren, dieldrin,

isosafrol, 3-metil kolantren,

fenobarbital, bifenil poliklorinat,

dan trans-Stilben oksida

Glutation-S-transferase

2-asetil amino flouren, 3-metil

kolantren, fenobarbital, trans-

Stilben oksida, dan 2,3,7,8-

tetrakloro dibenzo-p-dioksin

Sitokrom b5

2-asetil amino flouren, hidroksi

toluen butilat, dan griseofulvin



4.1 Induksi pada Glukuronil-transferase

Penginduksi dari aktivitas oksigenase mikrosomal tidak spesifik

untuk enzim glukuronil-transferase. Fenobarbital misalnya adalah suatu

penginduksi yang baik untuk aktivitas glukuronil-transferase dalam hati

dan jaringan lain dari laboratorium hewan. Penemuan ini telah dinyatakan

oleh beberapa studi, dan lebih dini lagi keduanya 3-metil kolantren serta

pregnolon-16α-karbonitril telah ditemukan juga untuk menginduksi

enzim ini (B. G. Lake, et al, 1975).

Jadi perlakuan hewan dengan penginduksi ini dapat mengarahkan

hasil yang tidak diharapkan. Misalnya, praperlakuan hewan dengan

fenobarbital menaikkan toksisitas hati dari asetaminofen dalam beberapa

spesies. Tetapi dalam tupai fenobarbital hanya sedikit menaikkan

pembentukan metabolit reaktif, membentuk toksisitas, tetapi secara nyata

menaikkan kecepatan pembentukan konjugat glukuronoid. Hasil ini

keseluruhannya menurunkan dalam kejadian dan kekerasan nekrosis

spesies ini (W. Z. Potter, et al, 1974).

Ini telah disarankan bahwa aktivitas glukuronil-transferase

dikaitkan dengan aktivitas oksigenase-mikrosomal. Hal ini mungkin betul

untuk induksi oleh fenobarbital, tetapi disulfiran, inhibitor yang diketahui

dari aktivitas oksiigenase-mikrosomal hepatik, lebih besar dua kali dari

glukuronidasi p-nitrofenol (M. Marselos, M. Lang, dan R. Torronen,

1976).

4.2 Induksi Enzim Epoksida-hidrase dan Glutation-S-transferase

Efek 3-metil kolantren dan fenobarbital pada epoksida-hidrase dan

glutation-transferase telah diuji kenyataan kedua enzim ini menjadi secara

dekat terlibat dalam pendeterminasian efek toksik dari banyak senyawa

elektrofilik. Aktivitas epoksida-hidrase selalu ditemukan dalam semua

organ dari tikus dan mencit, tetapi aktivitas spesifik untuk hidrasi oksida

benzo[a]piren ditingkatkan oleh aroklor 1254 hanya dalam hati. Aroklor

1254 adalah campuran dari bifenil poliklorinasi (PCB) yang menginduksi

kedua bentuk 3-metil kolantren dan fenobarbital dari P-450. Suatu studi

terpisah dengan 3-metil kolantren dan fenobarbital menyatakan bahwa

fenobarbital penginduksi aktivitas-aktivitas epoksida-hidrase hepatik

terhadap beberapa epoksida, sementara 3-metil kolantren tidak

mempunyai efek (A. P. Alvares, D. R. Bickers, dan A. Kappas, 1973).

Efek dari 3-metil kolantren dan fenobarbital juga diukur pada

aktivitas glutation-S-epoksida transferase menggunakan fraksi

supernatant hati tikus. Kedua praperlakuan menambah aktivitas

transferase hingga 40%-60%. Sebaliknya, β-naftoflavon tidak

mempengaruhi aktivitas. Begitu pula kedua 3-metil kolantren dan

fenobarbital menaikkan aktivitas spesifik dari glutation-transferase B

(ligantin) terhadap 1-kloro-2,4-dinitrobenzen dan 1,2-dikloro-4-

nitrobenzen (B. F. Hales dan A. H. Neims, 1977).

Deretan pengaruh telah diamati setelah uap rokok menunjukkan

aktivitas dari benzo[a]piren, epoksida-hidrase, dan UDP-glukuronil-

tranferase dalam paru-paru tikus, ginjal, dan intestin kecil. Aktivitas

benzo[a]piren ditingkatkan dalam semua jaringan. Epoksida-hidrase

diturunkan dalam paru-paru, dalam ginjal tidak berubah, dan dinaikkan

dalam intestin. Aktivitas UDP-glukuronil-transferase kelihatannya hanya

naik pada intestin kecil (P. Uotila, 1977).

Efek 3-Metil Kolantren dan Fenobarbital pada Aktivitas Epoksid

Hidrase dan Glutation-S-Transferase dalam tikus Sprague-Dawley

Praperlakuan

Stiren oksida nmol/(mg)

(5min)

3-metil-11,12-oksida

nmol/(mg)(5min)

DiolKonjugasi

GSHDiol

Konjugasi

GSH

Saline 12,7 ± 1,0 86,4 ± 2,6 6,7 ± 0,7 10,8 ± 0,4

Fenobarbital

(72 jam)29,7 ± 1,3 131 ± 4,9 15,6 ± 1,5 14,6 ± 0,3

Minyak

jagung12,2 ± 0,9 82, 6 ± 2,0 7,1 ± 0,3 9,4 ± 0,3

3-metil

kolantren

(48 jam)

12,5 ± 0,4 118 ± 4,5 8,0 ± 0,4 12,0 ± 0,5

(Diambil dari Bresnick, E., et al. 1977. Biochemi. Pharmacol., dengan perubahan

seperlunya.)

Daftar PustakaWolff, Manfred E. 1994. Asas-Asas Kimia Medisinal. Edisi Keempat. Diterjemahkan

oleh Muljadi, Salbikis, dan Sumarno. Yogyakarta : Gadjah Mada University

Press.

Katzung, Bertram G. 2001. Farmakologi Dasar dan Klinik. Edisi Pertama.

Diterjemahkan oleh Dripa Sjabana, dkk. Jakarta : Salemba Medika.

Gibson, G. Gordon dan Paul Skett. 2006. Pengantar Metabolisme Obat.

Diterjemahkan oleh Iis Aisyah B. Jakarta : UI-Press.

Trevor, A. 1972. Fundamental of drug metabolism and drug disposition. Baltimore.

Powis, G., R. E. Talcott dan J. B. Schenkman. 1977. Microsomes and Drug

Oxidations. New York : Pergamon Press.

Lake, B. G., et al. 1975. Biochem. Soc. Trans.

Potter, W. Z., et al. 1974. Pharmacology.

Marselos, M., M. Lang, dan R. Torronen. 1976. Chem. Biol. Interact.

Alvares, A. P., D. R. Bickers, dan A. Kappas. 1973. Proc. Nat. Acad. Sci. (US).

Hales, B. F. dan A. H. Neims. 1977. Biochem. Pharmacol.

Uotila, P. 1977. res. Commun. Chem. Pathol. Pharmacol.

Bresnick, E., et al. 1977. Biochemi. Pharmacol.

Documents

TOa 1508505051