Tema 8.- Oxidaciones, Reducciones e hidrólisis. OXIDACIONES - Monooxigenasas dep. CYP450 (tema 7)

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1 Tema 8.- Oxidaciones, Reducciones e hidrólisis OXIDACIONES - Monooxigenasas dep. CYP450 (tema 7) - Monooxigenasas dependientes FAD - OXIDACIONES NO MICROSOMALES Deshidrogenasas MonoAminoOxidasas DiAminoOxidasas Peroxidasas (cooxidaciones)

2 Oxidaciones Monooxigenasas dependientes de FAD Enzimas que catalizan la oxidación de XBs orgánicos 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)

3 Monooxigenasas dependientes de FAD, ejemplos Oxidaciones Algunas reacciones son catalizadas por ambas MO: éstas y las de Cyt P450 N-oxidación y Desulfuración oxidativa. Oxidaciones catalizadas por FMPO FMO3 FMO1 Isómero trans (orina de fumadores) Dos Isómeros (orina de fumadores)

4 Oxidaciones Monooxigenasas dependientes de FAD: estructura, localización e isoenzimas Son proteínas monoméricas Llevan un nucleotido de FAD Están asociadas al retículo endoplásmico Presentan 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 catabolismo de la ACETILCOLINA, la TMA (síndrome del olor a pescado)

5 Oxidaciones Monooxigenasas dependientes de FAD Ciclo catalítico Requieren NADPH y O2 1º Son termolábiles, Sin NADPH a 50ºC El hidroperóxido de FAD es un oxidante fuerte 3º Peroxi-flavina 2º

6 PARTICIPACIÓN del FAD en el Ciclo Catalítico de estas Monooxigenasas Oxidaciones 1º 3º 2º proceso red-ox

7 Oxidaciones Características de las Monooxigenasas dependientes de FAD, contraste con las del Cyt P450 Ambas enzimas actúan sobre xenobióticos Ambas radican en el reticulo endoplásmico y 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 actividad Las FMO no son inducibles

8 Oxidaciones no microsomales Oxidaciones Fracción soluble Isoenzimas Oxidación no-microsomal del alcohol etílico hepáticas

9 Oxidaciones no microsomales: Aminooxidasas Oxidaciones MAO y DAO, degradación de aminas biógenas Frac. Soluble Con PPal

10 Oxidaciones Oxidaciones no microsomales Aminooxidasas MAO: Son enzimas mitocondriales Son flavoproteínas Oxidaciones no microsomales Fenil-etil-amina Fenil-acetilaldehido

11 Oxidaciones Reacciones de cooxidación: Peroxidasas Prostaglandina Sintasa Aspirina inhibe ciclooxigenasa ciclooxigenasa

12 Cooxidación de acetaminofen por la Prostaglandina sintasa (hidroperoxidasa) Oxidaciones Prostaglandina G Ac. araquidónico 2 PG hidroperoxidasa Acetaminofen PG hidroperoxidasa Aspirina inhibe CONJUGADOS Glutation-Stransferasa N-acetil-benzoquinoneimida Prastaglandina H Unión covalente a macromoléculas Toxicidad celular

13 Reducciones R. de Reducción Reductasas aldehidos, cetonas nitro, azo, metales. DT-diaforasa DDT-dehidroclorinasa

14 Reacciones de reducción GRUPOS FUNCIONALES PROCESOS PRODUCTOS Reducciones Reducción de aldehidos Reducción de cetonas Reducción de sulfóxidos Reducción de disulfuros Reducción de alquenos Azo-reducciones Nitro-reducciones

15 Reducción de quinonas Reducciones DT diaforasa DT-diaforasa reduce quinonas a hidroquinonas, sin generar radicales libres Citocromo P-450 reductasa Menadona Hidroquinona A. superóxido Cyt P450 puede reducir a las Quinonas con 1 e- a semiquinonas. --> radicales libres Radical semiquinona Daño celular por unión a proteínas y DNA R. perhidroxilo Peróxido de H. R. hidroxilo Peroxidación de lípidos

16 Formación de radicales y especies reactivas de O2 Reducciones 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 Los radicales semiquinónicos forman especias reactivas de O2 (O2-, H2O2, ) y después aparece el estrés oxidativo. O2- H2O2 H2O+O2 SOD Catalasa El corazón tiene baja actividad SOD, este mecanismo explica la cardiotoxicidad de la adriamicina y doxorrubicina El higado está protegido contra el estrés oxidativo por la presencia de DT-diaforasa (formación de hidroquinonas). Las hidroquinonas son sustratos fáciles de las reacciones de fase II: conjugaciones

17 Deshalogenación reductora del DDT a DDE Reducciones DDT-Dehidroclorinasa, fracción soluble, requiere glutation reducido, es estereoespecífica (pp -DDT). DDT-DESHIDROCLORINASA La actividad de esta enzima está relacionada con la resistencia al DDT en insectos En algunos casos se ha demostrado que la proteina recombinante GSTe2 posee actividad DDT dehidrochlorinasa

18 Metabolismo del DDT en diferentes ambientes Reducciones DDT-dehidroclorinasa Deshalogenaciones del DDT: aerobia y anaerobia

19 Reacciones de hidrólisis Hidrólisis Catalizadas, en general, por Hidrolasas, en fracciones soluble y microsomal. Hidrólisis de ésteres: Hidrólisis de amidas. ESTERASAS AMIDASAS Esterasas: Carboxilesterasas (ésteres) Non-carboxylesterases Acetilcolinesterasa (ACh) paraoxonasa/arilesterasa En relación con los XBs, las carboxiesterasas: A-Esterasas: B-esterasas: (CYS) hidrolizan ésteres alifáticos (SER) hidrolizan más tipos de ésteres y SON INHIBIDAS por Organo-P i.e., Acetilcolinesterasa

20 Esterasas Hidrolizan ésteres: organofosforados, carbamatos, etc Hidrólisis

21 Hidrólisis Localización de la carboxiesterasa en el retículo endoplásmico Citosol Carboxilesterasa Sitio de unión Producto Sustrato

22 Hidrólisis de ésteres por acetilcolineterasa Hidrólisis La acetilcolinesterasa tiene un OH de un resto de SER en el centro activo, es una esterasa tipo B. En relación con los XBs: A-Esterasas: con CYS Hidrolizan a los OP B-esterasas: con SER SON INHIBIDAS por OP i.e., Acetilcolinesterasa

23 Hidrólisis Biotransformaciones del Malation en diferentes especies animales Los mamíferos tienen mas actividades carboxiesterasas o esterasas tipo A, que les permite degradar más fácilmente a los ésteres, organofosforados y carbamatos Malation Hidrólisis esterasas INSECTOS oxidación MAMÍFEROS Malaoxon

24 Hidrólisis Relación de las esterasas con la toxicidad Los animales con mayores niveles de esterasas en plasma son los menos susceptibles a la toxicidad por compuestos tipo éster. Los mamíferos tienen altos niveles de esterasas en plasma. Las aves y los insectos tienen bajos niveles de esterasas A en plasma. i.e., Los insectos resistentes al malation suelen tener altos niveles de esterasas tipo A. Las carboxiesterasas determinan el comportamiento de la actividad de muchos principios activos. ANESTESICOS procaina, se hidroliza rápido procainamida, se hidroliza mas lento y llega a circular

25 Hidrólisis Relación de las esterasas con la toxicidad Las carboxiesterasas determinan el comportamiento de la actividad de muchos principios activos. ANESTESICOS procaina, se hidroliza rápido procainamida, 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

26 Hidrólisis Epoxi hidrolasas Los derivados epoxi son electrofílicos reactivos con biomoléculas y tóxicos Hidrólisis de epóxidos por acción de la epoxi-hidrolasa. Estas enzimas detoxifican epoxis Son estereoespecíficas e inducibles

27 Formación de derivados carcinógenos del benzopireno Hidrólisis Los benzopirenos pueden seguir varias vías de transformación NO Epoxi hidrolasa Epoxi hidrolasa Benzo(a)pireno 7,8-0xido-Benzo(a)pireno 7,8-Dihidrodiol-Benzo(a)pireno 7,8-Dihidrodiol-9,10-epoxi Benzo(a)pireno Resistente a hidroxilación Por epoxi hidrolasa Epoxi hidrolasa Unión covalente a DNA Mutación de el condon 12º del oncogen H-ras Tumor piel y pulmón 4,5-oxido-Benzo(a) pireno 4,5-Dihidrodiol- Benzo(a)pireno