A metabolizmus enzimrendszerei

Az anyagcsere-folyamatokhoz hasonlóan a gyógyszerek biotranszformációját is enzimek katalizálják.

Az intermedier anyagcserét szabályozó nagyszámú enzimrendszer mellett vannak olyanok is, amelyek elsősorban a xenobiotikumokat (testidegen anyagokat) metabolizálják. Ezek az enzimek az endo-plazmás retikulumban találhatók, és főleg az oxidációs reakciókat irányítják (a sejt szerkezetét a 6.1.2.

ábrán mutatjuk be).

A metabolizáló enzimek legnagyobb mennyiségben a májban találhatók, de más szervekben – tüdőben, vékonybél nyálkahártyájában és a bőrben – is kimutathatók.

A bélbaktériumok is részt vehetnek a gyógyszerek metabolizmusában. Az emlős sejtekben az átalakító enzimek az endoplazmás retikulumban képződnek és tárolódnak. Technikai szempontból kétféle enzimrendszert különböztetünk meg:

mikroszomális enzimeket, nem mikroszomális enzimeket.

Az endoplazmás retikulumnak is két formáját különböztetjük meg:

a durva felületű endoplazmás retikulumot (DER), más néven granuláris endoplazmás retikulumot (GER),

a sima felületű endoplazmás retikulumot (SER), más néven agranuláris endoplazmás retikulumot (AER).

A képződmények elektronmikroszkópos kép alapján rajzolt vázlatát a 8.1.1. ábra szemlélteti.

A durva felületű endoplazmatikus retikulum egymással összeköttetésben álló tubulusokból, cisz-ternákból és vezikulumokból felépülő intracitoplazmatikus rendszer. Megjelenési formái rendkívül változatosak. A DER kisebb vagy nagyobb mennyiségben minden sejtben jelen van, mivel a sejt mű-ködésében részt vevő különböző enzimek előállításához elengedhetetlen a jelenléte. Azokban a sejtekben, amelyek jelentős szekréciós tevékenységet folytatnak – a szervezet számára enzimet termel-nek –, nagyobb tömegben található. Azokban a sejtekben, amelyek a szekréciót csak kisebb mértékben végzik, kisebb mennyiségben van jelen a DER.

A DER nevét onnan nyerte, hogy a struktúrák felszínén riboszómák helyezkednek el. A citoplazmában szabadon is megtalálható riboszómák a sejt saját fehérjéinek szintézisét végzik. A szekretáló anyagok szintézise a DER felszínén lévő riboszómák feladata. A véráramba kerülő anyagok itt a DER felületén lévő mikroszómákban szintetizálódnak.

A DER vezikulumainak átmérője 25–500 nm, a tubulusoké és a ciszternáké 30–300 nm. A membránok szerkezete lényegében a sejtmembránok szerkezetéhez hasonló.

A sejtekben a SER általában kevesebb, mint a DER. A DER a riboszómáit elveszítve SER-ré alakulhat. A gyógyszereket metabolizáló nagyobb enzimkoncentráció a SER-hez tartozik. Az endoplazmás retikulumot lényegében a sejtmembránhoz hasonló fluid-mozaik-rendszer alkotja.

A májsejtek különösen gazdagok a DER és SER képződményekben. A szervezetben elsősorban ezekhez kötve találhatók azok az enzimek, amelyek a gyógyszerek metabolizmusában fontos szerepet játszanak.

8.1.1. ábra: A DER és a SER mikroszkópos képe és vázlata

(Csaba, Gy.: Orvosi biológia, 3. átdolgozott kiadás, Medicina, Budapest, 1988 nyomán) A „mikroszomális enzimrendszer” név technikai elnevezés. A májsejt homogenizálásánál a sejtek roncsolódnak. A homogenizátum 10³ g-vel történő 10 perces ultracentrifugálásakor elkülönülnek a sejttöredékek, mitokondriumok és sejtmagok. A felülúszó folyadékot 10⁵ g-vel 60 percig ultra-centrifugálva kiválnak a mikroszómának nevezett, zömében DER- és SER-törmelékek, amelyek a metabolizmushoz fontos enzimeket tartalmazzák. A visszamaradt folyadék a sejtplazma-frakció, amely szintén tartalmaz gyógyszer-metabolizmusban részt vevő enzimeket. Az enzimek a DER- és SER- membrántöredékekhez rendkívül erősen kötődnek.

A mikroszomális enzimek jellegzetességei: csak az erősen lipidoldékony vegyületeket metaboli-zálják, nincs szubsztrátspecificitásuk. A keletkezett metabolitok csaknem mindig hidrofilebbek, mint az anyavegyület.

A mikroszomális enzimek elsősorban a xenobiotikumokat metabolizálják, a szervezet saját inter-medier anyagcsere-szubsztrátjait nem. Ennek feltehetően az az oka, hogy az interinter-medier metabolitok zömmel vízoldékonyak.

A mikroszomális enzimek közül az oxidációt és néhány redukciót katalizáló enzim strukturálisan kötött az endoplazmás retikulumhoz.

A gyógyszer-metabolizmus szempontjából egyik legfontosabb enzimcsalád a citokróm P-450. A nevét onnan kapta, hogy szénmonoxid jelenlétében 450 nm-nél abszorpciós maximumot ad. Ma már az enzimcsalád (rövidítésük: CYP) több ezer tagját ismerjük. Az enzimcsalád tagjai kémiailag hemo-proteinek, a család egyes tagjai a fehérjerészben különböznek egymástól. A CYP enzimek által kata-lizált reakció az alábbi reakcióegyenlettel írható le:

O H OH R e

H O H

R  ₂ 2 ^ 2 ^ ^CYP   ₂ .

A folyamat a 8.1.2. ábrán látható részfolyamatokból áll.

8.1.2. ábra: A CYP-450 oxidációs folyamatának vázlata és a vas-komplex szerkezetének változása

A reakció során a vas-komplex térszerkezet-változásából adódó energiaszint-változás is hozzájárul az enzim működéséhez. A folyamat főbb reakciólépései a következők:

a ferrivasat tartalmazó enzimhez hozzákötődik az R-H szubsztrát,

a FAD (flavin-adenin-dinukleotid, lásd a 2.4. fejezetben) az enzimrendszerből felvesz egy elektront, miközben a ferrivas ferrovassá redukálódik (ez a forma képes szénmonoxidot megkötni és a komplex 450 nm-nél maximális fényelnyelést mutat),

a ferro-komplex oxigént vesz fel és szuperoxid gyökké alakul, a második elektron felvételével a komplex peroxidionná alakul,

proton felvételével, illetve víz leadásával 5 értékű vasat tartalmazó nagyon reaktív vegyület keletkezik,

végül a keletkező reaktív komplex oxidálja a szubszrátot hidroxilcsoport keletkezése közben, miközben az 5 értékű vas 3 értékűvé redukálódik.

Az elektronokat közvetlenül a nikotinamid-adenin-dinukleotid-foszfát (NADP, koenzimje a B5 -vitamin) biztosítja (NADP-NADPH-enzimrendszer). A CYP enzimeket a cianid-ion nem, a szénmonoxid viszont gátolja. A második lépésben keletkező vaskomplexszel léphet a szénmonoxid reakcióba, s így az enzim kivonódhat a ciklusból. A CYP-450 enzimeken kívül még számtalan egyéb mikroszomális enzim is közrejátszik a gyógyszerek metabolizmusában.

A nem mikroszomális enzimek nincsenek a mikroszómákhoz szorosan hozzákötve, azokról viszonylag könnyen leoldhatók, szolubilizálhatók.

A vízoldékony gyógyszereket nem mikroszomális oxidázok, peroxidázok és dehidrogenázok oxidálják. Például az alkohol-dehidrogenáz számos alkoholt oxidál, beleértve az etanolt és a metanolt is. Ez az enzim szolubilizálható, mikroszómához nem kötött, kimutatható a májban és egyéb szövetekben. A fiziológiás pH-tartományban (kb. 7) az alkohol-dehidrogenáz-rendszer egyensúlya olyan, hogy inkább alkohol képződik és nem aldehid. A szolubilizálható aldehid-dehidrogenázok szintén aspecifikus gyógyszer-metabolizáló enzimek. A plazmában specifikus észterázok mellett nem specifikus észterázok is vannak, amelyek különféle észtereket hidrolizálnak.

A bélbaktériumok képesek hidrolizálni és dehidrogénezni, dekarboxilezni, dezalkilezni és dezaminálni. Kimutatták továbbá, hogy redukálják a nitro- és azovegyületeket, az aldehideket és a ketonokat, gyűrűnyitással bontják a heterociklusos vegyületeket. Tehát a bélbaktériumok részt vesznek a xenobiotikumok metabolizmusában.

A gyógyszer-metabolizmus második fázisának enzimjei azok a konjugációs enzimek, amelyek a szervezet anyagcseréjének a végső származékait is konjugálják, még vízoldékonyabbá teszik. Ezeknek az enzimeknek a segítségével olyan vegyületek keletkeznek, amelyek a szervezetből a kiválasztó szervekkel (vese) eltávolíthatók.

A fenti enzimek lehetnek mikroszomális és nem mikroszomális eredetűek.