9.Биотрансформация лекарств

Биотрансформация представляет собой метаболические превраще­ния лекарств, в результате которых они приобретают полярные группы. При этом уменьшается растворимость в липидах, и возрастает раство­римость в воде. Полярные метаболиты в меньшей степени, чем исход­ные вещества, подвергаются энтерогепатической циркуляции (выведе­ние с желчью в кишечник и повторное всасывание в кровь) и реабсорб-ции в почечных канальцах. Без биотрансформации одна терапевтичес­кая доза снотворного средства этаминала могла бы находиться в орга­низме 100 лет.

Эндобиотики подвергаются превращениям под влиянием специфи­ческих ферментов, осуществляющих метаболизм их эндогенных прото­типов. Ксенобиотики используют для метаболизма ферменты с малой субстратной специфичностью, например, окисляются при участии ци-тохрома Р-450, созданного в эволюции 3,5 миллиарда лет тому назад.

Биотрансформация ксенобиотиков происходит в печени (90-95%), слизистой оболочке тонкого кишечника, почках, легких, коже и других органах, а также в крови. Наиболее изучены процессы биотрансформа­ции, протекающие на мембранах гладкого эндоплазматического рети-кулума (ЭПР) печени. При гомогенизации и ультрацентрифугировании клеток печени канальцы ЭПР разрываются и превращаются в функцио­нально активные фрагменты - микросомы. Другими компартментами клеток, осуществляющими биотрансформацию, являются ядро, цитозоль, митохондрии, плазматическая мембрана.

Реакции биотрансформации разделяют на 2 фазы. В реакциях пер­вой фазы - метаболической трансформации молекулы лекарств под­вергаются окислению, восстановлению или гидролизу. Их активность в результате метаболической трансформации, как правило, снижается, но может и повышаться. Во второй фазе - реакциях конъюгации исход­ные или предварительно метаболически измененные молекулы лекарств присоединяют ковалентной связью полярные фрагменты с образовани­ем неактивных продуктов. Для реакций конъюгации необходима затра­та энергии.

Реакции метаболической трансформации

Окисление

В ЭПР функционирует НАДФ-Н-зависимая дыхательная цепь. Ее терминальным переносчиком является цитохром Р-450 - мембраносвя-занный липофильный фермент группы многоцелевых монооксигеназ (включают кислород в субстраты). Цитохром Р-450 глубоко погружен в

липидный бислой мембраны ЭПР и функционирует совместно с НАДФ • Н-зависимой цитохром Р-450-редуктазой (соотношение количества мо­лекул цитохрома Р-450 и редуктазы составляет 10:1).

Вначале окисленный цитохром Р-450 присоединяет лекарство. Ком­плекс цитохром-лекарство восстанавливается цитохром Р-450-редукта-зой с использованием электрона НАДФ • Н и затем реагирует с молеку­лярным кислородом. Для активации кислорода необходимо присоеди­нение второго электрона. На финальном этапе монооксигеназной ре­акции один атом кислорода включается в молекулу окисляемого лекар­ства, второй - освобождается в составе воды, а окисленный цитохром Р-450 регенерирует (см. схему).

Суперсемейство цитохромов Р-450 поражает своими почти неогра­ниченными метаболическими возможностями. Оно включает более 300 клонированных вариантов цитохрома Р-450, способных катализи­ровать около 60 типов энзиматических реакций с сотнями потенциаль­ных субстратов. В клетках человека обнаружено 12 семейств цитохрома Р-450. В молекулах изоферментов одного семейства идентичны более 55% аминокислот, в молекулах, принадлежащих к разным семействам, идентичны 40% аминокислот.

Большинство реакций катализируют изоферменты цитохрома Р-450 семейств 1,2 и 3, из них основной изофермент для окисления лекарств -цитохром Р-450 ЗА.

Реакция окисление ксенобиотиков при участии цитохрома Р-450 легко

подвергается рас­щеплению с обра­зованием свобод­ных радикалов кислорода и высо­коактивных интер-медиатов (проме­жуточные продук­ты - эпоксиды, N-, S-окиси), стиму­лирующих пере-кисное окисление мембранных ли-пидов и вызываю­щих токсические некрозы клеток, появление неоан­тигенов, терато­генный, эмбрио-токсический эф-

фекты, мутации, канцерогенез и ускорение старения. По этой причине не существует абсолютно безвредных ксенобиотиков. При их окисле­нии образуются метаболиты, серьезно повреждающие клетки. Токси­ческие продукты биотрансформации обезвреживаются конъюгацией с восстановленным глутатионом и ковалентным связыванием с альбуми­нами. Повреждение молекулы альбумина не является опасным для орга­низма, так как этот белок синтезируется в печени со скоростью 10-16 г в день и присутствует в высоких концентрациях в ЭПР.

Ряд лекарств - "суицидных субстратов" - в процессе окисления раз­рушают цитохром Р-450. "Суицидными субстратами" являются четырех-хлористый углерод, фторотан, парацетамол, преобразуемые цитохро-мом Р-450 в свободные радикалы. Такой эффект можно рассматривать не только как токсический, но и как защитный - элиминируются молеку­лы цитохрома Р-450, интенсивно генерирующие реакционноспособные метаболиты.

Восстановление

Реакции восстановления характерны для альдегидов, кетонов и карооновых кислот. В ряде случаев восстановление и окисление катализируются одним и тем же ферментом и являются обратимыми (окисление и восстановление продукта метаболизма этилового алкоголя - уксусного альдегида). Восстановлению под­вергаются окисленные метаболиты лекарств - кетоны и карбоновые кислоты (фе­намин превращается в фенилизопропанол через стадию фенилацетона).

Ароматические соединения, содержащие нитрогруппу, подвергаются нитро-редукции. Промежуточными продуктами этой реакции служат нитрозо- и гидро-ксиламиносоединения. В печени функционируют микросомальная и цитоплазма-тическая нитроредуктазы, в кишечнике - бактериальная нитроредуктаза.

Лекарства с азогруппой восстанавливаются в первичные амины в микросомах печени и кишечной микрофлорой, например, салазопиридазин, применяемый для терапии неспецифического язвенного колита, расщепляется по азосвязи с осво­бождением сульфапиридазина и 5-аминосалициловой кислоты.

Гидролиз

Гидролиз характерен для лекарств-сложных эфиров и замещенных амидов, происходит в цитозоле и ЭПР эпителия кишечника и гепатоци-тов, а также в крови. Для реакций гидролиза, катализируемых эстераза-ми и амидазами, необходимо участие воды. В результате гидролиза про­исходит распад молекул лекарств на фрагменты, один из которых - кис­лотный или спиртовый может проявлять фармакологическую активность,

В медицине используют пролекарства, активируемые в результате гидролиза ферментами организма, например, левомицетина стеарат, не обладающий горьким вкусом левомицетина, в кишечнике освобождает активный антибиотик. Растворимый препарат для инъекций левомицети­на сукцинат образует левомицетин под влиянием гидролаз тканей. Конъюгация

Наибольшее значение имеет глюкуронирование - присоединение активированной уридиндифосфатом (УДФ) глюкуроновой кислоты к али-

фатическим, ароматическим спиртам, карбоновым кислотам, веществам с аминогруппой и сульфгидрильной группой. Глюкуронирование ката­лизирует УДФ-глюкуронилтрансфераза. Этот фермент функционирует в ЭПР и цитозоле клеток печени, почек, кишечника, кожи. О-, N- и S-глюкурониды хорошо растворяются в воде и подвергаются экскреции с мочой и желчью. Глюкурониды, экскретируемые с желчью, в кишечни­ке под влиянием фермента бактерий р-глюкуронидазы превращаются в исходные вещества и повторно всасываются в кровь, что дает начало энтерогепатической циркуляции (сердечные гликозиды наперстянки, ле-вомицетин).

Сульфатирование характеризуется переносом неорганического суль­фата от 3'-фосфоаденозил-5'-фосфосульфата на гидроксил алифати­ческих спиртов и фенолов при участии фермента цитозоля - сульфо-трансферазы.

Ряд лекарственных средств в малых дозах образуют сульфоконъю-гаты, в больших дозах - глюкурониды.

Ацетилирование представляет собой присоединение уксусной кис­лоты от ацетилкоэнзима А к аминам, гидразинам, сульфаниламидам, катализируемое ацетилтрансферазой цитозоля клеток. Ацетилирован-ные метаболиты плохо растворяются в воде и элиминируются медленно.

Метилирование - перенос метила от S-аденозилметионина на ле­карство под влиянием метилтрансферазы. Это единственная реакция, которая не сопровождается образованием полярных метаболитов.