Metabolizm ksenobiotyków

Prezentacja na temat: "Metabolizm ksenobiotyków"— Zapis prezentacji:

1 Metabolizm ksenobiotyków

2 Metabolizm ksenobiotyków
Ksenobiotyki - syntetyczne związki organiczne, nie występujące naturalnie w przyrodzie. Niektóre ksenobiotyki są biodegradowalne, inne nie ulegają biodegradacji. Mineralizacja – całkowita degradacja związku organicznego do CO2, wody i ew. innych związków nieorganicznych. Rekalcitrant – związek nie ulegający biodegradacji w żadnych warunkach. Bioakumulacja – zwiększenie stężenia danego związku ponad poziom istniejący w środowisku Niektóre ksenobiotyki mogą być metabolizowane przez niektóre organizmy: a/ Niektóre drobnoustroje wykorzystują związki ksenobiotyczne jako źródło węgla b/ Organizmy wyższe metabolizują ksenobiotyki w celu ich wydalenia

3 Metabolizm ksenobiotyków u ssaków
Cel metabolizmu: eliminacja ksenobiotyku z organizmu Ksenobiotyki są na ogół substancjami lipofilowymi, nie najlepiej rozpuszczalnymi w wodzie. W wyniku biotransformacji zostają one przekształcone w związki lepiej rozpuszczalne, co umożliwia ich wydalenie. Niekiedy podczas biotransformacji powstają związki toksyczne lub kancerogenne. Metabolizm ksenobiotyków u ssaków obejmuje dwie fazy: Faza I – wprowadzenie lub odblokowanie grupy funkcyjnej Faza II – utworzenie pochodnej w formie, która może być wydalona z organizmu

4 Metabolizm ksenobiotyków u ssaków
Reakcje fazy I Wprowadzenie grupy hydroksylowej lub epoksydowej w wyniku działania układu enzymatycznego cytochromu P-450 Utlenienie grup aminowych lub tiolowych przez monoksygenazy flawinowe Utlenienie alkoholi do aldehydów i kwasów katalizowane przez dehydrogenazę alkoholową i dehydrogenazę aldehydową 4. Hydroliza estrów i amidów

5 Metabolizm ksenobiotyków u ssaków
Reakcja fazy I metabolizmu naftalenu

6 Metabolizm ksenobiotyków u ssaków
Mechanizm tworzenia kancerogennych pochodnych benzo[a]pirenu

7 Metabolizm ksenobiotyków u ssaków
Mechanizm tworzenia kancerogennej pochodnej aflatoksyny

8 Metabolizm ksenobiotyków u ssaków
Reakcje fazy I metabolizmu amfetaminy

9 Metabolizm ksenobiotyków u ssaków
Metabolizm etanolu Disulfiram jest selektywnym inhibitorem dehydrogenazy aldehydowej

10 Metabolizm ksenobiotyków u ssaków
Reakcje fazy II Glukuronidacja Przekształcenie w pochodne sulfonowe i sulfamidowe Tworzenie koniugatów z glutationem Kwas UDP-glukuronowy (UDPGA) Glutation (GSH)

11 Metabolizm ksenobiotyków w roślinach
Metabolizm herbicydu chloromuronu w soi. Chwasty nie posiadają możliwości tworzenia koniugatu z glutationem

12 Metabolizm ksenobiotyków u ssaków
Drogi metabolizmu paracetamolu

13 Metabolizm ksenobiotyków w komórkach drobnoustrojów
Biodegradacja alkanów n-alkany I etap Terminalna hydroksylacja katalizowana przez NAD(P)H-zależne monooksygenazy Kolejne etapy n-alkeny Początkowe etapy analogicznie jak dla n-alkanów. Potem -oksydacja jak dla nienasyconych kwasów tłuszczowych rozgałęzione alkany i alkeny Przekształcenie w kwas i -oksydacja. Proces wolniejszy niż dla węglowodorów linowych.

14 Metabolizm ksenobiotyków w komórkach drobnoustrojów
Biodegradacja cykloalkanów Schemat biodegradacji cyklopentanu

15 Metabolizm ksenobiotyków w komórkach drobnoustrojów
Biodegradacja węglowodorów aromatycznych Wstępne etapy biodegradacji benzenu, toluenu, fenolu i niektórych wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (WWA)

16 Metabolizm ksenobiotyków w komórkach drobnoustrojów
Biodegradacja węglowodorów aromatycznych Alternatywne szlaki biodegradacji katecholu

17 Metabolizm ksenobiotyków w komórkach drobnoustrojów
Biodegradacja węglowodorów aromatycznych Początkowe etapy biodegradacji wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (WWA) przez grzyby, bakterie i glony

18 Metabolizm ksenobiotyków w komórkach drobnoustrojów
Biotransformacje halogenopochodnych Mechanizmy dehalogenacji

19 Metabolizm ksenobiotyków w komórkach drobnoustrojów
Biodegradacja herbicydów i pestycydów Struktury niektórych herbicydów, pestycydów i szczególnie toksycznych lub mutagennych ksenobiotyków

20 Metabolizm ksenobiotyków w komórkach drobnoustrojów
Biodegradacja herbicydów i pestycydów Czasy półtrwania DDT 3 – 10 lat Dieldrin 1 – 7 lat Heptachlor 7 – 12 lat Atrazyna 0,5 roku Toksafen 10 lat

21 Metabolizm ksenobiotyków w komórkach drobnoustrojów
Biodegradacja halogenopochodnych związków aromatycznych Wpływ położenia i liczby podstawników halogenowych na biodegradowalność herbicydów aromatycznych

22 Metabolizm ksenobiotyków w komórkach drobnoustrojów
Biodegradacja herbicydów i pestycydów Biodegradacja herbicydu atrazyny przez konsorcjum bakterii

23 Metabolizm azotu amonowego i azotanów w bakteriach
Nitryfikacja I. Utlenianie azotu amonowego Bakterie z rodzajów: Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrosospira, Nitrosocystis. Reakcja jest dwuetapowa i katalizowana kolejno przez monooksygenazę amonową oraz oksydoreduktazę hydroksyloaminową II. Utlenianie azotanów(III) do azotanów (V) Bakterie z rodzajów: Nitrobacter, Nitrococcus, Nitrospira

24 Metabolizm azotu amonowego i azotanów w bakteriach
Denitryfikacja Azotany(V) w środowisku wodnym mogą być redukowane do: azotu amonowego (szlak asymilacyjny, warunki tlenowe) tlenków azotu i azotu cząsteczkowego (szlak dysymilacyjny, warunki anoksyczne). Proces ten nazywany jest denitryfikacją W obu szlakach I etapem jest redukcja azotanów(V) do azotanów(III) W szlaku asymilacyjnym reakcję katalizuje reduktaza azotanowa A, natomiast w szlaku dysymilacyjnym – reduktaza azotanowa B.

25 Metabolizm azotu amonowego i azotanów w bakteriach
II etapem szlaku dysymilacyjnego jest redukcja azotanów(III) do N2. Reakcja przebiega w warunkach beztlenowych i jest trójstopniowa. Donorami elektronów w poszczególnych etapach są związki organiczne, m.in. metanol. Sumaryczna reakcja ma wówczas postać: Zdolność do prowadzenia reakcji denitryfikacji przejawiają bakterie: Pseudomonas, Alcaligenes, Achromobacter, Arthrobacter, Flavobacterium, Moraxella, Chromobacterium, Bacillus, Hyphomicrobium

26 Wewnątrzkomórkowa kumulacja polifosforanów
Niektóre gatunki drobnoustrojów wykazują zdolność zwiększonego pobierania fosforanów ze środowiska i ich magazynowania w komórkach w postaci polifosforanów. Schemat reakcji katalizowanej przez kinazę polifosforanową Przedstawiony mechanizm akumulacji polifosforanów zostaje uruchamiany w warunkach niedoboru azotu lub siarki. Zostaje wówczas zahamowany wzrost komórek i rośnie stosunek ATP/ADP Uproszczony schemat metabolizmu fosforu w Aeromonas aerogenes

27 Bioakumulacja i biotransformacja metali
Mechanizmy usuwania metali z roztworów wodnych przez drobnoustroje

28 Bioakumulacja i biotransformacja metali
Reakcje zachodzące podczas bioługowania żelaza