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Biotransformation des toxiques

La biotransformation est le processus par lequel la molécule mère subit une transformation catalysée par des enzymes spécifiques en métabolites ultérieurement convertis en dérivés conjugués. Les métabolites et les dérivés conjugués sont plus hydrosolubles plus polaires et donc plus facilement éliminables par le rein, et ne subissent pas de réabsorption tubulaire.

But. Détoxication (atténuation de la toxicité d’une substance) ou bien bio-activation en transformant le toxique en métabolite plus toxique.

Mécanismes de la Biotransformation

Les réactions de la phase I

Oxydation

Ce processus s’effectue par un système monooxygénase dépendant du Cyt P450. Majoritairement localisé dans les microsomes hépatiques. Il y a consommation du NADPH (nicotinamide phosphate réduit), de l’oxygène moléculaire.

Cyt P450

C’est une Hémoprotéine majoritairement localisée dans les microsomes hépatiques et la face externe de la membrane du RE. Composée d’un groupement prosthétique : hème : Une protoporphyrine IX + FeIII. Une apoprotéine de 45-55 kda (classification). Elle absorbe à 450 nm (spectrophotométrie).

Deux éléments sont indispensables pour le fonctionnement du Cyt P450 :

  •  NADPH
  •  Cyt P450 réductase
Mécanisme d’action

 

 

1.     Liaison Fe3+ (Cyt P450) et substrat.

2.     Réduction du Fe3+ en Fe2+ & Formation d’un complexe Cyt P450 ferreux – substrat ;

3.     Fixation de l’oxygène moléculaire et production du complexe oxyferricytochrome ;

4.     Oxydation du complexe Cyt P450 ferreux – substrat (Fe2+ à Fe3+) et réduction de l’O2 en O2-.

5.     Réduction de O2- en O22- ;

6.     Formation de Substrat hydroxylé, une molécule d’eau à partir du complexe : Substrat-Cyt P450 (Fe2+) – OOH. Puis régénération du Cyt P450 (Fe3+)

Réduction de l’O2 par le Cyt P450

Dans certains cas l’auto-oxydation du complexe O2-Cyt P450 (FeII) pourrait libérer l’anion superoxyde ȱ2 (barbituriques). L’anion superoxyde se dismute (dismutation) en peroxyde d’hydrogène H2O2 et en dioxygène selon la réaction suivante :

2 O2- + 2 H2O → H2O2 + O2 + 2 HO-

En présence de métaux de transition, l’anion superoxyde peut réagir aussi avec l’eau oxygénée H2O2 pour engendrer des radicaux hydroxyles OH° capables d’oxyder certains substrats : O2°- + H2O2 à OH- + OH° + IO2

IO2 : oxygène singulet (réarrangement des é)

Activité peroxydsique du Cyt P450

En présence de différents hydroperoxydes (hydroperoxydes dérivés des AG non saturés) le Cyt P450 peut catalyser l’hydroxylation de différents substrats.

 Monooxygénase dépendant du FAD

Ce système enzymatique microsomique  peut catalyser l’oxydation des divers composés aminés, soufrés, séléniés (pesticides organophosphorés). Deux enzymes clés :

Cyclooxygénase (COX) & peroxydase

Contrairement au système microoxygénasique dépendant du Cyt P450 la fixation du substrat s’effectue après la réaction avec l’oxygène. C’est un système moins dépendant de la structure du substrat et donc susceptible de catalyser l’oxydation d’une large variété de substrats.

Oxydation par la prostaglandine synthase

La PS enzyme localisée dans les membranes microsomiques joue un rôle important dans la biotransformation dans les tissus pauvres en Microoxygénase dépendant du Cyt P450 mais riches en prostaglandine synthase.

Réduction

Ce processus se déroule au niveau du Réticulum endoplasmique des cellules hépatiques, les substrats : composés aromatiques nitrés et azoïques sont métabolisé en Amines. Le processus est   catalysé par des enzymes spécifiques : les réductases.

Ce processus n’est pas exclusivement hépatique, mais également intestinal via la flore bactérienne (plus intense). Certains Cyt P450 peuvent intervenir en tant que réductases.

Hydrolyse

L’hydrolyse est catalysée par deux familles d’enzymes : les estérases & les amidases.

Ce processus concerne une large variété de toxiques (esters & amides) possédant des liaisons sensibles à l’hydrolyse.

Les estérases

Arylestérase (esters aromatiques) carboxylestérase (esters aliphatiques) cholinestérases (esters dont le résidu est un alcool) acétylestérases (esters dont la moitié acide est l’acide acétique)

Les amidases

Hydrolyse plus lente que les estérases. Elles manquent de spécificité de substrat.

Remarque : il existe des réactions qui sont catalysées par des enzymes non microsomiales :

Oxydation : réversibles : ex. ADH cytosolique  au niveau du foie (inhibée par le pyrazole)

Réduction : concerne les doubles liaisons, disulfures en thiols, sulfoxydes.

 

Les réactions de la phase II

Les groupements fonctionnels issus des réactions de phase I peuvent être ensuite conjugués. C’est la réaction de phase II.

Les mécanismes de conjugaison chez l’homme font généralement appel à l’acide glucuronique, au glycocolle, au sulfate ou à l’acétyl.

Conjugaison avec l’acide glucuronique

Ces réactions sont catalysées par l’UDP-glucuronosyltransférase (UGTs) qui permettent le transfert de l’acide glucuronique à partir de l’acide UDP-glucuronique sur le groupe accepteur d’un substrat (aglycone) :

Acide UDP-glucuronique + aglycone à β glucuronide + UDP

Substrat : composés stéroïdes : stéroïdes (aglycone) par UGT2.

–       Les O-glucoronides : à partir des groupements alcools (2 dichloroéthanol)

–       Les N-glucuronides : à partir des groupements aminés aromatiques (aniline)

–       Les S-glucuronides : à partir des thiols (thiophénol)

Sulfoconjugaison

Transfert des sulfates activées à partir du PAPS (3’ –phospho adénosine -5’- phosphosulfate) formé à partir de l’ATP et des sulfates inorganiques aux molécules conjugables. Ce transfert est catalysé par des sulfotransférases (fraction cytosolique soluble des cellules) ex : formation du sulfoconjugué du p-nitrophénol.

Acétylation

Transfert de groupement acétyle à partir de du coenzyme AcétylCoA aux molécules conjugables. Ce transfert est catalysé par des acétyltransférases (cytosole) ex : hydrazines.

Méthylation

Transfert d’un groupement méthyl à partir de la S-adénosylméthionine. Ce transfert est catalysé par les méthyltransférases (cytoplasme) COMT et la méthylation des catécholamines.

Conjugaison avec la glycine

Cette réaction est catalysée par la ligase (1ère étape) : activation de l’acide par le CoA (ATP) et formation d’un dérivé thioester du CoA ; puis la N-acétyltransférase (2ème étape) catalyse le transfert du groupement acyl sur le groupement aminé de la glycine.

 

Conjugaison avec le glutathion

Le tripeptide glutathion constitue plus de 90% de la quantité de thiol non protéinique du foie. Cette réaction est catalysée par une enzyme Glutathion-S-transférase. Elle concerne essentiellement les substances électrophiles (rarement N, O, S), il y a formation d’un X-GSH (x : substrat) ex. Paracétamol.

Il faut noter qu’il existe des variations au niveau de métabolisme dues à divers facteurs à savoir l’espèce l’âge l’état physiopathologique et l’environnement.

Mécanismes d’induction & d’inhibition

3.1 Induction : transcriptionnelle par augmentation de la transcription de l’isoforme et augmentation de la synthèse de la protéine. Post-transcriptionnelle : par diminution de la dégradation de la protéine. Ex : phénobarbital (2C)

3.2 Inhibition : réversible : par fixation réversible sur le site actif, c’est un mécanisme compétitif qui fait intervenir un inhibiteur non métabolique ex : cimétidine (CYP).  Irréversible : par liaison avec le Fe ou le N des noyaux pyroles ou l’apoprotéine, formation d’un complexe stable (substrat de suicide) d’où l’altération irréversible de l’isoforme, c’est un mécanisme qui fait appel à un inhibiteur métabolisé ex : chloramphénicol (2B 2C).

 

Conséquences de la biotransformation Sur le plan toxicologique

Inactivation : réduction de la toxicité ex : cyanures et thiocyanates.

Activation :  toxification : la 2-naphtylamine oxydée en 2-naphtylhydroxylamine cancérigène (Responsable du cancer de la vessie). [1]Robert Lauwerys, Toxicologie industrielle et intoxications professionnelles, ...continue

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Références   [ + ]

1. Robert LauwerysToxicologie industrielle et intoxications professionnelles, 2007, P 25-35,  
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