A gyógyszerhatás fizikai-kémiai alapjai Rozmer Zsuzsanna – Perjési Pál

12.2Fázis II – vagy konjugációs reakciók

A Fázis II reakciók jellegzetessége, hogy az eredeti, vagy már korábbi metabolikus transzformáció(k) során módosult szerkezetű vegyületek (metabolitok) a szervezet néhány kismolekulájával reagálva, a reagáló molekuláknál általában kevésbé lipofil (jobb vízoldékonyságú) és kevésbé toxikus konjugációs, addíciós vagy szubsztitúciós termékké alakulnak. A Fázis II átalakulások legfontosabb típusait, az átalakulásokat katalizáló enzimeket és az enzimek celluláris lokalizációját a XII-2. táblázat foglalja össze.
XII- táblázat: A Fázis II. metabolikus átalakulások legfontosabb reakcióútjai és az azokat katalizáló enzimek fő szubcelluláris lokalizációi.

Reakcióút	Enzim	Lokalizáció^a
Glükuronid konjugáció	UDP-glükuronil-transzferáz	mikroszóma
Szulfát-konjugáció	Szulfotranszferáz	citoszol
Glutation-konjugáció	GSH S-transzferáz	citoszol, mikroszóma
Aminosav konjugáció	Acil-CoA: aminosav N- aciltranszferáz	citoszol, mitokondrium
Acetilezés	N-acetil-transzferáz	citoszol
Metiláció	Metiltranszferáz	citoszol, mikroszóma

^aMagyarázat: a) A mikroszóma membránhoz kötött enzimaktivitást jelent, ahol a membrán jelentheti a sejtmembránt, vagy sejten belüli membránt; b) A citoszol a sejt citoszolban oldott enzimek aktivitását jelenti.

A konjugációs reakciók a gyógyszerhatóanyagok metabolikus transzformációinak egyik legfontosabb csoportját képezik. A legtöbb gyógyszervegyület lipofil tulajdonságú, ezért jól felszívódik, de lassan ürül ki a szervezetből. A konjugációs reakciók lejátszódásának eredményeképpen általában ionos, hidrofil tulajdonságú molekulák kapcsolódnak a hatóanyag molekuláihoz (vagy Fázis I reakcióban módosított szerkezetű metabolitjaihoz), növelve azok vízoldékonyságát. A gyógyszervegyületek legnagyobb hányada konjugátumként, az epével és/vagy a vizelettel ürül ki a szervezetből.

Hosszú időn át a két fő konjugációs reakció (a glükuronid-konjugáció és a szulfát-konjugáció) eredményeképpen képződő származékokat farmakológiailag inaktív/csökkent aktivitású metabolitoknak tartották. Ez az általánosított kép azonban idővel megváltozott. Így többek között felismerték, hogy emberben a morfin-6-glükuronid a morfinnál erősebb fájdalomcsillapító hatással rendelkezik, illetve, hogy a vérnyomáscsökkentő minoxidil aktív formája a gyógyszervegyület szulfátkonjugátuma. A legtöbb konjugátum a nem-konjugált formánál kevésbé toxikus származék. Ismeretesek azonban reaktív konjugált metabolitok is (pl. a diklofenák glükuronid-származéka), melyek toxikus hatások kialakulásában játszhatnak szerepet.

12.2.1Konjugáció glükuronsavval

A glükuronid-konjugáció a legfontosabb Fázis II reakciónak tekinthető. Jelentősége elsősorban a máj magas glükuronsav kínálatának, valamint a konjugáció szempontjából számításba vehető funkciós csoportokkal (pl. karboxil-, hidroxil-, merkapto- és aminocsoport) rendelkező gyógyszervegyületek/metabolitok nagy számának tulajdonítható.

A glükuronid-konjugáció molekuláris mechanizmusának megismerésében alapvető jelentőséggel bír G. J. Dutton és I. D. E. Storey munkássága, akik leírták az uridin-difoszfoglükuronsav (UDP-glükuronsav) kofaktor és az UDP-glükuronil-transzferáz (UGT) enzimek szerepét a glükuronidálási folyamatokban. A glükuronid-konjugáció UDP-glükuronil-transzferáz (UGT) enzimek által katalizált reakciójának mechanizmusát, a paracetamol és az ibuprofén glükuronid-konjugátuma képződésének példáján, a XII-5. ábra mutatja be.

XII-. ábra: A paracetamol és az ibuprofén glükuronsav-konjugátummá történő átalakulásának UDP-glükuronil-transzferáz (UGT) enzimek által katalizált reakciója.

A glükuronid-konjugátumok poláris, vízben jól oldódódó metabolitok, melyek az epével, vagy a vizelettel ürülnek ki a szervezetből. Azt hogy a konjugátumok az epével, vagy a vizelettel ürülnek, alapvetően a glükuronsav molekularészhez kapcsolódó vegyület molekulatömege határozza meg.

Ugyanakkor a bélfal epithel sejtek rendelkeznek a glükuronid-konjugátumokat bontó béta-glükuronidáz aktivitással is. A hidrolízis következtében a májban szintetizálódó, az epével a vékonybélbe kiválasztódó gyógyszer-konjugátumból szabaddá válik az eredeti gyógyszermolekula, így ismét lipoidoldékonnyá válik, és ismételten felszívódhat a bélhuzamból. A gyógyszereknek a máj és a bélhuzam között így kialakuló körforgalmát enterohepatikus körforgásnak nevezzük.

12.2.2Konjugáció szulfáttal

A szulfát-konjugáció (szulfonát-konjugáció) a második leggyakoribb átalakulás a Fázis II reakciók között. A szulfát-konjugáció igen fontos metabolikus átalakulási reakciója többek között a szteroid hormonoknak, az epesavaknak, a pajzsmirigyhormonoknak, a katecholamin neurotranszmittereknek, valamint a fenol funkciós csoporttal rendelkező gyógyszervegyületeknek és egyéb testidegen anyagoknak. A szulfát-konjugátumok fiziológiai szempontból legfontosabb tulajdonsága azok megnövekedett vízoldékonysága és kiválasztódása. Bár a metabolikus átalakulás meglehetősen régóta ismert, a reakció mechanizmusát, illetve abban a szulfotranszferáz (SULT) enzimek és a 3’-foszfoadenozin-5’-foszfoszulfát (PAPS) kofaktor szerepét csak az 1950-es évektől kezdődően írták le. A szulfát-konjugáció általános mechanizmusát - a paracetamol szulfát-konjugátuma képződésének példáján - a XII-6. ábra mutatja be.

XII-. ábra: A paracetamol szulfát-konjugátummá történő átalakulásának szulfotranszferáz (SULT) enzimek által katalizált reakciója.

A szulfátkonjugáció elsődlegesen a fenolos vegyületek metabolikus transzformációs reakciója. A PAPS illetve a szervetlen szulfát kínálat a reakciók sebességét meghatározó tényezők. A szulfát kínálat általában alacsony, ezért az könnyen kimeríthető. A gyógyszervegyület növekvő dózisával a szulfát-konjugáció dominanciája csökken.

A bélfal epithel sejtek szulfotranszferáz aktivitása a per os alkalmazott fenolos gyógyszervegyületek ún. „first pass” metabolizmusát, míg az epithel sejtek szulfatáz enzimaktivitása az epével a vékonybélbe kiválasztódó szulfátkonjugátumok enterohepatikus körforgását okozza.

12.2.3Konjugáció aminosavakkal

A szervezetbe kerülő testidegen anyagok metabolizmusának első humán kísérleti bizonyítéka a benzoesav glicinnel történő konjugációja volt. Az első kísérleti tapasztalat óta eltelt időben számos további aromás, elágazó láncú alifás, aromás-alifás és heterociklusos karbonsav aminosav-konjugátuma került azonosításra, igazolva ezzel a testidegen anyagok aminosavakkal lejátszódó konjugációjának jelentőségét azok metabolizmusában. A leggyakoribb a glicinnel, a glutaminnal és taurinnal lejátszódó konjugáció, de képződnek többek között arginin-, hisztidin- és szerin-konjugátumok is.

Az aminosav-konjugáció gyakoribb mechanizmusát, a benzoesav glicin-konjugátumának képződése példáján, a XII-7. ábra mutatja be.

Az aminosav-konjugáció bemutatott mechanizmus szerinti lejátszódásának előfeltétele a testidegen anyag karboxilcsoportjának aktiválódása, ami a megfelelő koenzim-A (CoA-SH) tioészter-származék (acil-S-CoA) formájában történik. Az acil-S-CoA származék képződése energiaigényes folyamat. Az aktivált karboxilcsoport és az aminosav (példánkban a glicin) aminocsoportja között lejátszódó reakciót a citoszolban vagy a mitokondriumban lokalizálódó transzaciláz (acil-CoA: aminosav N-aciltranszferáz) enzimek katalizálják.

XII-. ábra: A benzoesav glicin-konjugátuma (hippursav) képződésének reakciója.

12.2.4Konjugáció glutationnal

A glutation (GSH) a citoszolban relatíve magas koncentrációban (1-10 mM) megtalálható tripeptid: gamma-glutamil-ciszteinil-glicin (XII-8. ábra). Tiolfunkciójának következtében fiziológiás körülmények között erős nukleofil, egyidejűleg, két GSH molekula tiolcsoportjának diszulfid-származékká (GSSG) történő könnyű oxidációja eredményképpen, redukáló (antioxidáns) tulajdonságú vegyület. Az oxidáció reverzibilis, az oxidált glutation (GSSG) NAD(P)H-dependens enzimek segítségével redukált glutationná (GSH) alakulhat. A GSH nukleofil tulajdonsága következtében fontos szerepet játszik a reaktív elektrofil metabolitok biopolimerek (pl. fehérjék, DNS) nukleofil centrumaival (O-, S-, N-atomok) lejátszódó reakciójának megakadályozásában (citoprotektív hatás), míg redox tulajdonsága kapcsán fontos szerepet tölt be a sejtek redox-egyensúlyának fenntartásában (antioxidáns hatás).

A redukált glutation (GSH) kémiai természetéből adódóan reakcióba lép olyan testidegen anyagokkal, melyekben elektronhiányos (elektrofil) centrum található, vagy az eredeti gyógyszervegyület metabolizmusának eredményeképpen elektrofil centrum alakul ki. A glutation-konjugáció egyik példáját, az etakrinsav glutation-konjugátumának képződését a XII-8. ábra mutatja. A reakció spontán is lejátszódik, a glutation-S-transzferáz (GST) enzimek azonban meggyorsítják a spontán lezajló reakció sebességét.

XII-. ábra: Az etakrinsav és a redukált glutation (GSH) glutation-S-transzferáz (GST) enzimek által katalizált reakciója

A GST enzimek a legtöbb szövetben expresszálódnak, legnagyobb koncentrációban a májban, a bélben, a vesében, és a tüdőben, ahol a citoplazmában (>95%) és az endoplazmatikus retikulumban (<5%) lokalizálódnak.

A májban képződő GSH-konjugátumok kiürülnek az epével, vagy a vesében merkaptursav-származékokká alakulva a vizelettel ürülnek ki a szervezetből. A merkaptursav-származékok képződése során a konjugátumok - a glutation molekularész glutaminsav és glicin építőelemeinek hidrolízise eredményeképpen – cisztein-konjugátumokká alakulnak, melyek a NAT enzimek által katalizált reakcióban a megfelelő N-acetilszármazékokká (ún. merkaptursav-származékokká) konvertálódnak (XII-9. ábra).

XII-. ábra: A glutation-konjugátumok merkaptursav-származékká történő metabolizmusának reakcióútja

12.2.5Acetilezés

Az acetilezés elsődlegesen az aromás primer aminok (Ar-NH₂), hidrazinok (Ar-NH-NH₂), valamint az aminosavak aminocsoportjának és az acetil-SCoA acetilcsoportja között lejátszódó acilezési reakció. Az első N-acetilezett metabolit felfedezése R. Cohn nevéhez fűződik, aki nyulakkal végzett kísérletei során a m-nitrobenzaldehid N-acetil-m-aminobenzoesavvá történő átalakulását, illetve utóbbi vegyületnek a vizelettel történő kiürülését igazolta.

Elsősorban F.A. Lipmann munkája alapján sikerült tisztázni az acetilezés, illetve a testidegen karbonsavakkal lejátszódó acilezési (aminosav-konjugációs) folyamatok molekuláris szintű részleteit. A prokainamid és az acetil-SCoA között lejátszódó, N-acetiltranszferáz (NAT) enzimek által katalizált reakciót a XII-10. ábra mutatja be.

XII-. ábra: A prokainamid acetilszármazékká történő átalakulásának N-acetiltranszferáz (NAT) enzimek által katalizált reakciója

Az N-acetiltranszferáz enzimek jól ismert genetikai polimorfizmusa jentős befolyással bír a fenti gyógyszervegyületek N-acetilezésének sebességére. A vegyületek acetilezésének sebessége szempontjából a lassú és gyors acetilező fenotipusra osztott populáció humán egyedei között az N-acetilszármezékok képződési sebességében jelentős különbségek figyelhetők meg. E különbségek egyrészt befolyásolják a NAT enzimek által metabolizálódó gyógyszervegyületek farmakokinetikáját, másrészt a genotoxikus arilaminok N-acetilszármazékai további metabolikus transzformációja eredményeképpen keletkező DNS-reaktív elektrofil metabolitok mennyiségét.

12.2.6Metilezés

A metilezés jól ismert biokémiai transzformáció, de sokkal jelentősebb metabolikus útnak tekinthető az endogén vegyületek, mint a testidegen vegyületek (xenobiotikumok) átalakulásai szempontjából. A metilezési reakciók molekuláris mechanizmusának megismerése szempontjából alapvető fontossággal bír G. L. Cantoni munkássága, aki tisztázta az S-adenozil-metionin (SAM), mint kofaktor szerepét ezekben a reakciókban.

A SAM szerkezetéből (lásd XII-11. ábra) látható, hogy az egy karbóniumion karakterű vegyület, és így a metiltranszfer az akceptor molekulák nukleofil (elektronban gazdag) centrumaival (pl. O-, S-, N-atomok) kialakuló kölcsönhatás eredményeképpen játszódik le. Következésképpen, a metilezésben résztvevő legfontosabb szerves vegyületek a fenolok, katecholamin-származékok, alifás és aromás aminok, nitrogéntartalmú heterociklusok, valamint a tioalkoholok. A norepinefrin katechol-O-metiltranszferáz (COMT) enzim által katalizált O-metilezési reakciójának egyszerűsített folyamatát a XII-11. ábra mutatja be.

XII-. ábra: A norepinefrin katechol-O-metiltranszferáz (COMT) enzimek által katalizált O-metilezési reakciója.

SAM= S-adenozil-metionin

SAHC= S-adenozil-homocisztein

A metilezés – az acetilezéshez hasonlóan – általában csökkenti az anyavegyület vízoldékonyságát és megszünteti olyan nukleofil csoportok reaktivitását, melyek más Fázis II enzimek által katalizált reakciókban az anyavegyületnél polárosabb származékokat képezhetnek. Kivételt képez a piridingyűrűt tartalmazó testidegen anyagok N-metilezési reakciója, aminek eredményeképpen pozitív töltésű piridínium-kationt hordozó metabolitok képződnek.

12.3Irodalom

Smith and Williams' Introduction to the Principles of Drug Design and Action. (Editor: Smith H.J.) Harwood Academic Publishers, Amsterdam (1998)

Ádám V., Dux L., Faragó A., Fésüs L., Machovich R., Mandl J., Sümegi B.: Orvosi biokémia. Medicina Kiadó, Budapest (2001)

Humán farmakológia. Szerk.: Vizi E. Sz. Medicina Könyvkiadó, Budapest (2002)

Gyógyszerészi kémia. Szerk.: Fülöp F., Noszál B., Szász Gy., Takácsné Novák K. Semmelweis Kiadó, Budapest (2010)

A gyógyszerkutatás kémiája. Szerk. Keserű Gy. M. Akadémiai Kiadó, Budapest (2011)

A farmakológia alapjai. Szerk.: Gyires K., Fürst Zs. Medicina Kiadó, Budapest (2001).

Gyógyszerek. Szerk. Faigl F. Elektronikus tankönyv. BME, Budapest (2011)

Lemke T.L., Williams D.A., Roche V.F., Zito S.W.: Foye’s Principles of Medicinal Chemistry, 7th Edition. Lippincott Williams and Wilkins, Philadelphia (2013)

Perjési P. Gyógyszermetabolizmus és gyógyszertoxicitás. Elektronikus tananyag. PTE, Pécs (2014)