Biotransformation des xénobiotiques

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Biotransformation des xénobiotiques
1. Généralités
Transformation des substances en molécules plus hydrophiles pour les éliminer (métabolisme
détoxifiant). On distingue 2 étapes : Les réactions de phase 1 et 2
2. Destinée d’un xénobiotique dans l’organisme :
Réactions de Phase 1 :
Révéler ou greffer un élément fonctionnel, c’est la fonctionnalisation, opérée par des
enzymes du groupe cytochrome P450 présents dans la membrane du RE.
Réactions de Phase 2 :
Réaction de conjugaison au niveau du groupement révélé ou greffé en phase 1. On y
trouve des glucuronoconjugaisons, des sulfoconjugaisons, des acétylations, des
méthylations, des conjugaisons aux acides aminés (notamment avec la glycine), ou
des conjugaisons au glutathion (pour les composés très réactifs). Les enzymes sont
majoritairement dans le cytoplasme et dans le RE.
3. Conséquences de la biotransformation :
Substance mère
Métabolites
Non réactifs
Réactifs : action
sur des cellules
Plus hydrosoluble
Urine, fèces
allergies
Détoxification
nécroses
cancers
Toxification
Les métabolites réactifs réagissent sur les macromolécules cellulaires, telles que les acides
nucléiques, les protéines et les lipides, qui deviendront chargées négativement et auront une forte
affinité aux électrophiles (cétone, époxyde ou quinone).
Il peut se former des radicaux libres, qui ont une affinité marquée aux lipides, ils les détruisent, ce
qui génère des aldéhydes qui attaquent à leurs tours les protéines.
4. Localisation des biotransformation :
Essentiellement dans le foie, c’est la qu’il y a le plus de formation de métabolites actifs.
Le foie est formé de lobules hépatiques, c’est au centre de ces lobules que l’on trouve les
enzymes hépatiques. C’est donc cette zone centrolobulaire qui est la plus touchée par les
métabolites actifs.
Dans les poumons au niveau des cellules de Clara.
Dans les reins (segment S3 du tubule proximal).
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Paroi intestinale
Dans la peau
Les gonades
 Les conséquences toxiques des métabolites actifs sont locales.
La flore intestinale a une capacité de biotransformation équivalente au foie. 400 espèces
différentes qui varient d’un individu à un autre en fonction de son alimentation, son âge,
ses maladies, ses médications. Le rôle des biotransformations de la flore intestinale est
de générer des métabolites moins hydrosolubles pour être mieux absorbés par les
muqueuses intestinales. Cette flore synthétise également des enzymes de conjugaison
impliqués dans le cycle entéro-hépatique.
5. Biotransformation des xénobiotiques : Réactions de phase 1
Au niveau hépatique :
Monooxygénase à cytochrome P450 :
Définition :
Système plurienzymatique contenant un donneur d’électrons (NADP réduit) puis une chaîne de
transfert d’électrons (en général avec un seul intermédiaire), la NADPH cytochrome P450 réductase.
Ce système est capable d’oxyder une substance en lui transférant un atome d’oxygène à partir
d’oxygène moléculaire.
Propriétés :
4 grandes familles d’isoformes de cytochrome P 450 (famille 1, 2, 3 et 4)
Dans une même famille au moins 40% de similitude dans la structure protéique.
55% de similitude dans la structure protéique, au moins entre les sous familles.
Chaque isoenzyme a une spécificité adéquate (ex : Cytochrome 1A1 hydrolyse les
hydrocarbures polycycliques, dioxine…)
Toutes ces isoformes peuvent être induites ou réprimées dans certaines conditions. Le profil
enzymatique des cytochromes P450 varie dans le temps chez un individu.
Inducteur
+
récepteur
L’inducteur se fixe au récepteur
et passe la membrane nucléaire
Gène du cytochrome P450
AD
N
Promoteur
Récepteur
récepteur
ATA
A
Transcription
Inducteur
1 partie du cytochrome est constitutive, mais toutes les isoformes ne sont pas exprimées
constitutivement.
Les hydrocarbures, les insecticides induisent le cytochrome.
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Phénobarbital (anticonvulsivant de la famille des barbituriques) induit beaucoup
d’isoformes. Problème de métabolisme si pris avec la pilule qui devient alors inactive.
La testostérone est un inducteur enzymatique, elle induit le cytochrome, c’est pour cela que
les hommes métabolisent plus vite que les femmes.
Le tabac induit le 1A1 et l’alcool le 2E1.
Le stock de cytochrome P450 est incomplet jusqu’à 3 mois et diminue chez les personnes âgées,
d’où une adaptation de posologie pour ces personnes (pour benzo notamment)
On trouve également des inducteurs enzymatiques dans les aliments ; indole dans le chou, la viande
brûlée au barbecue. Certains individus sont déficient en certaines formes de cytochrome P450
notamment le 2D6, cette déficience a été prouvée en administrant du Declinax® (Debrisoquine),
antihypertenseur métabolisé par le 2D6. Chez les déficients on a observé une crise sévère
d’hypotension orthostatique.
Mécanisme de transfert des électrons :
Schéma poly
Tétrapyrrole = atome de fer entouré de 4 atomes N pyrroliques
Passage de Fe3+ à Fe2+ après transfert d’électron. O2 se fixe sur le cytochrome P450 et forme un
oxycomplexe, qui reçoit à nouveau un e-, libération de H2O, le substrat est ainsi oxydé et on
retrouve l’enzyme libre à Fe3+.
Principales réactions dépendantes des monooxygénases à Cyt P450 :
i. Réactions d’oxydation (cf poly)
o Hydroxylation sur C :
Sur carbone aliphatique R-CH3 → R-CH2 -OH
Sur carbone aromatique (formation d’un époxyde, puis transformation en phénol
(spontane et diphénol par époxyde hydrolase = catéchol)
o Hydroxylation sur N
o 1,3 déalkylation
o S-oxydation
o Deshalogénation oxydative
ii. Réactions de réduction:
Les cytochromes sont également capables d’effectuer des réactions de réduction.
o Déshalogénation réductrice:
o Azoïques
o Nitroaromatiques
B. Monooxygénases à flavine (RE)
Enzyme un peu similaire au cytochrome P450, mais beaucoup plus restrictive. Surtout utilisée pour
l’oxydation des amines et des dérivés soufrés. Enzyme localisée dans le RE. A l’inverse du Cyt P450,
la monooxygénase à flavine est réprimée par les barbituriques et la testostérone et induite par la
progestérone.
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C. Epoxyde hydrolase (RE)
Localisé dans le RE, cet enzyme catalyse l’hydrolyse des époxydes aromatiques et aliphatiques
(réaction de détoxification). L’époxyde hydrolase est inductible et présente dans de nombreux
tissus.
D. Estérase – Amidase (RE et Cytoplasme)
Agissent sur les esters et les amides, certaines sont spécifiques (ex : l’acétylcholine estérase). Les
spécifiques sont localisés dans le cytoplasme, les non spécifiques dans le RE. Il existe des variations
génétiques d’un individu à l’autre.
E. Oxydation indépendante du Cyt P 450 :
Ex : L’aldéhyde déshydrogénase et l’alcool déshydrogénase qui oxyde l’alcool et les aldéhydes,
localisés dans le cytoplasme, le RE et les mitochondries.
6. Biotransformation des xénobiotiques : Réactions de phase 2
Energie :
Substrat* + cong
Substrat + cong*
Substrat + GSH
a) L’agent conjuguant est activé :
(Cf poly)
La glucuronoconjugaison est la plus fréquente des conjugaisons
UTP
Glucose 1 P
Glucose transférase
Acide UDP glucuronique
Composé glucuroconjugué
Cette conjugaison implique l’utilisation de xénogènes et de composés endogènes. L’enzyme
inductible se trouve dans le réticulum endoplasmique du foie et des reins (induction et inhibition
identique au Cytochrome P 450).
La glucuronyl transférase est diminuée chez les enfants, pendant la grossesse (la progestérone est
un inhibiteur) et lors de la survenue d’une hépatite. Cette enzyme est rarement saturée. L’excrétion
peut être soit urinaire (filtration glomérulaire et sécrétion active tubulaire) soit biliaire.
Saturation assez lente car pool de glucose important
La sulfoconjugaison
Elle concerne les alcools, les phénols et les amines aromatiques.
PAPS: 3’ phospho adenosine 5’ phosphosulfate.
Enzyme = sulfotransférase
La quantité de sulfate étant limitée dans l’organisme, la saturation est facile lors d’une intoxication.
L’acétylconjugaison
Elle concerne les composés aminés (aromatiques ou aliphatiques) et les hydrazines.
L’acétyltransférase se trouve dans le cytosol des hépatocytes ; agent activé = Acétyl CoA
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Dans la population, il y a 20 % d’acétyleurs lents et 80 % d’acétyleurs rapides. Le gène a un seul
allèle donc il faut être homozygote pour avoir un phénotype d’acétyleur lent. Dans ce cas, il y a
augmentation du risque d’intoxication.
La méthylconjugaison
S-adénosine-méthionine
Elle concerne uniquement les toxines endogènes (elle n’a donc pas d’intérêt en toxicologie).
b)
Le substrat est activé :
Cela concerne les groupements carboxyliques. Lorsque le taux de glycine est faible, il peut y avoir
saturation. (Enfants, personnes âgées, déficience protéique sévère) A lieu dans le foie et le rein.
c)
Pas d’activation préalable : glutathion
Le glutathion est naturellement riche en énergie = pas d’activation
Cela concerne les hydrocarbures, les époxydes, les dérivés nitrés et tous les composés très agressifs
pour les macromolécules de l’organisme.
L’enzyme : la glutathion transférase se trouve dans la membrane, dans le réticulum endoplasmique
mais surtout dans l’espace cytosolique. Le composé est inactivé et est éliminé dans les urines.
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