Hvad er xenobiotisk metabolisme?

Xenobiotisk metabolisme henviser til de forskellige kemiske reaktioner, kaldet metaboliske veje, som en levende organisme bruger til at ændre kemikalier, der normalt ikke findes i en organisme som en del af dens naturlige biokemi. Disse kemikalier, kaldet xenobiotika, kan omfatte ting som giftstoffer, medikamenter og miljøforurenende stoffer. Xenobiotisk metabolisme er vigtig for livet, da det giver en organisme mulighed for at neutralisere og eliminere fremmede toksiner, der ellers ville forstyrre de kemiske processer, der holder den i live. Den xenobiotiske metabolisme hos mennesker og mange andre former for liv er vigtig inden for områder som medicin, landbrug og miljøvidenskab.

Mange potentielt skadelige stoffer forhindres i at skade membranerne i celler, som regulerer hvilke kemikalier, der får lov til at komme ind i en celle og fysisk blokere mange xenobiotika. Polære molekyler, der har elektriske dipoler, fordi deres elektroner ikke deles jævnt blandt molekylets atomer, er genereltKan ikke komme forbi en celles membran. Ikke -polære molekyler kan imidlertid passere gennem den permeable membran og ind i cellen. Xenobiotisk metabolisme beskytter kroppen mod disse stoffer med enzymer, der reagerer med de fleste ikke -polære forbindelser. Denne specialisering forhindrer dem i at angribe nyttige stoffer, der er en del af organismenes normale biokemi, som er polære forbindelser, der er i stand til at diffundere gennem cellulære membraner ved hjælp af transportproteiner.

I den første fase af xenobiotisk metabolisme modificeres det fremmede stof gennem kemiske reaktioner, der tilføjer polære eller reaktive grupper til dets molekyler. Dette udføres oftest med enzymer, der katalyserer monooxygenase -reaktioner med iltmolekyler eller O2, og hydrogen, tilsætter et atom af ilt fra O2 til det xenobiotiske molekyle og producerer et molekyle vand som et biprodukt. Den mest fremtrædende gruppe proteinerInddraget i dette trin er Cytochrome P450 -familien, der omfatter mere end 11.500 forskellige proteiner og er til stede i alle former for liv på jorden.

Det modificerede xenobiotiske afgiftes derefter gennem reaktioner med andre molekyler, der kombinerer med dem for at danne molekyler kaldet xenobiotiske konjugater. Kemikalier, der ofte anvendes i denne fase, inkluderer glycin (C2H5NO2), glutathion (C10H17N3O6S) og glukuronsyre (C6H10O7). Disse molekyler er anioniske, hvilket betyder, at de indeholder flere elektroner end protoner og har derfor en negativ elektrisk ladning. Afhængigt af det involverede stof kan de resulterende konjugater gennemgå yderligere kemiske reaktioner i løbet af afgiftning.

Endelig udskilles konjugatet fra cellen. Dens negativt ladede anioniske grupper giver det mulighed for at binde med proteintransportermolekyler, der bærer konjugatet over den cellulære membran og ud af cellen. Derfra metaboliseres xenobiotikumet yderligere med ekstracellulær biokemicals eller udvist fra kroppen helt i sved, urin eller fæces.

Over tid kan den xenobiotiske metabolisme af efterfølgende generationer af organismer udvikle sig for at give større beskyttelse mod stoffer, de sandsynligvis vil støde på i deres miljø, da medlemmerne af arten, der bedst kan håndtere dem, overlever og udligne deres stipendiater. Dette gør det muligt for mange livsformer at leve i miljøer eller sikkert spise mad, der ville være dødbringende for andre arter. Dette kan igen anspore udviklingen i arter, der producerer toksiner til jagt eller defensive formål, hvilket skaber selektivt pres, der favoriserer organismer mest effektive til at overvinde metabolismen af ​​deres rovdyr eller bytte.

Xenobiotisk metabolisme er en vigtig faktor i landbruget. Reaktionen fra forskellige organismer på xenobiotika påvirker, hvordan de vil blive påvirket af landbrugskemikalier såsom pesticider. Dette gør evolutionær tilpasning til xenobiotika til en stor bekymring, da skadedyr såsom afgrøde-spisende insekter kan udvikle sig gREATRESTANSTISK OVER Pesticider, da mindre resistente medlemmer af en art er vundet ud af genpuljen.

Xenobiotisk metabolisme er også vigtig i medicin, da de fleste lægemidler er xenobiotika. Nogle lægemidler har ingen medicinsk virkning i den form, der faktisk administreres til patienten og bliver aktive, når de kemisk ændres af patientens stofskifte, en proces kaldet bioaktivering. Dette udføres oftest ved at oxidere lægemidlets molekyler og involverer normalt cytochrome P450 -familien. Imidlertid kan det også involvere andre proteiner, såsom epoxidhydrolase, methyltransferase og N-acetyltransferase, som forårsager henholdsvis kemiske ændringer, såsom hydrolyse, methylering og acetylering. En almindelig årsag til farlige lægemiddelinteraktioner er, når et lægemiddel har indflydelse på patientens stofskifte, der forstyrrer kroppens evne til at metabolisere et andet lægemiddel, så sidstnævnte kan akkumulere uforarbejdet, indtil det når farlige niveauer og giftstof til patienten.