¿Qué es el metabolismo xenobiótico?

El metabolismo xenobiótico se refiere a las diversas reacciones químicas, llamadas vías metabólicas, que un organismo vivo utiliza para alterar productos químicos que normalmente no se encuentran en un organismo como parte de su bioquímica natural. Estos productos químicos, llamados xenobióticos, pueden incluir cosas como venenos, drogas y contaminantes ambientales. El metabolismo xenobiótico es importante para la vida, ya que permite que un organismo neutralice y elimine las toxinas extrañas que de otro modo interferirían con los procesos químicos que lo mantienen vivo. El metabolismo xenobiótico de los humanos y muchas otras formas de vida es importante en los campos como la medicina, la agricultura y la ciencia ambiental.

Muchas sustancias potencialmente dañinas pueden hacer daño por las membranas de las células, que regulan qué productos químicos pueden ingresar a una célula y bloquear físicamente muchos xenobióticos. Las moléculas polares, que tienen dipolos eléctricos porque sus electrones no se comparten uniformemente entre los átomos de la molécula, son generalmenteIncapaz de superar la membrana de una célula. Sin embargo, las moléculas no polares pueden pasar a través de la membrana permeable y hacia la célula. El metabolismo xenobiótico protege el cuerpo de estas sustancias con enzimas que reaccionarán con la mayoría de los compuestos no polares. Esta especialización les impide atacar sustancias útiles que forman parte de la bioquímica normal del organismo, que son compuestos polares capaces de difundir a través de membranas celulares con la ayuda de proteínas de transporte.

En la primera etapa del metabolismo xenobiótico, la sustancia extraña se modifica a través de reacciones químicas que agregan grupos polares o reactivos a sus moléculas. Esto se hace más comúnmente con enzimas que catalizan las reacciones de monooxigenasa con moléculas de oxígeno, u O2, e hidrógeno, agregando un átomo de oxígeno del O2 a la molécula xenobiótica y produciendo una molécula de agua como un byproducto. El grupo de proteínas más destacadoParticipa en esta etapa la familia Citochrome P450, que abarca más de 11,500 proteínas diferentes y está presente en todas las formas de vida en la Tierra.

El xenobiótico modificado se desintoxica a través de reacciones con otras moléculas, combinando con ellas para formar moléculas llamadas conjugados xenobióticos. Los productos químicos comúnmente utilizados en esta fase incluyen glicina (C2H5NO2), glutatión (C10H17N3O6) y ácido glucurónico (C6H10O7). Estas moléculas son aniónicas, lo que significa que contienen más electrones que protones y, por lo tanto, tienen una carga eléctrica negativa. Dependiendo de la sustancia involucrada, los conjugados resultantes pueden sufrir reacciones químicas adicionales en el curso de la desintoxicación.

Finalmente, el conjugado se excreta de la célula. Sus grupos aniónicos cargados negativamente le permiten unirse con moléculas transportadoras de proteínas, que transportan el conjugado a través de la membrana celular y fuera de la célula. A partir de ahí, el xenobiótico puede ser metabolizado por bioquímicos extracelularesCalas o expulsado del cuerpo por completo en sudor, orina o heces.

Con el tiempo, el metabolismo xenobiótico de las generaciones sucesivas de organismos puede evolucionar para brindar una mayor protección contra las sustancias que probablemente encontrarán en su entorno, ya que los miembros de la especie son más capaces de manejarlos sobrevivir y superar a sus tipos. Esto permite que muchas formas de vida vivan en entornos o coman de forma segura que serían mortales para otras especies. Esto puede a su vez estimular la evolución en especies que producen toxinas con fines de caza o defensivos, creando una presión selectiva que favorece los organismos más efectivos para superar el metabolismo de sus depredadores o presas.

El metabolismo xenobiótico es un factor importante en la agricultura. La reacción de diferentes organismos a los xenobióticos afecta cómo se verán afectados por productos químicos agrícolas como los pesticidas. Esto hace que la adaptación evolutiva a los xenobióticos sea una preocupación importante, ya que las plagas como los insectos que se comen cultivos pueden evolucionar GResistencia al revestimiento a los pesticidas como miembros menos resistentes de una especie se obtienen de la piscina de genes.

El metabolismo xenobiótico también es importante en la medicina, ya que la mayoría de los medicamentos son xenobióticos. Algunos medicamentos no tienen efecto médico en la forma que realmente se administra al paciente y se vuelve activo cuando están alterados químicamente por el metabolismo del paciente, un proceso llamado bioactivación. Esto se hace más comúnmente oxidando las moléculas del fármaco y generalmente involucra a la familia citocromo P450. Sin embargo, también puede involucrar otras proteínas como la epóxido hidrolasa, la metiltransferasa y la N-acetiltransferasa, que causan cambios químicos como la hidrólisis, la metilación y la acetilación, respectivamente. Una causa común de interacciones drogas peligrosas es cuando un medicamento tiene un efecto en el metabolismo del paciente que interfiere con la capacidad del cuerpo para metabolizar otro medicamento, lo que permite que este último acumule sin procesar hasta que alcanza niveles peligrosos y venena a el paciente.