Qu'est-ce que le métabolisme xénobiotique?
Le métabolisme des xénobiotiques fait référence aux diverses réactions chimiques, appelées voies métaboliques, utilisées par un organisme vivant pour modifier des substances chimiques que l’organisme ne trouve pas normalement dans le cadre de sa biochimie naturelle. Ces produits chimiques, appelés xénobiotiques, peuvent inclure des substances telles que des poisons, des médicaments et des polluants environnementaux. Le métabolisme des xénobiotiques est important pour la vie, car il permet à un organisme de neutraliser et d'éliminer les toxines étrangères qui interféreraient autrement avec les processus chimiques qui le maintiennent en vie. Le métabolisme xénobiotique de l'homme et de nombreuses autres formes de vie est important dans des domaines tels que la médecine, l'agriculture et les sciences de l'environnement.
De nombreuses substances potentiellement nocives sont empêchées de causer des dommages par les membranes des cellules, qui déterminent quels produits chimiques sont autorisés à pénétrer dans une cellule et bloquent physiquement de nombreux xénobiotiques. Les molécules polaires, qui ont des dipôles électriques parce que leurs électrons ne sont pas répartis de manière égale entre les atomes de la molécule, sont généralement incapables de dépasser la membrane d'une cellule. Les molécules non polaires peuvent toutefois passer à travers la membrane perméable et pénétrer dans la cellule. Le métabolisme des xénobiotiques protège le corps contre ces substances grâce à des enzymes qui réagiront avec la plupart des composés non polaires. Cette spécialisation les empêche de s'attaquer aux substances utiles qui font partie de la biochimie normale de l'organisme, qui sont des composés polaires capables de diffuser à travers les membranes cellulaires à l'aide de protéines de transport.
Au cours de la première étape du métabolisme des xénobiotiques, la substance étrangère est modifiée par le biais de réactions chimiques qui ajoutent des groupes polaires ou réactifs à ses molécules. Cela se fait le plus souvent avec des enzymes qui catalysent les réactions de la monooxygénase avec des molécules d'oxygène, ou O2, et d'hydrogène, en ajoutant un atome d'oxygène de l'O2 à la molécule xénobiotique et en produisant une molécule d'eau en tant que sous-produit. Le groupe de protéines le plus important impliqué à ce stade est la famille du cytochrome P450, qui comprend plus de 11 500 protéines différentes et est présente dans toutes les formes de vie sur Terre.
Le xénobiotique modifié est ensuite détoxifié par des réactions avec d'autres molécules, se combinant avec elles pour former des molécules appelées conjugués xénobiotiques. Les produits chimiques couramment utilisés dans cette phase comprennent la glycine (C2H5NO2), le glutathion (C10H17N3O6S) et l'acide glucuronique (C6H10O7). Ces molécules sont anioniques, ce qui signifie qu'elles contiennent plus d'électrons que de protons et ont donc une charge électrique négative. Selon la substance en cause, les conjugués obtenus peuvent subir d'autres réactions chimiques au cours de la détoxification.
Enfin, le conjugué est excrété de la cellule. Ses groupes anioniques chargés négativement lui permettent de se lier aux molécules de transporteur de protéines, qui portent le conjugué à travers la membrane cellulaire et à l'extérieur de la cellule. À partir de là, le xénobiotique peut être métabolisé davantage par des produits biochimiques extracellulaires ou expulsé du corps entièrement dans la sueur, les urines ou les selles.
Au fil du temps, le métabolisme xénobiotique des générations successives d’organismes peut évoluer pour offrir une meilleure protection contre les substances qu’ils risquent de rencontrer dans leur environnement, les membres de l’espèce les mieux à même de les gérer survivant et surélevant leurs semblables. Cela permet à de nombreuses formes de vie de vivre dans des environnements ou de manger en toute sécurité des aliments qui pourraient être mortels pour d'autres espèces. Cela peut à son tour stimuler l'évolution des espèces qui produisent des toxines à des fins de chasse ou de défense, en créant une pression sélective favorisant les organismes les plus efficaces pour surmonter le métabolisme de leurs prédateurs ou de leurs proies.
Le métabolisme des xénobiotiques est un facteur important en agriculture. La réaction de différents organismes aux xénobiotiques a une incidence sur la manière dont ils seront affectés par les produits chimiques agricoles tels que les pesticides. Cela fait de l'adaptation évolutive aux xénobiotiques une préoccupation majeure, car des organismes nuisibles tels que les insectes phytophages peuvent développer une plus grande résistance aux pesticides car les membres moins résistants d'une espèce sont vannés du pool génétique.
Le métabolisme des xénobiotiques est également important en médecine, car la plupart des médicaments sont des xénobiotiques. Certains médicaments n'ont aucun effet médical sous la forme réellement administrée au patient et deviennent actifs lorsqu'ils sont modifiés chimiquement par le métabolisme du patient, processus appelé bioactivation. Cela se fait le plus souvent en oxydant les molécules du médicament et implique généralement la famille du cytochrome P450. Cependant, il peut également impliquer d'autres protéines telles que l'époxyde hydrolase, la méthyltransférase et la n-acétyltransférase, qui provoquent des modifications chimiques telles que l'hydrolyse, la méthylation et l'acétylation, respectivement. Une cause fréquente d'interactions médicamenteuses dangereuses est lorsqu'un médicament a un effet sur le métabolisme du patient qui interfère avec la capacité de l'organisme à métaboliser un autre médicament, permettant à ce dernier de s'accumuler sans traitement jusqu'à ce qu'il atteigne des niveaux dangereux et empoisonne le patient.