生体異物代謝とは

生体異物代謝とは、代謝経路と呼ばれるさまざまな化学反応を指し、生体が自然の生化学の一部として通常は生物に見られない化学物質を変更するために使用します。 生体異物と呼ばれるこれらの化学物質には、毒物、薬物、環境汚染物質などが含まれます。 生体異物代謝は、生体がそれを維持する化学プロセスを妨害する外来毒素を中和および除去することを可能にするため、生命にとって重要です。 人間や他の多くの生命体の生体異物代謝は、医学、農業、環境科学などの分野で重要です。

多くの潜在的に有害な物質は、どの化学物質が細胞に侵入して多くの生体異物を物理的にブロックするかを規制する細胞の膜による損傷を防ぐことができます。 電子が分子の原子間で均等に共有されないために電気双極子を持つ極性分子は、一般に細胞の膜を通過できません。 ただし、非極性分子は透過性膜を通過して細胞内に侵入する可能性があります。 生体異物代謝は、ほとんどの非極性化合物と反応する酵素により、これらの物質から身体を保護します。 この特殊化は、輸送タンパク質の助けを借りて細胞膜を通って拡散することができる極性化合物である生物の通常の生化学の一部である有用な物質を攻撃することを防ぎます。

生体異物代謝の最初の段階では、分子に極性基または反応性基を追加する化学反応によって異物が修飾されます。 これは、酸素分子またはO2と水素とのモノオキシゲナーゼ反応を触媒する酵素で最も一般的に行われ、酸素の1原子を生体異物分子に追加し、副産物として水分子を生成します。 この段階に関与するタンパク質の最も顕著なグループはチトクロームP450ファミリーで、これには11,500を超えるさまざまなタンパク質が含まれており、地球上のあらゆる生命体に存在しています。

修飾された生体異物は、他の分子との反応により解毒され、それらと結合して生体異物複合体と​​呼ばれる分子を形成します。 このフェーズで一般的に使用される化学物質には、グリシン（C2H5NO2）、グルタチオン（C10H17N3O6S）、およびグルクロン酸（C6H10O7）が含まれます。 これらの分子は陰イオン性であり、陽子よりも多くの電子を含むため、負の電荷を持っています。 関与する物質に応じて、得られた複合体は解毒の過程でさらに化学反応を受ける場合があります。

最後に、コンジュゲートは細胞から排出されます。 その負に帯電した陰イオン基は、タンパク質輸送体分子と結合することを可能にします。タンパク質輸送体分子は、細胞膜を越えて細胞外にコンジュゲートを運びます。 そこから、生体異物は細胞外生化学物質によってさらに代謝されるか、汗、尿、または糞中に完全に排出されます。

時間の経過とともに、後代の生物の生体異物代謝は進化し、環境で遭遇する可能性のある物質に対する保護を強化することができます。 これにより、多くの生命体が環境に住み、他の種にとって致命的な食物を安全に食べることができます。 これは、狩猟や防御の目的で毒素を生産する種の進化に拍車をかけ、捕食者や獲物の代謝を克服するのに最も効果的な生物に有利な選択的圧力を生み出します。

生体異物代謝は農業における重要な要素です。 異なる生物の生体異物に対する反応は、農薬などの農薬による影響に影響します。 作物を食べる昆虫などの害虫は、耐性の低い種が遺伝子プールから選別されるため、農薬に対する耐性が大きくなるため、これは生体異物への進化的適応を大きな関心事にします。

ほとんどの薬物は生体異物であるため、生体異物代謝も医学において重要です。 一部の薬物は、実際に患者に投与される形で医学的効果を持たず、患者の代謝によって化学的に変化したときに活性になります。これは生物活性化と呼ばれるプロセスです。 これは、薬剤の分子を酸化することで最も一般的に行われ、通常、シトクロムP450ファミリーが関与します。 ただし、エポキシドヒドロラーゼ、メチルトランスフェラーゼ、n-アセチルトランスフェラーゼなど、加水分解、メチル化、アセチル化などの化学的変化を引き起こす他のタンパク質も含まれます。 危険な薬物相互作用の一般的な原因の1つは、1つの薬物が患者の代謝に影響を及ぼし、他の薬物を代謝する身体の能力を妨げ、危険なレベルに達して患者を毒するまで後者が未処理で蓄積することです。