Hva er xenobiotisk metabolisme?

xenobiotisk metabolisme refererer til de forskjellige kjemiske reaksjonene, kalt metabolske veier, som en levende organisme bruker for å endre kjemikalier som normalt ikke finnes i en organisme som en del av dens naturlige biokjemi. Disse kjemikaliene, kalt xenobiotika, kan inkludere ting som giftstoffer, medisiner og miljøgifter. Xenobiotisk metabolisme er viktig for livet, ettersom den lar en organisme nøytralisere og eliminere fremmede giftstoffer som ellers vil forstyrre de kjemiske prosessene som holder den i live. Den xenobiotiske metabolismen til mennesker og mange andre livsformer er viktig i felt som medisin, landbruk og miljøvitenskap.

Mange potensielt skadelige stoffer forhindres fra å gjøre skade av membranene til celler, som regulerer hvilke kjemikalier som har lov til å komme inn i en celle og fysisk blokkere mange xenobiotika. Polare molekyler, som har elektriske dipoler fordi elektronene deres ikke er jevnt delt mellom molekylets atomer, er genereltKan ikke komme forbi en celles membran. Ikke -polare molekyler kan imidlertid passere gjennom den permeable membranen og inn i cellen. Xenobiotisk metabolisme beskytter kroppen mot disse stoffene med enzymer som vil reagere med de fleste ikke -polare forbindelser. Denne spesialiseringen forhindrer dem i å angripe nyttige stoffer som er en del av organismens normale biokjemi, som er polare forbindelser som er i stand til å diffundere gjennom cellemembraner ved hjelp av transportproteiner.

I det første stadiet av xenobiotisk metabolisme blir det fremmede stoffet modifisert gjennom kjemiske reaksjoner som tilfører polare eller reaktive grupper til molekyler. Dette gjøres oftest med enzymer som katalyserer monooxygenase -reaksjoner med oksygenmolekyler, eller O2, og hydrogen, tilsetter ett atom av oksygen fra O2 til xenobiotiske molekyl og produserer et molekyl med vann som et biprodukt. Den mest fremtredende gruppen av proteinerinvolvert i dette stadiet er Cytochrome P450 -familien, som omfatter mer enn 11 500 forskjellige proteiner og er til stede i alle former for liv på jorden.

Den modifiserte xenobiotika blir deretter avgiftet gjennom reaksjoner med andre molekyler, og kombineres med dem for å danne molekyler kalt xenobiotiske konjugater. Kjemikalier som vanligvis brukes i denne fasen inkluderer glycin (C2H5NO2), glutathione (C10H17N3O6s) og glukuronsyre (C6H10O7). Disse molekylene er anioniske, noe som betyr at de inneholder flere elektroner enn protoner og har derfor en negativ elektrisk ladning. Avhengig av stoffet som er involvert, kan de resulterende konjugatene gjennomgå ytterligere kjemiske reaksjoner i løpet av avgiftning.

Endelig skilles konjugatet ut fra cellen. Dens negativt ladede anioniske grupper lar den binde seg med proteintransportørmolekyler, som bærer konjugatet over cellemembranen og ut av cellen. Derfra kan xenobiotikumet metaboliseres ytterligere ved ekstracellulær biokemikals eller utvist fra kroppen helt i svette, urin eller avføring.

Over tid kan xenobiotiske metabolisme av etterfølgende generasjoner av organismer utvikle seg for å gi større beskyttelse mot stoffer de sannsynligvis vil møte i miljøet, ettersom medlemmene av arten best kan håndtere dem overlever og utrente sine stipendiater. Dette gjør at mange livsformer kan leve i miljøer eller trygt spise mat som vil være dødelig for andre arter. Dette kan igjen anspore evolusjon hos arter som produserer giftstoffer til jakt eller defensive formål, og skaper selektivt press som favoriserer organismer som er mest effektive til å overvinne metabolismen til rovdyrene eller byttedyr.

xenobiotisk metabolisme er en viktig faktor i landbruket. Reaksjonen fra forskjellige organismer på xenobiotika påvirker hvordan de vil bli påvirket av landbrukskjemikalier som plantevernmidler. Dette gjør evolusjonær tilpasning til xenobiotika til en stor bekymring, ettersom skadedyr som avlings-spiser insekter kan utvikle segReater -resistens mot plantevernmidler som mindre resistente medlemmer av en art blir vinnet ut av genbassenget.

xenobiotisk metabolisme er også viktig innen medisin, ettersom de fleste medisiner er xenobiotika. Noen medisiner har ingen medisinsk effekt i den formen som faktisk administreres til pasienten og blir aktive når de blir kjemisk endret av pasientens metabolisme, en prosess som kalles bioaktivering. Dette gjøres oftest ved å oksidere stoffets molekyler og involverer vanligvis cytokrom P450 -familien. Imidlertid kan det også involvere andre proteiner som epoksydhydrolase, metyltransferase og N-acetyltransferase, som forårsaker kjemiske endringer som hydrolyse, metylering og acetylering. En vanlig årsak til farlige medikamentinteraksjoner er når ett medikament har en effekt på pasientens metabolisme som forstyrrer kroppens evne til å metabolisere et annet medikament, slik at sistnevnte kan samle seg uprosessert til det når farlige nivåer og forgifter pasienten.