XENOBIOTISCH: METABOLISME, VOEDINGSBRONNEN, METABOLISME, UITGELOKTE REACTIES - BIOLOGIE - 2026

De xenobiotica zijn vreemde chemische stoffen voor het menselijk lichaam, waaronder medicijnen, voedseladditieven, contaminanten, chemische kankerverwekkende stoffen en veel stoffen die via verschillende routes vanuit de omgeving het lichaam binnenkomen.

Het woord "xenobiotisch" is afgeleid van het Griekse woord "xenos" wat buitenlander betekent en "bios" wat leven betekent. Deze vreemde verbindingen, of die normaal gesproken geen deel uitmaken van de chemische verbindingen waaruit het menselijk lichaam bestaat, kunnen van natuurlijke of synthetische oorsprong zijn.

Levermetabolisme van xenobiotische geneesmiddelen (Bron: Drriad / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) via Wikimedia Commons)

De meeste xenobiotica worden door het lichaam gemetaboliseerd om te worden geëlimineerd, maar er zijn er enkele die niet kunnen worden geëlimineerd of waarvan het eliminatieproces erg traag is, zodat ze zich ophopen in het lichaam en schade of toxiciteit kunnen veroorzaken.

Er zijn meer dan 200.000 milieuchemicaliën bekend die worden geïdentificeerd als xenobiotische stoffen, waarvan de meeste kunnen worden gemetaboliseerd, dat wil zeggen omgezet, om te worden geëlimineerd. Deze transformaties vinden voornamelijk plaats in de lever. Sommige xenobiotica kunnen echter onveranderd worden uitgescheiden of geëlimineerd.

Verschillende factoren kunnen het metabolisme van xenobiotica beïnvloeden. Deze omvatten leeftijd, geslacht, bepaalde genetische factoren en sommige enzyminducties veroorzaakt door bepaalde xenobiotica.

Als het xenobiotica een medicijn is, kan het metabolisme de activering ervan inhouden of kan het zijn werking verminderen of beëindigen. De toxiciteit van sommige xenobiotica kan op verschillende manieren worden geverifieerd; cyanide is bijvoorbeeld zeer giftig bij zeer lage concentraties, omdat het de ademhalingsketen blokkeert; andere zijn cytotoxisch omdat ze covalent binden aan DNA, RNA of eiwitten.

Sommige xenobiotica kunnen antigene reacties veroorzaken, kunnen kankerverwekkend zijn of zelfs volledig onschadelijk (niet-toxisch) zijn.

Metabolisme van xenobiotica

Mensen worden voortdurend blootgesteld aan een grote verscheidenheid aan xenobiotische stoffen. Deze omvatten medicijnen, giftige stoffen, mutagene agentia en kankerverwekkende stoffen. Veel van deze stoffen komen het lichaam binnen wanneer ze met voedsel in de voeding worden ingenomen.

Xenobiotische verbindingen kunnen reageren met intracellulaire macromoleculen zoals DNA (of direct met cellulaire structuren) en schade en / of letsel veroorzaken. Om deze schadelijke effecten tegen te gaan, heeft het lichaam twee verdedigingssystemen: ontgiftingsenzymen en antioxidantensystemen.

Xenobiotisch metabolisme (Bron: TimVickers / Public domain, via Wikimedia Commons)

Het metabolisme van xenobiotica kan worden gegroepeerd in twee processen of fasen. De eerste heeft hydroxylering als hoofdreactie en de tweede omvat de conjugatie van de gehydroxyleerde producten. Deze processen vinden voornamelijk plaats in de lever, hoewel sommige eerste reacties kunnen optreden in de epitheelbarrière van de huid en in andere weefsels, zoals de longen.

De hydroxyleringsfase wordt gekatalyseerd door een reeks enzymen van de klasse van monooxidasen of cytochromen P450. Naast hydroxylering nemen deze enzymen deel aan deaminering, dehalogenering, ontzwaveling, epoxidatie, peroxidatie en reductieprocessen.

De enzymen van de cytochroom P450-familie zijn aldehydeoxidasen, xanthineoxidasen en peroxidasen. In deze eerste fase nemen sommige esterasen en enzymen anders dan cytochroom P450 deel aan sommige hydrolysereacties.

In de tweede fase worden als gevolg van de conjugatie enkele polaire producten geproduceerd die, omdat ze oplosbaar zijn in water, gemakkelijk worden uitgescheiden. Conjugatie wordt geproduceerd door het effect van specifieke enzymen die het gehydroxyleerde product binden met verschillende moleculen, waaronder: glucuronzuur, sulfaat, acetaat, glutathion, aminozuren of methylgroepen.

Dieetbron van giftige en kankerverwekkende xenobiotica

De voedingsbron van kankerverwekkende stoffen omvat verbindingen die worden geproduceerd wanneer vet, vlees of eiwit wordt gekookt of wanneer sommige natuurlijke producten die zijn afgeleid van bepaalde planten, zoals alkaloïden en sommige bijproducten van schimmels, worden ingenomen.

Van deze stoffen zijn de meest onderzochte vanwege hun kankerverwekkende effecten de stoffen die worden gegenereerd door te gaar vlees, zoals polycyclische aromatische koolwaterstoffen en heterocyclische aromatische aminen.

Andere xenobiotica die mensen gedurende hun leven binnenkrijgen, zijn industriële en milieuverontreinigende stoffen zoals uitlaatgassen van dieselmotoren, evenals pesticiden die uiteindelijk water en voedsel verontreinigen. Sommige medicijnen zijn ook inbegrepen, zowel medicijnen die zijn voorgeschreven als medicijnen die zonder recept verkrijgbaar zijn.

Nitraten die worden gebruikt om vlees en vis te conserveren, kunnen bodem en water vervuilen; deze zijn gerelateerd aan glandulaire carcinomen bij dieren.

Factoren die het metabolisme van xenobiotica beïnvloeden

Veel factoren kunnen de activiteit beïnvloeden van de enzymen die xenobiotische stoffen metaboliseren. Hun activiteit verschilt sterk tussen soorten, dus het toxische of kankerverwekkende effect van een xenobiotica kan niet vrijelijk van de ene soort naar de andere worden overgedragen.

Er zijn significante verschillen gerapporteerd tussen individuen met betrekking tot de activiteit van de enzymen die verantwoordelijk zijn voor het metabolisme van xenobiotica. Deze verschillen zijn vaak afhankelijk van genetische factoren, de leeftijd en het geslacht van de persoon in kwestie.

De gelijktijdige consumptie van verschillende xenobiotische stoffen kan enzymatische inductie veroorzaken. De metabolieten die tijdens het metabolisme van sommige xenobiotica worden gegenereerd, kunnen de activiteit van ontgiftende enzymen remmen of stimuleren.

Dit effect is erg belangrijk bij het evalueren van de respons op bepaalde geneesmiddelen, aangezien de combinatie mogelijk dosisaanpassingen vereist.

Reacties geactiveerd door xenobiotica

Wanneer het xenobiotica een medicijn is, kunnen de hydroxylatiereacties van de eerste metabolismefase de activering van het medicijn veroorzaken of, integendeel, als het al actief was, wordt het gemetaboliseerd tot een inactieve polaire vorm en vervolgens geëlimineerd.

Er zijn enkele bijwerkingen die door bepaalde geneesmiddelen worden veroorzaakt, die afhankelijk zijn van de verschillen in genetische oorsprong die tussen verschillende individuen bestaan ​​in termen van de structuur van verschillende enzymen en eiwitten.

Toxiciteit van vrije radicalen (veroorzaakt door xenobiotica) (Bron: Dan Cojocari / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) via Wikimedia Commons)

Zo worden enkele neveneffecten beschreven die slechts bij een zeer klein percentage van de individuen optreden, zoals hemolytische anemie, kwaadaardige hyperthermie, veranderd nicotinemetabolisme dat beschermt tegen tabaksverslaving, enz.

De toxische effecten van xenobiotica kunnen afhangen van de dosis of de ingenomen stof. Sommige xenobiotica, zoals bepaalde gifstoffen, zijn giftig bij zeer lage doses, andere worden zeer langzaam gemetaboliseerd en wanneer hun consumptie continu is, hopen ze zich op totdat toxische effecten worden gegenereerd bij hogere doses.

Xenobiotische stoffen kunnen een breed scala aan biologische effecten veroorzaken. Deze omvatten gunstige farmacologische reacties bij de behandeling van vele ziekten, toxische reacties, immunologische reacties en carcinomateuze effecten die uiteindelijk kanker kunnen veroorzaken in verschillende organen en weefsels.

Referenties

1. Madhukar. A, Swathi. E, S. Pranathi, Vineela Devi, K.Surender Reddy (2012) Analyse van xenobiotica: een recensie. Journal of Pharma Research. (www.jprinfo.com)
2. Murray, RK, Granner, DK, Mayes, PA en Rodwell, VW (2014). Harper's geïllustreerde biochemie. Mcgraw-heuvel.
3. Omiecinski, CJ, Vanden Heuvel, JP, Perdew, GH, & Peters, JM (2011). Xenobiotisch metabolisme, dispositie en regulatie door receptoren: van biochemisch fenomeen tot voorspellers van belangrijke toxiciteiten. Toxicological Sciences, 120 (suppl_1), S49-S75.
4. Patel, DK, & Sen, DJ Xenobiotics: een essentiële voorloper van een levend systeem. - academia.edu
5. McCance, KL en Huether, SE (2018). Pathofysiologie-Ebook: de biologische basis voor ziekte bij volwassenen en kinderen. Elsevier Gezondheidswetenschappen.