biotransformación monografia
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BIOTRANSFORMACIÓN
UNIVERSIDAD ANDINA DEL CUSCO
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
PROGRAMA ACADEMICO PROFESIONAL DE PSICOLOGÍA
DOCENTE : RICARDO SANCHÉZ
CURSO : PSICPFARMACOLOGÍA
ALUMNA : LAURA ROCHA QUISPE
CICLO : VIII SEMESTRE
CUSCO – PERÚ
2014
Biotransformación Página 1
PRESENTACIÓN
Sr. Docente, del curso de PSICOFARMALOGIA, pongo a
consideración de su criterio la calificación del presente trabajo cuyo
tema es “BIOTRANSFORMACIÓN” el cual lo he realizado con
mucho interés dado que es un tema de suma importancia en la
formación de mi carrera profesional.
Le hago llegar mi trabajo, esperando que haya cumplido con
toda la información necesaria, ya que está regida y fundamentada
de acuerdo a la información y enseñanza adquirida, anhelando de
esta manera haber cumplido con lo requerido.
Atentamente
Su Alumna
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INTRODUCCIÓN
El siguiente trabajo trata acerca de la utilidad, tanto a nivel comercial como
ecológico, de las biotransformaciones. Para las mismas se pueden utilizar
diversas enzimas o microorganismos pero se abordará la importancia de las
levaduras, especialmente Rhodotorula spp.
Este tema es de gran importancia debido a la elaboración masiva de productos
de gran interés a bajos costos. Actualmente se esta buscando optimizar tanto
las condiciones del medio como los microorganismos a utilizar, ya sea para
aumentar la productividad, disminuir los costos, aumentar la eficiencia, facilitar
la extracción del producto, disminuir el tiempo de producción, etc. Para ello se
están estudiando los diferentes tipos de variables que pueden afectar estas
condiciones, como por ejemplo la temperatura, la iluminación, el medio de
cultivo, pH, la reutilización tanto del medio de cultivo como de los
microorganismos, etc.
Los microorganismos tienen la capacidad de modificar químicamente una
amplia variedad compuestos orgánicos. En estas reacciones enzimáticas el
sustrato debe ser metabolizado. Diversas enzimas han sido catalogadas hasta
ahora cada una de las cuales reacciona con un cierto sustrato y cataliza una
reacción particular que generalmente representa un paso en un camino
metabólico. Además de sus sustratos naturales, muchas enzimas también son
capaces de reaccionar con compuestos foráneos pero con características
estructurales similares al sustrato natural, y catalizar así reacciones no
naturales con sustratos suministrados al medio. Los productos de reacción que
no son degradados se acumulan en el medio en donde pueden ser aislados. En
este caso el microorganismo o la enzima actúa como catalizador biológico de la
reacción dada. El objetivo de estas biotransformaciones es obtener un producto
con un mayor valor agregado que el sustrato original. Un proceso de síntesis
puede realizarse por bioconversión o síntesis orgánica.
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INDICE
CARATULA.......................................................................................................1
PRESENTACIÓN..............................................................................................2
INTRODUCCIÓN..............................................................................................3
BIOTRANSFORMACIÓN
1. Características De Las Biotransformaciones ...............................................6
2. Donde Se Llevan A Cabo Las Reacciones De Biotransformación ...............6
3. Requerimientos Para Una Biotransformación ..............................................7
4. Ejemplos de Reacciones de Biotransformación ...........................................7
5. Filtración y Reabsorción en los Procesos Renales.......................................8
5.1. Filtración Glomerular.......................................................................8
5.2. Secreción Tubular Activa.................................................................8
5.3. Reabsorción Tubular.......................................................................8
6. Reabsorción Pasiva......................................................................................8
7. Bioconcentración ..........................................................................................8
8. Bioacumulación.............................................................................................8
9. Biomagnificación...........................................................................................9
10. Activación o desactivación..........................................................................9
11. Detoxicación................................................................................................10
12. Bioactivación...............................................................................................10
13. Bioactivaciones...........................................................................................10
14. BioINactivación de organofosforados..........................................................11
14.1. Activación o Bioinactivación..........................................................11
14.2. Otros Ejemplos de bio-activaciones...............................................11
15. Fases de la Biotransformación....................................................................12
15.1. Fase I de la Biotrasnformación......................................................12
15.1.1. Reacciones de Fase I......................................................12
15.2. Fase II de la Biotrasnformación.....................................................12
15.2.1. Conjugaciones.................................................................13
15.2.2. Características de estas Reacciones...............................14
CONCLUSIONES..............................................................................................17
BIBLIOGRAFIA.................................................................................................18
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BIOTRANSFORMACIÓN
Modificación que sufre todo xenobiótico en su paso a través del organismo. En
términos generales, las reacciones de
biotransformación generan metabolitos
inactivos, más polares e hidrosolubles
para su eliminación.
Sin embargo, en algunos casos se
generan metabolitos con mayor actividad
biológica, más reactivos y en
consecuencia con propiedades tóxicas.
Transformaciones enzimáticas de los
xenobióticos en el organismo, resultando
otro(s) producto(s).
Los XBs que son objeto de estas transformaciones y acaban
degradándose se denominan BIODEGRADABLES.
Se pueden efectuar en varios órganos: piel, intestino, riñón, pulmón,
hígado, etc.
Biotransformaciones mediante reacciones enzimáticas localizadas
especialmente en lo microsomas hepáticos, con la importante
participación de las isoenzimas Cit P450.
UnXB en el organismo
Puede eliminarse sin alteración.
Pro-tóxicos, tóxico o no
Experimenta transformaciones que facilitan la eliminación.
Experimenta modificaciones estructurales que aumenten o disminuyan
su cualidad tóxica.
Los XB en el organismo
Biotransformación: es el conjunto de transformaciones enzimáticas que
sufre un XB dentro de un organismo.
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UnXB en el ambiente
Biodegradación es el resultado de todas las biotransformaciones que le
suceden a un XB en un entorno ambiental concreto. Todos los
organismos tienen un conjunto de enzimas que les otorgan su capacidad
metabolizadora o biotransformadora. Los organismos tienen diferente
capacidad Biotransformadora.
1. Características De Las Biotransformaciones
Especificidad del substrato: normalmente una enzima cataliza solamente
una etapa específica de reacción.
Especificidad del sitio (regioespecificidad) : si existen en la molécula varios
grupos funcionales de un tipo determinado se afecta solamente una
posición específica.
Estereoespecificidad: si se utiliza una mezcla racémica como material de
partida, solamente es convertido un enantiómero. Si aparece un centro de
asimetría como resultado de la reacción de la enzima, el producto de
reacción normalmente es óptimamente activo.
Condiciones de reacción : las reacciones enzimáticas no causan la
destrucción de los substratos sensibles debido a las suaves condiciones de
conversión. Varias reacciones pueden ser combinadas bien en una etapa
de fermentación utilizando un microorganismo con un adecuado sistema de
enzimas o mediante conversiones escaladas utilizando diferentes
microorganismos. Las reacciones causan menos daño al ambiente ya que
tienen lugar principalmente en agua.
2. Donde Se Llevan A Cabo Las Reacciones De Biotransformación
El metabolismo de biotransformación se lleva a cabo predominante en el
hígado, seguido de otros órganos como riñón, intestino, pulmón y piel.
A nivel celular, la biotrasnformación se realiza en el retículo endoplásmico y
una pequeña parte en las mitocondrias, los lisosomas y en el citoplasma.
Las membranas del retículo en doplásmico al ser fragmentadas forman
pequeñas vesículas denominadas "microsomas", donde se en cuentran la
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mayor parte de las enzimas que participan en el metabolismo de
compuestos, tanto endógenos como exógenos.
Correspodiente al autor :
3. Requerimientos Para Una Biotransformación
El cultivo debe contener las enzimas necesarias para la
transformación del precursor al producto.
El producto debe ser formado más rápido que su metabolismo
degradativo
El cultivo debe tolerar la adición de precursores y el aparecimiento
del producto.
El substrato debe ser capaz de introducir a la célula el producto de
preferencia independientemente del medio.
4. Ejemplos de Reacciones de Biotransformación
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5. Filtración y Reabsorción en los Procesos Renales
5.1.Filtración Glomerular
Proceso unidireccional para moléculas pequeñas; depende
directamente de la fracción de droga libre; - Tasa de filtración
glomerular normal: 125-130 mL/min.
5.2.Secreción Tubular Activa
Requiere de sistemas transportadores saturables y depende del flujo
plasmático renal 425-650 mL/min.
5.3.Reabsorción Tubular
Puede ser pasiva o activa. Está Influida por el pH urinario. Potenciada
para las moléculas no ionizadas y liposolubles.
6. Reabsorción Pasiva
El riñón excreta sustancias hidrosolubles por
filtración en los túbulos. En los túbulos se
producen procesos de reabsorción. La
Reabsorción Pasiva de sustancias lipofílicas
desde los tubulos renales hacia la sangre es el
mecanismo que explica en parte la
BIOACUMULACIÓN de XBs en los organismos.
7. Bioconcentración
FBC, Factor de bioconcentración: medida de la capacidad de un compuesto
para acumularse en un tejido después de su absorción desde el medio
circundante. FBC o BCF: es la relación calculada o experimentalmente
determinada, entre la concentración del XB en el organismo y la del medio
circundante.
8. Bioacumulación
Los organismos que viven en un medio acuoso contaminado absorben los
XBs que pueden acumular en mayor concentración que la del medio. Este
fenómeno de bioconcentración puede hacer que la [XBs] vaya
incrementándose a lo largo de las cadenas alimentarias en un proceso de
Bioacumulación. BAF o FBA: es la relación calculada o experimentalmente
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determinada, entre la concentración del XB en el
organismo y la del medio acuoso del inicio de la
cadena alimentaria.
9. Biomagnificación
Cuando este proceso de bioacumulación se mantiene
y amplifica a lo largo de las cadenas tróficas, de forma
que la concentración de [XBs] en lo alto de la pirámide
es muy superior a la del medio circundante se está
produciendo un proceso de Biomagnificación. FBM: es la relación calculada
o experimentalmente determinada, entre la concentración del XB en el
organismo a considerar y la del medio acuoso donde se establece la
cadena trófica.
BIOMAGNIFICACIÓN de DDT a travésde una cadena trófica
10.Activación o desactivación
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11.Detoxicación
Las biotransformaciones que conllevan un descenso de la actividad
biológica de los XBs son reacciones de detoxicación o bioinactivaciones.
• Desactivación de grupos funcionales
• Desactivación de electrófilos
• Desactivación de nucleófilos
• Detoxicación de radicales libres
La oxidación se considera detoxicación:
nitratos < nitritos, arsenatos < arsenitos.
La detoxicación de compuestos lipofílicos requiere su conversión a polares
(entrada de grupos funcionales) y después aumentar su hidrosolubilidad.
12.Bioactivación
Bioactivación es toda biotransformación que produce un compuesto más
tóxico o más reactivo. En general:
• Formación de electrófilos
• Formación de nucleófilos
• Formación de radicales libres
• Formación de reactivos red-ox
La introducción de grupos más polares aumenta la hidrosolubilidad y, a
veces, la reactividad, lo que genera “metabolitos reactivos”. Hidroxilación de
aminas aromáticas, formación de epoxis, etc.
13.Bioactivaciones
Algunas reacciones de Bioactivación frecuentes:
• N-hidroxilación de aminas primarias
• Epoxidación de hidrocarburos policíclicos
• Formación de derivados azo-benceno
• Oxidación de PCBs y de PCDD coplanares
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La formación de compuestos electrófilos que puedan unirse al DNA o a
proteínas. Las oxidaciones por enzimas como “Cyt P450, FMO, PGS, etc”
pueden producir metabolitos reactivos.
14.BioINactivación de organofosforados
Los derivados “oxo” de los organo-tio- fosforados suelen ser más reactivos y
mas tóxicos. La hidrólisis por esterasas suelen desactivarlos. Los derivados
dihalogenados se conjugan con glutation y pueden generar sulfonios
reactivos, incluso radio libres
14.1. Activación o Bioinactivación
Las aminas comprenden algunos de los compuestos biológicos
más importantes que se conocen.
Las aminas funcionan en los organismos vivos como
biorreguladores, neurotransmisores, en mecanismos de defensa y
en otras funciones.
Debido a su alto grado de actividad biológica muchas aminas se
emplean como medicamentos. A continuación, se muestran las
estructuras y los usos de algunas aminas biológicamente activas
(adrenalina, noradrenalina, dopamina, serotonina, anfetamina,
novocaína, acetilcolina, ácido nicotínico, piridoxina, histamina).
14.2. Otros Ejemplos de bio-activaciones
Fenoles: forman radicales quinónicos, que reaccionan con las
proteínas.
Nitritos: forman metahemoglobina (Fe3+) con las aminas forman
nitrosaminas, que son cancerígenos.
Las biotransformaciones también afectan a la ABSORCIÓN DE
LOS XBS: el Hg es metilado por bacterias y el CH3-Hg es mucho
mas liposoluble, acumulable y bioactivo.
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15.Fases de la Biotransformación
15.1. Fase I de la Biotrasnformación
Compuesto tóxico puede convertirse en uno menos tóxico o
en otro más tóxico que el original.
Las reacciones químicas incluyen: oxidación, reducción e
hidrólisis.
Transformación en otros compuestos mas polares.
El compuesto tóxico puede convertirse en uno menos tóxico o
en otro más tóxico que el original.
Las reacciones enzimáticas incluyen: oxidación, reducción e
hidrólisis.
Reacciones de Fase I
15.1.1. Reacciones de Fase I
R. Fase I: (=funcionalización) introducen o
exponen un grupo funcional del Xb original (oxidasas,
reductasas, hidrolasas)
Ox: Alcohol DHasa - Aldehído Dhasa - Aldehído Oxidasa -
CYP P450-
Monooxigenasas FAD - Monoamino oxidasa -
mieloperoxidasa -
Oxido Nítrico Sintetasa - S-oxidasa - Xantina oxidasa -
Amidasas
Red: Azoreductasas - Nitroreductasas - N-oxido reductasa
Hid: Aril esterasas - Carboxil esterasas - Colinesterasa - Epox
Hidratasa
15.2. Fase II de la Biotrasnformación
Fase II: biosíntesis= reacciones de conjugación realizadas por
transferasas. Transfieren diversos compuestos (ácido
glucurónico, sulfatos, glutatión, aminoácidos, acetato) a los
metabolitos, algunos de los cuales han sido generados por
enzimas de Fase I.
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Son reacciones de conjugación.
Unen covalentemente al XB: ácido glucurónico, sulfatos,
glutatión, AA, o acetato.
Los compuestos altamente conjugados formados son polares,
generalmente inactivos y eliminados.
15.2.1. Conjugaciones.
Transforman los compuestos polares en otros más hidrofílicos.
Los compuestos polares se conjugan con metabolitos
endógenos: glutatión, glucurónico, glucosa, sulfato, acetato,
AAs, metilo.
Las enzimas que catalizan estas reacciones se denominan en
general conjugasas o tranferasas
Estas enzimas se encuentran en todo tipo de organismos, pero
su distribución no es homogénea.
La Biotransformación Fase II, tal como se mencionó
anteriormente, consiste en reacciones de conjugación,
catalizadas por un conjunto de enzimas, la mayoría de ellas
localizadas en el citosol.
Las reacciones consisten en agregar un grupo polar de
tamaño relativamente grande a los productos de las
reacciones de la Fase I o a los xenobióticos originales que
contienen los grupos funcionales apropiados para ser
substratos de las reacciones de conjugación. Los donadores
de los grupos polares tienen que ser compuestos de alta
energía, ya que las reacciones de conjugación no son
termodinámicamente favorables.
El resultado que se logra con estas reacciones es un gran
incremento de la solubilidad en agua del xenobiótico.
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15.2.2. Características de estas Reacciones.
GLUCURONIDACIÓN.- La reacción consiste en agregar un
grupo glucuronil en un grupo hidroxilo, amino o sulfhidrilo del
tóxico. La enzima que cataliza la reacción es la UDP glucuronil
transferasa y el donador del grupo polar es el ácido UDP
glucurónico. La enzima se encuentra localizada en el retículo
endoplásmico, a diferencia de las otras enzimas de la Fase II
que se localizan en el citosol. Los compuestos glucuronidados
son muy solubles en agua y aparecen en la orina y en la bilis.
Existe un número muy grande de xenobióticos que son
substrato de esta enzima.
SULFATACIÓN.- La reacción consiste en la transferencia de
un grupo sulfato de PAPS (3´-fosfoadenosil-5´-fosfosulfato) a
un grupo hidroxilo o amino en el xenobiótico. La reacción es
catalizada por sulfotransferasas, enzimas solubles localizadas
en el citosol. El producto de la reacción es un sulfato orgánico
ionizado, muy soluble en agua que se excreta en la orina.
AMINOACIDACIÓN.- La reacción consiste en la formación de
una unión peptídica entre el grupo amino de un aminoácido,
normalmente glicina, y un carboxilo en el xenobiótico.
Obviamente para que esta reacción se pueda dar es
indispensable que el xenobiótico tenga un grupo carboxilo.
Estos conjugados son eliminados en la orina debido a que el
sistema de transporte del riñón reconoce al aminoácido.
GLUTATIONIZACIÓN.- La glutationización consiste en la
adición de glutatión (GSH), a través de su grupo sulfhidrilo
(nucleofílico), con un carbón electrofílico del xenobiótico. La
reacción es catalizada por la glutatión-S-transferasa y el
glutatión mismo es el cofactor de alta energía. El glutatión es
un tripéptido, Glu-Gli-Cis. El compuesto que se forma se
rompe en el riñón produciendo el Cis-derivado, que se acetila
para producir un conjugado del ácido mercaptúrico, el cual se
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excreta en la orina. Esta reacción es importante en la
destoxificación de epóxidos y peróxidos. La glutatión-S-
transferasa se encuentra en células de muy diversos tejidos. Si
esta reacción disminuye significativamente el nivel celular de
glutatión, el organismo puede sufrir daños considerables
debido a la peroxidación de lípidos o por otros tipos de
agresión química.
METILACIÓN.- La metilación juega un papel menor en la
biotransformación de xenobióticos, excepto en la
destoxificación de arsénico. Los compuestos inorgánicos de
arsénico se transforman en metabolitos monometilados y
dimetilados que son menos tóxicos. La reacción consiste en la
transferencia de un grupo metilo a un hidroxilo, amino o
sulfhidrilo, es catalizada por las metiltransferasas y el
compuesto donador de grupos metilo es la SAM (S-adenosil-
metionina). La metilación es importante en la transformación
de compuestos endógenos y forma parte en la biosíntesis de
varios aminoácidos y esteroides, así como en la metilación del
ADN.
Las reacciones de la Fase I activan grupos funcionales, la
metilación los enmascara impidiendo que participen en
reacciones de la fase II, por lo tanto, si se metilan los
xenobióticos se disminuye la tasa de eliminación del
compuesto.
Como se puede ver, varias de las reacciones de la Fase II
requieren de los mismos grupos funcionales, así que los
compuestos que pueden ser modificados por más de una
enzima entran en reacciones que son mutuamente
competitivas.
Qué tanto tiene lugar una reacción determinada depende, de
la capacidad del tejido para llevar a cabo la reacción y de la
afinidad de la enzima por el substrato. La capacidad está
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definida por la cantidad de cofactor presente en el tejido
cuando éste es expuesto al xenobiótico.
Tabla 2.3.4.A.-Capacidades y Afinidades de las Reacciones de Conjugación
REACCIÓN CAPACIDAD AFINIDAD
Glucuronidación Alta Baja
Aminoacidación Media Media
Sulfatación Baja Alta
Glutationización Baja Alta
Acetilación Variable Variable
CONCLUSIONES
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Los microorganismos tienen la capacidad de modificar químicamente
una amplia variedad compuestos orgánicos. En estas reacciones
enzimáticas el sustrato debe ser metabolizado. Diversas enzimas han
sido catalogadas hasta ahora cada una de las cuales reacciona con un
cierto sustrato y cataliza una reacción particular que generalmente
representa un paso en un camino metabólico.
Las reacciones de biotransformación generan metabolitos inactivos, más
polares e hidrosolubles para su eliminación.
El metabolismo de biotransformación se lleva a cabo predominante en el
hígado, seguido de otros órganos como riñón, intestino, pulmón y piel. A
nivel celular, la biotrasnformación se realiza en el retículo endoplásmico
y una pequeña parte en las mitocondrias, los lisosomas y en el
citoplasma.
Se determinaron los parámetros cinéticos de la biotransformación (Qp,
qp) y la influencia de la concentración de biomasa y oxígeno disuelto
sobre la velocidad del proceso.
Se desarrolló una transformación en dos fases utilizando vaselina como
vehículo del bromobenceno para disminuir su toxicidad. Se logró una
concentración final de bromodiol de 35g/L (en contraste a los 12g/L
descritos en literatura).
BIBLIOGRAFIA
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http://www.monografias.com/trabajos20/biotransformaciones/
biotransformaciones.shtml#ixzz2qfzrqIix
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