BIOTRANSFORMASI

1. BIOTRANSFORMASI ERWIN DYAH N

2. DEFINISI • Biotransformasi = proses perubahan bahan kimia menjadi bahan kimia lain melalui reaksi kimia yg terjadi di dalam tubuh • Proses biotransformasi = Metabolisme / transformasi metabolik • Namun, pd metabolisme kadang tdk spesifik hanya proses transformasi saja, di sini juga terjadi fase toksikokinetik

3. Biotransformasi • Penting untuk kehidupan karena : - ada proses perubahan zat gizi (nutrien) bahan yg diperlukan untuk fungsi tbh secara normal • Ex: Pd obat -- kdg yg dibutuhkan metabolitnya-bukan obat aslinya Misal: phenoxybenzamine (Dibenzyline®)- obat HT  hrs ditransformasi menjadi metabolitnya ( bahan aktif yg diperlukan adlh metabolitnya) - slh satu mekanisme pertahanan diri (defense) - mel detoksifikasi  ekskresi

4. Toksikan yg lipofilik , non polar, BM rendah mdh menembus membran (kulit, GIT, & paru) • Lipofilik sulit dieliminasi  akumulasi  level bahaya • Lipofilik sebag. > dpt diubah  metabolit yg hidrofilik  > sulit menembus membran sel penting & > mdh dikeluarkan • Jadi – “biotransformasi mrpk kunci utama mekanisme pertahanan tubuh!”

5. Tbh manusia punyaikapasitas biotransformasi yg sangat baik u/ sebag. > xenobiotik & limbah tubuh • Limbah metabolisme yg harus dieliminasi misalnya: Hb • penghancuran SDM  pelepasan Hb • Pd kondisi normal : • Hb biotransformasi  Bilirubin (toksik bagi otak bayi baru lahir pd kadar tinggi  irreversible brain injury) • Bilirubin (lipofilik)  biotransformasi hidrofilik ekskresi (urin & feces)

6. Proses biotransformasi : tdk perfect • Detoksifikasi -- menjadi < toksik • Bioaktifasi – menjadi > toksik • Kadang, biotransformasi dpt menghasilkan metabolit yg dpt berinteraksi dg DNA  efek parah pd kesh. • Ex: • Vinyl chloride vinyl chloride epoxide  berikatan kovalen dg .DNA & RNA Cancer liver.

7. For Academics : The term "biotransformation" refers to: • an increase in electrical charge in tissues produced by a biological transformer b. chemical reactions in the body that create a new chemical from another chemical • the transformation of one type of cell in a tissue to another type of cell

8. Biotransformation is the process whereby a substance is changed from one chemical to another (transformed) by a chemical reaction within the body.

9. For Academics : Detoxification is a biotransformation process in which: a. metabolites of lower toxicity are produced b. metabolites of higher toxicity are produced

10. When biotransformation results in metabolites of lower toxicity, the process is known as detoxification.

11. Chemical reactions • Terjadi terus menerus di tubuh terjadi • Mrpk aspek kehidupan normal  berperan dlm : a. Membangun jaringan baru b. Pembongkaran jaringan yg sdh tua c. Mengubah makanan  energi d. Pembuangan zat sisa e. Eliminasi xenobiotic toksik • Di dlm tbh >> reaksi kimia – sangat teratur & terjadi saat dibutuhkan • >> terjadi pd kecepatan yg cukup- krn peran enzym sbg katalis • Katalis : bahan kimia yg membantu mempercepat reaksi ttp tidak ikut bereaksi

12. Enzym • Mrpk katalis untuk hampir semua reaksi kimia dlm tbh • Tanpa enzym reaksi lambat  masalah kesehatan • Ex: • Org yg mengalami phenylketonuria (PKU) tak bs menggunakan pemanis yg mengandung aspartame (in Equal®). • Aspartame = phenylalanine ( ada dlm sebagian besar makanan yg mengd prot.) • ggn genetik PKU  tdk dpt mengubah : phenylalanine tyrosine (another amino acid) menumpuk dlm tbh Retardasi mental parah Bayi : hrs rutin dicek PKU (saat lahir)  jk +  diet khusus (dibatasi asupan phenylalanine saat bayi/anak2)

13. Reaksi enzymatik • tdk selalu sederhana • Ada enzym yg bth cofactors / co-enzymes u/ membantu tugasnya sbg katalis • co-factors : komponen normal di sebagian besar sel & sering terlibat dlm reaksi perubahan zat gizi menjadi energi • Contoh co-factor : Vitamin • Yg memegang kunci transformasi xenobiotik adalah OBAT atau enzym

14. The relationship of substrate, enzyme, co-enzyme, and transformed product is illustrated below:

15. >> Enzym untuk biotransformasi • Protein BM tinggi • Td. atas rantai AA dg ikatan peptida • Sangat spesifik (hanya membantu reaksi tertentu) • Sering diibaratkan kunci dan gembok • Terlihat dlm gambar: jk suatu bahan cocok dg enzym terbentuk komplek enzym-substrat  reaksi  2 bahan kimia

17. Specifisitas Enzym

18. contoh Absolut Spesificity: • Formaldehyde dehydrogenase hanya sbg katalisator pd reaksi kimia formaldehyde • Acetylcholinesterase  hanya sbg katalisator bahan kimia neurotransmiter acetylcholine Group specivicity: • Alcohol dehydrogenase  mempunyai “group specificity”  krn dpt mengubah beberapa jenis alkohol termasuk methanol & ethanol Linkage specivicity: • N-oxidation  dpt mengkatalis reaksi yg ada ikatan nitrogen dg menggantikan gugus nitrogen dg oksigen

19. Penamaan enzym • Kecuali untuk pepsin & trypsin  semua diberi akhiran “ase” + bahan yg bereaksi dan tipe reaksi • Ex: • Alcohol dehydrogenase = enzym yg mengubah Alkohol dengan melepaskan hidrogen  hasilnya aldehyde atau keton

20. Biotransformasi alkohol  acetaldehyde • ADH = alcohol dehydrogenase, a specific catalyzing enzyme • NAD = nicotinamide adenine dinucleotide, a common cellular reducing agent

21. Faktor yg mempengaruhi reaksi biotransformasi • Suatu xenobiotik dpt diubah menjadi > toksik/ < toksik  dipengaruhi oleh : • Dosis • Circumstances (cara minumnya) • Ex: • Tylenol (asetaminophen) –obat analgesik & antipiretik • Jika diminum sesuai dosis anjuran  efek yg diinginkan • Jika melebihi dosis hepatotoxicity

22. Jika dosis ber >>  < enzym  obat mengalami reaksi melalui jalur lain  bioaktivasi  hepatotoksik • O.k.i  hanya boleh diminum setiap 4-6 jam dan tidak boleh diminum me>i 4 dosis/24 jam • Enzym – jumlah terbatas  dapat kehabisan (melebihi kemampuan tubuh untuk mensintesis kembali)  "Dose Makes the Poison."

23. Pengelompokan Reaksi biotransformasi • Menurut jenis reaksinya (misal : oksidasi, reduksi) • Menurut Fase (urutannya) • Reaksi Fase I : modifikasi bahan kimia dg menambah strk. kimia fungsional bahan menjadi cocok (fit) u/ msk Fase II  konjugasi (bergabung dg bahan lain) • Reaksi fase II terdiri atas: reaksi enzymatik yg mengikat xenobiotik yg sdh termodifikasi dg bahan lain  konjugat • Konjugat  molekul > besar & > polar (larut air)  mdh dikeluarkan , sulit menembus membran sel

24. Bahan yg tdk perlu melalui fase I  jadi langsung ke fase II • Ex: Phenol • Phenol  langsung terkonjugasi menjadi metabolit yg bs langsung di ekskresi • Benzen  perlu fase I & II • Pada fase I : benzen  phenol • Pada fase II : phenol terkonjugasi  phenyl sulfate

25. Biotransformasi benzen

26. Reaksi transformasi utama :

27. Fase I : a. Oksidasi • Proses dmn molekul/Substrat kehilangan elektron • reaksi = oksidasi krn pertamakali ditemukan mrpk reaksi penambahan oksigen • Reaksi oksidasi tdk selalu melibatkan Oksigen • Contoh reaksi oksidasi yg tak melibatkan oksigen : - dehydrogenation lepasnya ion H molekul - electron transfer berpindahnya elektron dari substrat

29. Fase I : b. Reduksi • Substrat menerima elektron • Paling banyak terjadi pd xenobiotik jika O2 rendah • Reduksi dpt terjadi pada ikatan ganda nitrogen-nitrogen (azo reduction) atau pada kelompok nitro (NO2). • Seringkali, AA yg dihasilkan akan teroksidasi membentuk metabolit yg toksik • Beberapa bahan kimia spt CCl4 dapat tereduksi oleh radikal bebas yg sangat reaktif thd jaringan • Jadi : Reduksi > sering mengakibatkan Bioaktivasi

30. Contoh reduksi kelompok nitro:

31. Fase I : Hydrolisis • Penambahan air menyebabkan toksikan terpecah menjadi 2 fragmen atau molekul yg > kecil --Kelompok hidroksil(OH-) & atom hidrogen • Yg sering mengalami hidrolisis : esters, amines, hydrazines, & carbamates • Contoh biotransformasi procaine (local anesthetic) yg terhidrolisis menjadi 2 bhn kimia lain sbb :

32. Hidrolisis

33. Fase II • xenobiotic yg telah melewati fase I  new intermediate metabolite –yang terdiri atas bahan kimia reaktif spt: • hydroxyl (-OH), amino (-NH2), &carboxyl (-COOH) • Bebrapa blm menjadi ckp hidrofilik –msh sulit dikeluarkan  harus melalui fase II (reaksi biotransformasi tambahan)

34. Fase II • Reaksi konjugasi • Molekul normalnya dlm tubuh  ditambahahkan pd metabolit dari reaksi fase I  terkonjugasi (> hidrofilik)  mdh dikeluarkan • Reaksi utama pada fase II: • glucuronide conjugation - most important reaction • sulfate conjugation - important reaction • acetylation • amino acid conjugation • glutathione conjugation • methylation

35. Fase II : konjugasiglukoronide • Paling pentingdarifase II • salahsatumolekulygditambahkan pada metabolithasilfase I : asamglukoronat (berasaldariglukosa) • Bagianygmengalamireaksiglucuronidasiadalahsubstratygmengandungikatanoxygen, nitrogen,atausulfur Contoh : • bilirubin, hormonsteroiddantiroid • Glucuronidasimrpkjalurygkapasitasnyatinggiuntukkonjugasixenobiotik. • Melaluijalurini toksisitasberkurang (Pengecualian : pdbahancarcinogenik ) • Konjugatglucuronide  biasanyackphidrofilik  mudahdikeluarkan (melalui empedu)

36. The glucuronide conjugation of aniline is illustrated below:

37. Fase II : konjugasisulfat • Ikatandengansulfat • >> akanmenurunkantoksisitas • konjugatsulfatakansegeradiekskresikanmelalui urine. • Jalurinikapasitasnyarendah u/konjugasi xenobiotic. • Seringxenobiotikygsamadptmengalamikonjugasimelaluijalurglukoronidasiatausulfatasi

38. For Academics : The substances in the body that accelerate chemical reactions are known as: a. amino acids b. substrates c. enzymes

39. Enzymes are proteins that catalyze nearly all biochemical reactions in the body.

40. For Academics : The convention used to name specific enzymes consists of : • combining the substrate name with the type of chemical reaction b. combining the target organ and the type of chemical reaction c. combining the substrate name with the form of toxicity

41. Enzyme names end in "ase" and usually combine the substrate acted on and the type of reaction catalyzed (a)

42. For Academics : Biotransformation reactions are classified as Phase I and Phase II. The basic difference is: • Phase I reactions conjugate a substrate whereas Phase II reactions oxidize the substance • Phase I reactions generally add a functional structure whereas Phase II reactions conjugate the substance • a Phase I reaction generally makes a substance more hydrophilic than a Phase II reaction

43. Phase I reactions are generally reactions which modify the chemical by adding a functional structure. This allows the substance to "fit" into the Phase II enzyme so that it can become conjugated (joined together) with another substance. Phase II reactions consist of those enzymatic reactions that conjugate the modified xenobiotic with another substance (b)

44. For Academics : The difference between oxidation and reduction reactions is: • a substrate gains electrons from an oxidation reaction whereas it loses electrons by a reduction reaction • oxygen is removed from a substrate in oxidation and added in the reduction reaction • a substrate losses electrons from an oxidation reaction whereas it gains electrons by a reduction reaction

45. Oxidation is a chemical reaction in which a substrate loses electrons. Reduction is a chemical reaction in which the substrate gains electrons (c)

46. For Academics : Which conjugation reaction is the most common in the biotransformation of xenobiotics? a. amino acid conjugation b. glucuronide conjugation c. methylation

47. Glucuronide conjugation is one of the most important and common Phase II reactions. Glucuronidation is a high-capacity pathway for xenobiotic conjugation (b)

48. Biotransformation Sites • EnzymBiotransformasi tersebarluas di seluruhtubuh • Liver  organ biotransformasiutama - besar - banyakenzym di sini • Ginjal & paru kapasitasbiotransformasi10-30% dibanding liver • Kulit , usus, testis, plasenta kapasitasrendah • O.k.i liver sangatrentanthdtoksisitasxenobiotic yang mengalamibioaktivasi

49. Enzym dlm sel berada pd : microsomes (small vesicles) dari Endoplasmic reticulum danbagiansitoplasma(cytosol) • Aktifitastransformasisebagiankecilterjadijuga di : mitochondria, nucleus, dan lysosome

50. Cytochrome P-450 • Enzym utama pd Fase I • sistem enzym ini disebut : "mixed function oxidase (MFO) " system. • Ada di microsome • Bertanggungjawab pada reaksi oksidasi