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 Biotransformación Página 1

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MONGRAFIA

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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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