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Biotransformation

1 Definition

Die Biotransformation beschreibt die Vorgänge zur Umwandlung lipophiler bzw. hydrophober Stoffe in hydrophilere und somit wasserlösliche Stoffe. Diese Umwandlung ermöglicht oft erst eine Ausscheidung.

Die für den Vorgang der Biotransformation ablaufenden Reaktionen finden überwiegend in der Leber statt. Dabei werden lipophile Endobiotika und Xenobiotica in hydrophile Stoffe umgewandelt, um über Niere oder Galle ausgeschieden werden zu können.

2 Phasen der Biotransformation

Die Biotransformation wird in zwei Phasen eingeteilt.

2.1 Phase I

Diese Phase dient dazu, durch Oxidation, Reduktion oder Hydrolyse eine polare funktionelle Gruppe in das Substrat einzubringen, so dass dieses hydrophil wird.

2.1.1 Oxidation

Die Oxidation eines Substrates wird häufig durch Monooxygenasen katalysiert. Dabei wird oft das Cytochrom P450 genutzt, das sich strukturgebunden in der Membran des glatten Endoplasmatischen Retikulum befindet und Häm B als prosthetische Gruppe besitzt. Da bei der Reaktion der Monooxygenase Wasser entsteht, benötigt das Cytochrom P450 einen Wasserstoffdonator, der Reduktionsäquivalente auf ein Flavoprotein überträgt, welches diese an das Cytochrom P450 weitergibt. Cytochrom P450 katalysiert Hydroxylierungen, N-Desalkylierungen und O-Desalkylierungen.

Weitere beteiligte Enzyme neben den Monooxygenasen sind z.B.:

2.1.2 Reduktion

Substrate können ebenfalls durch eine Reduktion polarer werden: ein Disulfid kann in einer solchen Reaktion zu einem Thiol werden, aus einem Aldehyd wird ein primärer und aus einem Keton ein sekundärer Alkohol.

2.1.3 Hydrolyse

Amide, Ester und auch Ether können durch Esterasen und Hydrolasen hydrolysiert werden.

2.2 Phase II

In dieser Phase kommt es zu einer Konjugation des nun hydrophilen Stoffes mit einem körpereigenen Stoff. Ist ein Molekül bereits hydrophil, entfällt die Phase I und es durchläuft nur die Phase II. Um mit einer hydrophilen Substanz konjugiert werden zu können, muss der körpereigene Stoff in einer aktivierten Form vorliegen.

2.2.1 Beispiele für Konjugationssubstanzen

Mehrere Stoffe des menschlichen Körpers können für die Konjugation genutzt werden.

3 Klinik

Bei Neugeborenen sind die Enzyme der Biotransformation noch nicht vollständig entwickelt. Aus diesem Grund bauen Neugeborene Endo- und Xenobiotika langsamer ab als Erwachsene. Da zudem die Blut-Hirn-Schranke noch sehr durchlässig ist, muss die Dosis eines Medikaments genau abgestimmt werden, sonst können Medikamente toxisch wirken. Die hepatische Metabolisierung von Arzneimitteln wird einige Monate nach der Geburt durch den Switch von CYP3A7 auf CYP3A4 effizienter.

Die Biotransformation kann dazu führen, dass nicht-kanzerogene Stoffe in kanzerogene Stoffe umgewandelt werden.

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