Biotransformation des xénobiotiques : cytochromes P450, phases I et II, éthanol

Biotransformation des xénobiotiques dans le foie : la phase I (oxydation par les cytochromes P450 — CYP, nécessite du NADPH et du O₂) ajoute des groupes polaires ; la phase II — la conjugaison (avec l'acide glucuronique, le sulfate, le glutathion, l'acétate) augmente la hydrosolubilité. Éthanol : alcool déshydrogénase (ADH) → acétaldéhyde → acétaldéhyde déshydrogénase (ALDH) → acétate. La consommation chronique induit le CYP2E1 et génère des ERO. Cancérogénèse : certains xénobiotiques sont activés par les CYP en intermédiaires réactifs endommageant l'ADN (benzopyrène, aflatoxine).

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Concept des xénobiotiques et objectifs de la biotransformation

Les xénobiotiques sont des substances étrangères qui pénètrent dans l'organisme par l'alimentation, la peau ou les poumons, et qui ne sont pas utilisées à des fins énergétiques ou plastiques. En règle générale, ils sont hydrophobes et toxiques, c'est pourquoi ils doivent impérativement être éliminés. Les composés hydrophobes étant mal éliminés par les reins et la bile, l'organisme les convertit en une forme hydrosoluble par le système de biotransformation, localisé principalement dans le réticulum endoplasmique des hépatocytes (oxydation microsomale ou mono-oxygénasique). Le processus comprend deux phases successives.

Phase I : oxydation microsomale et cytochrome P450

La première phase est indispensable pour la plupart des xénobiotiques hydrophobes et consiste le plus souvent en une hydroxylation. Les enzymes clés sont le cytochrome P450 et la NADPH-cytochrome P450 réductase.

Mécanisme de la réaction :

Équation globale : R–H + O₂ + NADPH + H⁺ → R–OH + H₂O + NADP⁺. Le produit hydroxylé devient plus hydrophile et apte à subir la seconde phase.

Les cytochromes P450 possèdent une large spécificité de substrat : une seule isoforme (par exemple, le CYP2E1) peut métaboliser à la fois des médicaments, des poisons et de l'éthanol. Une caractéristique importante est l'inductibilité : en cas d'apport systématique de substances toxiques, la quantité de cytochromes augmente et la vitesse d'oxydation s'accélère.

Phase II : réactions de conjugaison

Au cours de la seconde phase, il se produit la conjugaison du groupe hydroxyle du produit de la première phase avec des molécules polaires, ce qui augmente considérablement l'hydrophilie. Les réactions sont catalysées par des enzymes de la classe des transférases. Conjugués utilisés :

L'UDP-glucuronyltransférase fixe un résidu d'acide glucuronique au R–OH. Les sulfotransférases transfèrent un groupe sulfate à partir du donneur actif PAPS (3′-phosphoadénosine-5′-phosphosulfate) sur le substrat hydroxylé. Les conjugués obtenus sont éliminés par les urines et la bile.

Glutathion transférases et rôle du glutathion

Les glutathion-S-transférases (GST) constituent une vaste famille d'enzymes dotées de spécificités de substrat variées, utilisant le tripeptide glutathion (γ-Glu–Cys–Gly) comme cofacteur. Elles fonctionnent dans tous les tissus animaux et humains, et sont également actives dans les érythrocytes.

Les GST participent à la détoxification :

Trois types principaux de réactions : la conjugaison de substrats avec le glutathion, la substitution nucléophile et la réduction des hydroperoxydes organiques en alcools. Les GST sont induites par l'alcool, les médicaments et les poisons parallèlement aux enzymes de l'oxydation microsomale.

Métabolisme de l'éthanol

En temps normal, l'éthanol est oxydé dans le cytosol des hépatocytes par des déshydrogénases dépendantes du NAD⁺ :

  1. L'alcool déshydrogénase (ADH) : éthanol → acétaldéhyde.
  2. L'acétaldéhyde déshydrogénase (ALDH) : acétaldéhyde → acide acétique (acétate).

Lors d'une consommation systématique d'alcool, le système microsomal oxydant l'éthanol (MEOS) est activé, dont le rôle principal est joué par l'isoforme du cytochrome CYP2E1. Le CYP2E1 oxyde l'éthanol en acétaldéhyde en consommant du NADPH et de l'oxygène.

Puisque le CYP2E1 métabolise également les somnifères et d'autres médicaments, son induction chez les buveurs chroniques entraîne une destruction accélérée des médicaments et la nécessité d'augmenter les doses pour obtenir un effet thérapeutique. Une induction similaire du MEOS se développe également lors d'une administration prolongée de médicaments.

Cancérogénèse chimique

La cancérogénèse est l'altération de la structure de l'ADN et de l'ARN suivie d'une transformation tumorale de la cellule. Principaux groupes de cancérogènes chimiques :

Points clés

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