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BIOTRANSFORMATION

Présenté par: Dr. MECHERI I. 28 Décembre 2020

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Le plan:

Introduction.

I. Sites de biotransformation

II. Réactions de biotransformation.

III. Conséquences et Intérêt de la biotransformation.

Conclusion.

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Introduction :

Métabolisme: transformations biochimiques (généralement enzymatique),

dans le corps, d’une substance donnée en une autre.

Les produits de biotransformation sont appelés : métabolites.

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Après absorption et distribution d’une substance dans l’organisme, celle-ci

subit une biotransformation ou métabolisme

Ces réactions visent à changer la structure moléculaire des produits pour les

rendre, généralement :

Plus polaire

Plus hydrosoluble

Plus facilement excrétables (par l’urine ou la bile)

Introduction :

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Le processus de biotransformation est:

D’une manière générale:

un mécanisme de défense de l’organisme= Détoxification:

molécule mère molécule moins toxique/moins active

Parfois:

un mécanisme de Bioactivation:

molécule mère molécule plus toxique/plus active

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Les réactions de biotransformation se divisent en deux types :

• Réaction de phase I / Fonctionnalisation:

• Réactions de phase II/ Conjugaison :

• La molécule-mère ou les métabolites (produit de phase I) se conjuguent avec une

substance endogène.

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Introduction :

I. Sites de biotransformation:

Le métabolisme des xénobiotiques et des substances endogènes a lieu dans tous les tissus

contenant des enzymes de biotransformation.

Localisation tissulaire :

Foie

Poumon Rein

Intestin

Peau

Placenta

Gonades ….

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I. Sites de biotransformation:

Localisation cellulaire :

Réticulum endoplasmique lisse (REL) (microsomes)

Cytosolique

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Principalement phase 2

Phase 1

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II. Réactions de biotransformation :

Réactions de fonctionnalisation : car elles crée sur la molécule à transformer un

groupement fonctionnel polaire qui sera attaqué par la réaction de phase II.

II.A Réactions de phase I

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C’est la réaction de biotransformation la plus importante (2).

Les métabolites qui en résultent sont nombreux.

L’oxydation est catalysée par des systèmes enzymatiques :

III.A Réactions de phase I 1. Oxydation

A- les mono-oxygénases

Mono-oxygénase à cytochrome P450

Mono-oxygénase à Flavines

B- Enzymes autres que les mono-oxygénases

déshydrogénases

Monoamine oxydase

Prostaglandine synthétase

Peroxydase 11

hémoprotéines : cyt p450

enzyme réductrice : NADPH cyt p450 réductase ( une flavoprotéine contenant à la fois FAD et FMN)

Phospholipides (permet la cohésion entre la Mono-oxygénase et la réductase)

II.A Réactions de phase I 1. Oxydation A- les mono-oxygénases

A-1) Mono-oxygénase à fonction mixte dépendante du cytochrome P450

Le système :

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C’est un complexe multienzymatique formé de 3 éléments :

Hémoprotéines : cyt p450



Le système :

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Hémoprotéines : cyt p450

Enzyme réductrice : NADPH cyt p450 réductase ( une flavoprotéine contenant à la fois FAD et FMN)

Phospholipides (permet la cohésion entre la Mono-oxygénase et la réductase)



Le système :

Cytochrome P450

NADPH cytochrome P450 réductase Membrane microsomiale

Représentation du complexe du système du cytochrome P450 serti dans la membrane microsomiale

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Localisation cellulaire:

La face externe du réticulum endoplasmique




RH (substrat) + O2 +2 e + 2 H+ ROH+ H2O

Réaction générale catalysée par le système

du cytochrome P450: mono oxygénation


Microsomes

hépatiques

substrat METABOLITE

O2

NADPH

H+

NADP+

Eau

=substrat+O Greffage d’une atome

D’oxygène sur

le substrat

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Cycle catalytique du cytochrome P450

Nomenclature : selon le degré d’homologie entre les séquences primaires des acides

aminés constitutifs, les cytochromes p-450 ont été répartis en familles et sous- familles.



Les cytochromes p-450 :

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Les principales réactions dépendantes du système mono-oxygénases

1. Oxydation aliphatique :

• Réaction très commune;

• Donne des alcools primaires et secondaires qui qui peuvent à leur tour être oxydés en

aldéhydes, cétones et acides carboxyliques.

Ex. hexane

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2. Oxydation aromatique :

Ex:

Benzène phénol

Exemples de substrats:

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3. Epoxydation :

Ex : Epoxydation des alcènes: formation d’espèces réactives potentiellement toxiques.

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4) Réaction de désalkylation:

L’élimination d’un groupe alkyl fixé: sur un oxygène, un azote ou un soufre.

Ce groupement alkyl est éliminé de façon oxydative.

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O-désalkylation:

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Ex: p-nitroanisole p-nitrophénol,





N-désalkylation:

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S-désalkylation:

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5) N-OXYDATION:

Cette réaction conduit à un N-oxyde à partir d’amines secondaires ou tertiaires.

Nicotine Nicotine-1’-N-oxyde 26




6) S-OXYDATION ( SULFOXYDATION ) :

Cette réaction conduit à un sulfoxyde et à une sulfone. L’oxydation du soufre des

phénothiazines constitue un exemple

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7) N-Hydroxylation :La N-hydroxylation des arylamines primaires; des amides et des

hydrazines conduit à l’hydroxylamine correspondante.

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8) Désamination Oxydative :

La N-hydroxylation des arylamines primaires; des amides et des hydrazines

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9) Désulfuration oxydative :

Remplacement d’un soufre par un oxygène:

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10) Dés-halogénation oxydative :

Les solvants chlorés et les anesthésiques comme l’halothane sont métabolisés de cette

manière.

• Ex: Le chloroforme donne l’oxychlorure de carbone (ou phosgène)

toxique.

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A-2) Mono-oxygénase à Flavines (FMOs)

Ces protéines microsomales catalysent l'oxygénation de l'azote , de soufre , de phosphore et

sélénium

Ex : N oxyde ,S oxyde ...

FMOs ont été impliqués dans le métabolisme d'un certain nombre de produits

pharmaceutiques, de pesticides et de substances toxiques .

Cinq formes de la FMO sont maintenant connus et ont été désignés de FMO1 - FMO5

dans le foie on observe 85 % de CYP pour seulement 15 % de FMO.

dans la peau seulement 33 % de CYP pour 66 % de FMO.

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II.A Réactions de phase I 1. Oxydation B- Enzymes autres que les

mono-oxygénase

B-1 déshydrogénases

B-2 Monoamine oxydase

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mono-oxygénase

B-1) Les déshydrogénases

Elle est essentiellement extra microsomale catalysée respectivement par:

• alcool DH =ADH

• aldéhyde DH=ALDH

a) substrat : alcools et aldéhydes aliphatiques et aromatiques

• Ex: Métabolisme oxydatif de l’éthanol :

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mono-oxygénase

B-2) Monoamine oxydase (MAO)

Le MAO catalyse la désamination oxydative des monoamines.

L’oxygène est utilisé pour éliminer un groupement amine; donne l’aldéhyde

correspondant et ammoniac

Les MAO sont à localisation mitochondriale, leur action permet d’éviter la pénétration des

amines vasoconstrictrices ou toxiques dans l’organisme comme la tyramine

Les monoamine oxydases sont présentes dans le système nerveux central, qui participent

au catabolisme des amines endogènes.

RCH2NH2+O2+H2O2 RCHO+NH3+H2O

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• Peu courante

• Beaucoup plus intense chez les bactéries intestinales que dans les tissus des mammifères.

• il existe 2 types de réduction microsomiale:

Réduction de dérives nitrés: par la Nitroreductase RE du foie

Nitrobenzène Aniline

II.A Réactions de phase I 2. Réduction


Réduction des Dérivés azoïques:

Assurée par l’azoréductase; La réduction du prontosil en sulfanilamide en est un

exemple remarquable.

• RE du foie

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Réductions non microsomales:

• C’est la réaction reverse des déshydrogénase.

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II.A Réactions de phase I 3. Hydrolyse

• Nombreux xénobiotiques ( esters et amides) ont des liaisons sensibles à

l’hydrolyse.

• Ces enzymes se trouvent dans les tissus, et le plasma des mammifères

Estérases : regroupées en 4 catégories:

Aryle estérases: hydrolysent les esters aromatiques.

Carboxyle estérases: les esters aliphatiques.

Choline estérases: les esters dont le résidu est un alcool.

Acétyle estérases: les esters dont la moitié acide est l’acide acétique

• Ex: l’acide acétyl salicylique (asiprine) est hydrolysé en acide salicylique

et acide acétique.

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• L’inhibition ou l’activation de ces enzymes peut entrainer une toxicité :

NB:

Estérases :

Ex :

• Les OP agissent par inhibition de l’Ach Estérase.

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Amidases :

Contrairement aux estérases, les amidases ne peuvent être classées en fonction de leur

spécificité pour leur substrat.

+++ De plus, l'hydrolyse enzymatique des amides se produit beaucoup plus lentement que

celle des esters, probablement par manque de spécificité.

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II.A Réactions de phase I

En résumé; les réactions de phase I introduisent un groupement fonctionnel

qui prépare la substance à être métabolisée par les enzymes de phase II

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II.B Réactions de phase II

Les conjugaisons sont des réactions de synthèse qui nécessite une source d’énergie apportée par l’ATP.

Les toxiques (produits de dégradation) se combinent à des molécules; de l’organisme; polaires et ont un poids moléculaire relativement élevé; pour donner des dérivés peu ou pas actifs, hydrosolubles et facilement éliminés.

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En fonction du cofacteur nécessaire et de son état d’activation; on distingue

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• C'est la forme de conjugaison la plus courante et la plus importante.

1- Composé endogène Donneur d ’acide glucuronique :

UDP-GA

2- Enzyme : uridine diphosphoglucuronyl transférase

3- Localisation: dans le réticulum endoplasmique. Foie, rein , intestin.

Deux familles: UGT1,2.

Les UGT sont impliquées dans la détoxification des endobiotiques (ex. bilirubine, thyroxine, stéroïdes) et des xénobiotiques .

•

1. Glucuroconjugaison

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4- Substrats : fonction nucléophile

-OH ,-COOH ,-NH2 ,-NHR ,-SH 5- Réaction :

• La réaction aboutira à la formation de S, O, N glucuronides polaires, éliminés dans la bile et les urines.

•

1. Glucuroconjugaison

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II.B Réactions de phase II 2. Sulfoconjugaison

1- Molécule endogène Sulfate.

Forme activée: PAPS (3-phosphoadénosine-5'-phosphosulfate).

2- Enzyme et localisation Sulfotransférase : localisées dans le cytosol du foie, rein,

intestin. 03 familles (SULT 1,2,3) : 16 isoformes/

3- Substrats les phénols, les alcools aliphatiques et les amines

aromatiques.

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4- Réaction enzymatique :

II.B Réactions de phase II 3. Méthylation

Molécule endogène CH3

Forme active S adénosyl méthionine (SAM).

Enzyme et localisation N. Méthyltransférases.

S. Met transférase

O. Met transférase.

06 isoformes.

Substrat Phénol, amine, thiol, As.

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II.B Réactions de phase II 4. Acétylation

Molécule endogène Acétyl : CO-CH3

Forme active Acétyl CoA.

Enzyme et localisation N-acétyltransférases : cytosolique

foie ,intestin ,rein ,poumon. 2 isoformes :NAT1 et NAT2

Substrat Des amines aromatiques primaires,

Des hydrazides,

Des sulfonamides,

Certaines amines aliphatiques primaires.

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• Voie importante de détoxification

• Composé endogène: Glutathion= tripeptide a gpt SH

• principale substance protectrice de l’organisme contre les agressions chimiques et physiques (lumière

ionisante et radiations ultraviolettes)

• hautes concentrations cellulaires

• proportionnalité entre le niveau de protection et le taux de GSH

II.B Réactions de phase II 5. Conjugaison au glutathion

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• Enzyme: Glutathion transférase

• Localisation: RE, cytosol, noyau

Foie, poumon, rein, intestin

• Mécanisme de conjugaison:

Le glutathion est hautement nucléophile

Réagit avec des gpt électrophiles (HAP, dérivés halogènes, époxydes..)

Cette conjugaison peut être soit:

Enzymatique: catalysée par le Glutathion S transférase

Non enzymatique: lorsque le substrat est hautement électrophile


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certains substrats électrophiles comme les époxydes, peuvent réagir avec les constituants cellulaires et provoquer la mort de la cellule ou induire la

formation de tumeur.

Le rôle du Glutathion est vital pour neutraliser cet effet

Cependant Le pouvoir détoxifiant de Glutathion peut être dépassé si l’exposition au toxique est importante


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Métabolisme du paracétamol


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• Composé endogène: Acide aminé

• Enzyme: aminoacide transférase

• Substrat: -COOH, -NH2

• Mécanisme réactionnel:

Le gpt COOH d'un xénobitiques peut se conjuguer avec le gpt aminé d'un aminoacide (glycine, glutamine)

pour former un amide.

Devenir: excrétion urinaire

II.B Réactions de phase II 6. conjugaison aux acides aminés

Variations métaboliques:

Facteurs physicochimiques

a. Voie d’absorption : voie orale métabolisation systémique

b. Transfert membranaire : Caractères physicochimiques

Ex : une molécule qui subit la filtration (hydrosoluble) n’est pas métabolisée.


La plupart des réactions de biotransformation dépendent d’enzymes protéine codées génétiquement ce qui explique les différences de métabolisme entre espèces

Exemples :

Facteurs génétiques


o Enzyme impliquée: la N-acetyle transférase.

o Dans une population il existe une répartition bimodale de la capacité de biotransformation:

Acétylateurs rapide (T1/2 =2h) et Acétylateurs lents (T1/2=6h)

Acétylateurs lents Acétylateurs rapides

+++ Risque d'apparition des effets +++ métabolite hépatotoxique

Indésirables par surdosage risque d’hépatite

Neurologique +++

Isoniazide

• Age: l'activité métabolique est plus faible chez le nouveau né (Immaturité d’enz)

• Grossesse : réduction de l'activité enzymatique

Fin de grossesse: ↘ de la glucuronoconjugaison due à la présence de de progestérone qui (-) la glucuronyl transférase

• Etat nutritionnel: Régime alimentaire déficient en protéines diminue l’activité des enz de métabolisme

* une déplétion hépatique en glutathion augmente la toxicité du paracétamol

• Etat pathologique: Atteinte hépatique sévère (Cirrhose, hépatite, hépatocarcinome) altère la biotransformation.

Facteurs physiopathologiqueques


1) Induction enzymatique:

Un inducteur augmente l'activité métabolique d'un isoforme vitesse de biotransformation accélérée

Si: Substance mère métabolite inactif

clairance métabolique efficacité thérapeutique

Si: Substance mère = Prodrogue principe actif

Principe actif toxicité

Exemples d’inducteur

• Polluants industriels, fumée de cigarette et viandes cuites au charbon ►induction considérable de CYP1A.

• phénobarbital (2C ,2D6 ,3A)

• éthanol (2 E1)

Interaction:

Variations métaboliques: Facteurs extrinsèques

2) Inhibition enzymatique:

Un inhibiteur diminue la vitesse de biotransformation, avec une élévation du taux de la molécule mère.

substance mère métabolite inactif toxicité

substance mère métabolite actif toxicité

• Ex: cimétidine et kétoconazole inhibent le métabolisme oxydatif des xénobitiques en formant un

complexe étroit avec le fer de l’hème du CYP-450.


Interaction:

Facteurs extrinsèques

III. Conséquences et Intérêt de la biotransformation:

La biotransformation peut conduire schématiquement à 3 types de produits:

1- Des métabolites chimiquement stables et non toxiques (inactifs); ce qui est le cas habituel

Transformation des cyanures en thiocyanates.

2- Des métabolites chimiquement stables et toxiques

Parathion => paraoxon : OP inhibiteurs plus puissant de la

choline estérase.

3- Des métabolites chimiquement instables et donc souvent toxiques:

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III. Conséquences et Intérêt de la connaissance de la biotransformation

1- Prévenir le risque d’accident thérapeutique lors d’association soit par effet inducteur ou inhibiteur.

2- Le rôle détoxifiant par stimulation d’enzymes spécifiques.

Ex : éthanol en cas d’intoxication par méthanol.

3- Permet de nous expliquer le traitement d’un dysfonctionnement physiologique

Ex: Phénobabital : ictère du n né.

63 Identification et quantification des métabolites

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