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Unidad 9. Taller de Principios Químicos
de la Biotransformación de Fármacos.
Marco Teórico
Una vez que los fármacos o xenobióticos (sustancias de naturaleza exógena a
nuestro cuerpo) ingresan en nuestro organismo. La mayoría de ellos se transforma
parcial o totalmente en otras sustancias mediante la maquinaria enzimática
existente que, primordialmente, se encuentra en el hígado, aunque también puede
hallarse en menor proporción en órganos como el riñón, el pulmón, el intestino, las
glándulas suprarrenales y en la propia luz intestinal donde la acción bacteriana
tiene lugar. Este proceso conocido como biotransformación o metabolismo de
fármacos es de gran importancia en el ámbito farmacéutico porque va a influenciar
la inactivación, activación, desintoxicación y toxicidad de la mayor parte de los
fármacos. Su principal función es la eliminación de compuestos fisiológicamente
inútiles algunos de los cuales pueden ser dañinos para nuestro organismo.
El metabolismo de fármacos y otros xenobióticos es un proceso cuya finalidad
principal consiste en transformar la lipofilia de éstos a una polaridad lo
suficientemente elevada para que no puedan ser reabsorbidos a nivel renal y sean
eliminados del organismo. Durante este proceso bifásico, inicialmente el fármaco
sufre reacciones de funcionalización (fase I) a través de oxidaciones, reducciones
o hidrólisis, mediante las cuales se introduce o se desprotege un grupo funcional
polar de la molécula. Posteriormente este grupo polar, durante una segunda fase
metabólica (fase II), será conjugado con una molécula endógena generalmente de
naturaleza polar.
En algunos casos los metabolitos generados en la fase I pueden excretarse sin
llevar a cabo una reacción de conjugación y también los fármacos pueden sufrir
una reacción de conjugación sin sufrir funcionalización previa. Adicionalmente
algunas reacciones de funcionalización pueden ocurrir luego de algunas
reacciones de conjugación, por ejemplo, algunos conjugados pueden ser
hidrolizados u oxidados antes de su excreción. Por último, aunque pocos, algunos
2
fármacos se excretan sin ser modificados al no sufrir ningún proceso de
biotransformación. A continuación se da un panorama más amplio de los tipos de
reacciones que se dan en cada una de las fases del metabolismo de fármacos:
1. Reacciones de fase I:
Son catalizadas por enzimas presentes en la fracción microsomal del hígado como
el complejo citocromo P450 (CYP450) y la flavin monooxigenasa (FMO), también
pueden ser llevadas a cabo por esterasas, hidrolasas, reductasas, alcohol
deshidrogenasa, etc. Las principales reacciones de fase I son:
1.1 Hidrólisis o ruptura: Se produce en fármacos con enlaces éster
por enzimas esterasas; amida por amidasas; peptidídicos por peptidasas,
etc. Fármacos que sufren reacciones hidrolíticas son la aspirina, pilocarpina
y fenobarbital.
1.2. Reducciones: Ocurren principalmente sobre fármacos con grupos
nitro o azo como el clonazepam.
N
H
N
O
O2N
Cl
N
H
N
O
H2N
Cl
3
1.3. Oxidaciones: Se subdividen en microsómicas si son catalizadas por
CYP450 y FMO, y no microsómicas cuando son catalizadas por enzimas
diferentes.
A. Dentro las oxidaciones microsómicas tenemos:
Hidroxilación alifática. Ocurre en las posiciones w y w-1 de
cadenas alifáticas como por ejemplo en los grupos etilos de los
barbitúticos.
Hidroxilación aromática. Ocurre principalmente en la posición para
en anillo aromático mono-sustituido como en el caso del diazepam.
N–desalquilación oxidativa. Consiste en la pérdida de grupos
alquilo de tamaño pequeño en aminas secundarias y terciarias como
la efedrina.
4
O–desalquilación oxidativa. Consiste en la pérdida de grupos
alquilo de tamaño pequeño en éteres como la codeína
También pertenecen a éste grupo reacciones la S–desalquilación
oxidativa, la epoxidación, la formación de sulfóxidos y sulfonas, la
desulfuración, la N–oxidación y la N-hidroxilación.
B. Las oxidaciones no microsómicas comprenden:
La oxidación de alcoholes y aldehídos catalizadas por la alcohol y
aldehído deshidrogenasa, respectivamente, para dar ácidos
carboxílicos; la oxidación de bases púricas por la xantin-oxidasa y la
desaminación oxidativa catalizada por la monoamino oxidasa y la
diamino-oxidasa.
5
2 Reacciones de fase II:
Son catalizadas por transferasas, que son enzimas presentes en el citoplasma
celular encargadas de conjugar al fármaco o metabolito de fase I con una
molécula endógena generalmente de naturaleza polar. Las principales reacciones
de fase II son:
Glucuronidación: La conjugación se lleva a cabo con el ácido glucurónico por
acción de la glucurononiltransferasa. Esta es la principal ruta de conjugación.
Acetilación: Cuando se incorpora un grupo acetilo sobre un grupo ácido
carboxílico o amino por acción de una acetiltransferasa y la coenzima A.
Conjugación con glutatión (GHS): Cuando la enzima participante es la
glutatión transferasa que adiciona una molécula de GSH sobre metabolitos de
naturaleza electrofílica.
Conjugación con sulfato: Cuando la enzima sulfotransferasa adiciona un
grupo sulfato a compuestos de naturaleza fenólica, esteroides hidroxilados y
aminas aromáticas, principalmente.

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  • 1. 1 Unidad 9. Taller de Principios Químicos de la Biotransformación de Fármacos. Marco Teórico Una vez que los fármacos o xenobióticos (sustancias de naturaleza exógena a nuestro cuerpo) ingresan en nuestro organismo. La mayoría de ellos se transforma parcial o totalmente en otras sustancias mediante la maquinaria enzimática existente que, primordialmente, se encuentra en el hígado, aunque también puede hallarse en menor proporción en órganos como el riñón, el pulmón, el intestino, las glándulas suprarrenales y en la propia luz intestinal donde la acción bacteriana tiene lugar. Este proceso conocido como biotransformación o metabolismo de fármacos es de gran importancia en el ámbito farmacéutico porque va a influenciar la inactivación, activación, desintoxicación y toxicidad de la mayor parte de los fármacos. Su principal función es la eliminación de compuestos fisiológicamente inútiles algunos de los cuales pueden ser dañinos para nuestro organismo. El metabolismo de fármacos y otros xenobióticos es un proceso cuya finalidad principal consiste en transformar la lipofilia de éstos a una polaridad lo suficientemente elevada para que no puedan ser reabsorbidos a nivel renal y sean eliminados del organismo. Durante este proceso bifásico, inicialmente el fármaco sufre reacciones de funcionalización (fase I) a través de oxidaciones, reducciones o hidrólisis, mediante las cuales se introduce o se desprotege un grupo funcional polar de la molécula. Posteriormente este grupo polar, durante una segunda fase metabólica (fase II), será conjugado con una molécula endógena generalmente de naturaleza polar. En algunos casos los metabolitos generados en la fase I pueden excretarse sin llevar a cabo una reacción de conjugación y también los fármacos pueden sufrir una reacción de conjugación sin sufrir funcionalización previa. Adicionalmente algunas reacciones de funcionalización pueden ocurrir luego de algunas reacciones de conjugación, por ejemplo, algunos conjugados pueden ser hidrolizados u oxidados antes de su excreción. Por último, aunque pocos, algunos
  • 2. 2 fármacos se excretan sin ser modificados al no sufrir ningún proceso de biotransformación. A continuación se da un panorama más amplio de los tipos de reacciones que se dan en cada una de las fases del metabolismo de fármacos: 1. Reacciones de fase I: Son catalizadas por enzimas presentes en la fracción microsomal del hígado como el complejo citocromo P450 (CYP450) y la flavin monooxigenasa (FMO), también pueden ser llevadas a cabo por esterasas, hidrolasas, reductasas, alcohol deshidrogenasa, etc. Las principales reacciones de fase I son: 1.1 Hidrólisis o ruptura: Se produce en fármacos con enlaces éster por enzimas esterasas; amida por amidasas; peptidídicos por peptidasas, etc. Fármacos que sufren reacciones hidrolíticas son la aspirina, pilocarpina y fenobarbital. 1.2. Reducciones: Ocurren principalmente sobre fármacos con grupos nitro o azo como el clonazepam. N H N O O2N Cl N H N O H2N Cl
  • 3. 3 1.3. Oxidaciones: Se subdividen en microsómicas si son catalizadas por CYP450 y FMO, y no microsómicas cuando son catalizadas por enzimas diferentes. A. Dentro las oxidaciones microsómicas tenemos: Hidroxilación alifática. Ocurre en las posiciones w y w-1 de cadenas alifáticas como por ejemplo en los grupos etilos de los barbitúticos. Hidroxilación aromática. Ocurre principalmente en la posición para en anillo aromático mono-sustituido como en el caso del diazepam. N–desalquilación oxidativa. Consiste en la pérdida de grupos alquilo de tamaño pequeño en aminas secundarias y terciarias como la efedrina.
  • 4. 4 O–desalquilación oxidativa. Consiste en la pérdida de grupos alquilo de tamaño pequeño en éteres como la codeína También pertenecen a éste grupo reacciones la S–desalquilación oxidativa, la epoxidación, la formación de sulfóxidos y sulfonas, la desulfuración, la N–oxidación y la N-hidroxilación. B. Las oxidaciones no microsómicas comprenden: La oxidación de alcoholes y aldehídos catalizadas por la alcohol y aldehído deshidrogenasa, respectivamente, para dar ácidos carboxílicos; la oxidación de bases púricas por la xantin-oxidasa y la desaminación oxidativa catalizada por la monoamino oxidasa y la diamino-oxidasa.
  • 5. 5 2 Reacciones de fase II: Son catalizadas por transferasas, que son enzimas presentes en el citoplasma celular encargadas de conjugar al fármaco o metabolito de fase I con una molécula endógena generalmente de naturaleza polar. Las principales reacciones de fase II son: Glucuronidación: La conjugación se lleva a cabo con el ácido glucurónico por acción de la glucurononiltransferasa. Esta es la principal ruta de conjugación. Acetilación: Cuando se incorpora un grupo acetilo sobre un grupo ácido carboxílico o amino por acción de una acetiltransferasa y la coenzima A. Conjugación con glutatión (GHS): Cuando la enzima participante es la glutatión transferasa que adiciona una molécula de GSH sobre metabolitos de naturaleza electrofílica. Conjugación con sulfato: Cuando la enzima sulfotransferasa adiciona un grupo sulfato a compuestos de naturaleza fenólica, esteroides hidroxilados y aminas aromáticas, principalmente.