Reacciones de Biotransformación: Procesos Enzimáticos Clave en el Metabolismo

Hidroxilación: Transformación Molecular Clave

La hidroxilación es una reacción química en la que la adición de agua escinde un tóxico en dos fragmentos o moléculas más pequeñas. El grupo hidroxilo se incorpora en uno de los fragmentos y el átomo de hidrógeno en el otro. Las reacciones de hidroxilación son las más frecuentes de las reacciones de fase I del metabolismo.

w-Oxidación: Metabolismo de Cadenas Alifáticas

El citocromo P450 4A1 permite la oxidación específica del carbono terminal de las cadenas alifáticas (ω-hidroxilación), transfiriendo uno de los átomos de oxígeno al grupo metilo terminal, produciendo un grupo alcohol. Esta reacción facilita el metabolismo de los hidrocarburos alifáticos naturales, que se transforman en alcoholes grasos. Posteriormente, estos alcoholes se oxidan con acetil-CoA antes de ser sometidos a una β-oxidación.

Un ejemplo práctico se observa en muchos detergentes domésticos, que están hechos a base de laurilsulfato (= dodecilsulfato), un alcohol graso sulfatado de 12 carbonos. Dado que la función sulfato impide la β-oxidación de estos compuestos, el hígado oxida el otro extremo de la cadena para metabolizar la cadena grasa.

Desmolisis: Escisión de Enlaces Carbono-Carbono

La desmolisis implica la oxidación de dos carbonos contiguos por las hidroxilasas del citocromo P450, lo que conduce a la escisión de estos dos carbonos, que son oxidados a aldehídos o cetonas.

En el metabolismo de los esteroides, por ejemplo, la oxidación de los carbonos 20 y 22 conduce a la escisión de la cadena lateral (iso), y la del carbono 17 a la formación de acetaldehído. De manera similar, la triptófano pirrolasa oxida los carbonos del núcleo indol para abrirlo. Además, algunos hidrocarburos y ácidos grasos insaturados pueden ser oxidados en los enlaces etilénicos para producir ácidos grasos de cadenas cortas.

Es importante destacar que la desmolisis no es una vía metabólica "barata"; romper un enlace entre dos carbonos es un proceso energéticamente muy costoso.

Reducción: Reacciones de Ganancia de Electrones

Las reacciones de reducción son mucho menos frecuentes que las de oxidación. A menudo están catalizadas por reductasas que utilizan NADPH o glutatión.

• El ácido pícrico, por ejemplo, se reduce a ácido picrámico mediante una reductasa dependiente de NADPH.
• La trinitrina se reduce por una glutatión reductasa en derivados nítricos y nitrito.

Deshalogenación: Eliminación de Halógenos

La deshalogenación es un proceso crucial en el catabolismo de diversas sustancias. Las hormonas tiroideas o los aminoácidos yodados resultantes del catabolismo de la tiroglobulina son desyodados durante su degradación. Esta deshalogenación está catalizada por una enzima que también puede desyodar otros sustratos exógenos.

Un caso notable es el DDT (Diclorodifeniltricloroetano), un insecticida ampliamente utilizado en el pasado. Los insectos han desarrollado adaptaciones a esta sustancia, induciendo la expresión de una declorinasa que sustrae un ion cloro del DDT, lo que permite su inactivación y catabolismo.

Hidrólisis: Ruptura por Agua

Las hidrolasas son enzimas muy numerosas y fundamentales en todas las vías metabólicas, incluyendo ejemplos como las lipasas, peptidasas y nucleasas.