Metabolisme

MetabolismeFaktor-Faktor yang Mempengaruhi Metabolisme:Faktor Genetik atau KeturunanPerbedaan Spesies dan GalurPerbedaan Jenis KelaminPerbedaan UmurPenghambatan Enzim MetabolismeInduksi Enzim MetabolismeFaktor Lain-lain1. Faktor Genetik atau Keturunan Pebedaan individu pada proses metabolisme sejumlah obat kadang-kadang terjadi dalam sistem kehidupan. Hal ini menunjukan bahwa faktor genetik atau keturunan ikut berperan terhadap adanya perbedaan kecepatan metabolisme obat. Contoh metabolisme isoniazid melalui proses N-asetilasi.2. Perbedaan Spesies dan Galur Pengamatan pengaruh perbedaan spesies dan galur terhadap metabolisme obat yaitu pada tipe reaksi metabolic atau perbedaan kualitatif dan pada kecepatan metabolisme atau perbedaan kuantitatif. Pada metabolisme obat terkadang ada perbedaan yang cukup besar pada reaksi metabolismenya. Contoh: Fenil asetat, pada manusia terkonjugasi dengan glisin dan glutamin sedang pada kelinci dan tikus terkonjugasi dengan glisin saja.Amfetamin, pada manusia, kelinci dan marmut mengalami deaminasi oksidatif, sedang pada tikus mengalami hidroksilasi aromatik.dll.3. Perbedaan Jenis KelaminBeberapa spesies binatang menunjukkan jenis kelamin memiliki pengaruh terhadap kecepatan metabilosme obat. Tikus betina dewasa ternyata memetabolisis beberapa organ dengan ecepatan yang lebih rendah daripada tikus jantan. Contoh N-demetilasi aminopirin,oksidasi heksobarbital dan glukuronidasi O-aminofenol.

4. Perbedaan Umur Bayi dalam kandungan dan bayi baru lahir jumlah enzim mikrosom hati yang diperlukan untuk memetabolisis obat relatif masih sedikit sehingga sangat peka terhadap obat. Contoh Tolbutamid, pada bayi yang baru lahir mempunyai paruh waktu +/- 40jam sedang pada orang dewasa +/- 8 jam5. Penghambatan Enzim Metabolisme terkadang pemberian obat terlebih dahulu atau secara bersama-sama suatu senyawa yang menghambat kerja emzim metabolisme dapat meningkatkan intensitas efek obat, memperpanjang masa kerja obat dan kemungkinan meningkatkan efek samping dan toksisitas. Contoh Fenilbutazon, secara stereoselektif dapat enghabat metabolisme (S)-warfarin,sehingga meningkatkan aktifitas antikoagulannya. Bila luka terjadi perdarahan yang hebat.6. Induksi Enzim Metabolisme pengaruh waktu pemberian obat dapat meningkatkan kecepatan metabolisme obat dan memperpendek masa kerja obat. Hal ini disebabkan senyawa tersebut dapat meningkatkan aktifitas atau jumlah enzim metabolisme dan bukan karena perubahan permeabiitas mikrosom atau oleh adanya reaksi penghambatan. Peningkatan aktifitas enzim metabolisme obat tertentu atau proses induksi enzim mempercepat proses metabolisme dan menurunkan kadar obat bebas dalam plasma sehingga efek farmakologisnya menurun dan masa kerja menjadi lebih singkat.7. Faktor lain-lain faktor lain-lain yang dapat mempengaruhi metabolisme obat adalah diet makanan, keadaan kekurangan gizi, gangguan keseimbangan hormon, kehamilan, pengikatan obat oleh protein plasma, distribusi obat dalam jaringan dan keadaan patologis hati.Tempat Metabolisme ObatJalur Umum Metabolisme Obat dan Senyawa Organik AsingReaksi metabolisme obat dan senyawa organik asing ada dua tahap, yaitu:1. Reaksi fasa 1 atau reaksi fungsionalisasi.Yang termasuk reaksi ini adalah reaksi oksidasi, reduksi dan hidrolisis.Hal ini dapat di capai dengan: Secara Langsung memasukkan gugus fungsional,contoh hidroksilasi senyawa aromatik dan alifatikMemodifikasi gugus-gugus fugsional yang ada pada struktur molekul. Contoh : Reduksi gugus keton atau aldehid menjadi alkohol, oksidasi alkohol menjadi asam karboksilat. dll2.Reaksi fasa 2 atau reaksi konjugasi.Yang termasuk reaksi ini adalah reaksi konjugasi, metilasi, dan asetilasi. Tujuan Reaksi ini adalah mengikat gugus fungsiaonal hasil metabolit reaksi fasa 1 dengan senyawa endogen yang mudah terionisasi dan bersifat olar seperti asam glukuronat, sulfat, glisin, dan glutamin menghasil konjugat yang mudah larut dalam air.Peranan Sitokrom P450 dalam Metabolisme Obat.Secara umum diketahui bahwa sebagian besar reaksi metabolit akan melibatkan proses oksidasi. Proses ini memerlukan enzim sebagai kofaktor, yaitu bentuk tereduksi dari NADPH dan NADH.Substrat berkombinasi dengan oksigen membentuk metabolit teroksidasi dan air. Reaksi oksidasi substrat ini berlangsung karena bantuan sitokrom P450.

Enzim sitokrom P450 adalah suatu hemeprotein. Dinamakn sitokrom P450 karena bentuk tereduksi enzim, yaitu Fe++. Substrat dapat membentuk kompleks dengan karbon monoksida, yang bila absorbansinya diamati dengan spektrofotometer mempunyai panjang gelombang P450.Reaksi Metabolisme Fasa 1Reaksi OksidasiOksidasi senyawa aromatik akan menghasilkan metabolit arenol. Proses ini melalui pembentukan senyawa antara epoksida yang segera mengalami penataulangan menjadi arenol. Senyawa yang mengandung cincin aromatik seperti fenobarbital, fenitoin, fenilbutazon, propranolol, amfetamin dan fenformin mengalami hidroksilasi pada posisi para.Reaksi hidroksilasi ini dilanjutkan dengan reaksi konjugasi dengan asam glukuronat atau sulfat, membentuk konjugat polar dan mudah larut dalam air, kemudian diekskresikan melalui urine.Kadang-kadang hasil metabolit merupatan senyawa yang lebih aktif dibanding senyawa semula. Contoh fenilbutazon mengalami hidroksilasi pada posisi para, menghasilkan oksifen butazon yang aktif sebagai anti radang.Adanya gugus lain pada cincin aromatik dapat berpengaruh terhadap mudah atau tidaknya proses hidroksilasi. Secara umum, reaksi hidroksilasi berlangsung lebih cepat pada cincin aromatik teraktifkan yang kaya elektron. Cincin aromatik yang tidak teraktifkan, tahan terhadap proses hidroksilasi atau terhidroksilasi lebih lambat. Contoh obat yang tahan terhadap reaksi hidroksilasi antara lain klonidin, obat anti hipertensi, obat urikosurik dan probenesid.Bila senyawa dengan dua cincin aromatik, proses hidroksilasi terjadi pada cincin yang lebih kaya elektron. Contoh: Diazepam terhidroksilasi membentuk 4-hidroksidiazepam sedang klorpromazim terhidroksilasi pada posisi C7.2,3,7,8-Tetraklorodibenzo-p-dioksin tahan terhadap oksidasi aromatik karena pada cincin aromatiknya mengandung atom Cl yang bersifat elektronegatif. Hal ini menyebabkan seyawa sukar diekskresikan sehingga akan terkumul pada jaringan dan menimbulkan toksisitas. Arena oksida merupakan elektrofil yang sangat reaktif dan bersifat toksik. Detoksifikasi arena oksida terutama oleh proses penataulangan spontan menghasilkan arenol, hidrasi enzimatik membentuk trans-dihidrodiol dan konjugasi dengan glutation. Bila tidak terjadi detoksifikasi, arena oksida akan membentuk ikatan kovalen dengan gugus gugus nukleofil yang terdapat pada struktur protein dan asam nukleat, seperti ADN dan ARN, sehingga menimbulkan toksisitas sel yang serius. Detoksifikasi oleh proses penataulangan secara spontan dari arena oksida terjadi melalui perpindahan hidrida atau deuterida dalam molekul.Reaksi penataulangan dan perubahan NIH dari arena oksida dapat dilihat pada Contoh perubahan NIH dari 4-deuterioanisol, dijelaskan dengan reaksi sebagai berikut :Adanya gugus metoksi meningkatkan kestabilan muatan positif pada C3 (karena pengaruh resonansi), terbentuk ion zwitter, yang kemudian mengalami perubahan NIH menjadi dienon. Dienon tersebut melepas H+ membentuk 3-deuterio-4-hidroksianisol. Hidrasi arena oksida menghasilkan metabolit trans-dihidrodiol yang tidak aktif dan tidak toksik. Reaksi ini, dikatalisis oleh enzim epoksida hidrase. Kadang kadang kerja enzim epoksida hidrase dihambat oleh senyawa tertentu sehingga toksisitas arena oksida meningkat. Metabolit hidrodiol terutama terjadi pada senyawa hidrokarbon polisiklik aromatik, seperti fenitoin, naftalen, benzo(a)piren, fenobarbital dan glutetimid.Selain reaksi reaksi diatas, reaksi oksidasi juga terjadi pada ikatan rangkap alifatik, atom C benzilik, atom C alilik, atom C karbonil dan imin, atom C alifatik dan alisiklik, oksidasi pada sistem C-N, C-O, dan C-S, oksidasi dari alkohol dan aldehida serta oksidasi lain lain.

2. Reaksi ReduksiProses reduksi mempunyai peran penting pada metabolisme senyawa yang mengandung gugus karbonil (aldehida dan keton), nitro dan azo. Senyawa yang mengandung gugus karbonil, mengalami reduksi menjadi turunan alkohol, sedang gugus nitro dan azo tereduksi menjadi turunan amin. Gugus alkohol dan amin hasil reduksi akan terkonjugasi, menghasilkan senyawa hidrofil yang mudah diekskresikan sehingga proses reduksi juga memberikan fasilitas untuk terjadinya eliminasi obat.

Reduksi Gugus Karbonil ( Aldehida dan Keton)

Gugus aldehida dapat tereduksi menjadi alkohol primer. Sedang gugus keton tereduksi menjadi alkohol sekunder. Metabolit alkohol sekunder kemungkinan bersifat stereoisomer. Metabolit alkohol diatas terkonjugasi dengan asam glukuronat. Reaksi reduksi ini terjadi dengan bantuan enzim oksidoreduktase.Contoh : Kloralhidrat melepas H2O menjadi kloral dan kemudian tereduksi menjadi trikloretanol, yang aktif sebagai sedatif-hipnotik. Fenilaseton, suatu hasil N-deaminasi dari amfetamin, mengalami reduksi menjadi 1-fenil-2-propanol.Propanolol, suatu -bloker mengalami N-dealkilasi dan deaminasi oksidatif menghasilkan senyawa antara aldehid. Senyawa antara ini sebagian besar teroksidasi menjadi turunan asam karboksilat dan sebagian kecil tereduksi menjadi turunan alkohol.Klorfeniramin dan efedrin, mengalami metabolisme dengan mekanisme yang serupa dengan propanolol.Reduksi Gugus Nitro dan AzoSenyawa aromatik yang mengandung gugus nitro mula mula tereduksi menjadi nitrozo dan senyawa antara hidroksilamin, yang segera tereduksi lebih lanjut menjadi amin aromatik primer.Reduksi gugus azo menghasilkan senyawa antara Hidrazo, yang segera tereduksi lebih lanjut menjadi amin aromatik primer. Turunan 7-Nitro-dibenzodiazepin, seperti nitrazepam dan klonazepam, tereduksi menjadi 7-amino-dibenzodiazepin.Contoh : Kloramfenikol, pada tikus (in vivo) dieksresikan melalui empedu ke saluran cerna dan kemudian direduksi oleh bakteri usus menghasilkan metabolit amin primer. Reaksi Reduksi lain lainReduksi senyawa yang mengandung gugus disulfida, seperti disulfiram akan memecah ikatan disulfida menghasilkan asam N, N-dietilditiokarbamat. Reduksi senyawa yang mengandung gugus sulfoksida, dimetil sulfoksida, menghasilkan dimetil sulfida.Sulindak, tereduksi menghasilkan sulindak sulfida yang aktif sebagai antiradang.3. Reaksi HidrolitikMetabolisme obat yang mengandung gugus ester atau amida dapat menghasilkan metabolit asam karboksilat, alkohol dan amin yang bersifat polar dan mudah terkonjugasi. Enzim mikrosom yang dapat menghidrolisis ester dan amida adalah amidase, esterase dan deasilase, yang terdapat dalam jaringan-jaringan hati, ginjal, usus dan plasma. Contoh klasik hidrolisis ester adalah perubahan metabolik asetosal menjadi asam salisilat dan asam asetat. Contoh obat yang mengalami hidrolisis ester antara lain adalah : kokain, metilfenida, klofibrat, kloramfenikol palmitat, klindamisin palmitat, difenoksilat, indenilkarbenisilin dan prednisolon hemisuksinat. Senyawa amida terhidrolisis lebih lambat dibanding senyawa ester. Contoh : Prokainamid, terhidrolisis lebih lambat dibanding prokain.Contoh obat yang mengalami hidrolisis amida antara lain : lidokain, karbamazepin, indometasin, prazosin, heksobarbital, 5-fenilhidantoin, dan fensuksimid.Reaksi Metabolisme Fasa IIReaksi konjugasiReaksi konjugasi obat atau senyawa organik acid dengan asam glukuronat, sulfat, glisin, glutamin an glutation dapan mengubah senyawa induk atau hasil metabolit fasa 1 menjadi metabolit yang lebih polar, mudah larut dalam air, bersifat tidak toksik dan tidak aktif dan kemudian diekskresikan melalui ginjal atau empedu.Reaksi konjugasi lain adalah reaksi metilasi dan asetilasi. Reaksi ini secara umum tidak berfungsi untuk meningkatkan kelaruna senyawa dalam air tetapi terutama untuk membuat seyawa menjadi tidak aktif secara farmakologis. Konjugasi glutation dengan metabolit reaktif dapat mencegah kerusakan biomakromolekul seperti ADN, ARN dan protein sel. Oleh karena itu pada metabolisme obat reaksi konjugasi sering dianggap sebagai proses detoksifikasi. Konjugasi Asam GlukuronatMerupakan cara konjugasi umum dalam proses metabolisme. Hampir semua obat mengalami proses ini karena sejumlah besar gugus fungsional obat dapat berkombinasi secara enzimatis dengan asam glukuronat dan tersedianya D-asam glukuronat dalam jumlah yang cukup dalam tubuh. D-asam glukuronat mengandung gugus karboksilat dan hidroksil, dapat mengikat substrat, membentuk -glukuronida dan secara drastis meningkatkan kelarutan substrat dalam air. Pembentukan -lukuronida melalui 2 tahap reaksi yaitu: Sintesis asam uridin-5-difosfo--D-glukuronat, suatu koenzim aktif. Pemindahan gugus glukuronil dari UDPGA ke substrat dikatalis oleh enzim mikrosom UDP-glukuronil transferase.Konjugasi SulfatKonjugasi dengan sulfat terutama terjadi pada senyawa yang mengandung gugus fenol dan kadang-kadang juga terjadi pada senyawa alkohol, amin aromatik dan senyawa N-hidroksi. Konjugasi sulfat pada umumnya untuk meningkatkan kelarutan senyawa dalam air dan membuat senyawa menjadi tidak toksik. Tidak seperti asam glukuronat, jumlah sulfat yang tersedia dalam tubuh agak terbatas dan terutama digunakan untuk konjugasi beberapa senyawa endogen, seperti steroid, heparin, tiroksin, dan katekolamin. Proses konjugasi sulfat melaui 2 tahap yaitu:Aktifasi sulfat anorganik menjadi koenzim 3-fosfo-adenosin-5-fosfosulfat(PAPS)Pemindahan gugus sulfat dari PAPS ke substrat dikalatalis oleh enzim sulfotransferase pada hati, ginjal dan usus.Senyawa yang mengandung gugus fenol, seperti -metildopa, salbutamol, terbutali, dan asetaminofen dengan mudah terkonjugasi dengan sulfat. Metabolisme asetaminofen pada orang dewasa menghasilkan konjugat O-glukuronida(mayor) dan O-sulfat(minor). Pada anak- anak lebih banyak menghasilkan konjugat O-sulfat, karena kadar enzim glukuronil transferase pada anak-anak masih rendah sehingga kemampuan untuk glukuronidasi juga rendah. Senyawa yang mengandung gugus alkohol, seperti metanol, etanol, dan dietilen glikol serta senyawa amin aromatik seperti anilin dan 2-naftilamin juga membentuk konjugat sulfat Contoh Fenasetin dimetabolisis menjadi N-hidroksifenasetin dan kemudian terkonjugasi dengan sulfat.Konjugasi dengan Glisin atau GlutaminGlisin atau glutamin dapat berkonjugasi dengan substrat yang mengandung gugus asam karboksilat, terutama asam aromatik dan asam aril alkil. Jumlah konjugat asa amino tersebut relatif kecil karena terbatasnya ketersediaan asam amino tubuh dan adanya kompetisi dengan proses glukuronidasi. Pada proses konjugasi ini asam amino tidak diubah menjadi koenzim aktif. Substrat diaktifkan oleh ATP dan koenzim A membentuk senyawa antara kompleks asil koenzim A, yang segera mengasilasi glisin atau glutamin. Reaksi ini dikatalisis oleh enzim glisin atau glutamin N-asil-transferase. Proses pengaktifan dan asilasi ini terjadi di mitokondria sel hati dan ginjal.Metabolit yang mengandung gugus karboksilat, yang dihasilkan dari proses oksidasi atau hidrolisi obat juga mengalami konjugasi glisin. Contoh: Bromfeniramin, H1-histamin antagonis teroksidasi menhasilkan turunan asam propionat yang kemudian terkonjugasi dengan glisin. Difenhidramin dimetabolisis menjadi turunan asam aril asetat yang kemudian terkonjugasi dengan glutamin. Konjugasi dengan glutamin terutama terjadi pada senyawa endogen turunan aril asam asetat, seperti fenil asetat dan indolilasetat.Konjugasi dengan Glutation atau Asam MerkapturatKonjugasi glutation memegang peranan penting ada proses detoksifikasi senyawa elektrofil reaktif. Senyawa ini dapat menimbulkan toksisitas, seperti kerusakan jaringan, karsinogenik, mutagenik, dan teratogenik, karena membentuk ikatan kovalen dengan gugus gugus nukleofil yang terdapat pada protein dan asam nukleat sel.Glutation adalah tripeptida yang terdapat pada banyak jaringan terutama di hati. Glutation mengandung gugus nukleofil sulfhidril, yang dapat bereaksi dengan senyawa elektrofil reaktif sehingga dapat melindungi jaringan sel yang penting. Gugus sulfhidril dari glutation dapat bereaksi dengan senyawa yang kekurangan elektron, membentuk glutation S-subtitusi, yang dimetabolisis lebih lanjut menjadi turunan asam merkapturat. Proses ini melibatkan pemecahan enzimatik 2-asam amino dari glutation S-subtitusi, yaitu glisin dan asam glutamat, dan dikatalisis oleh enzim glutation S-transferase yang terdapat pada sitoplasma hati dan ginjal.Turunan sistem S-subtitusi yang dihasilkan kemudian mengalami N-asetilasi menjadi turunan asam merkapturat. Pembentukan konjugat glutation dari senyawa elektrofil dan perubahannya menjadi asam merkapturat. Untuk reaksi dengan glutation, senyawa elektrofil dapat melalui salah satu dari dua mekanisme umum sebagai berikut :Pemindahan nukleofil pada atom C atau heteroatom lain yang kekurangan elektron atau Adisi nukleofil pada ikatan rangkap yang kekurangan elektronBanyak senyawa alifatik, arilalkil halida, sulfat, sulfonat, nitrat dan organofosfat, mempunyai atom C yang kekurangan elektron sehingga dapat bereaksi dengan glutation melalui pemindahan nukleofil membentuk konjugat glutation.Contoh :metilparation, suatu insektisida organofosfat mengalami detoksifikasi oleh glutation melalui 2 jalur, yaitu a) jalur a : melibatkan subtitusi nukleofil alifatik membentuk S-metilglutation. b) jalur b : melibatkan subtitusi nukleofil aromatik membentuk S-para-nitrofenilglutation.Reaksi subtitusi nukleofil aromatik dengan glutation lebih mudah terjadi pada cincin yang mengandung 1 atau lebih gugus penarik elektron kuat, misal gugus Cl dan NO2. Contoh : 2,4-diklornitrobenzen dengan mudah bersubtitusi nukleofil dengan glutation sedang klorobenzen kemampuan reaksinya rendah. Azatioprin, mengalami reaksi subtitusi nukleofil hetero aromatik dengan glutation, menghasilkan 6-merkaptopurin yang aktif sebagai anti kanker.

Glutation mempunyai peran penting untuk detoksifikasi arena oksida dan alifatik oksida reaktif, suatu hasil oksidasi senyawa aromatik dan olefin oleh sitokrom P450. Contoh benzo(a)piren-4,5-dioksida, 4-bromobenzen oksida dan stiren oksida. Adisi nukleofil glutation juga dapat terjadi pada ikatan rangkap tidak jenuh yang berkonjugasi dengan gugus karbonil. Reaksi ini disebut adisi Michael. Contoh : Asam metakrinat(obat diuretik).Dimetil maleat, akrolein, prednison dan digitoksigenin akan mengalami adisi michael serupa dengan asam metakrinat. Pada beberapa kasus, hasil metabolit reaktif yang mengandung sistem tidak jenuh dapat bereaksi dengan glikotionin. Contoh : N-asetilimidokuinon, suatu hasil metabolik oksidatif reaktif dari asetaminofen, mengalami konjugasi dengan glikotionin membentuk turunan asam merkapturat.