Zorica Bulat
Opšta toksikologija
Mehanizmi toksičnosti
Ciljni organi toksičnosti
Univerzitet u Beogradu - Farmaceutski fakultet
Beograd, 2014.
Doc. dr Zorica Bulat
4
sisteme će uticati na homeostazu, što je najozbiljnija posledica dejstva otrova koja vodi ka smrti
ćelije.
Mehanizmi toksičnosti su brojni i razvrstavaju se na različite načine, a među najznačajnije
spadaju:
Dejstvo otrova na proteine (enzime, receptore, transportne i depo proteine...)
Oksidativni stres, lipidna peroksidacija
Oštećenje DNK
Bioaktivacija otrova (nastanak reaktivnih metabolita)
Kovalentno vezivanje otrova i reaktivnih metabolita za ćelijske makromolekule
Interakcije sa bioelementima
Interakcije sa jonskim transportom
Poremećaj ćelijske homeostaze kalcijuma
Poremećaj mitohondrijalnih funkcija
Imuno mehanizmi
Apoptoza, nekroza
Postoje različita objašnjenja o tome šta je zaista mehanizam toksičnosti i gde treba koji od
poznatih mehanizama da se svrsta. Tako se postavlja pitanje da li je bioaktivacija otrova
mehanizam toksičnosti „sam po sebi“ ili je krucijalni događaj za sledstvenu toksičnost nekim
drugim mehanizmom. Ili, da li su interakcije bioelemenata odvojeni mehanizam ako u svojoj
osnovi najčešće imaju vezivanje otrova za proteine.
Od značaja je i činjenica da mali broj otrova svoju toksičnost iskazuje samo jednim
mehanizmom toksičnosti. Kod izvesnog broja otrova dominira određeni mehanizam, a najčešće
je toksičnost posledica niza mehanizama, zastupljenih u manjoj ili većoj meri, bez jasne slike koji
je od mehanizama uzrok, a koji posledica.
Opšta toksikologija
5
Dejstvo otrova na proteine
Otrovi mogu da utiču na različite proteine u organizmu. Dejstvo otrova se najčešće
ostvaruje njihovim vezivanjem za proteine i ukoliko je ta veza dovoljno jaka mogu da izmene
strukturu ili funkciju strukturnih, transportnih, depo proteina ili onih koji imaju ulogu
receptora, jonskih nosača ili enzima. Ukoliko su ove promene toliko intenzivne da ćelija ne može
da održi homeostazu može doći do smrti ćelije apoptozom ili nekrozom. U ovom delu će
prvenstveno biti reči o dejstvu otrova na transportne i depo proteine, kao i enzime i receptore, a
u drugim poglavljima će biti reči o dejstvu otrova na ostale proteine.
Dejstvo otrova na transportne i depo proteine
Obzirom da svi otrovi nakon resorpcije dospevaju u krv, hemoglobin (Hb), koji ima veoma
značajnu funkciju u prenosu kiseonika putem krvi do ćelija, je često ciljno mesto dejstva otrova.
Jedan od najpoznatijih primera je ugljen-monoksid koji se vezuje za Hb pri čemu gradi
karboksihemoglobin koji nema sposobnost prenosa kiseonika. Neki otrovi, kao što su nitriti,
nitrati, aromatična nitro i amino jedinjenja, prevode Hb u methemoglobin. Methemoglobin, koji
umesto Fe
2+
sadrži Fe
3+
, takođe nema sposobnost prenosa kiseonika.
Otrovi mogu da ispolje svoje dejstvo i na različite proteine koji imaju ulogu u prenosu
gvožđa, bakra, cinka putem krvi ili deponovanju ovih bioelemenata u ćelijama (transferin,
ceruloplazmin, metalotioneini, ali i albumini). Homeostaza ovih bioelemenata je veoma značajna
jer u prekomernoj koncentraciji i u slobodnom obliku mogu iskazati svoju toksičnost. Verovatno
da se među otrovima koji deluju na ove proteine ističu toksični metali, ali i drugi otrovi koji na
bilo koji način stupaju u interakciju sa bioelementima, čime utiču na njihovu resorpciju iz
gastrointestinalnog trakta (GIT) ili na njihovo oslobađanje iz veza sa proteinima. Pojedini otrovi
imaju i izrazito dejstvo na strukturne proteine kao što je jon Hg
2+
koji se vezuje za mnoge
funkcionalne grupe na proteinima, sa albuminima gradi Hg-albuminat koji se rastvara u višku
albumina i razgrađuje ćelijski zid.
Dejstvo otrova na enzime
Dejstvo otrova na enzime predstavlja značajnu i veoma široku oblast ispoljavanja
toksičnih efekata i mada je uobičajeno stanovište da se otrovi vezuju za alosterno mesto enzima
što dovodi do smanjene aktivnosti enzima, otrovi mogu i da indukuju enzime što rezultuje
njihovom pojačanom funkcijom i nizom različitih posledica.
Inhibicija enzima pod dejstvom otrova može biti reverzibilna što je najčešće posledica
nekovalentnog vezivanja otrova za enzim i ireverzibilna kao posledica kovalentnog vezivanja.
Reverzibilna inhibicija se deli na kompetitivnu i nekompetitivnu. Kod kompetitivne inhibicije
afinitet za supstrat je smanjen i ukoliko ima dovoljno supstrata enzimski kapacitet je
nepromenjen. Kod nekompetitivne inhibicije dolazi do vezivanje otrova za alosterno mesto,
afinitet je isti, ali je kapacitet enzima za supstrat smanjen.
Jedan od uobičajenih primera dejstva otrova na enzime je njihov uticaj na citohrom P450 i
acetilholinesterazu.
Opšta toksikologija
7
TCDD
(2,3,7,8-tetrahlorodibenzo-p-dioksin) je toksikant
1
koji nastaje kao sporedni
proizvod pri proizvodnji ili uništavanju hlorovanih organskih jedinjenja. TCDD se u ćeliji vezuje
za receptor za aromatične ugljovodonike (Ah receptor, aril-ugljovodonični receptor) koji je
ksenosenzor tj. transkripcioni faktor u citoplazmi i jedru. Tom prilikom nastaje kompleks
„dioksin-Ah receptor“ koji deluje na DNK, a efekat je povećana transkripcija gena za sintezu CYP
sistema kojim se ovaj otrov metaboliše. Na isti način i benzo-a-piren deluje na Ah receptore, ali
pod dejstvom aktiviranog citohrom P450 dolazi do bioaktivacije benzo-a-pirena i nastanka
toksičnog metabolita.
Inhibicija citohroma P450
Inhibicija citohrom P450 je veoma rasprostranjena i predmet je mnogih ispitivanja jer je
glavni uzrok interakcija među lekovima, kako kod blagih predoziranja tako i kod akutnih
polimedikamentoznih trovanja. Dodatni problem je sve šira upotreba lekova (npr.
kombinovanih preparata) ali i efekti nekih sastojaka hrane. Jedan od primera je uticaj grejpfruta
na porast koncentracije nifedipina u krvi do toksičnih.
Do inhibicije citohroma P450 može doći direktno i indirektno:
Direktna inhibicija:
kompeticija između dva ksenobiotika koji se metabolišu istim enzimom kao što
omeprazol inhibira metabolizam i eliminaciju diazepama.
inhibitor nije supstrat za dati enzim, ali se vezuje za njega i ometa metabolizam
drugog ksenobiotika. To je slučaj sa hinidinom koji se ne metaboliše
citohromom, ali se veoma čvrsto vezuje za njega i time sprečava metabolizam
antitusika dekstrometorfana.
Indirektna inhibicija je u stvari metabolizam-zavisna inhibicija jer P450 prevodi otrov u
metabolit koji je snažni inhibitor enzima. Nastali metabolit dalje može da deluje kao
reverzibilni (metabolizam fluoksetina do N-demetil, norfluoksetina) ili ireverzibilni
inhibitor enzima.
Acetilholinesteraza.
Organofosfati koji se koriste kao pesticidi i bojni otrovi su snažni
inhibitori enzima acetilholinesteraze koji razlaže acetilholin na holin i acetil ostatak. Ova
inhibicija je ireverzibilna, a odvija se tako što se fosfor iz organofosfornog jedinjenja, kao što je
paration, vezuje za hidroksilnu grupu serotonina acetilholinesteraze. Na taj način dolazi do
fosforilacije enzima i gubitka njegove funkcije što dovodi do nagomilavanja acetilholina u
nervnoj sinapsi i ispoljavanja efekata pojačanog rada parasimpatikusa.
Trošenje koenzima
nije u pravom smislu te reči dejstvo otrova na enzime, ali obzirom da
se javlja kao posledica pojačane aktivnosti pojedinih enzima, razmatra se u ovom delu. Npr.
tokom metabolizma etanola usled velike aktivnosti alkoholne (ALH) i aldehidne (ALDH)
dehidrogenaze dolazi do značajnog utroška NAD koenzima i prevođenja u NADH
2
pa se javlja
deficit ovog koenzima i posledično niz toksičnih efekata etanola. Ovim se favorizuju nepoželjni
1
Pod pojmom toksikant se smatra otrov koji nastaje kao proizvod ljudske delatnosti.
