Xenobiotisk metabolism hänvisar till de olika kemiska reaktionerna, kallade metabola vägar, som en levande organism använder för att förändra kemikalier som normalt inte finns i en organism som en del av dess naturliga biokemi. Dessa kemikalier, som kallas xenobiotika, kan innehålla saker som gifter, droger och miljöföroreningar. Xenobiotisk metabolism är viktig för livet, eftersom det tillåter en organism att neutralisera och eliminera främmande gifter som annars skulle störa de kemiska processer som håller den vid liv. Den främlingsfientliga metabolismen hos människor och många andra livsformer är viktig inom områden som medicin, jordbruk och miljövetenskap.
Många potentiellt skadliga ämnen hindras från att göra skada av cellmembranen, som reglerar vilka kemikalier som tillåts komma in i en cell och fysiskt blockerar många främlingsfientliga läkemedel. Polära molekyler, som har elektriska dipoler eftersom deras elektroner inte är jämnt fördelade mellan molekylens atomer, kan i allmänhet inte ta sig förbi en cells membran. Opolära molekyler kan dock passera genom det permeabla membranet och in i cellen. Xenobiotisk metabolism skyddar kroppen från dessa ämnen med enzymer som kommer att reagera med de flesta opolära föreningar. Denna specialisering hindrar dem från att angripa hjälpsamma ämnen som ingår i organismens normala biokemi, som är polära föreningar som kan diffundera genom cellmembranen med hjälp av transportproteiner.
I det första steget av främlingsfientlig metabolism modifieras det främmande ämnet genom kemiska reaktioner som lägger till polära eller reaktiva grupper till dess molekyler. Detta görs oftast med enzymer som katalyserar monooxygenasreaktioner med syremolekyler, eller O2, och väte, som lägger till en syreatom från O2 till den främlingsfientliga molekylen och producerar en molekyl vatten som en biprodukt. Den mest framträdande gruppen av proteiner som är involverade i detta stadium är cytokrom P450-familjen, som omfattar mer än 11,500 XNUMX olika proteiner och finns i alla former av liv på jorden.
Det modifierade främlingsmedlet avgiftas sedan genom reaktioner med andra molekyler, och kombineras med dem för att bilda molekyler som kallas främlingsfientliga konjugat. Kemikalier som vanligtvis används i denna fas inkluderar glycin (C2H5NO2), glutation (C10H17N3O6S) och glukuronsyra (C6H10O7). Dessa molekyler är anjoniska, vilket betyder att de innehåller fler elektroner än protoner och har därför en negativ elektrisk laddning. Beroende på vilken substans som är involverad kan de resulterande konjugaten genomgå ytterligare kemiska reaktioner under avgiftningen.
Slutligen utsöndras konjugatet från cellen. Dess negativt laddade anjoniska grupper gör det möjligt för den att binda med proteintransportermolekyler, som bär konjugatet över cellmembranet och ut ur cellen. Därifrån kan främlingsmedlet metaboliseras ytterligare av extracellulära biokemikalier eller drivas ut från kroppen helt och hållet i svett, urin eller avföring.
Med tiden kan den främlingsfientliga ämnesomsättningen hos efterföljande generationer av organismer utvecklas för att ge bättre skydd mot ämnen som de sannolikt kommer att stöta på i sin miljö, eftersom artens medlemmar som bäst kan hantera dem överlever och avlar ut sina medmänniskor. Detta gör att många livsformer kan leva i miljöer eller säkert äta mat som skulle vara dödlig för andra arter. Detta kan i sin tur stimulera utvecklingen hos arter som producerar toxiner för jakt eller försvarsändamål, vilket skapar selektivt tryck som gynnar organismer som är mest effektiva för att övervinna metabolismen av deras rovdjur eller bytesdjur.
Xenobiotisk metabolism är en viktig faktor inom jordbruket. Olika organismers reaktion på främlingsfientliga läkemedel påverkar hur de kommer att påverkas av jordbrukskemikalier som bekämpningsmedel. Detta gör den evolutionära anpassningen till främlingsfientliga läkemedel till ett stort problem, eftersom skadedjur som grödaätande insekter kan utveckla större resistens mot bekämpningsmedel eftersom mindre resistenta medlemmar av en art tas ut ur genpoolen.
Xenobiotisk metabolism är också viktig inom medicinen, eftersom de flesta läkemedel är främlingsfientliga. Vissa läkemedel har ingen medicinsk effekt i den form som faktiskt administreras till patienten och blir aktiva när de förändras kemiskt av patientens ämnesomsättning, en process som kallas bioaktivering. Detta görs oftast genom att oxidera läkemedlets molekyler och involverar vanligtvis cytokrom P450-familjen. Det kan dock också involvera andra proteiner som epoxidhydrolas, metyltransferas och n-acetyltransferas, som orsakar kemiska förändringar som hydrolys, metylering respektive acetylering. En vanlig orsak till farliga läkemedelsinteraktioner är när ett läkemedel har en effekt på patientens ämnesomsättning som stör kroppens förmåga att metabolisera ett annat läkemedel, vilket gör att det senare kan ackumuleras obearbetat tills det når farliga nivåer och förgiftar patienten.