Le métabolisme xénobiotique fait référence aux diverses réactions chimiques, appelées voies métaboliques, qu’un organisme vivant utilise pour modifier des produits chimiques qui ne se trouvent normalement pas dans un organisme dans le cadre de sa biochimie naturelle. Ces produits chimiques, appelés xénobiotiques, peuvent inclure des substances telles que des poisons, des médicaments et des polluants environnementaux. Le métabolisme des xénobiotiques est important pour la vie, car il permet à un organisme de neutraliser et d’éliminer les toxines étrangères qui interféreraient autrement avec les processus chimiques qui le maintiennent en vie. Le métabolisme xénobiotique des humains et de nombreuses autres formes de vie est important dans des domaines tels que la médecine, l’agriculture et les sciences de l’environnement.
De nombreuses substances potentiellement nocives sont empêchées d’endommager les membranes des cellules, qui régulent les produits chimiques autorisés à pénétrer dans une cellule et bloquent physiquement de nombreux xénobiotiques. Les molécules polaires, qui ont des dipôles électriques parce que leurs électrons ne sont pas répartis uniformément entre les atomes de la molécule, sont généralement incapables de franchir la membrane d’une cellule. Les molécules non polaires, cependant, peuvent traverser la membrane perméable et pénétrer dans la cellule. Le métabolisme des xénobiotiques protège le corps de ces substances avec des enzymes qui réagiront avec la plupart des composés non polaires. Cette spécialisation les empêche d’attaquer les substances utiles qui font partie de la biochimie normale de l’organisme, qui sont des composés polaires capables de diffuser à travers les membranes cellulaires à l’aide de protéines de transport.
Dans la première étape du métabolisme xénobiotique, la substance étrangère est modifiée par des réactions chimiques qui ajoutent des groupes polaires ou réactifs à ses molécules. Cela se fait le plus souvent avec des enzymes qui catalysent des réactions de monooxygénase avec des molécules d’oxygène, ou O2, et de l’hydrogène, ajoutant un atome d’oxygène de l’O2 à la molécule xénobiotique et produisant une molécule d’eau comme sous-produit. Le groupe de protéines le plus important impliqué dans cette étape est la famille du cytochrome P450, qui comprend plus de 11,500 XNUMX protéines différentes et est présente dans toutes les formes de vie sur Terre.
Le xénobiotique modifié est ensuite détoxifié par des réactions avec d’autres molécules, se combinant avec elles pour former des molécules appelées conjugués xénobiotiques. Les produits chimiques couramment utilisés dans cette phase comprennent la glycine (C2H5NO2), le glutathion (C10H17N3O6S) et l’acide glucuronique (C6H10O7). Ces molécules sont anioniques, ce qui signifie qu’elles contiennent plus d’électrons que de protons et ont donc une charge électrique négative. Selon la substance impliquée, les conjugués résultants peuvent subir d’autres réactions chimiques au cours de la détoxification.
Enfin, le conjugué est excrété de la cellule. Ses groupes anioniques chargés négativement lui permettent de se lier aux molécules de transport de protéines, qui transportent le conjugué à travers la membrane cellulaire et hors de la cellule. De là, le xénobiotique peut être davantage métabolisé par des produits biochimiques extracellulaires ou expulsé du corps entièrement dans la sueur, l’urine ou les selles.
Au fil du temps, le métabolisme xénobiotique des générations suivantes d’organismes peut évoluer pour offrir une plus grande protection contre les substances qu’ils sont susceptibles de rencontrer dans leur environnement, car les membres de l’espèce les plus aptes à les gérer survivent et se reproduisent. Cela permet à de nombreuses formes de vie de vivre dans des environnements ou de manger en toute sécurité des aliments qui seraient mortels pour d’autres espèces. Cela peut à son tour stimuler l’évolution des espèces qui produisent des toxines à des fins de chasse ou de défense, créant une pression sélective qui favorise les organismes les plus efficaces pour surmonter le métabolisme de leurs prédateurs ou de leurs proies.
Le métabolisme des xénobiotiques est un facteur important en agriculture. La réaction de différents organismes aux xénobiotiques affecte la façon dont ils seront affectés par les produits chimiques agricoles tels que les pesticides. Cela fait de l’adaptation évolutive aux xénobiotiques une préoccupation majeure, car les ravageurs tels que les insectes mangeurs de cultures peuvent développer une plus grande résistance aux pesticides à mesure que les membres moins résistants d’une espèce sont éliminés du pool génétique.
Le métabolisme des xénobiotiques est également important en médecine, car la plupart des médicaments sont des xénobiotiques. Certains médicaments n’ont aucun effet médical sous la forme réellement administrée au patient et deviennent actifs lorsqu’ils sont chimiquement modifiés par le métabolisme du patient, un processus appelé bioactivation. Cela se fait le plus souvent en oxydant les molécules du médicament et implique généralement la famille du cytochrome P450. Cependant, il peut également impliquer d’autres protéines telles que l’époxyde hydrolase, la méthyltransférase et la n-acétyltransférase, qui provoquent respectivement des modifications chimiques telles que l’hydrolyse, la méthylation et l’acétylation. Une cause fréquente d’interactions médicamenteuses dangereuses est lorsqu’un médicament a un effet sur le métabolisme du patient qui interfère avec la capacité du corps à métaboliser un autre médicament, permettant à ce dernier de s’accumuler non traité jusqu’à ce qu’il atteigne des niveaux dangereux et empoisonne le patient.