Các sản phẩm trao đổi chất giai đoạn I và những chất ngoại sinh chứa nhóm chức như hiđroxyl, amino, cacboxyl, epoxit hoặc halogen có thể chịu các phản ứng liên hợp (kết hợp) với các chất trao đổi nội sinh, những sự liên hợp này được gọi là phản ứng giai đoạn II. Các chất trao đổi nội sinh bao gồm các đường, axit amin, glutathion, sunfat, v.v… Các sản phẩm liên hợp, trừ một ít ngoại lệ, là những chất phân cực hơn, ít độc hơn và dễ dàng được bài tiết hơn so với các chất cha mẹ của chúng.
Cl C
H CCl3
Cl Cl C
CCl2
Cl + HCl DDT DDE
Các phản ứng liên hợp thường gồm sự hoạt hoá các chất trao đổi bởi một số chất trung gian năng lượng cao và được phân thành hai loại chung: loại I, trong đó một tác nhân liên hợp được hoạt hoá kết hợp với cơ chất tạo ra sản phẩm liên hợp; loại II, trong đó cơ chất được hoạt hoá và sau đó kết hợp với các axit amin để tạo ra sản phẩm liên hợp.
Sự hình thành các sunfat và các glucozit là các ví dụ của loại I, trong khi đó loại II gồm chủ yếu là sự liên hợp axit amin.
3.2.1. Sự liên hợp glucuronit
Phản ứng glucuronit hoá là một trong số con đường chủ yếu dể thải nhiều chất ngoại sinh và nội sinh ưa dầu khỏi cơ thể. Cơ chế của sự liên hợp này bao gồm phản ứng của một trong nhiều nhóm chức có khả năng phản ứng (R-OH, Ar-OH, R-NH2, Ar-NH2, R-COOH, Ar-COOH) với dẫn xuất đường, axit uriđin-5’-điphotphoglucuronic (UDPGA) nhờ xúc tác của glucuronosyl transferaza (UGT). Glucuronosyl transferaza đồng thể được tách là một chuỗi polipeptit đơn có M khoảng 59.000 Đanton, có chứa cacbohiđrat; hoạt tính của nó phụ thuộc vào sự cấu trúc lại với lipit vi thể. Enzim này khi tồn tại ở màng vi thể không thể hiện khả năng cực đại của nó đối với sự liên hợp; sự hoạt hoá nhờ một số cách (ví dụ, chất tẩy sạch) là cần thiết. Phản ứng bao gồm sự thế nucleophin (phản ứng SN2) của nhóm chức cơ chất với sự nghịch chuyển Vanđen. UDPGA ở cấu hình khi đó
OH
+ O
COOH
OH HO
P O O
HO
N NH
OH
HO
HO
O HO
O P
O O
OH OH
UGT
O
COOH
OH HO OH O
+ UDP
UDPGA Naphtol glucuronit 1-Naphtol
NH N
HO O
Oxazapam
N CH3 CH3
N Imipramin
Propanolon Thiophenol
2-Naphtylamin Cumarin
NH OH
H3C CH3 O
NH2 SH O
bị nghịch chuyển, glucuronit được tạo ra ở cấu hình . Enzim tham gia, UDP glucuro- nosyl transferaza (UGT) được tìm thấy ở trong phân đoạn vi thể của gan, thận, ruột non và các mô khác. Ví dụ một số loại glucuronit khác nhau được tạo ra trình bày ở trên.
Sự liên hợp glucuronit nói chung tạo ra những sản phẩm có hoạt tính hoá học và sinh học kém, phân cực hơn, dễ dàng bài tiết và do đó đóng góp vào sự giải độc của hầu hểt các chất ngoại sinh. Tuy nhiên, sự liên hợp glucuronit cũng có nhiều trường hợp gây độc hơn. Ví dụ trường hợp của N-hiđroxi-2-axetylaminofluorin. Cơ chất này, không giống 2-axetylaminofluorin, không có khả năng liên kết vào ADN khi vắng mặt sự trao đổi chất. Tuy nhiên sự liên hợp glucuronit tiếp theo bởi sự liên kết oxi qua nhóm N-hiđroxi, cơ chất này trở nên có tác dụng mạnh tương tự như chất gây ung thư gan có chứa 2-axetylaminofluorin có khả năng liên kết với ADN. Những loại chất ngoại sinh khác thường được hoạt hoá bởi sự liên hợp glucuronit là các axyl glucuronit của axit cacboxylic.
Hiện nay có trên 35 sản phẩm gen UGT khác nhau đã được miêu tả. Ở người được biết 9 enzim đồng phân thuộc họ UGT1 và 6 thuộc họ UGT2.
3.2.2. Sự liên hợp glucozit
Mặc dù ít gặp ở động vật có xương sống, các glucozit được tạo ra từ các chất ngoại sinh nói chung gặp ở trong côn trùng và thực vật. Các glucozit này được tạo ra từ UDP-glucozơ nên có thể xem như thuộc cùng loại như glucuronit.
3.2.3. Sự liên hợp sunfat
Sự sunfat hoá và sự thuỷ phân liên hợp sunfat được xúc tác bởi những thành viên khác nhau của sunfotransferaza (SULT) và các siêu họ enzim sunfataza, đóng vai trò rất quan trọng trong sự trao đổi chất và phân bố sắp xếp các cơ chất nội và ngoại sinh. Các sản phẩm của enzim sunfotransferaza với các chất ngoại sinh khác nhau bao gồm các ancol, arylamin, phenol, tạo ra các este sunfat tan trong nước dễ dàng đào thải khỏi cơ thể. Mặc dầu nói chung các phản ứng này quan trọng trong sự giải độc, chúng cũng được chỉ ra có tham gia vào sự hoạt hoá gây ung thư. Con đường sunfat hoá như chỉ ra gồm hai hệ enzim: SULT xúc tác cho phản ứng sunfat hoá, và sunfataza xúc tác cho sự thuỷ phân các este sunfat được tạo ra bởi tác động của SULT.
Sự sunfat hoá tiêu phí năng lượng, vì hai phân tử ATP cần cho sự tổng hợp một phân tử 3’-photphoađenosin-5’-photphosunfat (PAPS). Cả hai enzim ATP sunfurylaza và APS kinaza tham gia vào tổng hợp PAPS cư trú ở trong protein tế bào hai chức năng đơn giản có M 56.000 Đanton, ở đây đường đi cơ chất APS từ ATP sunfurylaza đến APS-kinaza xảy ra.
Trong người hiện biết có 5 gen SULT đặc trưng, mỗi gen có chuỗi axit amin khác nhau rộng và có những đặc trưng cơ chất khác nhau rộng. Dựa vào trật tự (trình tự) axit amin cũng như cơ chất thích hợp các enzim này có thể chia thành hai họ: phenol SULT (P-PST, SULT 1A2, M-PST, EST) và hiđroxisteroit SULT (HST). Các phenol SULT từ gan chuột được tách ra bốn dạng khác nhau, mỗi dạng xúc tác sự sunfat hoá các phenol và catecholamin khác nhau. Chúng khác biệt ở pH tối ưu, đặc trưng của cơ chất và tính chất miễn dịch. M của tất cả chúng nằm trong khoảng 61.000 – 64.000 Đanton. Các hiđroxisteroit sunfotransferaza cũng tồn tại ở một vài dạng. Phản ứng này được biết quan trọng không chỉ là cơ chế giải độc mà còn trong sự tổng hợp và khả năng vận chuyển các steroit. Hiđroxisteroit sunfotransferaza phản ứng với hiđroxisterol, các ancol bậc nhất, bậc hai, nhưng không phản ứng với nhóm hiđroxyl trong nhân thơn của steroit.
3.2.4. Metyltransferaza
Một số lớn các chất nội sinh và ngoại sinh có thể bị metyl hoá bởi một số các N-, O- và S-metyltransferaza. Chất cho metyl chung nhất là S-ađenosyl methionin (SAM), nó được hình thành từ methionin và ATP. Mặc dù phản ứng này có thể làm giảm tính tan trong nước, nhưng nói chung vẫn là các phản ứng giải độc.
NH2
O CH3
OH
CH3
CH3 OH
2-Naphtylamin Estron 2-Butanol
NH2 HO
HO §opamin
NH HO
O CH3
Axetaminophen
4-Nitrophenol sunfat
sunfataza 4-Nitrophenol
PAP sunfotranferaza
OSO3
NO2 OH
NO2 PAPS
APS-kinaza APS
ATP ADP
ATP- sunfurylaza ATP PP
2- SO4
N-Metyl hoá. Một số enzim được biết là xúc tác phản ứng N-metyl hoá. Chúng bao gồm histamin N-metyltransferaza là một enzim đặc hiệu cao có trong phân đoạn tan của tế bào; phenyletanolamin N-metyltransferaza xúc tác sự metyl hoá norađrenalin thành ađrenalin cũng như các dẫn xuất phenyletanolamin khác. Một enzim thứ ba là inđoetylamin N-metyltransferaza, hoặc N-metyltransferaza, có trong các mô khác nhau xúc tác cho sự metyl hoá các chất nội sinh như serotonin và triptamin, và các chất ngoại sinh như nornicotin và norcođein.
O-Metyl hoá. Catechol O-metyltransferaza có ở trong phân đoạn tan của một số mô (gan) có M = 23.000 Đanton, đòi hỏi sự tham gia của S-ađenosylmethionin và Mg2+, và xúc tác sự metyl hoá epinepheđrin, norepinepheđrin và các dẫn xuất khác của catechol. Enzim này tồn tại đa dạng. O-Metyltransferaza vi thể metyl hoá các ankyl- metoxi- và halophenol. Sự metyl hoá này bị ức chế bởi SKF-525 (piperonyl butoxit), N- etylmaleimit và p-clo thuỷ ngân benzoat; hiđroxiinđol O-metyltransferaza metyl hoá N- axetylserotonin thành melatonin; ngoài ra còn có 5-hiđroxiinđol- và 5,6-đihiđroxiinđol metyltransferaza.
Hiđroxiaxetanilit p-Metoxiaxetanilit
S-Metyl hoá. Nhóm thiol của các chất lạ bị metyl hoá bởi enzim, thiol S-metyl- transferaza. Enzim này có trong vi thể và giống như hầu hết các metyltransferaza đòi hỏi S-ađenosylmethionin. Nó được tinh chế từ gan chuột và có M = 28.000 Đanton, xúc tác metyl hoá nhiều cơ chất khác nhau như thioaxetanilit, mercaptoetanol, điphenyl- sunfua. Enzim này rất quan trọng trong sự giải độc H2S với hai giai đoạn, đầu tiên tạo ra metanthiol độc cao và sau đến đimetylsunfua
NHCOCH3
OH
+ SAM
NHCOCH3
OCH3
+ SAH N
N H
+ SAM
N
N CH3
Nornicotin Nicotin
+ S-a®enosyl homoxistein.
(SAH)
Sự metylthiol hoá (đưa nhóm CH3S- vào) chất lạ còn được xúc tác bởi enzim khác tìm thấy gần đây là -lyaza liên hợp xistein của chất lạ: