Ksenobiotiskais metabolisms attiecas uz dažādām ķīmiskām reakcijām, ko sauc par vielmaiņas ceļiem, ko dzīvs organisms izmanto, lai mainītu ķīmiskās vielas, kuras organismā parasti neatrodas kā daļa no tā dabiskās bioķīmijas. Šīs ķīmiskās vielas, ko sauc par ksenobiotikām, var ietvert tādas lietas kā indes, zāles un vides piesārņotāji. Ksenobiotiskā vielmaiņa ir svarīga dzīvībai, jo tā ļauj organismam neitralizēt un izvadīt svešus toksīnus, kas citādi traucētu ķīmiskos procesus, kas uztur to dzīvu. Cilvēku un daudzu citu dzīvības veidu ksenobiotiskais metabolisms ir svarīgs tādās jomās kā medicīna, lauksaimniecība un vides zinātne.
Daudzām potenciāli kaitīgām vielām neļauj nodarīt bojājumus šūnu membrānas, kas regulē, kurām ķīmiskajām vielām ir atļauts iekļūt šūnā, un fiziski bloķē daudzas ksenobiotikas. Polārās molekulas, kurām ir elektriskie dipoli, jo to elektroni nav vienmērīgi sadalīti starp molekulas atomiem, parasti nespēj tikt garām šūnas membrānai. Tomēr nepolāras molekulas var iziet cauri caurlaidīgajai membrānai un iekļūt šūnā. Ksenobiotiskais metabolisms aizsargā organismu no šīm vielām ar fermentiem, kas reaģēs ar lielāko daļu nepolāru savienojumu. Šī specializācija neļauj viņiem uzbrukt noderīgām vielām, kas ir daļa no organisma normālas bioķīmijas, kas ir polāri savienojumi, kas ar transporta proteīnu palīdzību spēj izkliedēties caur šūnu membrānām.
Ksenobiotiskā metabolisma pirmajā posmā svešā viela tiek modificēta ķīmiskās reakcijās, kas pievieno tās molekulām polāras vai reaktīvas grupas. Visbiežāk to dara ar fermentiem, kas katalizē monooksigenāzes reakcijas ar skābekļa molekulām jeb O2 un ūdeņradi, pievienojot vienu skābekļa atomu no O2 ksenobiotiskajai molekulai un kā blakusproduktu veidojot ūdens molekulu. Visizcilākā šajā posmā iesaistīto proteīnu grupa ir citohroma P450 saime, kas ietver vairāk nekā 11,500 XNUMX dažādu proteīnu un ir sastopama visos dzīvības veidos uz Zemes.
Pēc tam modificētais ksenobiotisks tiek detoksicēts, reaģējot ar citām molekulām, savienojoties ar tām, veidojot molekulas, ko sauc par ksenobiotiskajiem konjugātiem. Šajā fāzē parasti tiek izmantotas ķimikālijas, piemēram, glicīns (C2H5NO2), glutations (C10H17N3O6S) un glikuronskābe (C6H10O7). Šīs molekulas ir anjonas, kas nozīmē, ka tajās ir vairāk elektronu nekā protonu, un tāpēc tām ir negatīvs elektriskais lādiņš. Atkarībā no iesaistītās vielas iegūtie konjugāti detoksikācijas laikā var tikt pakļauti turpmākām ķīmiskām reakcijām.
Visbeidzot, konjugāts tiek izvadīts no šūnas. Tā negatīvi lādētās anjonu grupas ļauj tai saistīties ar proteīnu transportermolekulām, kas pārnēsā konjugātu cauri šūnu membrānai un ārā no šūnas. No turienes ksenobiotiku var tālāk metabolizēt ārpusšūnu bioķīmiskās vielas vai pilnībā izvadīt no organisma ar sviedriem, urīnu vai izkārnījumiem.
Laika gaitā nākamo organismu paaudžu ksenobiotiskais metabolisms var attīstīties, lai nodrošinātu lielāku aizsardzību pret vielām, ar kurām tie varētu saskarties savā vidē, jo tās sugas pārstāvji, kas vislabāk spēj ar tām rīkoties, pārdzīvo un izaudzē savus līdzcilvēkus. Tas ļauj daudzām dzīvības formām dzīvot vidē vai droši ēst pārtiku, kas būtu nāvējoša citām sugām. Tas savukārt var veicināt evolūciju sugās, kas ražo toksīnus medību vai aizsardzības nolūkos, radot selektīvu spiedienu, kas dod priekšroku organismiem, kas visefektīvāk spēj pārvarēt savu plēsēju vai upuru metabolismu.
Ksenobiotiskais metabolisms ir svarīgs faktors lauksaimniecībā. Dažādu organismu reakcija uz ksenobiotikām ietekmē to, kā tos ietekmēs lauksaimniecības ķimikālijas, piemēram, pesticīdi. Tas padara evolucionāro pielāgošanos ksenobiotikām par būtiskām bažām, jo kaitēkļi, piemēram, kukaiņi, kas ēd labību, var attīstīt lielāku rezistenci pret pesticīdiem, jo mazāk izturīgie sugas pārstāvji tiek izstumti no gēnu fonda.
Ksenobiotiskā vielmaiņa ir svarīga arī medicīnā, jo lielākā daļa zāļu ir ksenobiotikas. Dažām zālēm nav medicīniskas iedarbības tādā formā, kādā tās faktiski tiek ievadītas pacientam, un tās kļūst aktīvas, ja tās ķīmiski izmaina pacienta metabolisms, ko sauc par bioaktivāciju. To visbiežāk veic, oksidējot zāļu molekulas, un parasti tiek iesaistīta citohroma P450 saime. Tomēr tas var ietvert arī citus proteīnus, piemēram, epoksīda hidrolāzi, metiltransferāzi un n-acetiltransferāzi, kas izraisa ķīmiskas izmaiņas, piemēram, attiecīgi hidrolīzi, metilēšanu un acetilēšanu. Viens no izplatītākajiem bīstamo zāļu mijiedarbības cēloņiem ir tas, ka vienas zāles ietekmē pacienta vielmaiņu, kas traucē organisma spēju metabolizēt citas zāles, ļaujot tām uzkrāties neapstrādātā veidā, līdz tās sasniedz bīstamu līmeni un saindē pacientu.