Мікросомальне окислення: сукупність реакцій
Роль мікросомального окислення в житті організму складно переоцінити або не замітити. Інактивація ксенобіотиків (отруйних речовин), розпад і утворення гормонів наднирників, участь в обміні білків і збереженні генетичної інформації - це лише мала відома дещиця проблем, які вирішуються завдяки мікросомального окислення. Це автономний процес в організмі, який запускається після попадання триггерного речовини і закінчується з його еллімінаціей.
визначення
Мікросомальне окислення - це каскад реакцій, що входять в першу фазу перетворення ксенобіотиків. Суть процесу полягає в гидроксилировании речовин з використанням атомів кисню і утворенням води. Завдяки цьому змінюється структура початкового речовини, а його властивості можуть як придушуватися, так і посилюватися.
Мікросомальне окислення дозволяє перейти до реакції кон`югації. Це друга фаза перетворення ксенобіотиків, в кінці якої до вже існуючої функціональної групи приєднаються молекули, що виробляються всередині організму. Іноді утворюються проміжні речовини, що викликають пошкодження клітин печінки, некроз і онкологічне переродження тканин.
Окислення оксидазного типу
Реакції мікросомального окислення відбуваються поза мітохондрій, тому на них витрачається близько десяти відсотків усього кисню, що потрапляє в організм. Основні ферменти в цьому процесі - оксидази. В їх структурі присутні атоми металів зі змінною валентністю, такі як залізо, молібден, мідь і інші, а значить, вони здатні приймати електрони. У клітці оксидази розташовані в особливих бульбашках (пероксисомах), які знаходяться на зовнішніх мембранах мітохондрій і в ЕПР (зернистий ендоплазматичний ретікулюм). Субстрат, потрапляючи на пероксисоми, втрачає молекули водню, які приєднуються до молекулі води і утворюють перекис.
Існує всього п`ять оксидаз:
Відео: Окислення і відновлення з біологічної точки зору
- моноамінооксігеназа (МАО) - допомагає окисляти адреналін і інші біогенні аміни, які утворюються в наднирниках;
- діамінооксігеназа (ДАО) - бере участь в окисленні гістаміну (медіатор запалення і алергії), поліамінів і диаминов;
- оксидаза L-амінокислот (тобто Лівообертальна молекул);
- оксидаза D-амінокислот (правовращающих молекул);
- ксантиноксидаза - окислів аденін і гуанін (азотисті основи, що входять в молекулу ДНК).
Значення мікросомального окислення по Оксидазний типу полягає в усуненні ксенобіотиків і інактивації біологічно активних речовин. Освіта перекису, що надає бактерицидну дію і механічне очищення в місці пошкодження, є побічним явищем, яке займає важливе місце серед інших ефектів.
Окислення оксігеназного типу
Реакції оксігеназного типу в клітці також відбуваються на зернистому ЕПР і на внещніх оболонках мітохондрій. Для цього необхідні специфічні ферменти - оксигенази, які мобілізують молекулу кисню з субстрату і впроваджують її в окислюються речовина. Якщо впроваджується один атом кисню, то фермент називається монооксигенази або гідроксилаза. У разі впровадження двох атомів (тобто цілої молекули кисню), фермент носить назву діаксігеназа.
Реакції окислення оксігеназного типу входять в трикомпонентний Мультиферментний комплекс, який бере участь в перенесенні електронів і протонів з субстрату з наступною активацією кисню. Весь цей процес відбувається за участю цитохрому Р450, про який більш детально ще буде розказано.
Приклади реакцій оксігеназного типу
Як уже згадувалося вище, монооксигенази для окислення використовують тільки один атом кисню з двох, наявних. Другий вони приєднують до двох молекул водню і утворюють воду. Одним із прикладів такої реакції може служити утворення колагену. Донором кисню в такому випадку виступає вітамін С. Пролінгідроксілаза відбирає у нього молекулу кисню і віддає його проліну, який, в свою чергу, входить до молекулу проколлагена. Цей процес надає міцності і еластичності сполучної тканини. Коли в організмі дефіцит вітаміну С, то розвивається подагра. Вона проявляється слабкістю сполучної тканини, кровотечами, гематомами, випаданням зубів, тобто якість колагену в організмі стає нижче.
Ще одним прикладом можуть служити гідроксилази, які перетворять молекули холестерину. Це один з етапів освіти стероїдних гормонів, в тому числі і статевих.
малоспецифичними гідроксилази
Це гідролази, необхідні для окислення чужорідних речовин, таких як ксенобіотики. Сенс реакцій полягає в тому, щоб зробити такі речовини більш податливими для виведення, більш розчинними. Цей процес називається детоксикацією, а відбувається він здебільшого в печінці.
За рахунок включення цілої молекули кисню в ксенобіотики проводиться розрив циклу реакцій і розпад одного складного речовини на кілька більш простих і доступних для обмінних процесів.
Активні форми кисню
Кисень є потенційно небезпечною речовиною, так як, по суті, окислення - це процес горіння. У вигляді молекули О2 або води він стабільний і хімічно інертний, тому що його електричні рівні заповнені, і нові електрони не можуть приєднатися. Але з`єднання, в яких у кисню не у всіх електронів є пара, мають високу реакційну здатність. Тому їх називають активними.
Такі сполуки кисню:
- У монооксідних реакціях утворюється супероксид, який відокремлюється від Р450.
- У Оксидазний реакціях йде освіту пероксидного аніону (перекису водню).
- Під час реоксигенації тканин, які зазнали ішемії.
Найсильнішим окислювачем є гідроксильний радикал, він існує у вільному вигляді всього мільйонну частку секунди, але за цей час встигає пройти безліч окислювальних реакцій. Його особливістю є те, що гідроксильний радикал впливає на речовини тільки в тому місці, в якому утворився, так як не може проникати через тканини.
Супероксіданіон і перекис водню
Ці речовини активні не тільки в місці утворення, але і на деякій відстані від них, так як можуть проникати через мембрани клітин.
Гідроксильна група викликає окислення залишків амінокислот: гистидина, цистеїну і триптофану. Це призводить до інактивації ферментних систем, а також порушення роботи транспортних білків. Крім того, мікросомальне окислення амінокислот призводить до руйнування структури нуклеїнових азотистих основ і, як наслідок, страждає генетичний апарат клітини. Окислюються і жирні кислоти, що входять до складу билипидного шару клітинних мембран. Це впливає на їх проникність, роботу мембранних електролітних насосів і на розташування рецепторів.
Інгібітори мікросомального окислення - це антиоксиданти. Вони містяться в продуктах харчування і виробляються усередині організму. Найвідомішим антиоксидантом є вітамін Е. Ці речовини можуть стримувати мікросомальне окислення. Біохімія описує взаємодію між ними за принципом зворотного зв`язку. Тобто чим більше оксидаз, тим сильніше вони пригнічуються, і навпаки. Це допомагає зберігати рівновагу між системами і постійність внутрішнього середовища.
електротранспорт ланцюг
Мікросомальних система окислення не має розчинних в цитоплазмі компонентів, тому всі її ферменти зібрані на поверхні ЕПР. Ця система включає кілька білків, які формують електротранспорт ланцюг:
- НАДФ-450-редуктаза і цитохром Р450;
- НАД-цітохромВ5-редуктаза і цитохром В5;
- стеатореи-КоА-десатураза.
Відео: Лекція 4 Ферменти Кінетика, інгібування, ізоферменти
Донором електронів в переважній кількості випадків виступає НАДФ (нікотинамідаденіндінуклеотидфосфат). Він окислюється НАДФ-450-редуктазой, який містить два коферменту (ФАД і ФМН), для прийняття електронів. В кінці ланцюга ФМН окислюється за допомогою Р450.
цитохром Р450
це фермент мікросомального окислення, гем-містить білок. Зв`язує кисень і субстрат (як правило, це ксенобіотик). Назва його пов`язана з поглинанням світла з довжиною хвилі в 450 нм. Біологи виявили його у всіх живих організмах. На даний момент описано понад одинадцять тисяч білків, що входять в систему цитохром Р450. У бактерій це речовина розчинена в цитоплазмі, і вважається, що така форма є найбільш еволюційно древньої, ніж у людини. У нас цитохром Р450 - це пристінковий білок, зафіксований на ендоплазматичної мембрани.
Ферменти цієї групи беруть участь в обміні стероїдів, жовчних і жирних кислот, фенолів, нейтралізації лікарських речовин, отрут або наркотиків.
Властивості мікросомального окислення
Відео: Лекція 7 - Обмін вуглеводів
Процеси мікросомального окислення мають широку субстратної специфічністю, а це, в свою чергу, дозволяє знешкоджувати різноманітні речовини. Одинадцять тисяч білків Р450 можуть складатися більш ніж в сто п`ятдесят изоформ цього ферменту. Кожна з них має велику кількість субстратів. Це дає можливість організму позбавлятися практично від усіх шкідливих речовин, які утворюються всередині нього або потрапляють ззовні. Виробляючи в печінці, ферменти мікросомального окислення можуть діяти як на місці, так і на значній відстані від цього органу.
Регуляція активності мікросомального окислення
Мікросомальне окислення в печінці регулюється на рівні інформаційної РНК, а точніше її функції - транскрипції. Всі варіанти Р450, наприклад, записані на молекулі ДНК, і для того щоб він з`явився на ЕПР, необхідно «переписати» частину інформації з ДНК на інформаційну РНК. Потім іРНК направляється на рибосоми, де утворюються молекули білка. Кількість цих молекул регулюється ззовні і залежить від обсягу речовин, які необхідно деактивувати, а також від наявності необхідних амінокислот.
На даний момент описано більше двохсот п`ятдесяти хімічних сполук, які активують в організмі мікросомальне окислення. До них відносяться барбітурати, ароматичні вуглеводи, спирти, кетони і гормони. Незважаючи на таке удаване розмаїтість, всі ці речовини ліпофільних (розчинні в жирах), а значить сприйнятливі до цитохрому Р450.
