Микрозомно окисление: набор от реакции

Ролята на микрозомалното окисляване в живота на тялото е трудно да се надцени или да не забележите.

дефиниция

Микрозомалното окисление е каскада от реакции, навлизащи в първата фаза на ксенобиотичната трансформация. Същността на процеса е хидроксилирането на вещества, използващи кислородни атоми и образуването на вода. Това променя структурата на оригиналното вещество и неговите свойства могат да бъдат потиснати и укрепени.

Микрозомалното окисление ни позволява да продължим към реакцията на конюгиране. Това е втората фаза на трансформацията на ксенобиотици, в края на която молекулите, които се произвеждат вътре в организма, ще се присъединят към вече съществуващата функционална група. Понякога се образуват междинни вещества, които причиняват увреждане на чернодробните клетки, некроза и дегенерация на раковите тъкани.

Оксидация от оксидационен тип

Реакциите на микрозомалното окисление се появяват извън митохондриите, така че те консумират около десет процента от целия кислород, който навлиза в тялото. Основните ензими в този процес са оксидази. В структурата им има атоми от метали с променлива валентност, като желязо, молибден, мед и други, което означава, че те могат да приемат електрони. В клетката оксидазите се намират в специални везикули (пероксизоми), които се намират на външните мембрани на митохондриите и в EPR (грануларен ендоплазмичен ретикулум). Субстратът, който се превръща в пероксизом, губи молекули на водород, които се присъединяват молекула на водата и образуват пероксид.

Има само пет оксидази:

- моноаминооксигеназа (МАО) - помага да се окисляват адреналин и други биогенни амини, образувани в надбъбречните жлези;

- диаминоксигеназа (DAO) - участва в окисляването на хистамин (медиатор на възпалението и алергията), полиамини и диамини;

- оксидаза на L-аминокиселини (т.е. лявовъртящи молекули);

- оксидаза на D-аминокиселини (дясновъртящи молекули);

- ксантин оксидаза - окислява аденин и гуанин (азотни бази, влизащи в молекулата ДНК).

Значимостта на микрозомалното окисление от типа на оксидазата е в елиминирането на ксенобиотиците и инактивирането биологично активни вещества. Образуването на пероксид, което има бактерицидно действие и механично пречистване на мястото на нараняване, е страничен ефект, който заема важно място сред другите ефекти.

Окисление на оксигеназа

Реакции от типа на оксигеназа в клетката също се появяват върху гранулираната ендоплазмена ретикулума и във външните обвивки на митохондриите. Това изисква специфични ензими - оксигенази, които мобилизират кислородна молекула от субстрата и го включват в окисляващото се вещество. Ако се въведе един кислороден атом, ензимът се нарича монооксигеназа или хидроксилаза. В случай на въвеждане на два атома (т.е. цяла молекула кислород), ензимът се нарича диаксигеназа.

Оксигеназа тип окислителната реакция включва трикомпонентна мултиен комплекс, който участва в предаването на електрони и протони от субстрата, последвано от активиране на кислород. Целият процес се осъществява с участието на цитохром Р450, който ще бъде описан по-подробно.

Примери за реакции от типа на оксигеназа

Както вече беше споменато по-горе, моноксигеназите за окисление използват само един кислороден атом от наличните две. Втората част се свързват с две молекули на водород и образуват вода. Един пример за такава реакция е образуването на колаген. Донорът на кислорода в този случай е витамин С. Пролин хидроксилазата отнема от него кислородна молекула и я дава на пролин, който на свой ред влиза в молекулата проколаген. Този процес дава сила и еластичност на съединителната тъкан. Когато тялото няма витамин С, тогава се развива подагра. Това се проявява от слабостта на съединителната тъкан, кървенето, синините, загубата на зъби, т.е. качеството на колаген в организма става по-ниско.

Друг пример е хидроксилазата, която превръща холестеролните молекули. Това е един от етапите на образуване на стероидни хормони, включително секс.

Ниска специфични хидроксилази

Това са хидролазите, необходими за окисляването на чужди вещества, като ксенобиотици. Значението на реакциите е да се направят тези вещества по-гъвкави за екскреция, по-разтворими. Този процес се нарича детоксикация и това се случва в по-голямата си част в черния дроб.

Поради включването на цяла молекула кислород в ксенобиотици, цикълът на реакциите се разкъсва и разлагането на едно комплексно вещество в няколко прости и по-достъпни за метаболитни процеси.

Активни форми на кислород

Кислородът е потенциално опасно вещество, тъй като всъщност окислението е процес на изгаряне. Във формата на молекула О₂ или водата е стабилна и химически инертна, защото нейните електрически нива се запълват и нови електрони не могат да се присъединят. Но съединенията, в които кислородът не притежава всички електрони, имат парите с висока реактивност. Затова те се наричат ​​активни.

Такива кислородни съединения:

1. При моноксидните реакции се образува супероксид, който се отделя от цитохром Р450.
2. Оксидазните реакции предизвикват образуването на пероксиден анион (водороден пероксид).
3. По време на реоксигениране на тъкани, които са претърпели исхемия.

Най-силният оксидант е хидроксилен радикал, съществува в свободна форма само милион от секундата, но по това време много окислителни реакции могат да преминат. Неговата особеност е, че хидроксилният радикал засяга веществата само на мястото, където се образува, тъй като не може да проникне през тъканите.

Суперооксидан и водороден пероксид

Тези вещества са активни не само на мястото на образуване, но и на известно разстояние от тях, тъй като те могат да проникнат през клетъчните мембрани.

Хидроксилната група индуцира окисляването на аминокиселинни остатъци: хистидин, цистеин и триптофан. Това води до инактивиране на ензимните системи, както и разрушаване на транспортните протеини. В допълнение, микрозомалното окисление на аминокиселини води до разрушаване на структурата на нуклеиновите азотни бази и вследствие на това генетичният апарат на клетката страда. Оксидирани и мастни киселини, които са част от билипидния слой на клетъчните мембрани. Това влияе върху тяхната пропускливост, работата на помпените електролитни помпи и местоположението на рецепторите.

Инхибиторите на микрозомалното окисление са антиоксиданти. Те се съдържат в храната и се произвеждат вътре в тялото. Най-известният антиоксидант е витамин Е. Тези вещества могат да инхибират микрозомалното окисление. Биохимията описва взаимодействието между тях на принципа на обратната връзка. Тоест, колкото повече оксидази, толкова по-силни са те потиснати, и обратно. Това спомага за поддържането на баланс между системите и трайността на вътрешната среда.

Електрическа транспортна верига

Микрозомалната оксидационна система няма разтворими компоненти в цитоплазмата, поради което всичките й ензими се събират на повърхността на ендоплазмения ретикулум. Тази система включва няколко протеини, които образуват електротранспортна верига:

- NADP-P450-редуктаза и цитохром Р450;

- NAD-цитохром В5-редуктаза и цитохром В5;

- стеатоил-СоА десатураза.

Донорът на електрони в преобладаващия брой случаи е NADP (никотинамид аденин динуклеотид фосфат). Той се окислява от NADP-P450 редуктазата, която съдържа два коензима (FAD и FMN), за приемането на електрони. В края на веригата PMN се окислява с Р450.

Цитохром Р450

Това е ензим микрозомално окисление, хеме-съдържащ протеин. Свързвайте кислорода и субстрата (обикновено ксенобиотик). Неговото име е свързано с абсорбцията на светлина с дължина на вълната 450 nm. Биолозите са го открили във всички живи организми. В момента повече от единадесет хиляди протеина са включени в системата на цитохром Р450. В бактериите, това вещество се разтваря в цитоплазмата и се смята, че тази форма е най-еволюционно древна, отколкото при хората. В нашата страна цитохром Р450 е паратиетен протеин, фиксиран върху ендоплазмената мембрана.

Ензимите от тази група участват в обмена на стероиди, жлъчни и мастни киселини, феноли, неутрализиране на лекарства, отрови или наркотици.

Свойства на микрозомалното окисление

Процесите на микрозомално окисление имат широка субстратна специфичност и това на свой ред дава възможност за неутрализиране на различни вещества. Единадесет хиляди цитохромни Р450 протеини могат да бъдат прегънати в повече от сто и петдесет изоформи на този ензим. Всеки от тях има голям брой субстрати. Това дава възможност на организма да се отърве от практически всички вредни вещества, които се образуват в него или идват отвън. Разработени в черния дроб, микрозомалните оксидационни ензими могат да действат както in situ, така и на значително разстояние от този орган.

Регулиране на активността на микрозомалното окисление

Микрозомното окисление в черния дроб се регулира на нивото на информационната РНК, или по-скоро неговата функция - транскрипция. Всички варианти на цитохром Р450, например, са записани на ДНК молекула и за да се появи на EPR, е необходимо да се "пренапише" част от информацията от ДНК към информационната РНК. След това мРНК се насочва към рибозомите, където се образуват протеинови молекули. Броят на тези молекули се регулира външно и зависи от обема на веществата, които трябва да бъдат деактивирани, както и наличието на основни аминокиселини.

В момента са описани повече от двеста и петдесет химични съединения, които активират микрозомалното окисление в организма. Те включват барбитурати, ароматни въглехидрати, алкохоли, кетони и хормони. Въпреки това очевидно разнообразие, всички тези вещества са липофилни (разтворими в мазнини), и следователно, податливи на цитохром Р450.