Биологическая роль микросомального окисления в печени

РОЛЬ КИСЛОРОДА В ОРГАНИЗМЕ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОКИСЛИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ. ТИПЫ ОКИСЛЕНИЯ

Кислород выполняет в организме двойственную функцию, т.е. кислород может оказывать на организм как положительное, так и отрицательное действие.

Положительная роль кислорода.

Кислород принимает участие в реакциях окисления. В результате этих реакций образуется энергия (в ЦТД), многие полезные для организма вещества, а также происходит обезвреживание ксенобиотиков.

Отрицательная роль кислорода.

Кислород может образовывать свободные радикалы, которые являются токсичными для организма.

С химической точки зрения окисление представляет собой отщепление атомов водорода (или электронов) от молекулы окисляемого вещества либо внедрение кислорода в молекулу вещества. Восстановление – это присоединение атомов водорода (или электронов). В окислительно-восстановительных реакциях окисление одного вещества всегда сопровождается восстановлением другой сопряженной молекулы.

В реакциях окисления в организме участвуют ферменты оксидазы и оксигеназы, причем эти названия не являются синонимами. Оксидазы отщепляют водород от молекулы; при этом образуется либо вода, либо перекись водорода. Оксигеназы внедряют кислород в молекулу (диоксигеназы внедряют два атома кислорода, монооксигеназы – один атом).

Типы окисления

Кислород, поступающий в организм, используется в реакциях, составляющих 4 типа окисления.

1) Оксидазный тип. В этом типе окисления участвуют ферменты оксидазы, которые катализируют отщепление от субстрата двух атомов водорода. В качестве акцептора водорода выступает атом кислорода. В результате образуется вода и окисленный субстрат.

Около 90 % кислорода в клетке используется именно в этом пути окисления. Процесс происходит на внутренней мембране митохондрий, в цепи тканевого дыхания, где образуется энергия, которая запасается в виде АТФ.

2) Пероксидазный тип. В этом типе окисления участвуют ферменты, содержащие в своем составе ФАД или ФМН (ФАД- и ФМН-дегидрогеназы). Они катализируют отщепление двух атомов водорода от субстрата, но в качестве акцептора водорода выступает молекула кислорода. В результате образуется окисленный субстрат и пероксид водорода.

Оксидазы, содержащие флавиновые коферменты, участвуют в окислении пуринов (ксантиноксидаза), альдегидов (альдегиддегидрогеназа), биогенных аминов (моноаминоксидаза), ионов сульфита с образованием сульфата (сульфитоксидаза).

Перекись водорода, образующаяся в реакциях при пероксидазном типе окисления, является токсичной для организма и подвергается разрушению, главным образом, под действием каталазы. Однако, в лейкоцитах, гистиоцитах и других клетках, осуществляющих фагоцитоз, перекись водорода используется как сильный окислитель, уничтожающий патогенные бактерии.

3. Диоксигеназный тип. Ферменты диоксигеназы катализируют включение двух атомов кислорода в молекулу окисляемого вещества.

Этот путь окисления происходит при окислительном распаде ароматических соединений (разрыв ароматического кольца), например, при окислении гомогентизиновой кислоты под действием гомогентизатоксидазы при катаболизме фенилаланина и тирозина.

4. Монооксигеназный тип. Монооксигеназы внедряют один атом молекулярного кислорода в молекулу субстрата с образованием гидроксильной группы. Второй атом кислорода идет на образование воды; в качестве донора водорода при этом участвует косубстрат. Наиболее часто в роли косубстрата выступают тетрагидробиоптерин или НАДФН₂.

Монооксигеназы можно разделить на две группы:

а) растворимые ферменты, локализующиеся в цитоплазме, и

б) ферменты, связанные с мембранами эндоплазматического ретикулума и локализованные в микросомах.

a) Монооксигеназы, локализованные в цитоплазме, называются также гидроксилазами. Они катализируют реакции гидроксилирования, например:

i) в синтезе адреналина, норадреналина –

iii) при превращении фенилаланина в тирозин –

б) Монооксигеназы, локализованные в микросомах, участвуют в микросомальном окислении.

Микросомальное окисление происходит в микросомах. Морфологически микросомы представляют собой пузырьки, которые образуются из фрагментов мембран гладкого эндоплазматического ретикулума при гомогенизации ткани.

Схема цепи микросомального окисления представлена на рис. 1. В микросомальном окислении принимает участие несколько компонентов.

1) НАДФH₂ – является донором электронов для восстановления кислорода и одновременно предоставляет протоны для образования воды.

2) Флавопротеин, или ФАД-содержащий фермент, который называется НАДФH₂ – цитохром P₄₅₀ – редуктаза.

3) Цитохром P₄₅₀. Называется так потому, что способен поглощать свет при длине волны 450 нм.

Рис. 1. Схема микросомального окисления.

ФАД-содержащий фермент, или флавопротеин, принимает 2 атома водорода (2 электрона и 2 протона) от НАДФH₂ и делит поток водорода на 2 части: протоны идут на образование воды, а два электрона переносятся на цитохром Р₄₅₀. Исходя из этого, название фермента НАДФН₂-цитохром Р₄₅₀-редуктаза означает, что фермент переносит водород от НАДФН₂ с целью восстановления цитохрома Р₄₅₀ (редукция – восстановление).

Цитохром P₄₅₀ выполняет две важные функции:

1) связывает любой неполярный (гидрофобный) субстрат;

2) осуществляет активацию молекулярного кислорода, т.е. цитохром Р₄₅₀ связывает молекулярный кислород и переносит на него два электрона, которые берутся от НАДФН₂ и передаются флавопротеином далее по цепи микросомального окисления.

Таким образом, на каждую молекулу кислорода переносится два электрона, после чего цитохром Р₄₅₀ делит молекулу кислорода на две неравные части. Один атом кислорода с двумя избыточными электронами (два отрицательных заряда) идет на образование воды, т.е. соединяется с двумя протонами, выделенными в среду на уровне флавопротеина. Другой атом кислорода внедряется в молекулу окисляемого гидрофобного субстрата.

Биологическая роль микросомального окисления

1. Микросомальное окисление играет важнейшую роль в окислении ксенобиотиков, т.е. чужеродных для организма веществ, которые попадают в кишечник per os (лекарства, пищевые красители, консерванты, яды, токсины). В результате процесса гидроксилирования ксенобиотики становятся более гидрофильными, лучше растворяются в воде, легче подвергаются дальнейшей химической модификации с образованием безвредных или менее токсичных продуктов и легче выводятся из организма.

2. Синтезмногих полезных для организма веществ. В стероидогенных тканях, таких как кора надпочечников, семенники, яичники микросомальное окисление используется для синтеза стероидных гормонов из холестерина. С участием микросомального окисления в печени происходит синтез желчных кислот, в почках – образование активных форм витамина D₃, в различных тканях – синтез ненасыщенных жирных кислот и простагландинов.

3. Микросомальное окисление может увеличивать токсичность некоторых веществ. Например, нетоксичный бензпирен, содержащийся в табачном дыму, приводит к образованию оксибензпирена, который является сильным канцерогеном.

АКТИВНЫЕ ФОРМЫ КИСЛОРОДА, ИХ ПОВРЕЖДАЮЩЕЕ ДЕЙСТВИЕ

Активные формы кислорода называются также кислородными свободными радикалами. Свободные радикалы – это молекулы или молекулярные фрагменты, которые содержат один или более неспаренных электронов на внешней орбитали. Свободные радикалы обозначаются точкой в верхней части символа (R · ).

Молекулярный кислород может подвергаться восстановлению путем поэтапного присоединения одного электрона с образованием супероксидного радикала, перекиси водорода, гидроксильного радикала и воды:

Супероксидный радикал может принимать протон с образованием пероксидного радикала:

Полное восстановление кислорода приводит к образованию воды. Промежуточные продукты, или продукты неполного восстановления кислорода, обладают высокой реакционной способностью. Поэтому супероксидный анион, гидроксидьный радикал и пероксидный радикал называются активными формами кислорода или кислородными свободными радикалами.

Перекись водорода не является свободным радикалом. Однако, вследствие высокой реакционной способности, Н₂О₂ включают в группу активных форм кислорода.

Перекись водорода может восстанавливаться электроном супероксидного аниона с образованием гидроксильного радикала:

Главными свойствами активных форм кислорода являются:

1) высокая реакционная способность;

3) образование новых активных форм кислорода путем цепной реакции;

4) способность оказывать повреждающее действие на ткани.

Около 2-3 % поступающего в организм кислорода превращается в кислородные радикалы и H₂O₂.

Активные формы кислорода постоянно образуются в организме в процессе реакций окисления субстратов, т.е. благодаря потоку электронов в цепи тканевого дыхания в митохондриях. Ионизирующая радиация вызывает радиолиз воды и приводит к повреждению тканей путем образования гидроксильного радикала, перекиси водорода и супероксидного аниона. Ультрафиолетовое излучение также вызывает образование кислородных радикалов, которые принимают участие в возникновении загара или солнечных ожогов.

По сравнению с активными формами кислорода перекись водорода оказывает менее выраженное повреждающее действие на ткани. Но в присутствии железа Н₂О₂ может образовывать гидроксильный радикал, обладающий высокой реакционной способностью (реакция Фентона):

источник

Наряду с тканевым дыханием, в которое вовлекается от 80% до 90% потребляемого человеком кислорода, в организме постоянно протекают и другие реакции с участием кислорода, в том числе микросомальное и свободнорадикальное окисление.

Микросомальное окисление не связано с синтезом АТФ. Механизм данного типа окисления субстрата кислородом предусматривает такое взаимодействие субстрата (S) с молекулярным кислородом, при котором один атом кислорода включается в окисляемый субстрат, другой – в молекулу воды. За счёт включения кислорода в молекуле окисляемого субстрата возникает гидроксильная группа (-ОН), поэтому данный вид окисления называется гидроксилированием.

где SН – окисляемый субстрат; А∙Н₂ – донор водорода (аскорбиновая кислота или НАДФ∙Н₂).

Ферменты, участвующие в оксигеназном окислении, называются гидроксилазами, либо оксигеназами. Эти ферменты содержат в активном центре ионы металлов с переменной валентностью (Fe, Cu). Гидроксилазы могут существовать в растворимом виде в клеточном соке, или в виде специальных групп окислительных ферментов, расположенных в мембранах цитоплазматической сети печёночных клеток, митохондрий клеток коры надпочечников и т.д. При растирании ткани фрагменты цитоплазматической сети самопроизвольно замыкаются в пузырьковидные структуры, называемые микросомами, поэтому данный тип окисления называют микросомальным. Группа окислительных ферментов микросом представляет собой циклическую цепь транспорта электронов и протонов, источником которых служит преимущественно НАДФ∙Н₂. Главным компонентом этой системы является цитохром Р₄₅₀ с катионом железа (Fe 3+ ↔ Fe 2+ ) в активном центре, где начинается окисление субстратов. Название цитохрома связано с тем, что его восстановленная форма связывает оксид углерода СО и приобретает характерное поглощение света при 450 нм.

При взаимодействии цитохрома Р₄₅₀ с субстратом и кислородом происходит их активация и окисление не только субстрата, но и НАДФ∙Н₂. Благодаря этому цитохром Р₄₅₀ отдаёт молекуле кислорода четыре электрона. В результате один из атомов кислорода внедряется по связи С-Н молекулы окисляемого субстрата, а другой – восстанавливается с образованием воды.

Биологическая роль микросомального окисления:

1. Синтез различных веществ. Растворимые ферменты с участием аскорбиновой кислоты в качестве донора водорода осуществляют синтез адреналина и норадреналина в хромаффинной ткани; пигмента меланина из тирозина в коже, радужке и сетчатке глаза; основного белка соединительной ткани – коллагена. Ферменты микросом участвуют в образовании ненасыщенных жирных кислот; желчных кислот и стероидных гормонов надпочечников из холестерина, лейкотриенов из арахидоновой кислоты.

2. Обезвреживание различных токсических веществ в печени. Особенно это относится к чужеродным веществам не природного происхождения, называемым ксенобиотиками. При микросомальном окислении токсические вещества становятся водорастворимыми, в результате они не накапливаются в клетке, а легко выводятся с мочой. Известно свыше 7000 наименований соединений, окисляющихся микросомальной системой печени. Одна из главных особенностей цитохрома Р₄₅₀ – это способность его белка изменять свою конформацию в ответ на появление в организме того или иного ксенобиотика, обеспечивая тем самым эффективное взаимодействие с ним. За счёт такой приспособляемости цитохром Р₄₅₀ является универсальным ферментом детоксикации, способным взаимодействовать почти с любыми соединениями. Единственной требование к окисляемому субстрату – он должен быть неполярным, поскольку цитохром Р₄₅₀ находится в липидном слое мембран.

источник

Микросомальные оксидазы — ферменты, локализованные в мембранах гладкого ЭР, функционирующие в комплексе с двумя внемитохондриальными ЦПЭ. Ферменты, катализирующие восстановление одного атома молекулы О₂ с образованием воды и включение другого атома кислорода в окисляемое вещество, получили название микросомальных оксидаз со смешанной функцией или микросомальных монооксигеназ. Окисление с участием монооксигеназ обычно изучают, используя препараты микросом.

1. Основные ферменты микросомальных
электронтранспортных цепей

Микросомальная сисгема не содержит растворимых в цитозоле белковых компонентов, все ферменты — мембранные белки, активные центры которых локализованы на цитоплазматической поверхности ЭР. Сисгема включает несколько белков, составляющих электронтранспортные цепи (ЦПЭ). В ЭР существуют две такие цепи, первая состоит из двух ферментов — NADPH-P₄₅₀ редуктазы и цитохрома Р₄₅₀, вторая включает фермент NADH-цитохром-b₅ редуктазу, цитохром b₅ и ещё один фермент — стеароил-КоА-десатуразу.

Электронтранспортная цепь — NADPH-P₄₅₀ редуктаза — цитохром Р₄₅₀. В большинстве случаев донором электронов (e) для этой цепи служит NADPH, окисляемый NАDРН-Р₄₅₀ редуктазой. Фермент в качестве простетической группы содержит 2 кофермента — флавинаденинди-нуклеотид (FAD) и флавинмононуклеотид (FMN). Протоны и электроны с NADPH переходят последовательно на коферменты NADPH-P₄₅₀ редуктазы. Восстановленный FMN (FMNH₂) окисляется цитохромом Р₄₅₀ (см. схему ниже).

Цитохром Р₄₅₀ — гемопротеин, содержит простетическую группу гем и имеет участки связывания

для кислорода и субстрата (ксенобиотика). Название цитохром Р₄₅₀ указывает на то, что максимум поглощения комплекса цитохрома Р₄₅₀ лежит в области 450 нм.

Окисляемый субстрат (донор электронов) для NADH-цитохром b₅ -редуктазы — NADH (см. схему выше). Протоны и электроны с NADH переходят на кофермент редуктазы FAD, следующим акцептором электронов служит Fe 3+ цитохрома b₅. Цитохром b₅ в некоторых случаях может быть донором электронов (e) для цитохрома Р₄₅₀ или для стеароил-КоА-десатуразы, которая катализирует образование двойных связей в жирных кислотах, перенося электроны на кислород с образованием воды (рис. 12-2).

NADH-цитохром b₅ редуктаза —двухдоменный белок. Глобулярный цитозольный домен связывает простетическую группу — кофермент FAD, а единственный гидрофобный «хвост» закрепляет белок в мембране.

Цитохром b₅— гемсодержащий белок, который имеет домен, локализованный на поверхности мембраны ЭР, и короткий «заякоренный» в липидном бислое спирализованный домен.

NADH-цитохром b₅ -редуктаза и цитохром b₅, являясь «заякоренными» белками, не фиксированы строго на определённых участках мембраны ЭР и поэтому могут менять свою локализацию.

2. Функционирование цитохрома Р₄₅₀

Известно, что молекулярный кислород в триплетном состоянии инертен и не способен взаимодействовать с органическими соединениями. Чтобы сделать кислород реакционно-способным, необходимо его превратить в синглетный, используя ферментные системы его восстановления. К числу таковых принадлежит моноксигеназная сисгема, содержащая цитохром Р₄₅₀. Связывание в активном центре цитохрома Р₄₅₀ липофильного вещества RH и молекулы кислорода повышает окислительную активность фермента.

Рис. 12-2. Электронтранспортные цепи ЭР. RH — субстрат цитохрома Р₄₅₀; стрелками показаны реакции переноса электронов. В одной системе NADPH окисляется NADPH цитохром Р₄₅₀-редуктазой, которая затем передаёт электроны на целое семейство цитохромов Р₄₅₀. Вторая сисгема включает в себя окисление NADH цитохром b₅-редуктазой, электроны переходят на цитохром b₅; восстановленную форму цитохрома b₅ окисляет стеароил-КоА-десатураза, которая переносит электроны на О₂.

Один атом кислорода принимает 2 е и переходит в форму О 2- . Донором электронов служит NADPH, который окисляется NADPH-цитохром Р₄₅₀ редуктазой. О 2- взаимодействует с протонами: О 2- + 2Н + → Н₂О, и образуется вода. Второй атом молекулы кислорода включается в субстрат RH, образуя гидроксильную группу вещества R-OH (рис. 12-3).

Суммарное уравнение реакции гидроксилирования вещества RH ферментами микросомального окисления:

RH + О₂ + NADPH + Н + → ROH + Н₂О + NADP + .

Субстратами Р₄₅₀ могут быть многие гидрофобные вещества как экзогенного (лекарственные препараты, ксенобиотики), так и эндогенного (стероиды, жирные кислоты и др.) происхождения. Таким образом, в результате первой фазы обезвреживания с участием цитохрома Р₄₅₀ происходит модификация веществ с образованием функциональных групп, повышающих растворимость гидрофобного соединения. В результате модификации возможна потеря молекулой её биологической активности или даже формирование более активного соединения, чем вещество, из которого оно образовалось.

3. Свойства системы микросомального
окисления

Важнейшие свойства ферментов микросомального окисления: широкая субстратная специфичность, которая позволяет обезвреживать самые разнообразные по строению вещества, и регуляция активности по механизму индукции.

Широкая субстратная специфичность. Изоформы Р₄₅₀

К настоящему времени описано около 150 генов цитохрома Р₄₅₀, кодирующих различные изоформы фермента. Каждая из изоформ Р₄₅₀ имеет много субстратов. Этими субстратами могут быть как эндогенные липофильные вещества, модификация которых входит в путь нормального метаболизма этих соединений, так и гидрофобные ксенобиотики, в том числе лекарства. Определённые изоформы цитохрома

Рис. 12-3. Транспорт электронов при монооксигеназном окислении с участием Р₄₅₀. Связывание (1) в активном центре цитохрома Р₄₅₀ вещества RH активирует восстановление железа в теме — присоединяется первый электрон (2). Изменение валентности железа увеличивает сродство комплекса P₄₅₀-Fe 2+ ·RH к молекуле кислорода (3). Появление в центре связывания цитохрома Р₄₅₀ молекулы О₂ ускоряет присоединение второго электрона и образование комплекса P₄₅₀-Fe 2+ O₂ — -RH (4). На следующем этапе (5) Fe 2+ окисляется, второй электрон присоединяется к молекуле кислорода P₄₅₀-Fe 3+ O₂ 2- . Восстановленный атом кислорода (О 2- ) связывает 2 протона, и образуется 1 молекула воды. Второй атом кислорода идёт на построение ОН-группы (6). Модифицированное вещество R-OH отделяется от фермента (7).Р₄₅₀ участвуют в метаболизме низкомолекулярных соединений, таких как этанол и ацетон.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Как то на паре, один преподаватель сказал, когда лекция заканчивалась — это был конец пары: «Что-то тут концом пахнет». 8181 — | 7872 — или читать все.

95.83.2.240 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно

источник

Микросомы – искусственные везикулы, образованные из ЭПС в процессе гомогенизации ткани.

Микросомальное окисление — это окисление, протекающее на гладкой ЭПС нормальной неразрушенной клетки.

Наиболее интенсивно микросомальное окисление протекает в печени и надпочечниках, а также в местах контакта с внешней средой, в коже, почках, легких, селезенке.

ЭПС — 2-й слой мембран, ассоциированных с 3-мя основными классами ферментов:

Микросомальное окисление осуществляется с помощью одноименной ДЦ, которая представляет собой систему переносчиков протонов и электронов с НАД или НАДФ на кислород. Микросомальная ДЦ:

Цитохром b5 одной цепи может передавать свои электроны на цитохром b5 другой цепи, а также на цитохром p450.

Основная роль микросомальной ДЦ заключается в осуществлении реакций детоксикации.Реакции детоксикации могут привести к снижению концентрации токсических веществ или может возникнуть летальный синтез.

Роль микросомального окисления состоит в биосинтезе Vit D, кортикостероидов, коллагена, тирозина, катехоламинов.

Сходство и отличие микросомального и митохондриального окисления.Сходства и различие митохондриальной и микросомальной дыхательных цепей.

1.Сходства:а) они имеют одинаковые начало и конец и одинаковую суммарную разность потенциалов (а значит одинаковый градиент энергии в начале и конце);

б) имеют одинаковые переносчики: НАД, ФП, цитохромы.

2.Различия:а) по локализации;

б) микросомальная ДЦ короче и электроны на последнем переносчике М/С цепи более энергизированы и спосбны активировать кислород;

в) будучи активным кислород способен внедряться в структуру многих молекул, т. е. используется с «пластическими» целями.В то время как в М/Х ДЦ кислород — всего лишь конечный акцептор электронов и используется в энергетических целях;

г) в процессе переноса электронов в М/Х ДЦ их энергия депонируется в форме АТФ. В М/С ДЦ — депонирование энергии ни в каком виде не происходит;

д) М/С окисление — современная интерпретация теории БахаЭнслера. М/Х окисление — современный вариант теории Палладина-Виланда.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Для студента самое главное не сдать экзамен, а вовремя вспомнить про него. 9746 — | 7375 — или читать все.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно

источник

• Протекает в микросомах эндоплазматического ретикулума.

• 10% молекулярного кислорода не является акцептором протонов Н + , а непосредственно включается в молекулу субстрата;

• В процессе микросомального окисления АТФ не синтезируется.

• Детоксикационная (обезвреживающая) функция. В реакциях микросомального окисления субстраты гидроксилируются, повышается их растворимость, что способствует их выведению или снижению их токсичности (вывод лекарственных веществ из организма, избытка холестерина и т.д.);

• Пластическая функция – синтез различных соединений:

— из холестерина образуются желчные кислоты, стероидные гормоны (гормоны коры надпочечников, половые гормоны);

— из пролина оксипролин;

— из лизина оксилизин;

— из фенилаланина тирозин и др.

В реакциях микросомального окисления участвуют ферменты- гидроксилазы (оксигеназы), которые делятся на монооксигеназы, катализирующие включение одного атома кислорода в молекулу субстрата и диоксигеназы- включение двух атомов кислорода в молекулу субстрата.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Увлечёшься девушкой-вырастут хвосты, займёшься учебой-вырастут рога 9510 — | 7531 — или читать все.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно

источник

Микросомальное окисление – это последовательность реакций с участием оксигеназ и НАДФН, приводящих к внедрению атома кислорода в состав неполярной молекулы и появлению у нее гидрофильности и повышает ее реакционную способность..

Реакции микросомального окисления осуществляются несколькими ферментами, расположенными на мембранах эндоплазматического ретикулума (в случае in vitro они называются микросомальные мембраны). Ферменты организуют короткие цепи, которые заканчиваются цитохромом P₄₅₀.

Реакции микросомального окисления относятся к реакциям фазы 1 и предназначены для придания гидрофобной молекуле полярных свойств и/или для повышения ее гидрофильности, усиления реакционной способности молекул для участия в реакциях 2 фазы. В реакциях окисления происходит образование или высвобождение гидроксильных, карбоксильных, тиоловых и аминогрупп, которые и являются гидрофильными.

Ферменты микросомального окисления располагаются в гладком эндоплазматическом ретикулуме и являются оксидазами со смешанной функцией (монооксигеназами).

Основным белком микросомального окисления является гемопротеин – цитохром Р ₄₅₀. В природе существует до 150 изоформ этого белка, окисляющих около 3000 различных субстратов. Соотношение разных изоформ цитохрома Р 450 различается в силу генетических особенностей. Считается, что одни изоформы участвуют в биотрансформации ксенобиотиков, другие – метаболизируют эндогенные соединения (стероидные гормоны, простагландины, жирные кислоты и др.).

Цитохром Р 450 взаимодействует с молекулярным кислородом и включает один атом кислорода в молекулу субстрата, способствуя появлению (усилению) у нее гидрофильности, а другой – в молекулу воды. Основными его реакциями являются:

окислительное деалкилирование, сопровождающееся окислением алкильной группы (при атомах N, O или S) до альдегидной и ее отщеплением,
окисление (гидроксилирование) неполярных соединений с алифатическими или ароматическими кольцами,
окисление спиртов до соответствующих альдегидов.

Работа цитохрома Р₄₅₀ обеспечивается двумя ферментами:

НАДН‑цитохром b₅‑оксидоредуктаза, содержит ФАД,
НАДФН‑цитохром Р₄₅₀‑оксидоредуктаза, содержит ФМН и ФАД.

Обе оксидоредуктазы получают электроны от соответствующих восстановленных эквивалентов и передают их на цитохром Р₄₅₀. Этот белок, предварительно присоединив молекулу восстановленного субстрата, связывается с молекулой кислорода. Получив еще один электрон, цитохром P₄₅₀ осуществляет включение в состав гидрофобного субстрата первого атома кислорода (окисление субстрата). Одновременно происходит восстановление второго атома кислорода до воды.

Существенной особенностью микросомального окисления является способность к индукции или ингибированию, т.е. к изменению мощности процесса.

Индукторами являются вещества, активирующие синтез цитохрома Р₄₅₀ и транскрипцию соответствующих мРНК. Они бывают

1. Широкого спектра действия, которые обладают способностью стимулировать синтез цитохрома Р₄₅₀, НАДФН-цитохром Р₄₅₀-оксидоредуктазы и глюкуронилтрансферазы. Классическим представителем являются производные барбитуровой кислоты – барбитураты, также в эту группу входят диазепам, карбамазепин, рифампицин и др.

2. Узкого спектра действия, т.е. стимулируют одну из форм цитохрома Р₄₅₀ – ароматические полициклические углеводороды (метилхолантрен, спиронолактон), этанол.

Ингибиторы микросомального окисления связываются с белковой частью цитохрома или с железом гема. Они делятся на:

1. Обратимые

прямогодействия – угарный газ (СО), антиоксиданты,
непрямогодействия, т.е. влияют через промежуточные продукты своего метаболизма, которые образуют комплексы с цитохромом Р₄₅₀ – эритромицин.

2. Необратимые ингибиторы – аллопуринол, аминазин, прогестерон, оральные контрацептивы, тетурам, фторурацил,

Оценку микросомального окисления можно проводить следующими способами:

определение активности микросомальных ферментов после биопсии,
по фармакокинетике препаратов,
с помощью метаболических маркеров (антипириновая проба).

Обследуемый принимает утром натощак амидопирин из расчета 6 мг/кг веса. Собирается 4 порции мочи в интервале соответственно от 1 до 6 часов, 6-12, 12-24 и 45-48 часов. Объем мочи измеряется. Не позже, чем через 24 часа моча центрифугируется или фильтруется. Далее исследуется концентрация 4-аминоантипирина и его метаболита N-ацетил-4-аминоантипирина в моче.

источник

где SН – окисляемый субстрат; А∙Н₂ – донор водорода (аскорбиновая кислота или НАДФ∙Н₂).

Биологическая роль микросомального окисления:

Дата добавления: 2015-04-25 ; Просмотров: 1976 ; Нарушение авторских прав? ;

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

источник

Роль микросомального окисления в жизни организма сложно переоценить или не заметить. Инактивация ксенобиотиков (ядовитых веществ), распад и образование гормонов надпочечников, участие в обмене белков и сохранении генетической информации – это лишь малая известная толика проблем, которые решаются благодаря микросомальному окислению. Это автономный процесс в организме, который запускается после попадания триггерного вещества и заканчивающийся с его эллиминацией.

Микросомальное окисление – это каскад реакций, входящих в первую фазу преобразования ксенобиотиков. Суть процесса заключается в гидроксилировании веществ с использованием атомов кислорода и образованием воды. Благодаря этому меняется структура первоначального вещества, а его свойства могут как подавляться, так и усиливаться.

Микросомальное окисление позволяет перейти к реакции конъюгации. Это вторая фаза преобразования ксенобиотиков, в конце которой к уже существующей функциональной группе присоединятся молекулы, вырабатываемые внутри организма. Иногда образуются промежуточные вещества, вызывающие повреждение клеток печени, некроз и онкологическое перерождение тканей.

Реакции микросомального окисления происходят вне митохондрий, поэтому на них расходуется около десяти процентов всего кислорода, попадающего в организм. Основные ферменты в этом процессе – оксидазы. В их структуре присутствуют атомы металлов с переменной валентностью, такие как железо, молибден, медь и другие, а значит, они способны принимать электроны. В клетке оксидазы расположены в особых пузырьках (пероксисомах), которые находятся на внешних мембранах митохондрий и в ЭПР (зернистый эндоплазматический ретикулюм). Субстрат, попадая на пероксисомы, теряет молекулы водорода, которые присоединяются к молекуле воды и образуют перекись.

Существует всего пять оксидаз:

— моноаминооксигеназа (МАО) – помогает окислять адреналин и другие биогенные амины, образующиеся в надпочечниках;

— диаминооксигеназа (ДАО) – участвует в окислении гистамина (медиатор воспаления и аллергии), полиаминов и диаминов;

— оксидаза L-аминокислот (то есть левовращающихся молекул);

— оксидаза D-аминокислот (правовращающихся молекул);

— ксантиноксидаза – окислят аденин и гуанин (азотистые основания, входящие в молекулу ДНК).

Значение микросомального окисления по оксидазному типу состоит в устранении ксенобиотиков и инактивации биологически активных веществ. Образование перекиси, оказывающей бактерицидное действие и механическое очищение в месте повреждения, является побочным явлением, которое занимает важное место среди прочих эффектов.

Реакции оксигеназного типа в клетке также происходят на зернистом эндоплазматическом ретикулуме и на внещних оболочках митохондрий. Для этого необходимы специфические ферменты – оксигеназы, которые мобилизуют молекулу кислорода из субстрата и внедряют ее в окисляемое вещество. Если внедряется один атом кислорода, то фермент называется монооксигеназа или гидроксилаза. В случае внедрения двух атомов (то есть целой молекулы кислорода), фермент носит название диаксигеназа.

Реакции окисления оксигеназного типа входят в трехкомпонентный мультиферментный комплекс, который участвует в переносе электронов и протонов из субстрата с последующей активацией кислорода. Весь этот процесс происходит с участием цитохрома Р450, о котором более подробно еще будет рассказано.

Как уже упоминалось выше, монооксигеназы для окисления используют только один атом кислорода из двух, имеющихся в наличии. Второй они присоединяют к двум молекулам водорода и образуют воду. Одним из примеров такой реакции может служить образование коллагена. Донором кислорода в таком случае выступает витамин С. Пролингидроксилаза отбирает у него молекулу кислорода и отдает его пролину, который, в свою очередь, входит в молекулу проколлагена. Этот процесс придает прочности и эластичности соединительной ткани. Когда в организме дефицит витамина С, то развивается подагра. Она проявляется слабостью соединительной ткани, кровотечениями, гематомами, выпадением зубов, то есть качество коллагена в организме становится ниже.

Еще одним примером могут служить гидроксилазы, которые преобразуют молекулы холестерина. Это один из этапов образования стероидных гормонов, в том числе и половых.

Это гидролазы, необходимые для окисления чужеродных веществ, таких как ксенобиотики. Смысл реакций заключается в том, чтобы сделать такие вещества более податливыми для выведения, более растворимыми. Этот процесс называется детоксикацией, а происходит он по большей части в печени.

За счет включения целой молекулы кислорода в ксенобиотики производится разрыв цикла реакций и распад одного сложного вещества на несколько более простых и доступных для обменных процессов.

Кислород является потенциально опасным веществом, так как, по сути, окисление – это процесс горения. В виде молекулы О₂ или воды он стабилен и химически инертен, потому что его электрические уровни заполнены, и новые электроны не могут присоединиться. Но соединения, в которых у кислорода не у всех электронов есть пара, имеют высокую реакционную способность. Поэтому их называют активными.

Такие соединения кислорода:

В монооксидных реакциях образуется супероксид, который отделяется от цитохрома Р450.
В оксидазных реакциях идет образование пероксидного аниона (перекиси водорода).
Во время реоксигенации тканей, которые подверглись ишемии.

Самым сильным окислителем является гидроксильный радикал, он существует в свободном виде всего миллионную долю секунды, но за это время успевает пройти множество окислительных реакций. Его особенностью является то, что гидроксильный радикал воздействует на вещества только в том месте, в котором образовался, так как не может проникать через ткани.

Эти вещества активны не только в месте образования, но и на некотором удалении от них, так как могут проникать через мембраны клеток.

Гидроксильная группа вызывает окисление остатков аминокислот: гистидина, цистеина и триптофана. Это приводит к инактивации ферментных систем, а также нарушению работы транспортных белков. Кроме того, микросомальное окисление аминокислот приводит к разрушению структуры нуклеиновых азотистых оснований и, как следствие, страдает генетический аппарат клетки. Окисляются и жирные кислоты, входящие в состав билипидного слоя клеточных мембран. Это влияет на их проницаемость, работу мембранных электролитных насосов и на расположение рецепторов.

Ингибиторы микросомального окисления – это антиоксиданты. Они содержатся в продуктах питания и вырабатываются внутри организма. Самым известным антиоксидантом является витамин Е. Эти вещества могут сдерживать микросомальное окисление. Биохимия описывает взаимодействие между ними по принципу обратной связи. То есть чем больше оксидаз, тем сильнее они подавляются, и наоборот. Это помогает сохранять равновесие между системами и постоянство внутренней среды.

Микросомальная система окисления не имеет растворимых в цитоплазме компонентов, поэтому все ее ферменты собраны на поверхности эндоплазматического ретикулума. Эта система включает несколько белков, которые формируют электротранспортную цепь:

— НАДФ-Р450-редуктаза и цитохром Р450;

— НАД-цитохромВ5-редуктаза и цитохром В5;

Донором электронов в подавляющем числе случаев выступает НАДФ (никотинамидадениндинуклеотидфосфа́т). Он окисляется НАДФ-Р450-редуктазой, который содержит два кофермента (ФАД и ФМН), для принятия электронов. В конце цепи ФМН окисляется при помощи Р450.

Это фермент микросомального окисления, гем-содержащий белок. Связывает кислород и субстрат (как правило, это ксенобиотик). Название его связано с поглощением света с длинной волны в 450 нм. Биологи обнаружили его во всех живых организмах. На данный момент описано более одиннадцати тысяч белков, входящих в систему цитохром Р450. У бактерий это вещество растворено в цитоплазме, и считается, что такая форма является наиболее эволюционно древней, чем у человека. У нас цитохром Р450 – это пристеночный белок, зафиксированный на эндоплазматической мембране.

Ферменты данной группы участвуют в обмене стероидов, желчных и жирных кислот, фенолов, нейтрализации лекарственных веществ, ядов или наркотиков.

Процессы микросомального окисления обладают широкой субстратной специфичностью, а это, в свою очередь, позволяет обезвреживать разнообразные вещества. Одиннадцать тысяч белков цитохрома Р450 могут складываться более чем в сто пятьдесят изоформ этого фермента. Каждая из них имеет большое количество субстратов. Это дает возможность организму избавляться практически от всех вредных веществ, которые образуются внутри него или попадают извне. Вырабатываясь в печени, ферменты микросомального окисления могут действовать как на месте, так и на значительном удалении от этого органа.

Микросомальное окисление в печени регулируется на уровне информационной РНК, а точнее ее функции – транскрипции. Все варианты цитохрома Р450, например, записаны на молекуле ДНК, и для того чтобы он появился на ЭПР, необходимо «переписать» часть информации с ДНК на информационную РНК. Затем иРНК направляется на рибосомы, где образуются молекулы белка. Количество этих молекул регулируется извне и зависит от объема веществ, которые необходимо деактивировать, а также от наличия необходимых аминокислот.

На данный момент описано более двухсот пятидесяти химических соединений, которые активируют в организме микросомальное окисление. К ним относятся барбитураты, ароматические углеводы, спирты, кетоны и гормоны. Несмотря на такое кажущееся разнообразие, все эти вещества липофильны (растворимы в жирах), а значит восприимчивы к цитохрому Р450.

источник

где SН – окисляемый субстрат; А∙Н₂ – донор водорода (аскорбиновая кислота или НАДФ∙Н₂).

Биологическая роль микросомального окисления:

Дата добавления: 2015-04-16 ; просмотров: 1155 . Нарушение авторских прав

источник