Оксигеназный путь

Оксигеназы – это ферменты, катализирующие включение атома или молекулы кислорода в субстрат окисления. Служат для синтеза и деградации различных метаболитов. Оксигеназы представлены двумя типами ферментов.

Монооксигеназы (оксигеназы со смешанной функцией, гидроксилазы, микросомальное окисление) катализируют присоединение одного атома кислорода к молекуле субстрата. При этом возникает гидроксильная группа, повышается растворимость вещества и проявляются новые фармакологические свойства. Для работы монооксигеназной системы необходимы следующие основные компоненты: неполярный субстрат R-CH₃; кислород О=О; дополнительный субстрат НАДФН+Н⁺ – донор атомов водорода; цитохром Р-450.

Связанный с СО цитохром Р-450 имеет максимум поглощения при 450 нм (отсюда название – цит Р-450). Выполняет две функции: 1) связывание субстрата гидроксилирования; 2) на цит Р-450 происходит активация молекулярного кислорода.

Монооксигеназный путь окисления локализован в мембранах эндоплазматического ретикулума (после разрушения клеток эти мембраны замыкаются в микросферы – микросомы). Микросомальное окисление представляет короткую цепь, включающую НАДФ, ФАД, Fe₂S₂ - белки (адренодоксин), цитохромы Р-450, b₅. В общем виде микросомальное окисление неполярных ксенобиотиков (лекарств) осуществляется с помощью гидроксилазного цикла.

Процесс микросомального гидроксилирования в общем виде можно представить следующим уравнением:

RСH₃+НАДФН+Н⁺ + О₂ ® RСН₂ОН + НАДФ⁺ + Н₂О,

где RСH₃ — окисляемый субстрат.

Следует отметить, что окисление органических соединений в микросомальных монооксигеназных реакциях, в отличие от реак­ций митохондриального окисления, как правило, не решает ни­каких энергетических задач, а выполняет защитную (детоксикационную) и пластическую функции. Окисленные продукты могут быть использованы в качестве пластического материала или сразу же удаляются из организма.

Весь каталитический процесс микросомального окисления может быть разбит на 6 основных стадий.

1. Вещество, подвергающееся биотрансформации (RСH₃) на этой стадии взаимодействует с окисленной формой цитохрома Р-450 (Fе³⁺) с образованием фермент-субстратного комплекса RСH₃ - Р-450 (Fe³⁺).

2. НАДФН+Н⁺ передает 2 атома водорода на ФАД. ФАД восстанавливается в ФАДН₂.

3. С помощью FeS белков происходит разделение потоков протонов и электронов. 1-й электрон связывается с комплексом RСH₃ – P-450 (Fe³⁺) и переводит его в RСH₃ – Р-450 (Fe²⁺).

4. Восстановленный фермент-субстратный комплекс взаимодействует с молекулярным кислородом с образованием тройного оксигенированного фермент-субстратного комплекса RСH₃-Р-450 (Fe²⁺) - О₂.

5. Происходит восстановле­ние кислорода за счет второго электрона и превращение его в свободный радикал. RСH₃-Р-450 (Fe²⁺) - О₂·¯.

6. Стадия характеризуется внутримолекулярными превращениями восстановленного тройного комплекса и его распадом с высвобож­дением воды и гидроксилированного субстрата (RСН₂OH). При этом цитохром Р-450 переходит в исходную форму, готовую к взаимо­действию со следующей молекулой субстрата.

В митохондриях содержится монооксигеназная система, локализованная на внутренней стороне внутренней мембраны митохондрий, которая выполняет биосинтетическую функцию, т.е. введение ОН-групп при биосинтезе стероидных гормонов (кора надпочечников, семенники, яичники, плацента); холестерина, при образовании кальцитриола (витамин Д₃) из 25-гидроксихолекальциферола в почках и при синтезе желчных кислот в печени.