Регуляция активности микросомальной системы окисления
Таблица 12-1. Возможные модификации ксенобиотиков в первой фазе обезвреживания
В метаболизме ксенобиотиков могут принимать участие ферменты почек, лёгких, кожи и ЖКТ, но наиболее активны они в печени. К группе микросомальных ферментов относят специфические оксидазы, различные гидролазы и ферменты конъюгации. Вторая фаза - реакции конъюгации, в результате которых чужеродное вещество, модифицированное ферментными сисгемами ЭР, связывается с эндогенными субстратами - глюкуроновой кислотой, серной кислотой, глицином, глутатионом. Образовавшийся конъюгат удаляется из организма. А. Микросомальное окисление 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 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 Fe3+ 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 О2-. Донором электронов служит NADPH, который окисляется NADPH-цитохром Р450 редуктазой. О2- взаимодействует с протонами: О2- + 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 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-Fe2+·RH к молекуле кислорода (3). Появление в центре связывания цитохрома Р450 молекулы О2 ускоряет присоединение второго электрона и образование комплекса P450-Fe2+O2--RH (4). На следующем этапе (5) Fe2+ окисляется, второй электрон присоединяется к молекуле кислорода P450-Fe3+O22-. Восстановленный атом кислорода (О2-) 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. Регуляция активности микросомальной системы окисления Регуляция активности микросомальной системы осуществляется на уровне транскрипции или посттранскрипционных изменений. Индукция синтеза позволяет увеличить количество ферментов в ответ на поступление или образование в организме веществ, выведение которых невозможно без участия системы микросомального окисления. В настоящее время описано более 250 химических соединений, вызывающих индукцию микросомальных ферментов. К числу этих индукторов относят барбитураты, полициклические ароматические углеводороды, спирты, кетоны и некоторые стероиды. Несмотря на разнообразие химического строения, все индукторы имеют ряд общих признаков; их относят к числу липофильных соединений, и они служат субстратами для цитохрома Р450. Б. Конъюгация - вторая фаза обезвреживание веществ Вторая фаза обезвреживания веществ - реакции конъюгации, в ходе которых происходит присоединение к функциональным группам, образующимся на первом этапе, других молекул или групп эндогенного происхождения, увеличивающих гидрофильность и умеНbшающих токсичность ксенобиотиков (табл. 12-2).
|
