Ксенобиотики Микросомальное окисление Автор – доцент Е.А. Рыскина

Ксенобиотики (чужеродные вещества) – вещества, поступающие из окружающей среды и не используемые в организме 1. Продукты хозяйственной деятельности человека (промышленность, сельское хозяйство и др.) 2. Вещества бытовой химии (моющие средства, пестициды, парфюмерия и др.) 3. Вулканы и природные выбросы 4. Большинство лекарств

Детоксикация или обезвреживание ксенобиотиков. Гидрофильные ксенобиотики выводятся с мочой в неизменном виде. Гидрофобные ксенобиотики могут задерживаться в тканях и застревать в мембранах клеток. Для удаления ненужных для организма веществ в процессе эволюции выработались механизмы их детоксикации.

Механизмы обезвреживание ксенобиотиков. Обезвреживание большинства ксенобиотиков происходит путем химической модификации. В результате этих реакций ксенобиотики становятся более гидрофильными и выделяются с мочой. Вещества с М. массой >300 кД выводятся с желчью в кишечник и затем удаляются с фекалиями. RH – ксенобиотик, ОК – гидроксилированный ксенобиотик с коньюгатом

Система обезвреживания состоит из 2 фаз: Химическая модификация ксенобиотика включает: 1 фаза - Повышение растворимости ксенобиотика. Можно ввести ОН – группу. Это осуществляется на цитохроме Р-450 и называется микросомальное окисление. Большинство ксенобиотиков обезвреживаются таким образом. 2 фаза - Образование коньюгатов. Коньюгаты образуются с глюкуроновой кислотой, глицином, глутатионом. Далее они выводятся из клетки и организма.

Система обезвреживания включает множество микросомальных ферментов, под действием которых практически любой ксенобиотик может быть модифицирован. Микросомальные ферменты катализируют реакции (R – ксенобиотик): Гидроксилирование RH ROH Окислительное дезаминирование RNH2 R=O + NH3 Дезалкилирование по азоту, кислороду, сере: RNHCH3 RNH2 + H2C=O ROCH3 ROH + H2CO RSCH3 RSH + H2CO Окисление по атому серы (сульфоокисление) и др.

Микросомальное окисление Микросомальное окисление - совокупность реакций первой фазы биотрансформации ксенобиотиков и эндогенных соединений, катализирующихся ферментными системами мембран эндоплазматического ретикулума гепатоцитов при участии цитохрома Р-450. При центрифугировании эндоплазматический ретикулум оказывается в микросомальной фракции, поэтому эти реакции получили название микросомальных, а соответствующие ферменты - микросомальных оксигеназ.

Семейство цитохромов Р-450 Цитохром Р450-зависимые монооксигеназы катализируют расщепление различных веществ с участием донора электрона НАДФН и молекулярного кислорода. Ферменты семейства Р450 могут также катализировать реакции гидроксилирования алифатических соединений, N-окисление, окислительное дезаминирование, реакции восстановления нитросоединений. Семейство цитохромов – Р – 450 включает более 100 изоформ. Цитохром Р-450 содержит в качестве кофермента железосодержащий гем, имеет участки связывания с кислородом и ксенобиотиком.

Микросомальная система окисления состоит из 2 электронтранспортных цепей (внемитохондриальные ЦПЭ) Первая состоит из 2 ферментов: NADPH Р редуктаза (коферменты ФАД и ФМН) и цитохрома Р-450 (кофермент - железосодержащий гем) Вторая включает: NADH –цитохром b5 редуктазу, цитохром b5 и стеароил-КоА –десатуразу.

Функционирование первой ЦПЭ Мультиферментный комплекс формирует цепь переноса электронов и протонов, в конце ее происходит активация кислорода. Активированный кислород присоединяется к активному центру цитохрома Р450, и на него переносятся электроны, а затем этот кислород включается в молекулу субстрата (ксенобиотика).

Функционирование второй ЦПЭ 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 (ē) для цитохрома Р450 или для стеароил-КоА-десатуразы, которая катализирует образование двойных связей в жирных кислотах, перенося электроны на кислород с образованием воды.

Реакции гидроксилирования на цитохроме Р450 Суть реакций заключается в гидроксилировании вещества типа R-H с использованием одного атома молекулы кислорода О 2, второй атом соединяется с протонами водорода H+ с образованием воды. Донором протонов водорода является восстановленный NADPH(H+). Таким образом, меняется структура исходного вещества. Уравнение реакции: RH + O2 + NADPH(H+) ROH + H2O + NADP+

2 Фаза обезвреживания ксенобиотиков – реакции коньюгации Гидроксилирование позволяет перейти процессу обезвреживания ко второй фазе реакциям конъюгации, в ходе которых к созданной функциональной группе будут присоединяться другие молекулы эндогенного происхождения – глюкуроновой кислотой, глицином, глутатионом, серной кислотой. Образованный коньюгат удаляется из организма.

Все ферменты, функционирующие во второй фазе обезвреживания ксенобиотиков, относят к классу трансфераз. Они характеризуются широкой субстратной специфичностью. Фермент Метаболит, используемый для конъюгации Активная форма метаболитов Глутатионтрансфераза Глутатион (GSH) УДФ-глюкуронилтрансфераза ГлюкуронатУДФ-глюкуронат Сульфотрансфераза СульфатФАФС - 3'- фосфоаденозин-5'- фосфосульфата Ацетилтрансфераза АцетатАцетил КоА Метилтрансфераза МетилSAM

Свойства системы микросомального окисления - широкая субстратная специфичность, которая позволяет обезвреживать самые разнообразные по строению вещества и ксенобиотики.