Mikrosomaalne oksüdatsioon: reaktsioonide komplekt

Mikrosomaalset oksüdatsiooni rolli keha elus on raske üle hinnata või mitte märgata. Ksenobiootikumide (mürgiste ainete) inaktiveerimine, neerupealiste hormoonide lagunemine ja moodustumine, osalemine valkude vahetuses ja geneetilise teabe säilitamine on vaid väike teadaolev probleemide arv, mis on lahendatud mikrosomaalse oksüdatsiooni tõttu. See on iseseisev protsess kehas, mis käivitub pärast vallandatava aine kokkulangevust ja lõpeb selle ellimineerimisega.

Määratlus

Mikrosomaalne oksüdatsioon on reaktsioonide kaskaad, mis sisenevad ksenobiootilise muundamise esimeses faasis. Protsessi sisuks on hapnikuaatomeid kasutava aine hüdroksüülimine ja vee moodustumine. See muudab esialgse aine struktuuri ja selle omadusi saab mõlemad alla suruda ja tugevdada.

Mikrosomaalne oksüdatsioon võimaldab meil jätkata konjugatsioonireaktsiooni. See on ksenobiootikumide teisendamise faas, mille lõpus liidetakse juba olemasoleva funktsionaalse rühma molekulid, mis organismis toodetakse. Mõnikord moodustuvad vaheühendid, mis põhjustavad maksarakkude kahjustusi, nekroosi ja vähirakkude degeneratsiooni.

Oksüdatsiooni tüüpi oksüdatsioon

Mikrosomaalse oksüdatsiooni reaktsioonid toimuvad väljaspool mitokondreid, nii et nad tarbivad umbes kümmet protsenti kogu hapnikku, mis siseneb kehasse. Selle protsessi peamised ensüümid on oksüdaasid. Nende struktuuris on muutuva valentsusega metallide aatomeid, nagu rauda, molübdeen, vask ja teised, ning seetõttu saavad nad elektronid vastu võtta. Rakus asuvad oksüdaasid spetsiaalsetes vesiikulites (peroksisoomid), mis asuvad mitokondrite välismembraanidel ja EPR-is (granulaarne endoplasmaatiline retikulum). Peroksisoomide saamiseks substraat kaotab vesinikmolekulid, mis liidavad vee molekuliga ja moodustavad peroksiidi.

On ainult viis oksüdaasi:

- monoaminooksügenaas (MAO) - aitab redutseeruda adrenaliini ja teiste neerupealiste moodustunud biogeensete amiinide oksüdeerimisel;

- diaminooksügenaas (DAO) - osaleb histamiini (põletiku ja allergia vahendaja), polüamiinide ja diamiinide oksüdeerimisel;

- L-aminohappe oksüdaas (st levorotoormolekulid);

- D-aminohapete oksüdaas (eksponeerivad molekulid);

- ksantiinoksüdaas - oksüdeerib adeniini ja guaniini (lämmastikalused sisenevad DNA molekuli).

Mikrosomaalse oksüdatsiooni olulisus oksüdaasi tüübi poolt on ksenobiootikumide kõrvaldamine ja bioloogiliselt aktiivsete ainete inaktiveerimine . Peroksiidi moodustumine, millel on bakteritsiidne toime ja mehhaaniline puhastamine kahjustuse kohas, on kõrvalmõju, mis on teiste mõjude hulgas tähtis koht.

Oksüdegaasi oksüdatsioon

Rakus olevad oksügenaasi tüüpi reaktsioonid ilmnevad ka granuleeritud endoplasmaatilisel retikulul ja mitokondrite välisil ümbrikus. Selleks on vaja spetsiifilisi ensüüme - oksügenaasi, mis mobiliseerivad substraadist hapniku molekuli ja lisavad selle oksüdeeritavasse ainesse. Kui sisestatakse üks hapnikuaatom, nimetatakse ensüümi monooksügenaasi või hüdroksülaasi. Kahe aatomi (st kogu hapniku molekuli) sisseviimise korral nimetatakse seda ensüümi deksigeeniks.

Oksügenaasi oksüdatsioonireaktsioonid on osa kolmekomponendilisest multiensüümide kompleksist, mis osaleb substraadist elektronide ja prootonide ülekandmisel, millele järgneb hapniku aktiveerimine. Kogu protsess toimub koos tsütokroom P450 osalemisega, mida kirjeldatakse üksikasjalikumalt.

Oxygenase tüüpi reaktsioonide näited

Nagu eespool mainitud, kasutatakse oksüdeerumiseks mõeldud monooksügenaasi ainult kahte olemasolevat hapnikuaatomit. Teine neist seotakse kahe vesiniku molekuliga ja moodustub vesi. Sellise reaktsiooni üks näide on kollageeni moodustumine. Hapniku doonor on antud juhul C-vitamiin. Proliini hüdroksülaas võtab temalt hapniku molekuli ja annab selle proleenile, mis omakorda siseneb prokollageeni molekuliks. See protsess annab sidekoe tugevuse ja elastsuse. Kui organismil puudub C-vitamiin, tekib podagra. See ilmneb sidekoe nõrkusest, verejooksust, verevalumitest, hammaste kaotusest, see tähendab, et kollageeni kvaliteet kehas muutub madalamaks.

Veel üks näide on hüdroksülaas, mis muudab kolesterooli molekulid. See on steroidhormoonide, sh sugu moodustumise üks etappidest.

Madala spetsiifilise hüdroksülaasid

Need on hüdrolaasid, mis on vajalikud võõrkehade oksüdeerimiseks, näiteks ksenobiootikumid. Reaktsioonide tähendus on muuta sellised ained eritumiseks rohkem elastseks, enam lahustuvad. Seda protsessi nimetatakse detoksifitseerimiseks ja see toimub enamasti maksas.

Tänu sellele, et ksenobiootikumide kogu hapniku molekul kaasatakse, on retseptsioonide tsükkel lagunenud ja ühe keeruka aine lagunemine mitmeks lihtsamaks ja ligipääsetavamaks ainevahetusprotsesside jaoks.

Aktiivsed hapniku vormid

Hapnik on potentsiaalselt ohtlik aine, kuna oksüdatsioon on tõepoolest põlemisprotsess. O ₂ või vee molekuli kujul on see stabiilne ja keemiliselt inertse, sest selle elektri tasemed on täidetud ja uued elektronid ei saa ühineda. Kuid ühendid, milles hapnik ei sisalda kõiki elektroni aurusid, on kõrge reaktsioonivõimega. Seetõttu kutsutakse neid aktiivseks.

Sellised hapnikuühendid:

1. Monooksiidi reaktsioonides moodustub superoksiid, mis eraldatakse tsütokroom P450-st.
2. Oksüdaasi reaktsioonid tekitavad peroksiidaniooni (vesinikperoksiidi) moodustumise.
3. Isheemia all kannatavate kudede reoksügeneerimise ajal.

Tugev oksüdeerija on hüdroksüülradikaal, see on vabas asendis ainult ühe miljoni sekundiga, kuid selle aja jooksul võib kulgeda palju oksüdatiivseid reaktsioone. Selle eripära seisneb selles, et hüdroksüülradikaal mõjutab aineid ainult selles kohas, kus see moodustati, kuna see ei saa kudede kaudu tungida.

Superoksidaniin ja vesinikperoksiid

Need ained on aktiivsed mitte ainult moodustumiskohas, vaid ka mõnel neist kaugel, sest nad võivad tungida läbi rakumembraanide.

Hüdroksüülrühm põhjustab aminohappejääkide oksüdeerumise: histidiini, tsüsteiini ja trüptofaani. See viib ensüümsüsteemide inaktiveerimise, samuti transpordivalkude katkemise. Lisaks põhjustab aminohapete mikrosomaalne oksüdatsioon nukleiinsete lämmastikaluste struktuuri hävitamist ja selle tulemusena kannatab raku geneetiline aparaat. Oksüdeeritud ja rasvhapped, mis moodustavad osa rakumembraanide kahesuunalisest kihist. See mõjutab nende läbilaskvust, membraanide elektrolüütide pumpade toimimist ja retseptorite asukohta.

Mikrosomaalse oksüdatsiooni inhibiitorid on antioksüdandid. Need on toidus ja toodetakse keha sees. Kõige kuulsam antioksüdant on E-vitamiin. Need ained võivad inhibeerida mikrosomaalse oksüdatsiooni. Biokeemia kirjeldab nende vastastikust mõju tagasiside põhimõttele. See tähendab, et mida rohkem oksüdeerub, seda tugevam on nad allasurutud ja vastupidi. See aitab säilitada süsteemidevahelist tasakaalu ja sisemise keskkonna püsivust.

Elektriline transpordiahel

Mikrosomaalses oksüdatsioonisüsteemis ei ole tsütoplasmilistes komponentides lahustuv, seetõttu kogutakse endoplasmaatilise retikulaari pinnale kõik selle ensüümid. See süsteem sisaldab mitmeid valke, mis moodustavad elektrotranspordi ahela:

- NADP-P450-reduktaas ja tsütokroom P450;

- NAD-tsütokroom B5-reduktaas ja tsütokroom B5;

- steatorl-CoA desaturaas.

Elektronide doonor on valdav arv juhtudel NADP (nikotiinamiidadeniindinukleotiidfosfaat). See oksüdeerub NADP-P450 reduktaasiga, mis sisaldab elektronide vastuvõtmiseks kahte kaasensüümi (FAD ja FMN). Ahela lõpus oksüdeeritakse PMN P450 abil.

Tsütokroom P450

See on mikrosomaalse oksüdatsiooni ensüüm , heme sisaldav valk. Seo hapnik ja substraat (tavaliselt ksenobiootiline). Selle nimi on seotud valguse neeldumisega lainepikkusega 450 nm. Bioloogid on seda leidnud kõigis elusorganismides. Praegu on tsütokroom P450 süsteemis rohkem kui üksteist tuhat tuhat valku. Bakterites lahustatakse see aine tsütoplasmas ja arvatakse, et see vorm on kõige enam evolutsiooniliselt iidne kui inimene. Meie riigis on tsütokroom P450 parietaalvalk, mis on kinnitatud endoplasmilisele membraanile.

Selle rühma ensüümid on seotud steroidide, sapi ja rasvhapete, fenoolide, ravimite neutraliseerimise, mürgiste või ravimite vahetamisega.

Mikrosomaalse oksüdatsiooni omadused

Mikrosomaalse oksüdatsiooni protsessidel on lai substraadi spetsiifilisus, mis omakorda võimaldab neutraliseerida erinevaid aineid. Üksteist tuhat tsütokroom P450 valku võib kokku panna enam kui sada viiskümmend selle ensüümi isovormi. Igal neist on suur hulk substraate. See võimaldab organismil vabaneda praktiliselt kõikidest kahjulikest ainetest, mis selle sees moodustavad või tulevad väljastpoolt. Maksa väljatöötamisel võivad mikrosomaalsed oksüdeerivad ensüümid toimida nii kohalikul kui ka olulisel kaugusel sellest elundist.

Mikrosomaalse oksüdatsiooni aktiivsuse reguleerimine

Maksa mikroosomaalne oksüdatsioon on reguleeritud informatsiooni RNA tasemel või pigem selle funktsiooni transkriptsioonina. Näiteks, kõik tsütokroom P450 variandid registreeritakse DNA molekulil ja selleks, et see EPR-is ilmneda, on vaja osa DNA-lt info-RNA-lt ümber kirjutada. Seejärel suunatakse mRNA ribosoomidesse, kus valku moodustavad molekulid. Nende molekulide arv on reguleeritud väljastpoolt ja sõltub deaktiveeritavate ainete mahust ning asendamatute aminohapete olemasolust.

Praegu on kirjeldatud rohkem kui kakssada viiskümmend keemilist ühendit, mis aktiveerivad mikroosomaalse oksüdatsiooni organismis. Nende hulka kuuluvad barbituraadid, aromaatsed süsivesikud, alkoholid, ketoonid ja hormoonid. Vaatamata sellisele ilmsele mitmekesisusele on kõik need ained lipofiilsed (rasvlahustuvad) ja seetõttu vastuvõtlikud tsütokroomile P450.