ПЕРВАЯ ФАЗА МЕТАБОЛИЗМА - МОДИФИКАЦИЯ КС

Главная роль в этом процессе принадлежит микросомам. В мембранах эндоплазматического ретикулума локализована система монооксигеназного окисления, обладающая смешанными функциями и низкой специфичностью. Эта система была впервые обнаружена в 1950 г. в клетках печени, где она наиболее интенсивно развита, а ее основной компонент — цитохром Р-450 (сокращенно цит. Р-450), названный так за характерный спектр поглощения восстановленного комплекса с оксидом углерода в области 450 нм, был выделен и изучен в середине 70-х гг. XX в.

В микросомной системе окисления проходит метаболизм различных гидрофобных ядов, лекарств, канцерогенных веществ, стероидных гормонов, липидов. Полиспецифичность микросомного окисления объясняется свойствами основного компонента монооксигеназной системы цит. Р-450, функционирующего в виде различных изоформ. Изоформы цит. Р-450 - гемопротеины. Они имеют общее строение активного центра, содержащего железо.

Окисление гидрофобных субстратов в микросомах идет по трем основным путям:

• включение атома кислорода в связь между атомом водорода и каким-либо другим атомом молекулы-субстрата (гидроксилирование);

• добавление дополнительного атома кислорода в π-связь (эпоксидирование);

• присоединение атома кислорода к молекуле (окисление).

Гидроксилирование:

Как видно из рисунка на начальном этапе ксенобиотик (S) вступает во взаимодействие с окисленной формой цитохромаР-450. Затем к этому комплексу с помощью НАДФН-зависимой цитохром Р-450 редуктазы присоединяется электрон, донором которого является восстановленный НАДФН. После этого комплекс взаимодействует с кислородом. После взаимодействия со вторым электроном (донор - НАДФН) происходит активация связанного с цитохромом кислорода, который приобретает способность связывать протоны и образовывать воду. Образовавшаяся при этом форма цитохромаР-450 гидроксилирует субстрат.

За счет этих реакций осуществляются гидроксилирование алифатических и ароматических соединений, окисление первичных и вторичных аминов, образование сульфоксидов и N-оксидов.

Наиболее типичная ферментативная активность микросомной системы — окисление липофильных субстратов, осуществляемое с помощью активации молекулярного кислорода (монооксигеназные реакции):

R-H + НАДФН + 2Н⁺+ 0₂ -> R-OH + НАДФ⁺ + Н20.

Указанные реакции превращают, например, фенол в менее опасный пирокатехин:

С6Н5ОН + НАДФН + Н+ + О2 —► — С6Н4(ОН)2 + НАДФ+ + Н₂О

Многие алифитические и алициклические соединения, содержащие в молекуле непредельные связи метаболизируют с образованием чрезвычайно стабильных эпоксидов (превращение алдрина в диалдрин). Это же превращение лежит в основе образования канцерогенных продуктов метаболизма афлатоксинов.

Окисление:

Превращению могут подвергаться такие вещества, как анилин и его производные, ацетаминофлюорен и др. В результате окисления атома азота могут образовываться гидроксиламины, оксимы и N-оксиды:

К настоящему времени из тканей животных различных видов, простейших и растений выделено более 80 различных изоформ цит. Р-450. Показано, что цит. Р-450 кодируется семейством «супергенов», которое составляет по крайней мере 50 генов, организованных в несколько (не менее 9) мультигенных семейств. Номенклатура генов осуществляется следующим образом:

• общее название гена — CYP;

• имя - арабские или римские цифры от 1 до 28;

• подимя — латинские буквы (А — Z);

• индивидуальный номер — арабские цифры.

Гены CYPI несут информацию о ферментах, участвующих в обезвреживании ароматических углеводородов.

Гены CYP1A2 в организме активируются в ответ на курение и риск заболевания раком толстого кишечника. CYPII участвуют в метаболизме некоторых лекарственных соединений, CYPIII — в метаболизме стероидов.

Вся группа ферментов в эволюционном плане является очень старой: ей около 3 млрд. лет.

В настоящее время изоформы цит. Р-450 обнаружены кроме печени в таких тканях, как почки, легкие, селезенка, кожа, форменные элементы крови (кроме безъядерных эритроцитов).

Изоформы цит. Р-450 способны метаболизировать не только существующие в природе гидрофобные ксенобиотики (такие, как, например, бенз[а]пирен и его производные), но и практически все липофильные искусственно синтезированные соединения: лекарства, пестициды и гербициды, полихлорированные бифенилы и т.п. Эта полиспецифичность позволила высказать предположение, что изоформы цит. Р-450 могут синтезироваться после проникновения в организм новых низкомолекулярных соединений подобно тому, как синтезируются специфические антитела в ответ на попадание в организм антигенов.

В упрощенном виде последовательность реакций в ответ на попадание токсичного соединения можно представить следующим образом (рис.). В цитоплазме ксенобиотик присоединяется к белковому комплексу, обладающему полиспецифичностью и обозначаемому как Ah-рецептор. Он состоит из собственно рецептора AHR, белков теплового шока HSP и белка AIP. Группа сопутствующих протеинов предназначена для правильного ориентирования и стабилизации рецептора. Связывание сопровождается отщеплением HSP- и AIP-рецептора. Облегченный комплекс транспортируется в ядро, где формирует комплекс с белком ARNT. Сформированный комплекс присоединяется к CYP-гену ДНК и активирует транскрипцию мРНК, кодирующую аминокислотную последовательность цит. Р-450, который и запускает процесс модификации ксенобиотика.

Важными достоинствами микросомной системы цит. Р-450 являются локализация и высокая мощность на главных путях поступления ксенобиотиков в организм — пищевом (печень и желудочно-кишечный тракт) и дыхательном (легкие) — и многообразие путей метаболизма: гидроксилирование (бензол, фенол, полициклические ароматические углеводороды — ПАУ, барбитураты), окисление по сере (аминазин) и азоту (аминазин, никотин), восстановление нитро- (нитробензол, левомицетин) и азогрупп (сульфасала-зин), деалкилирование по азоту (морфин, амидопирин), кислороду (кофеин, колхицин) и сере (6-метилтиопурин) и т.д.

Однако этой системе присущи и серьезные ограничения и даже недостатки:

1) слабость или отсутствие во многих жизненно важных органах (сердце, головной мозг),

2) меньшая защита организма при других путях проникновения (слизистые, раны, инъекции),

3) токсификация некоторых веществ. Так, система цитохрома Р-450 превращает хлороформ, хорошее средство для общего наркоза, в боевое отравляющее вещество фосген (CHCl₃ —> Cl₂C=O), что объясняет высокую токсичность хлороформа. Популярное обезболивающее и жаропонижающее лекарство парацетамол превращается в метаболит, в больших дозах повреждающий печень и почки, — нужна осторожность в применении при заболеваниях этих органов. ПАУ бенз(а)пирен превращается в канцерогенный (вызывающий рак) метаболит дигидроксиэпоксид, следовательно, бенз(а)пирен только проканцероген, а истинным канцерогеном он становится после токсификации системой цитохрома Р-450.

Существуют и внемикросомальные реакции метаболизма ксенобиотиков: метаболизм этанола гиалоплазматическими алкоголь- и затем альдегиддегидрогеназами (СН₃СН₂ОН —► СН₃СНО —► СН₃СООН); окисление оксидазами пуринов (ксантиноксидаза) и аминов (моно- и диаминоксидазы); гидролиз пептидазами белков и пептидов, эстеразами сложных эфиров (липиды, аспирин, лидокаин, дитилин), гликозидазами углеводов и сердечных гликозидов. При гидролизе освобождаются ранее ковалентно связанные группы СООН, NH₂ и ОН. Эти ферменты чаще локализованы в гиалоплазме и лизосомах, а моноаминоксидазы — в митохондриях.

Поиск по сайту: