Mikrosomna oksidacija: niz reakcij

Vloga mikrosomalne oksidacije v življenju telesa je težko preceniti ali ne da bi opazil.

Opredelitev

Mikrosomna oksidacija je kaskada reakcij, ki vstopajo v prvo fazo transformacije ksenobiotikov. Bistvo postopka je hidroksilacija snovi, ki uporabljajo atome kisika in tvorbo vode. S tem se spremeni struktura prvotne snovi, njegove lastnosti pa se lahko zavrejo in okrepijo.

Mikrosomna oksidacija nam omogoča, da nadaljujemo v reakcijo konjugacije. To je druga faza preoblikovanja ksenobiotikov, na koncu se bodo molekule, ki se proizvajajo znotraj organizma, pridružile že obstoječi funkcionalni skupini. Včasih nastanejo vmesne snovi, ki povzročajo poškodbe jetrnih celic, nekroze in degeneracije tumorskih tumorjev.

Oksidacija oksidacije

Reakcije mikrosomalne oksidacije potekajo zunaj mitohondrije, zato porabijo približno deset odstotkov vsega kisika, ki vstopa v telo. Glavni encimi v tem procesu so oksidaze. V njihovi strukturi so kovinski atomi s spremenljivo valenco, kot so železo, molibden, baker in drugi, kar pomeni, da lahko sprejemajo elektrone. V celici se oksidaze nahajajo v posebnih vezikih (peroksisomi), ki se nahajajo na zunanjih membranah mitohondrije in v EPR (granularni endoplazemski retikulum). Podlaga, pridobivanje peroksisomov, izgubi molekule vodika, ki se pridružijo molekula vode in tvorijo peroksid.

Obstaja samo pet oksidaz:

- monoaminooksigenaza (MAO) - pomaga oksidirati adrenalin in druge biogene amine, nastale v nadledvičnih žlezah;

- diaminooksigenaza (DAO) - sodeluje pri oksidaciji histamina (mediatorja vnetja in alergije), poliaminov in diaminov;

- oksidaza L-aminokislin (t.j., levorotatorske molekule);

- oksidaza D-aminokislin (dextrorotatorskih molekul);

- ksantin oksidaza - oksidira adenin in gvanin (dušikove baze, ki vstopajo v molekulo DNA).

Pomembnost mikrosomalne oksidacije z oksidaznim tipom je pri eliminaciji ksenobiotikov in inaktivacije biološko aktivne snovi. Tvorba peroksida, ki ima baktericidno delovanje in mehansko čiščenje na mestu poškodbe, je stranski učinek, ki zavzema pomembno mesto med drugimi učinki.

Oksidacija oksigenaze

Reakcije v kisikovem tipa v celici se pojavljajo tudi na granularnem endoplazemskem retikulumu in v zunanjih ovojnicah mitohondrije. To zahteva specifične encime - oksigenaze, ki mobilizirajo molekulo kisika iz substrata in jo vključijo v oksidirajočo snov. Če je uveden atom kisika, se encim imenuje monoksigenaza ali hidroksilaza. V primeru uvedbe dveh atomov (to je celotne molekule kisika) se encim imenuje diaksigenaza.

Reakcije oksidacije oksigenaze so del tristopenjskega kompleksa več encimov, ki sodeluje pri prenosu elektronov in protonov iz substrata, ki mu sledi aktivacija kisika. Ta celoten proces se zgodi s sodelovanjem citokroma P450, ki bo podrobneje opisan.

Primeri reakcij tipa oksigenaze

Kot smo že omenili, monoksigenaze za oksidacijo uporabljajo le en kisikov atom dveh razpoložljivih. Drugi se pritrdijo na dve molekuli vodika in tvorita vodo. Primer takšne reakcije je tvorba kolagena. Donator kisika v tem primeru je vitamin C. Proline hidroksilaza odvzame molekulo kisika in ji doda prolin, ki nato vstopi v molekulo procollagena. Ta proces daje moč in elastičnost veznega tkiva. Ko telo nima vitamina C, se razvije protin. To se kaže s šibkostjo vezivnega tkiva, krvavitve, podplutb, izgube zob, to pomeni, da je kakovost kolagena v telesu nižja.

Drug primer je hidroksilaza, ki pretvori molekule holesterola. To je ena od faz oblikovanja steroidnih hormonov, vključno s spolom.

Nizko specifične hidroksilaze

To so hidrolaze, potrebne za oksidacijo tujih snovi, kot so ksenobiotiki. Pomen reakcij je, da so takšne snovi bolj pliable za izločanje, bolj topne. Ta proces se imenuje razstrupljanje, in to se večinoma zgodi v jetrih.

Zaradi vključitve celotne molekule kisika v ksenobiotike je cikel reakcij porušen in razgradnja ene kompleksne snovi v več enostavnejših in bolj dostopnih metabolnih procesih.

Aktivne oblike kisika

Kisik je potencialno nevarna snov, saj je v resnici oksidacija proces zgorevanja. V obliki molekule O₂ ali voda je stabilna in kemično inertna, ker so njene električne ravni napolnjene in se novi elektrini ne morejo pridružiti. Toda spojine, v katerih kisik nima vseh elektronov, imajo parno reakcijo. Zato se imenujejo aktivni.

Takšne kisikove spojine:

1. Pri monoksidnih reakcijah se tvori superoksid, ki je ločen od citokroma P450.
2. Reakcije z oksidazo povzročajo tvorbo peroksidnega aniona (vodikovega peroksida).
3. Med reoksigenacijo tkiv, ki so je podvržene ishemiji.

Najmočnejši oksidant je hidroksilni radikal, obstaja v prosti obliki le milijoninec sekunde, vendar lahko v tem času prehajajo številne oksidativne reakcije. Njena posebnost je, da hidroksilni radik vpliva na snovi samo v kraju, kjer je nastal, ker ne more prodreti skozi tkiva.

Superoxidanion in vodikov peroksid

Te snovi so aktivne ne le na mestu nastajanja, ampak tudi na njihovi oddaljenosti, saj lahko prodrejo skozi celične membrane.

Hidroksilna skupina inducira oksidacijo aminokislinskih ostankov: histidin, cistein in triptofan. To vodi do inaktivacije encimskih sistemov in motenj transportnih proteinov. Poleg tega mikrosomalna oksidacija aminokislin vodi do uničenja strukture nukleinskih dušikovih baz in posledično trpi genetski aparat celice. Oksidirane in maščobne kisline, ki so del bilipidne plasti celičnih membran. To vpliva na njihovo prepustnost, delovanje membranskih elektrolitskih črpalk in lokacijo receptorjev.

Zaviralci mikrosomalne oksidacije so antioksidanti. Vsebujejo v hrani in se proizvajajo znotraj telesa. Najbolj znani antioksidant je vitamin E. Te snovi lahko zavirajo mikrosomsko oksidacijo. Biokemija opisuje interakcijo med njimi na principu povratne informacije. To pomeni, da so več oksidaz, močnejši so zatirani in obratno. To pomaga vzdrževati ravnotežje med sistemi in trajnim notranjim okoljem.

Električna transportna veriga

Mikrosomski oksidacijski sistem v citoplazmi nima topnih sestavin, zato se vsi njegovi encimi zbirajo na površini endoplazmatskega retikuluma. Ta sistem vključuje več proteinov, ki tvorijo verigo elektrotransporta:

- NADP-P450-reduktaza in citokrom P450;

- NAD-citokrom B5-reduktaza in citokrom B5;

- steatoryl-CoA desaturase.

Donator elektronov v velikem številu primerov je NADP (nikotinamid adenin dinukleotidni fosfat). Oksidira ga NADP-P450 reduktaza, ki vsebuje dve koencimi (FAD in FMN), za sprejem elektrona. Na koncu verige PMN oksidira P450.

Cytochrome P450

To je encim mikrosomalna oksidacija, protein, ki vsebuje heme. Vezati kisik in substrat (običajno ksenobiotik). Njeno ime je povezano z absorpcijo svetlobe z valovno dolžino 450 nm. Biologi so to našli v vseh živih organizmih. Trenutno je v sistem citokroma P450 vključenih več kot enajst tisoč proteinov. V bakterijah se ta snov raztopi v citoplazmi in se domneva, da je ta oblika najbolj evolucijsko stara kot pri ljudeh. V naši državi je citokrom P450 parietalni protein, ki je določen na endoplazemski membrani.

Encimi te skupine so vključeni v izmenjavo steroidov, žolča in maščobnih kislin, fenolov, nevtralizacije zdravil, strupov ali drog.

Lastnosti mikrosomalne oksidacije

Procesi mikrosomalne oksidacije imajo široko specifičnost substrata, kar posledično omogoča nevtralizacijo različnih snovi. Enajst tisoč proteinov citokroma P450 se lahko zložijo v več kot sto petdeset izo oblik tega encima. Vsak od njih ima veliko število substratov. To omogoča telesu, da se znebijo praktično vseh škodljivih snovi, ki tvorijo notranjost ali prihajajo od zunaj. Razviti v jetrih, mikrosomski oksidacijski encimi lahko delujejo tako na mestu in na precejšnji razdalji od tega organa.

Urejanje aktivnosti mikrosomalne oksidacije

Mikrosomna oksidacija v jetri je regulirana na nivoju informacijske RNK, oziroma v njeni funkciji - transkripcija. Na primer, vse variante citokroma P450 so zabeležene na molekuli DNA in zato, da se pojavijo na EPR, je treba "delno" preoblikovati del informacij iz DNA v informacijsko RNA. Potem je mRNA usmerjena na ribosome, kjer se oblikujejo proteinske molekule. Število teh molekul je urejeno zunaj in je odvisno od količine snovi, ki jih je treba deaktivirati, ter razpoložljivosti esencialnih aminokislin.

Trenutno je opisanih več kot dvesto petdeset kemičnih spojin, ki aktivirajo mikrosomno oksidacijo v telesu. Ti vključujejo barbiturate, aromatične ogljikove hidrate, alkohole, ketone in hormone. Kljub tako navidezni raznolikosti so vse te snovi lipofilne (topne v maščobah) in zato dovzetne za citokrom P450.