32.3.1. Метаболические реакции первой фазы биотрансформации

Лекарственные и токсические вещества подвергаются биотрансфо в ряде органов, основным из которых является печень.

Практически все метаболические реакции катализируются соответ щими ферментными системами, большая часть из которых локализована в плазматическом ретикулуме. Следует помнить, что ферменты, изменяющие туру ксенобиотиков, сами подвержены действию чужеродных соединен»

Первая фаза биотрансформации ксенобиотиков характеризуется ре ми окисления, восстановления и гидролиза, К наиболее распростран

реакциям относят реакции окисления. При разрушении клеток мембраны эн-доплазматического ретикулума с иммо­билизованными на них ферментами биотрансформации спонтанно образу­ют шарообразные структуры — микро­томы. Окислительная трансформация ксенобиотиков носит название микро-сомалъное окисление (рис. 32.1).

Рассмотрим наиболее часто встре­чающийся вариант микросомального окисления — гидроксилирование ксе-нобиотиков. В общем виде гидрокси­лирование происходит по типу моно-оксигеназных реакций. Окислительная система многофункциональна, причем основными функциями являются:

• восстановление до воды одного атома кислорода;

• внедрение второго атома кислорода на следующем общем уравнении: где 8 — окисляемый субстрат; ОН₂ — донор электронов для активации кисло­рода.

Микросомальные ферментные системы. Реакции микросомального окисления катализируются НАДФН- и НАДН-зависимыми ферментными системами в присутствии кислорода. НАДФН-зависимый флавопротеин пере­носит электрон от восстановленного НАДФН на терминальный фермент — цитохром Р-450, восстанавливая железо тема последнего. Кроме того, в моно-оксигеназных реакциях принимает участие НАДН-зависимый ферментный комплекс, состоящий из НАДН-зависимого флавопротеина и цитохрома Ь₅. В этом случае электрон переносится на кислород и активирует его: В ряде случаев электрон с цитохрома Ь₅ поступает на цитохром Р-450 и I участвует в восстановлении железа тема. НАДФН-зависимый флавопротеин | представляет собой димер с молекулярной массой 40,5 Юа, причем каждая 1 субъединица содержит 1 молекулу ФАД. Цитохром Ь₅ является мономером с молекулярной массой 13 кОа.

Ключевым ферментом системы микросомального окисления является ци­тохром Р-450. Этот гемопротеин также является мономером, содержащим од­ну геминную группировку и имеющим молекулярную массу 45 Ша.

Именно цитохром Р-450, присоединяясь к соответствующему субстрату, запускает реакции его биотрансформации. Возникает вопрос: насколько универсальна данная окислите.^ ма в связи с большим количеством катализируемых ею реакций? Б:-но существование набора изоэнзимов цитохрома Р-450, причеу них имеет свои собственные типы субстратов, по отношению к -имеет повышенную специфичность. Молекулярные формы цито<-являются истинными изоэнзимами, т. е. они кодируются различи или различными аллелями одного гена, отличаются некоторыми мическими свойствами, но имеют одну и ту же геминную групп и: новлено, что все исследованные организмы от бактерий до челе набор изоэнзимов цитохрома Р-450. Субстраты могут связываться мом Р-450 по крайней мере двумя различными способами. Одна стратов связывается с белковой частью цитохрома Р-450, в то вр-. группа субстратов взаимодействует с железом геминной группиривк»- _-

Тип связывания фермента с субстратом может быть установлен пр< щи спектральных методов, поскольку связывание субстратов с иит» Р-450 изменяет его спектральные характеристики. Измерение спеи^ мента в присутствии субстрата с использованием раствора фермента €» страта в качестве контроля дает так называемый спектр различия. Су§с которые связываются с белковой частью цитохрома Р-450, имеют спет личия при 390 нм. Такие субстраты называются субстратами первого те

Другая группа субстратов связывается с геминной группировкой ф та. Эти субстраты имеют спектры различия с максимумом около 420 в называются субстратами второго типа.

Спектральные изменения связаны со спиновым состоянием в составе геминной группировки цитохрома Р-450.

Атом железа имеет координационное число 6. Четыре связи локашэ в протопорфириновом кольце, пятая взаимодействует с цистеиновьш ком полипептидной цепи, а шестая связана с гидроксильной группой лы воды (рис. 32.2).

Связывание субстрата с цитохромом Р-450 вызывает изменения тронной конфигурации атома железа. В свободном энзиме больший мов железа находится в низкоспиновом состоянии. Связывание субстрата первого типа с белковой частью цитохрома Р-450 вызывает переход железа из низкоспинового в высокоспиновое состояние, и это сопровождается спект­ральными изменениями в области 390 нм.

Связывание субстратов второго типа происходит с шестой координацион­ной связью железа тема, что индуцирует переход из высокоспинового в низ­коспиновое состояние.

Кроме субстратов первого и второго типов, существуют еще так называе­мые обратные субстраты, которые при низких концентрациях подобны суб­стратам первого типа, а при высоких — второго типа. Ряд веществ образует не­обратимые комплексы с железом геминной группировки цитохрома Р-450, что приводит к инактивации последнего.

Механизмы монооксигеназных реакций. В реакциях монооксидазной системы цитохром Р-450 является структурой, связывающей как субстрат, так и кислород.

Функционирование монооксидазных систем происходит в несколько этапов:

• субстрат связывается с окисленной формой железа цитохрома Р-450;

• электрон, поставляемый НАДФН-зависимым флавопротеином, перено­сится на энзим-субстратный комплекс, железо цитохрома Р-450 при этом вос­станавливается ;

• молекулярный кислород внедряется в восстановленный энзим-суб­стратный комплекс, образуя трехкомпонентную систему;

• к образованному тройному комплексу присоединяется второй электрон, доставленный НАДН-зависимым цитохромом Ь₅, активируя атом кислорода в составе тройного комплекса;

• происходит распад тройного комплекса с образованием молекулы воды, окисленного субстрата и свободного цитохрома Р-450 с окисленным железом, причем последний готов принять участие в новых циклах окисления.

Данный механизм имеет циклический характер, в результате чего цито­хром Р-450 многократно может участвовать в реакциях гидроксилирования (рис. 32.3).

НАДФН-зависимые реакции окисления ксенобиотиков. Микросомаль-ные ферментные системы катализируют следующие реакции окисления (гид­роксилирования) ксенобиотиков.

№ 35

1. Управление направленностью и скоростью ферментативных процессов в клетках посредством поддержания постоянства (гомеостаза) неспецифических факторов катализа: рН среды, температуры, концентраций субстратов, конечных продуктов, ферментов и кофакторов.

2. Определение понятия «углеводы», принципы их строения, свойства, классификация и биологическая роль.

3. Сравнение нервной и гуморальной систем межклеточных коммуникаций.

№ 36

1. Роль ковалентных модификаций: реакций фосфорилирования/дефосфо-рилирования, гликозилирования, избирательного протеолиза и др. в образовании ферментных каскадов, управляющих транскрипцией генов и метаболизмом в целях адаптации, пищеварения, апоптоза, иммунитета, оогенеза.

2. Управление каталитическим потенциалом клеток посредством изменений скорости синтеза и распада ферментов.

3. Классификация систем гуморальной регуляции и принципы их действия. Эндокринная система и общепринятые классификации гормонов.

№ 37

1. Роль ферментов в трансдукции гормон-рецепторных сигналов в клетки. Изменения их активности в процессах онтогенеза и при болезнях.

2. Механизмы биосинтеза, депонирования, секреции и транспорта гормонов.

3. Клеточный ответ, как механизм замыкания обратной связи с системой управления. Клетки-мишени, наборы их рецепторов и механизмы трансдукции внешних сигналов. Комов 133

1.

2.

3. 11.2.1. Клетки-мишени

Фактически все клетки животного организма являются мишенями для тех или иных гормонов. Истинная клетка-мишень — эта такая клетка, в которой при гормональном воздействии стимулируется специфическая биохимическая реакция клеточного метаболизма. Реализация эффекта зависит от концентра­ции гормона, взаимодействующего с клеткой, которая, в свою очередь, опре­деляется скоростью биосинтеза гормона, созревания и условиями ассоци­ации-диссоциации с бел ком-переносчиком в плазме крови.

Конечный биохимический эффект зависит также от синергизма или анта­гонизма гормональных воздействий на клетки-мишени. Так, адреналин — гормон мозгового слоя надпочечников и глюкагон — гормон поджелудочной железы обладают сходным биохимическим действием: активацией распада гликогена в печени. Примером антагонистического действия могут служить эстрогены и прогестерон — женские половые гормоны, причем эстрогены усиливают сокращение матки, а прогестерон тормозит ее.