Семинар

Темы реферативных сообщений:

• Индукторы и ингибиторы мультиферментной системы цитохрома р -450

• Повреждение цитохрома р -450 в каталитическом цикле

• Образование свободнорадикальных форм, их повреждающее действие.

ПРИЛОЖЕНИЕ

МЕХАНИЗМЫ КЛЕТОЧНОЙ АНТИРАДИКАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ

Свободные активные радикалы в норме в клетке образуются постоянно. Так, в процессе метаболизма веществ в гладком эндоплазматическом ретикулуме флавопротеины, а в митохондриях окислительные энзимы цепи дыхательных ферментов, постоянно продуцируют некоторое количество супероксиданиона (0₂-*) и перекиси водорода (Н₂0₂). Однако содержание в клетке этих и других радикалов жестко контролируются широким спектром биохимических инструментов антирадикальной защиты, включая супероксиддисмутазу, каталазу, G-SH-пероксидазу, GSSG-редуктазу, b-каротин, аскорбиновую кислоту, восстановленный глутатион, мочевую кислоту. Отдельные элементы системы защиты действуют комплексно и потенцируют эффект друг друга. Они локализуются либо в гидрофобных, либо гидрофильных компартментах клеток (например, токоферол - липофилен, глутатион - гидрофилен).

Механизмы антирадикальной защиты включают как ферментативные, так и неферментативные процессы. Самым простьм примером некаталитического разрушения радикалов является их гидролиз, лежащий в основе нейтрализации многих водорастворимых продуктов, например, ацилгалидов, эпоксидов, карбокатионов, изоцианатов, эписульфониум-иона и т.д. Наиболее важной неферментативной реакцией "обезвреживания" радикалов является их взаимодействие с биологическими антиоксидантами, такими как витамин Е, глутатион, витамин С. В результате такого взаимодействия образуются нереакционноспособные вещества, прерывание каскад "наработки" свободных радикалов.

Гомеостаз в клетке поддерживается за счет равенства скоростей образования и связывания радикалов. В случае повреждения механизмов защиты клеток, либо активации процессов образования радикалов, превосходящих по интенсивности возможности защиты, или даже разрушающих эти механизмы, развивается поражение клетки. Так, интоксикация преимущественным пульмонотоксикантом паракватом приводит к некоторому снижению содержания глутатиона в печени. Предварительное связывание глутатиона диэтилмалеатом приводит к тому, что паракват приобретает свойства преимущественного гепатотоксиканта. Таким образом, резерв глутатиона в клетке имеет особое значение для обеспечения её антиоксидантной защиты.

Хотя глутатион может взаимодействовать с многочисленньми субстратами и неферментативно, наличие в тканях энзима глутатион-S-трансферазы (GST) значительно ускоряет течение процесса, повышает его эффективность. Множественность форм GST, их широкая субстратная специфичность, высокий уровень активности в различных тканях делают систему глутатионтрансфераз наиболее универсальной и значимой для связывания активных метаболитов.

Глутатион и селен-зависимые глутатионпероксидазы восстанавливают перекись водорода и другие гидроперекиси до менее токсичных алкоголей и воды. Глутатион-дисульфид, образующийся в ходе этой реакции, подвергается обратному восстановлению до глутатиона с помощью НАДФН-зависимой глутатионредуктазы. Активность глутатионредуктазы ингибируют изоцианат-содержащие продукты метаболизма нитрозомочевины.

Два других энзима, имеющих большое значение для детоксикации свободных радикалов, это супероксиддисмутаза (СОД) и каталаза. Первый из энзимов катализирует преобразование двух супероксидных радикалов в молекулу кислорода и перекись водорода. Обнаруживаемая во всех тканях СОД содержит в структуре активного центра ионы Си, Zn, Мп. Образующаяся перекись водорода разрушается с помощью каталазы или глутатионпероксидазного цикла.

Вопросы по теме:

• В чем состоит токсичность кислорода? Ответ : токсичность кислорода состоит в том, что он может не полностью восстанавливаться, образуя активные формы кислорода.

• Покажите в виде схем образование активных форм кислорода.

• Напишите схемы обезвреживания супероксидиона, пероксида. Укажите ферменты, кофакторы (если имеются), продукты реакций

Какова биологическая роль мультиферментной системы цитохрома Р₄₅₀? Ответ: Цитохром Р₄₅₀ представляет собой очень гидрофобный белок, локализованный внутри мембраны. Простетическая группа по типу гема протопорфирина IX содержит ион Fe³⁺ , играющего роль комплексообразователя. Простетическая группа помещается в гидрофобной полости, активном центре цитохрома Р₄₅₀. Электронное поле Fe³⁺ в поле лигандов сильно искажено, что регистрируется необычным для него спектром поглощения в области 450 нм. Чем больше цитохрома Р₄₅₀ содержится в мембране, тем в лучшем состоянии она находится. «Стареющие» мембраны содержат цитохром Р₄₂₀ (неактивная форма).

4. Назовите основные молекулярные механизмы обезвреживания ксенобиотиков. Микросомальная система окисления представляет собой полиферментный комплекс зависимых от НАДФН·Н⁺ и НАДН·Н⁺ цепей переноса электронов. Общим звеном этих цепей является цитохром Р₄₅₀. В состав этого комплекса входят: цитохром b₅, НАДФН-цитохром Р₄₅₀-редуктаза и НАДН-цитохром b₅ -редуктаза.

НАДФН·Н⁺ и НАДН·Н⁺ являются донорами электронов для процессов гидроксилирования, осуществляемых цитохромами b₅ и Р₄₅₀. ФП₁ и ФП₂ являются переносчиками электронов, флавопротеинами. ФП₁ представляет собой НАДФН-цитохром Р₄₅₀-редуктазу, а ФП₂ является НАДН-цитохром b₅-редуктазой. С ФП₁ и ФП₂ возможен перенос электронов на цитохром С — основной компонент дыхательной цепи митохондрий. В результате осуществляется межмембранный перенос электронов. Несомненно, наиболее важной реакцией микросомального окисления является гидроксилирование, сущность которого заключается во внедрении одного атома активированного кислорода в окисляемое вещество, в то время как другой его атом идет на образование воды, т.е. гидроксилирование протекает по монооксигеназному типу.

Превращение атомов кислорода в молекулу воды и гидроксильную группу окисляемого субстрата осуществляет цитохром Р₄₅₀. Таким образом, в печени и ряде других органов при функционировании микросомальных монооксигеназ из гидрофобных ксенобиотиков образуются полярные соединения, имеющие реактивные группы. Эти соединения могут быть как менее, так и более токсичными, нежели исходные соединения, но они благодаря приобретенным реактивным группам легко вступают в реакции конъюгации с образованием нетоксичных (не всегда) продуктов, легко выводимых из организма с мочой, желчью и калом.

ВТОРАЯ ФАЗА МЕТАБОЛИЗМА КСЕНОБИОТИКОВ

Основные функции этой фазы те же, что и первой: увеличение гидрофильности и снижение токсичности ксенобиотиков. Наиболее важные ферменты второй фазы относятся к классу трансфераз.

Наиболее широка и многообразна активность семейства глутатионтрансфераз, метаболизируюших тысячи ксенобиотиков. Большинство этих ферментов находится в цитоплазме, но некоторые из них локализованы в мембранах ЭПС и митохондрий. Основная реакция - конъюгация

5.Сформулируйте значение монооксигеназных реакций цитохрома Р₄₅₀ в метаболизме липофильных ксенобиотиков.

Изобразите в виде схемы последовательность реакций одноэлектронного восстановления кислорода и гидроксилирования субстрата в монооксигеназной реакции.

Ответ Существует несколько схем действия микросомальных монооксигеназ. Наиболее распространенной является схема обезвреживания, представленная на рисунке. Она хорошо раскрывает механизм биотрансформации химических веществ при участии цитохромов и флавопротеидов, иcпользуя в качестве доноров электронов НАДФН·Н⁺ и НАДН·Н⁺.

Основные ферменты, участвующие в метаболизме ксенобиотиков и локализованные в эндоплазматическом ретикулуме, представлены ниже на рисунке 1