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