Mikrosomaalne oksüdatsioon: reaktsioonide komplekt
Mürosomaalse oksüdatsiooni rolli organismi elus on raske üle hinnata või mitte märgata. Ksenobiootikumide( mürgiste ainete) inaktiveerimine, neerupealiste hormoonide lagunemine ja moodustumine, osalemine valkude vahetuses ja geneetilise teabe säilitamine on ainult väike tuntud osa probleemidest, mis on lahendatud mikrosomaalse oksüdatsiooni tõttu. See on iseseisev protsess kehas, mis algab pärast vallandatava aine kokkulangevust ja lõpeb selle ellimineerimisega.
määratlus Mikrosomaalne oksüdatsioon on reaktsioonide kaskaadi, mis sisenevad ksenobiootiliste ainete muundamise esimeses faasis. Protsessi sisuks on hapnikuaatomeid kasutava aine hüdroksüülimine ja vee moodustumine. See muudab esialgse aine struktuuri ja selle omadusi saab nii alla suruda kui ka tugevdada.
Mikrosomaalne oksüdatsioon võimaldab üleminekut konjugatsioonireaktsioonile. See on ksenobiootikumide teisendamise faas, mille lõpus ühendatakse juba olemasoleva funktsionaalse rühma molekulid, mis toodetakse organismis. Mõnikord moodustuvad vaheained, mis põhjustavad maksarakkude kahjustusi, nekroosi ja vähkkasvajate kudede degeneratsiooni.
Oksüdatsioonoksüdatsioonitüüp
Mikrosomaalsed oksüdatsioonireaktsioonid toimuvad väljaspool mitokondreid, nii et nad tarbivad umbes kümmet protsenti kogu hapnikku, mis siseneb kehasse. Selle protsessi peamised ensüümid on oksüdaasid. Nende struktuuris on muutuva valentsiga metallide aatomeid, nagu rauda, molübdeen, vask ja teised, mis tähendab, et nad saavad elektronid vastu võtta. Rakus asuvad oksüdaasid spetsiaalsetes vesiikulites( peroksisoomid), mis paiknevad mitokondrite välismembraanidel ja EPR-is( granulaarne endoplasmaatiline retikulum).Peroksisoomide saamisel substraat kaotab vesinikmolekulid, mis liidavad vee molekuliga ja moodustavad peroksiidi.
On ainult viis oksüdaasi:
- monoamiini oksüdaas( MAO) - aitab oksüdeerida adrenaliini ja teisi biogeenseid amineid, mis moodustuvad neerupealistes;
- diaminooksügenaas( DAO) - osaleb histamiini( põletiku ja allergia vahendaja), polüamiinide ja diamiinide oksüdeerimisel;
on L-aminohapete( st levorotoormolekulide) oksüdaas;
- D-aminohapete oksüdaas( dekstrorotoormolekulid);
- ksantiinoksüdaas - oksüdeerib adeniini ja guaniini( lämmastikalused sisalduvad DNA molekulis).
Mükosomaalse oksüdatsiooni olulisus oksüdaasi tüübi poolt on ksenobiootikumide kõrvaldamine ja bioloogiliselt aktiivsete ainete inaktiveerimine. Peroksiidi moodustumine, millel on bakteritsiidne toime ja mehaaniline puhastamine kahjustuse kohas, on kõrvalmõju, mis on teiste mõjude hulgas tähtis koht.
Oksügenaasi oksüdatsioon
Oksügenaasi tüüpi reaktsioonid rakus esinevad ka granuleeritud endoplasmaatilisel retikulul ja mitokondrite välisil ümbrikul. Selleks on vaja spetsiifilisi ensüüme - oksügenaasid, mis mobiliseerivad substraadist hapniku molekuli ja lisavad selle oksüdeeritavasse ainesse. Kui sisestatakse üks hapnikuaatom, nimetatakse ensüümi monooksügenaasiks või hüdroksülaasiks. Kahe aatomi( st kogu hapniku molekuli) sisseviimise korral nimetatakse seda ensüümi diksigenaasiks.
Oksügenaasi oksüdatsioonireaktsioonid esinevad kolmekomponentses multiferrooksikompleksis, mis osaleb substraadist elektronide ja prootonide ülekandmisel, millele järgneb hapniku aktiveerimine. See kogu protsess toimub tsütokroom P450 osalemisega, mida kirjeldatakse üksikasjalikumalt.
Oksügenaasreaktsioonide näited
Nagu eespool mainitud, kasutatakse oksüdeerumise monooksügenaasi ainult kahe olemasoleva hapnikuaatomiga. Teine neist seotakse kahe vesiniku molekuliga ja moodustub vesi. Sellise reaktsiooni üks näide on kollageeni moodustumine. Hapniku doonor on antud juhul C-vitamiin. Proliini hüdroksülaas eemaldab sellest hapniku molekuli ja annab selle proliinile, mis omakorda siseneb prokollageeni molekuli. See protsess annab sidekoe tugevust ja elastsust. Kui organismil puudub C-vitamiin, siis tekib podagra. See avaldub sidekoe nõrkuse, verejooksu, verevalumite, hammaste kaotuse, st kollageeni kvaliteedi vähenemisega kehas.
Teine näide on hüdroksülaas, mis muundab kolesterooli molekule. See on üks steroidhormoonide, sh sugu moodustamise etappidest.
madalad spetsiifilised hüdroksülaasid
Need on hüdrolaasid, mis on vajalikud võõrkehade oksüdeerimiseks, nagu ksenobiootikumid. Reaktsioonide tähendus on muuta sellised ained eritumiseks rohkem elastseks, enam lahustuvad. Seda protsessi nimetatakse detoksifitseerimiseks ja see toimub enamasti maksas.
Kogu hapniku molekuli lülitamine ksenobiootikumideks katkeb reaktsioonide tsükkel ja ühe kompleksse aine lagunemine mitmeks lihtsamaks ja ligipääsetavamaks metaboolseks protsessiks.
Aktiivsed hapniku vormid
Hapnik on potentsiaalselt ohtlik aine, kuna oksüdatsioon on tõepoolest põlemisprotsess. O2 molekuli või vee kujul on see stabiilne ja keemiliselt inertse, kuna selle elektrienergia tasemed on täidetud ja uued elektronid ei saa ühineda. Kuid ühendid, milles hapnik ei sisalda kõiki elektroni aurusid, on kõrge reaktiivsusega. Seetõttu kutsutakse neid aktiivseks.
Hapnikuühendid:
- Monooksiidi reaktsioonides moodustub superoksiid, mis eraldatakse tsütokroom P450-st.
- Oksüdaasi reaktsioonid on seotud peroksiidaniooni( vesinikperoksiidi) moodustamisega.
- Isheemia all kannatavate kudede reoksügeneerimise ajal.
Tugev oksüdeerija on hüdroksüülradikaal, see eksisteerib vabas vormis vaid miljon sekundit sekundis, kuid sel ajal võib kulgeda palju oksüdatiivseid reaktsioone. Selle eripära on see, et hüdroksüülradikaal mõjutab aineid ainult selle tekkekohas, kuna see ei saa kudede kaudu tungida.
Superoxideadion ja vesinikperoksiid
Need ained on aktiivsed mitte ainult tekkekohas, vaid ka mõnel kaugusel neist, kuna need võivad tungida rakumembraanidesse.
Hüdroksüülrühm indutseerib aminohappejääkide oksüdeerimise: histidiini, tsüsteiini ja trüptofaani. See viib ensüümsüsteemide inaktiveerimise, samuti transpordivalkude katkemise. Lisaks põhjustab aminohapete mikrosomaalne oksüdatsioon nukleiinsete lämmastikaluste struktuuri hävitamist ja sellest tulenevalt kannatab raku geneetiline aparaat. Oksüdeeritud ja rasvhapped, mis moodustavad osa rakumembraanide kahesuunalisest kihist. See mõjutab nende läbilaskvust, membraanide elektrolüütide pumba toimimist ja retseptorite asukohta.
Mikrosomaalse oksüdatsiooni inhibiitorid on antioksüdandid. Need on toidus ja toodetud keha sees. Kõige kuulsam antioksüdant on E-vitamiin. Need ained võivad pärssida mikrosomaalse oksüdatsiooni. Biokeemia kirjeldab nende vastastikust mõju tagasiside põhimõttele. See tähendab, et mida enam oksüdeerub, seda tugevam on nad allasurutud ja vastupidi. See aitab säilitada tasakaalu süsteemide ja sisekeskkonna püsivuse vahel.
Elektriline transpordi ahel
Mikrosomaalne oksüdatsioonisüsteem ei lahustu tsütoplasmaatilistes komponentides, seetõttu koguti selle ensüümid endoplasmilise retikulumi pinnal. See süsteem sisaldab mitmeid valke, mis moodustavad elektrotranspordi ahela:
- NADP-P450-reduktaas ja tsütokroom P450;
- NAD-tsütokroom B5-reduktaas ja tsütokroom B5;
on steatoiir-CoA desaturaas.
NADP( nikotiinamiidadeniindinukleotiidfosfaat) toimib elektronide doonorina valdavas enamuses juhtudest. See oksüdeerub NADP-P450 reduktaasiga, mis sisaldab elektronide vastuvõtmiseks kahte kaasensüümi( FAD ja FMN).Ahela lõpus oksüdeeritakse PMN P450 abil.
Tsütokroom P450
See on mikrosomaalne oksüdatsiooni ensüüm, heme sisaldav valk. Seo hapnik ja substraat( tavaliselt ksenobiootiline).Selle nimi on seotud valguse neeldumisega lainepikkusega 450 nm. Bioloogid on seda leidnud kõigis elusorganismides. Praegu on tsütokroom P450 süsteemis rohkem kui üksteist tuhat uut valku. Bakterites lahustatakse see aine tsütoplasmas ja arvatakse, et see vorm on kõige enam evolutsiooniliselt iidne kui mees. Meie riigis on tsütokroom P450 parietaalvalk, mis on kinnitatud endoplasmilisele membraanile.
Selle rühma ensüümid on seotud steroidide, sapi ja rasvhapete, fenoolide, ravimite neutraliseerimise, mürgiste või ravimite vahetamisega.
Mikrosomaalse oksüdatsiooni omadused
Mikrosomaalsetel oksüdatsiooniprotsessidel on lai substraadi spetsiifilisus, mis omakorda võimaldab neutraliseerida erinevaid aineid.Üksteist tuhat tsütokroom P450 valku võib kokku panna enam kui sada viiskümmend selle ensüümi isovormi. Igal neist on suur hulk substraate. See võimaldab kehal vabaneda praktiliselt kõikidest kahjulikest ainetest, mis selle sees moodustavad või tulevad väljastpoolt. Maksa väljatöötamisel võivad mikrosomaalsed oksüdeerivad ensüümid toimida nii in situ kui ka olulisel kaugusel sellest elundist.
Mikrosomaalse oksüdatsiooni aktiivsuse reguleerimine
Maksa mikroosomaalset oksüdatsiooni reguleeritakse informatsiooni RNA tasemel või pigem selle funktsiooni transkriptsioonina. Näiteks kõik tsütokroom P450 variandid registreeritakse DNA molekulil, ja selleks, et see EPR-is ilmneda, on vaja DNA-teate osa infot ümber redigeerida info-RNA-le. Seejärel suunatakse mRNA ribosoomidesse, kus moodustuvad valgumolekulid. Nende molekulide arv on reguleeritud väljastpoolt ja sõltub deaktiveeritavate ainete mahust ning asendamatute aminohapete olemasolust.
Praegu on kirjeldatud rohkem kui kakssada viiskümmend keemilist ühendit, mis aktiveerivad mikroosomaalse oksüdatsiooni organismis. Nende hulka kuuluvad barbituraadid, aromaatsed süsivesikud, alkoholid, ketoonid ja hormoonid. Vaatamata sellele ilmsele mitmekesisusele on kõik need ained lipofiilsed( rasvlahustuvad) ja seetõttu vastuvõtlikud tsütokroomile P450.