Rollen til mikrosomal oksidasjon i organismens liv er vanskelig å overvurdere eller overse. Inaktivering av xenobiotika (giftige stoffer), nedbryting og dannelse av binyrehormoner, deltakelse i proteinmetabolisme og bevaring av genetisk informasjon er bare en liten del av de kjente problemene som løses på grunn av mikrosomal oksidasjon. Dette er en autonom prosess i kroppen som starter etter at triggerstoffet kommer inn og slutter med dets eliminering.
Definition
Mikrosomal oksidasjon er en kaskade av reaksjoner inkludert i den første fasen av xenobiotisk transformasjon. Essensen av prosessen er hydroksylering av stoffer ved bruk av oksygenatomer og dannelse av vann. På grunn av dette endres strukturen til det opprinnelige stoffet, og dets egenskaper kan både undertrykkes og forbedres.
Mikrosomal oksidasjon lar deg fortsette til konjugeringsreaksjonen. Dette er den andre fasen av transformasjonen av xenobiotika, på slutten av hvilken molekyler produsert inne i kroppen vil slutte seg til den allerede eksisterende funksjonelle gruppen. Noen ganger dannes det mellomliggende stoffer som forårsaker skade på leverceller, nekrose og onkologisk degenerasjon av vev.
oksidasetype-oksidasjon
Mikrosomale oksidasjonsreaksjoner skjer utenfor mitokondriene, så de forbruker omtrent ti prosent av alt oksygen som kommer inn i kroppen. Hovedenzymene i denne prosessen er oksidaser. Strukturen deres inneholder atomer av metaller med variabel valens, som jern, molybden, kobber og andre, noe som betyr at de er i stand til å akseptere elektroner. I cellen er oksidaser lokalisert i spesielle vesikler (peroksisomer) som er plassert på de ytre membranene til mitokondrier og i ER (granulært endoplasmatisk retikulum). Substratet, som faller på peroksisomer, mister hydrogenmolekyler, som fester seg til et vannmolekyl og danner peroksyd.
Det er bare fem oksidaser:
- monoaminooksygenase (MAO) - hjelper til med å oksidere adrenalin og andre biogene aminer som produseres i binyrene;
- diaminooksygenase (DAO) - involvert i oksidasjon av histamin (en mediator av betennelse og allergier), polyaminer og diaminer;
- oksidase av L-aminosyrer (det vil si venstrehendte molekyler);
- oksidase av D-aminosyrer (høyreroterende molekyler);
- xanthine oxidase - oksider adenin og guanin (nitrogenholdige baser inkludert i DNA-molekylet).
Betydningen av mikrosomal oksidasjon etter oksidasetype er å eliminere xenobiotika og inaktivere biologisk aktive stoffer. Dannelsen av peroksid, som har en bakteriedrepende effekt og mekanisk rensing på skadestedet, er en bivirkning som inntar en viktig plass blant andre effekter.
oksygenasetype-oksidasjon
Oxygenase-type reaksjoner i cellen forekommer også på det granulære endoplasmatiske retikulumet og på de ytre skallene til mitokondrier. Dette krever spesifikke enzymer - oksygenaser, som mobiliserer et oksygenmolekyl fra underlaget og innfører det i det oksiderte stoffet. Hvis ett oksygenatom introduseres, kalles enzymet monooksygenase eller hydroksylase. Ved introduksjon av to atomer (det vil si et helt oksygenmolekyl), kalles enzymet dioksygenase.
Oksygenase-type oksidasjonsreaksjoner er en del av et tre-komponent multi-enzymkompleks, som er involvert i overføring av elektroner og protoner fra substratet, etterfulgt av oksygenaktivering. Hele denne prosessen foregår med deltakelse av cytokrom P450, som vil bli diskutert mer detaljert senere.
Eksempler på reaksjoner av oksygenasetype
Som nevnt ovenfor bruker monooksygenaser bare ett av de to tilgjengelige oksygenatomene for oksidasjon. Den andre fester de seg til to hydrogenmolekyler og danner vann. Et eksempel på en slik reaksjon er dannelsen av kollagen. I dette tilfellet fungerer vitamin C som oksygendonor. Prolinhydroksylase tar et oksygenmolekyl fra det og gir det til prolin, som igjen er inkludert i prokollagenmolekylet. Denne prosessen gir styrke og elastisitet til bindevevet. Når kroppen mangler vitamin C, utvikles gikt. Det manifesteres av svakhet i bindevevet, blødning, blåmerker, tanntap, det vil si at kvaliteten på kollagen i kroppen blirnedenfor.
Et annet eksempel er hydroksylaser, som omdanner kolesterolmolekyler. Dette er et av stadiene i dannelsen av steroidhormoner, inkludert kjønnshormoner.
Lav spesifikke hydroksylaser
Dette er hydrolaser som trengs for å oksidere fremmede stoffer som fremmedfrykt. Meningen med reaksjonene er å gjøre slike stoffer mer håndterbare for utskillelse, mer løselige. Denne prosessen kalles avgiftning og foregår hovedsakelig i leveren.
På grunn av inkluderingen av et helt oksygenmolekyl i xenobiotika, brytes reaksjonssyklusen og ett komplekst stoff brytes ned til flere enklere og mer tilgjengelige metabolske prosesser.
Reaktive oksygenarter
Oksygen er et potensielt farlig stoff, siden oksidasjon faktisk er en forbrenningsprosess. Som et molekyl O2 eller vann, er det stabilt og kjemisk inert fordi dets elektriske nivåer er fulle og ingen nye elektroner kan feste seg. Men forbindelser der oksygen ikke har et par av alle elektroner, er svært reaktive. Derfor kalles de aktive.
Slike oksygenforbindelser:
- I monoksidreaksjoner dannes superoksid, som skilles fra cytokrom P450.
- I oksidasereaksjoner oppstår dannelsen av peroksidanion (hydrogenperoksid).
- Under reoksygenering av vev som har gjennomgått iskemi.
Det sterkeste oksidasjonsmidlet er hydroksylradikalet, deteksisterer i fri form i bare en milliondels sekund, men i løpet av denne tiden har mange oksidative reaksjoner tid til å gå gjennom. Dets særegne er at hydroksylradikalet virker på stoffer bare på stedet der det ble dannet, siden det ikke kan trenge gjennom vev.
Superoksidanion og hydrogenperoksid
Disse stoffene er aktive ikke bare på dannelsesstedet, men også i en viss avstand fra dem, da de kan penetrere cellemembraner.
Hydroksygruppe forårsaker oksidasjon av aminosyrerester: histidin, cystein og tryptofan. Dette fører til inaktivering av enzymsystemer, samt forstyrrelse av transportproteiner. I tillegg fører mikrosomal oksidasjon av aminosyrer til ødeleggelse av strukturen til nukleiske nitrogenbaser, og som et resultat lider det genetiske apparatet til cellen. Fettsyrene som utgjør det bilipide laget av cellemembraner oksideres også. Dette påvirker deres permeabilitet, driften av membranelektrolyttpumper og plasseringen av reseptorer.
Mikrosomale oksidasjonshemmere er antioksidanter. De finnes i mat og produseres i kroppen. Den mest kjente antioksidanten er vitamin E. Disse stoffene kan hemme mikrosomal oksidasjon. Biokjemi beskriver samspillet mellom dem i henhold til tilbakemeldingsprinsippet. Det vil si at jo flere oksidaser, jo sterkere undertrykkes de, og omvendt. Dette bidrar til å opprettholde balansen mellom systemene og det interne miljøets stabilitet.
Elektrisk transportkjede
Det mikrosomale oksidasjonssystemet har ingen komponenter som er løselige i cytoplasmaet, så alle enzymene samles på overflaten av det endoplasmatiske retikulum. Dette systemet inkluderer flere proteiner som danner elektrotransportkjeden:
- NADP-P450 reduktase og cytokrom P450;
- OVER-cytokrom B5-reduktase og cytokrom B5;
- steatoryl-CoA desaturase.
Elektrondonoren i de aller fleste tilfeller er NADP (nikotinamidadenindinukleotidfosfat). Det oksideres av NADP-P450 reduktase, som inneholder to koenzymer (FAD og FMN), for å akseptere elektroner. På slutten av kjeden oksideres FMN med P450.
Cytochrome P450
Dette er et mikrosom alt oksidasjonsenzym, et protein som inneholder hem. Binder oksygen og substrat (som regel er det et fremmedfrykt). Navnet er assosiert med absorpsjon av lys fra en bølgelengde på 450 nm. Biologer har funnet det i alle levende organismer. For øyeblikket er mer enn elleve tusen proteiner som er en del av cytokrom P450-systemet beskrevet. I bakterier er dette stoffet oppløst i cytoplasmaet, og det antas at denne formen er den mest evolusjonært eldgamle enn hos mennesker. I vårt land er cytokrom P450 et parietalprotein festet på den endoplasmatiske membranen.
Enzymer fra denne gruppen er involvert i metabolismen av steroider, galle og fettsyrer, fenoler, nøytralisering av medisinske stoffer, giftstoffer eller medikamenter.
Egenskaper ved mikrosomal oksidasjon
Prosesser av mikrosomaloksidasjoner har en bred substratspesifisitet, og dette gjør det igjen mulig å nøytralisere en rekke stoffer. Elleve tusen cytokrom P450-proteiner kan foldes til mer enn hundre og femti isoformer av dette enzymet. Hver av dem har et stort antall underlag. Dette gjør at kroppen kan kvitte seg med nesten alle skadelige stoffer som dannes inne i den eller kommer utenfra. Produsert i leveren kan mikrosomale oksidasjonsenzymer virke både lok alt og i betydelig avstand fra dette organet.
Regulering av mikrosomal oksidasjonsaktivitet
Mikrosomal oksidasjon i leveren reguleres på nivå med messenger RNA, eller rettere sagt dens funksjon - transkripsjon. Alle varianter av cytokrom P450, for eksempel, er registrert på DNA-molekylet, og for at det skal vises på EPR, er det nødvendig å "omskrive" en del av informasjonen fra DNA til messenger-RNA. mRNA sendes deretter til ribosomene, hvor proteinmolekyler dannes. Antallet av disse molekylene er eksternt regulert og avhenger av mengden stoffer som må deaktiveres, samt av tilstedeværelsen av de nødvendige aminosyrene.
Til dags dato er det beskrevet mer enn to hundre og femti kjemiske forbindelser som aktiverer mikrosomal oksidasjon i kroppen. Disse inkluderer barbiturater, aromatiske karbohydrater, alkoholer, ketoner og hormoner. Til tross for et slikt tilsynelatende mangfold, er alle disse stoffene lipofile (fettløselige), og derfor mottakelige for cytokrom P450.
