Rolul oxidării microzomale în viața organismului este greu de supraestimat sau trecut cu vederea. Inactivarea xenobioticelor (substanțe toxice), descompunerea și formarea hormonilor suprarenali, participarea la metabolismul proteinelor și păstrarea informațiilor genetice sunt doar o mică parte din problemele cunoscute care sunt rezolvate datorită oxidării microzomale. Acesta este un proces autonom în organism care începe după ce substanța declanșatoare intră și se termină cu eliminarea acesteia.
Definiție
Oxidarea microzomală este o cascadă de reacții incluse în prima fază a transformării xenobiotice. Esența procesului este hidroxilarea substanțelor folosind atomi de oxigen și formarea apei. Din acest motiv, structura substanței originale se modifică, iar proprietățile sale pot fi atât suprimate, cât și îmbunătățite.
Oxidarea microzomală vă permite să treceți la reacția de conjugare. Aceasta este a doua fază a transformării xenobioticelor, la finalul căreia moleculele produse în interiorul organismului se vor alătura grupului funcțional deja existent. Uneori se formează substanțe intermediare care provoacă leziuni ale celulelor hepatice, necroză și degenerare oncologică a țesuturilor.
Oxidare de tip oxidază
Reacțiile de oxidare microzomală apar în afara mitocondriilor, astfel încât acestea consumă aproximativ zece la sută din tot oxigenul care intră în organism. Principalele enzime din acest proces sunt oxidazele. Structura lor conține atomi de metale cu valență variabilă, precum fier, molibden, cupru și altele, ceea ce înseamnă că sunt capabili să accepte electroni. În celulă, oxidazele sunt localizate în vezicule speciale (peroxizomi) care sunt localizate pe membranele exterioare ale mitocondriilor și în RE (reticulul endoplasmatic granular). Substratul, căzând pe peroxizomi, pierde molecule de hidrogen, care se atașează de o moleculă de apă și formează peroxid.
Există doar cinci oxidaze:
- monoaminooxigenază (MAO) - ajută la oxidarea adrenalinei și a altor amine biogene produse în glandele suprarenale;
- diaminooxigenază (DAO) - implicată în oxidarea histaminei (un mediator al inflamației și alergiilor), poliaminelor și diaminelor;
- oxidaza de L-aminoacizi (adică molecule stângaci);
- oxidaza de D-aminoacizi (molecule cu rotație dreaptă);
- xantin oxidaza - oxidează adenina și guanina (baze azotate incluse în molecula de ADN).
Semnificația oxidării microzomale de tip oxidază este eliminarea xenobioticelor și inactivarea substanțelor biologic active. Formarea peroxidului, care are efect bactericid și curățare mecanică la locul rănirii, este un efect secundar care ocupă un loc important printre alte efecte.
Oxidare de tip oxigenază
Reacțiile de tip oxigenază în celulă apar și pe reticulul endoplasmatic granular și pe învelișurile exterioare ale mitocondriilor. Acest lucru necesită enzime specifice - oxigenaze, care mobilizează o moleculă de oxigen din substrat și o introduc în substanța oxidată. Dacă se introduce un atom de oxigen, atunci enzima se numește monooxigenază sau hidroxilază. În cazul introducerii a doi atomi (adică a unei molecule întregi de oxigen), enzima se numește dioxigenază.
Reacțiile de oxidare de tip oxigenază fac parte dintr-un complex multi-enzima cu trei componente, care este implicat în transferul de electroni și protoni de pe substrat, urmat de activarea oxigenului. Întregul proces are loc cu participarea citocromului P450, care va fi discutat mai detaliat mai târziu.
Exemple de reacții de tip oxigenază
După cum s-a menționat mai sus, monooxigenazele folosesc doar unul dintre cei doi atomi de oxigen disponibili pentru oxidare. Al doilea se atașează la două molecule de hidrogen și formează apă. Un exemplu de astfel de reacție este formarea de colagen. În acest caz, vitamina C acționează ca un donor de oxigen. Prolină hidroxilaza preia o moleculă de oxigen din ea și o dă prolinei, care, la rândul ei, este inclusă în molecula de procolagen. Acest proces conferă rezistență și elasticitate țesutului conjunctiv. Când organismul are deficit de vitamina C, se dezvoltă guta. Se manifestă prin slăbiciune a țesutului conjunctiv, sângerare, vânătăi, pierderea dinților, adică calitatea colagenului din organism devinemai jos.
Un alt exemplu este hidroxilazele, care convertesc moleculele de colesterol. Aceasta este una dintre etapele formării hormonilor steroizi, inclusiv a hormonilor sexuali.
hidroxilaze specifice scăzute
Aceste hidrolaze sunt necesare pentru a oxida substanțele străine precum xenobioticele. Sensul reacțiilor este de a face astfel de substanțe mai tratabile pentru excreție, mai solubile. Acest proces se numește detoxifiere și are loc mai ales în ficat.
Datorită includerii unei molecule întregi de oxigen în xenobiotice, ciclul de reacție este întrerupt și o substanță complexă se descompune în câteva procese metabolice mai simple și mai accesibile.
Specie reactive de oxigen
Oxigenul este o substanță potențial periculoasă, deoarece, de fapt, oxidarea este un proces de ardere. Ca moleculă O2 sau apă, este stabilă și inertă din punct de vedere chimic, deoarece nivelurile sale electrice sunt pline și nu se pot atașa electroni noi. Dar compușii în care oxigenul nu are o pereche de electroni sunt foarte reactivi. Prin urmare, ele sunt numite active.
Astfel de compuși de oxigen:
- În reacțiile cu monoxid, se formează superoxid, care este separat de citocromul P450.
- În reacțiile oxidazei, are loc formarea anionului peroxid (peroxid de hidrogen).
- În timpul reoxigenării țesuturilor care au suferit ischemie.
Cel mai puternic agent de oxidare este radicalul hidroxil, acestaexistă în formă liberă doar pentru o milioneme de secundă, dar în acest timp multe reacții oxidative au timp să treacă. Particularitatea sa este că radicalul hidroxil acționează asupra substanțelor numai în locul în care s-a format, deoarece nu poate pătrunde în țesuturi.
Superoxidanion și peroxid de hidrogen
Aceste substanțe sunt active nu numai la locul de formare, ci și la o oarecare distanță de ele, deoarece pot pătrunde în membranele celulare.
Grupul hidroxi determină oxidarea reziduurilor de aminoacizi: histidină, cisteină și triptofan. Acest lucru duce la inactivarea sistemelor enzimatice, precum și la întreruperea proteinelor de transport. În plus, oxidarea microzomală a aminoacizilor duce la distrugerea structurii bazelor azotate nucleice și, ca urmare, aparatul genetic al celulei are de suferit. De asemenea, acizii grași care alcătuiesc stratul bilipid al membranelor celulare sunt oxidați. Acest lucru afectează permeabilitatea acestora, funcționarea pompelor de electroliți cu membrană și locația receptorilor.
Inhibitorii de oxidare microzomală sunt antioxidanți. Se găsesc în alimente și sunt produse în organism. Cel mai cunoscut antioxidant este vitamina E. Aceste substanțe pot inhiba oxidarea microzomală. Biochimia descrie interacțiunea dintre ele conform principiului feedback-ului. Adică, cu cât sunt mai multe oxidaze, cu atât sunt mai puternice suprimate și invers. Acest lucru ajută la menținerea echilibrului între sisteme și a constanței mediului intern.
Lant de transport electric
Sistemul de oxidare microzomală nu are componente solubile în citoplasmă, astfel încât toate enzimele sale sunt colectate pe suprafața reticulului endoplasmatic. Acest sistem include mai multe proteine care formează lanțul de electrotransport:
- NADP-P450 reductază și citocrom P450;
- OVER-citocrom B5 reductază și citocrom B5;
- steatoril-CoA desaturază.
Donatorul de electroni în marea majoritate a cazurilor este NADP (nicotinamidă adenin dinucleotide fosfat). Este oxidat de NADP-P450 reductază, care conține două coenzime (FAD și FMN), pentru a accepta electroni. La capătul lanțului, FMN este oxidat cu P450.
Cytochrome P450
Aceasta este o enzimă de oxidare microzomală, o proteină care conține hem. Leagă oxigenul și substratul (de regulă, este un xenobiotic). Numele său este asociat cu absorbția luminii de la o lungime de undă de 450 nm. Biologii l-au găsit în toate organismele vii. În prezent, au fost descrise peste unsprezece mii de proteine care fac parte din sistemul citocromului P450. În bacterii, această substanță este dizolvată în citoplasmă și se crede că această formă este cea mai veche din punct de vedere evolutiv decât la om. La noi, citocromul P450 este o proteină parietală fixată pe membrana endoplasmatică.
Enzimele din acest grup sunt implicate în metabolismul steroizilor, bilei și acizilor grași, fenolilor, neutralizarea substanțelor medicinale, otrăvurilor sau medicamentelor.
Proprietăți ale oxidării microzomale
Procese de microzomaloxidările au o specificitate largă de substrat, iar aceasta, la rândul său, face posibilă neutralizarea unei varietăți de substanțe. Unsprezece mii de proteine ale citocromului P450 pot fi pliate în mai mult de o sută cincizeci de izoforme ale acestei enzime. Fiecare dintre ele are un număr mare de substraturi. Acest lucru permite organismului să scape de aproape toate substanțele nocive care se formează în interiorul său sau provin din exterior. Produse în ficat, enzimele de oxidare microzomală pot acționa atât local, cât și la o distanță considerabilă de acest organ.
Reglarea activității de oxidare microzomală
Oxidarea microzomală în ficat este reglată la nivelul ARN-ului mesager, sau mai bine zis funcția acestuia - transcripție. Toate variantele citocromului P450, de exemplu, sunt înregistrate pe molecula de ADN și, pentru ca aceasta să apară pe EPR, este necesar să „rescrieți” o parte a informațiilor din ADN în ARN mesager. ARNm este apoi trimis la ribozomi, unde se formează molecule de proteine. Numărul acestor molecule este reglat extern și depinde de cantitatea de substanțe care trebuie dezactivate, precum și de prezența aminoacizilor necesari.
Până în prezent, au fost descriși peste două sute cincizeci de compuși chimici care activează oxidarea microzomală în organism. Acestea includ barbiturice, carbohidrați aromatici, alcooli, cetone și hormoni. În ciuda unei asemenea diversități aparente, toate aceste substanțe sunt lipofile (solubile în grăsimi) și, prin urmare, susceptibile la citocromul P450.
