15 Фазы детоксикации ксенобиотиков. Система микросомального окисления. Понятие о метаболической активации. Индукторы и ингибиторы микросомального окисления.

Подавляющая часть загрязнителей — не растворимые в воде гидрофобные соединения концентрируются в жировой ткани или мембранах. Дальнейший метаболизм ксенобиотиков затруднителен, так как значительная часть реакций в клетке протекает в водной фазе. Трудность состоит и в транспортировке (кровь-водная среда).фазы детоксикации:

• химическую модификацию, придание токсическим соединениям гидрофильных свойств, которые облегчают их солюбилизацию, т.е. растворение. Это происходит путем образования или введения в состав молекул групп ОН, NH2 и др.;

• ковалентную конъюгацию, ведущую к образованию транспортных, форм ксенобиотиков и способствующую их выведению из организма. Другой механизм экскреции ксенобиотиков-выведения из клетки с помощью Р-гликопротеинов или с помощью резистентных белков с низкой специфичностью. Дальнейшая судьба экскретируемых ксенобиотиков состоит в связывании их с альбумином плазмы крови или лигандом, которые уменьшают их токсичность. Все эти процессы требуют расхода энергии в виде НАДФН или АТФ. Главная роль в хим.модифик. принадлежит микросомам. В мембранах ЭПР локализована система монооксигеназного окисления, обладающая низкой специфичностью. в 1950 г. в клетках печени, основной компонент - цитохром Р-450. В микросомах проходит метаболизм гидрофобных ядов, лекарств, канцерогеных веществ, стероидных гормонов, липидов. Полиспецифичность микросомного окисления объясняется свойствами цит. Р-450, функционирующего в виде различных изоформ. Изоформы цит. Р-450 - гемопротеины. Они имеют общее строение активного центра, содержащего гемовое железо Окисление гидрофобных субстратов в микросомах идет по трем основным путям:

• включение атома кислорода в связь между атомом водорода и к.-л. другим атомом молекулы-субстрата (гидроксилирование)

• добавление атома кислорода в пи-связь (эпоксидирование),

• присоединение атома кислорода к молекуле (окисление).

Наиболее типичная ферментативная активность микро-сомной системы — окисление липофильных субстратов, осуществляемое с помощью активации молекулярного кислорода (монооксигеназные реакции): 

Необходимые кофакторы микросомного окисления — восстановленные нуклеотиды (НАДФН и НАДН), которые взаимодействуют с цит. Р-450 через флавопротеин-НАДФН-цитохром Р-450-редуктазу. Некоторые разновидности цит. Р-450 локализуются в митохондриальной мембране.

Показано, что цит. Р-450 кодируется семейством «супергенов», которое составляет по крайней мере 50 генов, организованных в несколько мультигенных семейств. Номенклатура генов осуществляется следующим образом:

• общее название гена - СYР;

• имя - арабские или римские цифры от 1 до 28;

• подимя - латинские буквы (А - 2);

• индивидуальный номер - арабские цифры.

Гены СYРI несут информацию о ферментах, участвующих в обезвреживании ароматических углеводородов Высокая активность СYР1А2 в организме появляется в ответ на курение и связана с увеличенным риском заболевания раком толстого кишечника. CYPII участвуют в метаболизме некоторых лекарственных соединений, CYPIII — в метаболизме стероидов. Некоторые группы изоформ цит. Р-450, способны метаболизировать почти все липофильные искусственно синтезированные соединения: лекарства, пестициды и гербициды... изоформы цит. Р-450 могут синтезироваться после проникновения в организм новых низкомолекулярных соединений подобно Ат. Домен ДНК, участвующий в индукционном ответе на попадание в организм ароматических углеводородов, - Ah-домен (англ. Aromatic hydrocarbons). В цитоплазме ксенобиотик присоединяется к белковому комплексу,(Ah-рецептор- состоит из собственно рецептора AHR, белков теплового щока HSP и белка AIP. Группа сопутствующих протеинов предназначена для правильного ориентирования и стабилизации рецептора. Связывание сопровождается отщеплением HSP- и AIP-рецептора. Облегченный комплекс транспортируется в ядро, где формирует гетеродимер с белком - ядерным проводником ARNT (AHR Nuclear Translocator). Сформированный димер присоединяется к CYP-гену ДНК и активирует транскрипцию мРНК, кодирующую аминокислотную последовательность цит. Р-450, который и запускает процесс гидроксилирования ксенобиотика.

Увеличение активности изоформ цит. Р-450, участвующих в метаболизме гормонов, происходит в ответ на изменение гормонального статуса организма и существенно зависит от пола, возраста, периода репродуктивной активности животного

Ингибиторы метаболизма ксенобиотиков в системе монооксигеназ —соединений, имеющих в своей структуре молекулу имидазольного кольца. Некоторые химические агенты (амфетамины, антибиотик олеандомицин) в результате метаболической активации способны жестко связывать цит. Р-450, полностью ингибируя его активность.Ингибиторами являются угарный газ, соли тяжелых металлов (Со, Сd, РЬ), хлороформ.

Индукторы монооксигеназной реакции - это фенобарбитал, кордиамин и полихлорированные бифенилы.

Цит. Р-450 - ключевой фермент в элиминации, детоксикации и метаболической активации экзогенных субстратов.

• Элиминация. Окисление приводит к увеличению гидрофильности чужеродных соединений. Это способствует их выведению или ускоряет реакции последующей детоксикации

• Детоксикация.потеря молекулой ее биологической активности, токсичности.

• Метаболическая активация. продукт монооксигеназной реакции становится более активным соединением, чем молекула, из которой он образовался.

образование из бенз[а]пирена окисленных производных связываться с ДНК, вызывая мутагенез и канцерогенез

эстрогены могут быть метаболизированы цитохромом Р-450 путем образования 2-гидрокси-эстрона(снижает действие эстрогена и уменьшают риск рака молоч.ж-ы-избыточный вес подавляет, активная физическая деят. стимулирует) или 16-гидроксиэстрона(усиливает действие эстрогена и ув-т риск рака молочной железы- ускоряется жирной пищей)

катаболизм лекарственного препарата местранола. Само лекарство имеет слабое сродство к эстрогеновым рецепторам. В процессе обезвреживания, т.е. деметилирования, оно превращается в этинилэстрадиол. резко увеличивается сродство к рецепторам, что позволяет активно вмешиваться в функц-ние эндокринной системы. 

Гидрофильная модификация ксенобиотиков может происходить путем метилирования, т.е. добавления группы СН3.

16Элиминация ксенобиотиков. Конъюгация ксенобиотиков: понятие, ферменты, участвующие в реакциях конъюгации, регуляция их активности.

Ксенобиотики – это любые чужеродные для организма соединения, которые способны вызывать в нем определенные изменения, в том числе заболевания и гибель.

Элиминация. Липофильные молекулы с трудом выводятся из биологических мембран, т.к. образуют гидрофобные связи с молекулами мембранных структур. Окисление определенных групп молекулярным кислородом в результате монооксигеназных реакций приводит к увеличению гидрофильности чужеродных соединений. Это способствует их выведению или ускоряет реакции последующей детоксикации, как правило, с участием ферментов, осуществляющих их конъюгацию с белками, что значительно облегчает выведение этих соединений из организма.

Реакции конъюгации — это реакции биосинтеза, которые протекают с потреблением энергии. Важным обстоятельством этих реакций является особенность их внутриклеточной локализации. Значительная часть реакций конъюгации протекает на мембранах эндоплазматической сети клеток, непосредственно в месте образования под влиянием оксидаз со смешанными функциями высокореактивных метаболитов. Это позволяет свести до минимума токсическое действие промежуточных продуктов метаболизма ксенобиотиков.

Ферменты, участвующие в реакциях конъюгации:

Глютатион-8-трансфераза (ГТ-аза) - детоксифицирующий фермент, который катализирует реакцию взаимодействия глютатиона с токсичными электрофильными соединениями, приводя к образованию менее ядовитых и более растворимых в воде компонентов, которые могут быть легко экскретированы из организма. Компоненты, стимулирующие активность ГТ-азы, рассматриваются как ингибиторы злокачественного процесса. Вещества, способные стимулировать деятельность ГТ-азы, включают фталиды в семенах сельдерея, аллилсульфиды в чесноке и луке, дитио-тионы и изотиоцианаты в брокколи и других овощах, лимоноиды в цитрусовых.

Один из шести индивидуумов в популяции (примерно 17% населения) наследует от родителей дефектный по глютатион-8-трансферазеген. По активности этого энзима всех людей можно разделить на три группы: клетки которых не способны к конъюгации, слабоконъюгирующие и высококонъюгирующие.

Детоксикация ксенобиотика может происходить путем его конъюгации с глюкуроновой кислотой, сульфатом, глицином.

Введение в организм D-глюкаровой кислоты (сахарная кислота) способствует образованию D-глюкаро-у-лактона (сахаролактона), который ингибирует превращение УДФ-D-глюкуроновой кислоты в глюкуроновую кислоту. Данный процесс катализируется B-глюкоронидазой, для которой упомянутый лактон является ингибитором. В свою очередь, накопление активной формы глюкуроновой кислоты будет способствовать реакции образования глюкуронидов, т.е. процессу обезвреживания чужеродных для организма соединений. Глюкаровая кислота входит в состав фруктов, а также выпускается в виде биологически активной добавки к пище.

Множественные формы ферментов (изоферменты) -ГТ-аза, УДФ-глюкуронил-трансфераза и сульфотрансфераза - также выражены в организме млекопитающих. Образующиеся при этом соединения выводятся из организма через почки, легкие, кишечник, слюнные, потовые и сальные железы.