ХИМИЧЕСКАЯ МОДИФИКАЦИЯ КСЕНОБИОТИКОВ

Главная роль в этом процессе принадлежит микросо- мам. В мембранах эндоплазматического ретикулума локализована система монооксигеназного окисления, обладающая смешанными функциями и низкой специфичностью.

Эта система была впервые обнаружена в 1950 г. в клетках печени, где она наиболее интенсивно развита, а ее основной компонент — цитохром Р-450 (сокращенно цит. Р-450), названный так за характерный спектр поглощения восстановленного комплекса с оксидом углерода в области 450 нм, был выделен и изучен в середине 70-х гг. XX в.

В микросомной системе окисления проходит метаболизм различных гидрофобных ядов, лекарств, канцероген-

  Рис. 4.1. Трехмерная организация цитохрома Р-450 при связывании бенз[а]пирена

  Рис. 4.1. Трехмерная организация цитохрома Р-450 при связывании бенз[а]пирена

   ных веществ, стероидных гормонов, липидов. Полиспецифичность микросомного окисления объясняется свойствами основного компонента монооксигеназной системы цит. Р-450, функционирующего в виде различных изоформ. Изоформы цит. Р-450 — гемопротеины. Они имеют общее строение активного центра, содержащего гемовое железо (рис. 4.1).

Окисление гидрофобных субстратов в микросомах идет по трем основным путям:

  • включение атома кислорода в связь между атомом водорода и каким-либо другим атомом молекулы-субстрата (гидрокеширование);
  • добавление дополнительного атома кислорода в л-связь (эпоксидирование);
  • присоединение атома кислорода к молекуле (окисление).

Таким образом, за счет этих реакций осуществляются гидроксилирование алифатических и ароматических соединений, О- и М-деалкилирование, окисление первичных и вторичных аминов, образование сульфоксидов и N-оксидов.

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

R-H + НАДФН + 02 + 2Н+ -gt; R-OH + НАДФ+ + Н20.

Необходимые кофакторы микросомного окисления — восстановленные нуклеотиды (НАДФН и НАДН), которые взаимодействуют с цит. Р-450 через флавопротеин-НАДФН- цитохром Р-450-редуктазу. В ряде реакций необходим мик- росомный гемопротеид цитохром Ь5 и флавопротеин-цито- хром-Ь5-редуктаза. Кроме этого, для некоторых монооксиге- назных реакций требуется электрон-транспортная цепь, состоящая из флавопротеина и мембранного сульфопротеина (путидаредоксин, адренодоксин).

Некоторые разновидности цит. Р-450 локализуются в митохондриальной мембране. В этом случае промежуточный переносчик электронов — белок ферродоксин, а донор — НАДФН.

К настоящему времени из тканей животных различных видов, простейших и растений выделено более 80 различных изоформ этого фермента.

Показано, что цит. Р-450 кодируется семейством «супергенов», которое составляет по крайней мере 50 генов, организованных в несколько (не менее 9) мультигенных семейств. Эти семейства содержат от одного до нескольких генных сегментов, кодирующих родственные белки (или по крайней мере их мРНК).

Номенклатура генов осуществляется следующим образом:
  • общее название гена — CYP;
  • имя - арабские или римские цифры от 1 до 28;
  • подимя — латинские буквы (А — Z);
  • индивидуальный номер — арабские цифры.

Гены CYPI несут информацию о ферментах, участвующих в обезвреживании ароматических углеводородов. Для этих ферментов отсутствуют эндогенные субстраты. Высокая активность CYP1A2 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.

Вся группа ферментов в эволюционном плане является очень старой: ей около 3 млрд лет.

В настоящее время изоформы цит. Р-450 обнаружены кроме печени в таких тканях, как почки, легкие, селезенка, кожа, форменные элементы крови (кроме безъядерных эритроцитов).

Вызывает удивление полиспецифичность группы изоформ цит. Р-450, которые способны метаболизировать не только существующие в природе гидрофобные ксенобиотики (такие, как, например, бенз[а]пирен и его производные), но и практически все липофильные искусственно синтезированные соединения: лекарства, пестициды и гербициды, полихлорированные бифенилы и т.п. Эта полиспецифичность позволила высказать предположение, что изоформы цит. Р-450 могут синтезироваться после проникновения в организм новых низкомолекулярных соединений подобно тому, как синтезируются специфические антитела в ответ на попадание в организм антигенов. Наибольшей способностью к индукции обладают химические соединения, содержащие в молекуле плоские ароматические группировки, а также несколько бензольных колец: бенз[а]пирен, диоксины и фураны, ПХБ и др.

Согласно имеющимся данным домен ДНК, участвующий в индукционном ответе на попадание в организм ароматических углеводородов, - Ah-домен (англ. Aromatic hydrocarbons) - состоит из 1200 пар азотистых оснований и представлен семейством генов: CYP1A1, CYP1A2 (гены цитохрома Р-450), Nmo-1 (НАДФ-зависимая менадионоксидо- редуктаза), Aldh-І (альдегиддегидрогеназа), Ugt-І (глюкуро- нилтрансфераза), Gt-І (глютатион-8-трансфераза) (рис. 4.2). В упрощенном виде последовательность реакций в ответ на попадание токсичного соединения можно представить сле- Ah-домен

I I I              I              I              I

CYP1A1 CYP1A2 Nmo-1 Aldh-1 Ugt-1              Gt-1

  Рис. 4.3. Схема индукции ферментов детоксикации в ответ на поступление нового ксенобиотика

  Рис. 4.3. Схема индукции ферментов детоксикации в ответ на поступление нового ксенобиотика

   дующим образом (рис. 4.3). В цитоплазме ксенобиотик присоединяется к белковому комплексу, обладающему полиспецифичностью и обозначаемому как Ah-рецептор. Он состоит из собственно рецептора AHR, белков теплового шока 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.

Регуляция активности монооксигеназной системы — очень сложный и комплексный процесс. 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 мо- нооксигеназ — это ряд соединений, имеющих в своей структуре молекулу имидазольного кольца (например, противогрибковый препарат кетоксоназол, лекарство циметидин и другие вещества). Некоторые химические агенты (амфетамины, антибиотик олеандомицин) в результате метаболической активации способны жестко связывать цит. Р-450, полностью ингибируя его активность. Помимо этого, ингибиторами являются угарный газ, соли тяжелых металлов (Со, Cd, Pb), хлороформ.

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

Цит. Р-450 - ключевой фермент в элиминации, детоксикации и метаболической активации экзогенных субстратов. Данные процессы — важнейшие для поддержания химического гомеостаза внутренней среды животных и человека — играют основную роль в метаболизме лекарств и попадающих в организм химических загрязнителей окружающей среды. Остановимся на них подробнее.

  • Элиминация. Липофильные молекулы с трудом выводятся из биологических мембран, так как 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.
  • Детоксикация. Часто химическая модификация в монооксигеназной системе приводит к потере молекулой ее биологической актавности, токсичное™.
  • Метаболическая активация. В этом случае продукт монооксигеназной реакции становится более активным соединением, чем молекула, из которой он образовался. Типичный пример такой реакции — образование в монооксигеназной системе из бенз[а]пирена окисленных производных (диалкогольэпоксид), способных связываться с ДНК, вызывая мутагенез и канцерогенез (рис. 4.4).

Необходимо отметить, что многие природные соединения способны модифицировать активность системы детоксикации. Выше указывалось на то, что эстрогены могут быть мета- болизированы цитохромом Р-450 путем образования 2-гидрокси- эстрона или 16-гидроксиэстрона (см. гл. 3). Относительная активность этих двух путей определяет риск возникновения раковых гормонально зависимых новообразований. Гидроксилирование в положении С16 ведет к образованию метаболитов, которые усиливают действие эстрогена и увеличивают риск рака молочной железы, в то время как гидроксилирование в положении С2 дает соединения, которые снижают действие эстрогена и тем самым уменьшают риск возникновения онкологического заболевания. Факторы образа жизни влияют на активность двух путей. Избыточный вес подавляет С2-гидроксилирование, в то время как активная физическая деятельность стимулирует эту реакцию. С16-гидроксилирова- ние ускоряется жирной пищей. Фитокомпоненты в пище могут изменять относительный вклад этих путей. Например, индол-3- карбинол в некоторых овощах — мощный индуктор фермента эст- роген-2-гидроксилазы.

щие.

  4.4. Метаболическая активация при превращении бенз[а]пирена 			Ареноксид

  4.4. Метаболическая активация при превращении бенз[а]пирена

Ареноксид

  

Бенз[а]пирен

Цит. Р-450

Еще одним примером метаболической активации может являться катаболизм лекарственного препарата местранола — орального контрацептива, о котором шла речь в предыдущей главе. Само лекарство имеет слабое сродство к эстроге- новым рецепторам. В процессе обезвреживания, т.е. деметилирования, оно превращается в этинилэстрадиол. При этом резко увеличивается сродство соединения к рецепторам, что позволяет ему активно вмешиваться в функционирование эндокринной системы.

Флавоноиды цитрусовых - тангерицин и нобилетин — мощные ингибиторы роста клеток опухоли путем активации цитохрома Р-450.

Гидрофильная модификация ксенобиотиков может происходить путем метилирования, т.е. добавления группы СН3. Этот процесс обычно связан с образованием менее гидрофильных соединений. Донором метальной группировки служит S-аденозилметаонин. Катализируют реакцию ме- талтрансферазы. Этот способ обезвреживания может быть сопряжен с образованием токсичных продуктов, например метилртути, при помощи бактериальных метилтрансфераз (см. гл. 8).

<< | >>
Источник: Стожаров, А. Н.. Медицинская экология ; учеб. пособие / А. Н. Стожаров. - Минск : Выш. шк. — 368 с.. 2008

Еще по теме ХИМИЧЕСКАЯ МОДИФИКАЦИЯ КСЕНОБИОТИКОВ:

  1. ДЕТОКСИКАЦИЯ КСЕНОБИОТИКОВ
  2. 3.2.2. Оценка химической обстановки при применении химического оружия
  3. 3.5.2 Химический состав и физико-химические свойства игристого ароматизированного вина
  4. Химические и физико-химические методы очистки сточных вод
  5. 3.4 Изучение химического и физико-химического составаароматизированного виноматериала
  6. ТОКСИКОКИНЕТИКА КСЕНОБИОТИКОВ
  7. ОСНОВНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ДЕЙСТВИЯ КСЕНОБИОТИКОВ
  8. СПОСОБЫ СНИЖЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ КСЕНОБИОТИКОВ В ПИТЬЕВОЙ ВОДЕ
  9. КСЕНОБИОТИКИ, ПОСТУПАЮЩИЕ В ОРГАНИЗМ В РЕЗУЛЬТАТЕ ПОЛУЧЕНИЯ, ОБРАБОТКИ ИЛИ ХРАНЕНИЯ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ
  10. Метод нормального отрыва и его модификации
  11. К когнитивной модификации через поведенческие изменения.
  12. Модификации отношений обмена и проблема стоимости
  13. Приложение 8 Методика счёта по Крепелину (Е. Кraepelin) в модификации Шульте (R. Schulte)