Vlogo mikrosomske oksidacije v življenju organizma je težko preceniti ali spregledati. Inaktivacija ksenobiotikov (strupenih snovi), razgradnja in tvorba nadledvičnih hormonov, sodelovanje pri presnovi beljakovin in ohranjanje genetskih informacij so le majhen del znanih problemov, ki se rešujejo zaradi mikrosomske oksidacije. To je avtonomni proces v telesu, ki se začne po vstopu sprožilne snovi in se konča z njeno odstranitvijo.
Definicija
Mikrosomska oksidacija je kaskada reakcij, vključenih v prvo fazo ksenobiotske transformacije. Bistvo postopka je hidroksilacija snovi z uporabo atomov kisika in tvorba vode. Zaradi tega se spremeni struktura prvotne snovi, njene lastnosti pa je mogoče tako zatreti kot izboljšati.
Mikrosomska oksidacija vam omogoča nadaljevanje reakcije konjugacije. To je druga faza transformacije ksenobiotikov, na koncu katere se molekule, ki nastanejo v telesu, pridružijo že obstoječi funkcionalni skupini. Včasih nastanejo vmesne snovi, ki povzročajo poškodbe jetrnih celic, nekrozo in onkološko degeneracijo tkiv.
oksidacija tipa oksidaze
Reakcije mikrosomske oksidacije potekajo zunaj mitohondrijev, zato porabijo približno deset odstotkov vsega kisika, ki pride v telo. Glavni encimi v tem procesu so oksidaze. Njihova struktura vsebuje atome kovin s spremenljivo valenco, kot so železo, molibden, baker in druge, kar pomeni, da so sposobni sprejemati elektrone. V celici se oksidaze nahajajo v posebnih veziklih (peroksisomih), ki se nahajajo na zunanjih membranah mitohondrijev in v ER (granularni endoplazmatski retikulum). Substrat, ki pade na peroksisome, izgubi molekule vodika, ki se pritrdijo na molekulo vode in tvorijo peroksid.
Obstaja samo pet oksidaz:
- monoaminooksigenaza (MAO) - pomaga pri oksidaciji adrenalina in drugih biogenih aminov, ki nastajajo v nadledvičnih žlezah;
- diaminooksigenaza (DAO) - sodeluje pri oksidaciji histamina (posrednik vnetja in alergij), poliaminov in diaminov;
- oksidaza L-aminokislin (to je levoročne molekule);
- oksidaza D-aminokislin (desno vrteče se molekule);
- ksantin oksidaza - oksidira adenin in gvanin (dušikove baze, vključene v molekulo DNK).
Pomen mikrosomske oksidacije po tipu oksidaze je odstraniti ksenobiotike in inaktivirati biološko aktivne snovi. Nastajanje peroksida, ki ima baktericidni učinek in mehansko čiščenje na mestu poškodbe, je stranski učinek, ki zavzema pomembno mesto med drugimi učinki.
Oksidacija tipa oksigenaze
Reakcije tipa oksigenaze v celici se pojavljajo tudi na granularnem endoplazmatskem retikulumu in na zunanjih lupinah mitohondrijev. Za to so potrebni specifični encimi – oksigenaze, ki mobilizirajo molekulo kisika iz substrata in jo vnesejo v oksidirano snov. Če vnesemo en atom kisika, se encim imenuje monooksigenaza ali hidroksilaza. V primeru vnosa dveh atomov (to je cele molekule kisika) se encim imenuje dioksigenaza.
Reakcije oksidacije tipa oksigenaze so del trikomponentnega večencimskega kompleksa, ki sodeluje pri prenosu elektronov in protonov s substrata, čemur sledi aktivacija kisika. Ves ta proces poteka s sodelovanjem citokroma P450, o čemer bomo podrobneje razpravljali kasneje.
Primeri reakcij tipa oksigenaze
Kot že omenjeno, monooksigenaze za oksidacijo uporabljajo samo enega od dveh razpoložljivih kisikovih atomov. Drugi se vežejo na dve vodikovi molekuli in tvorijo vodo. Eden od primerov takšne reakcije je tvorba kolagena. V tem primeru kot darovalec kisika deluje vitamin C. Prolin hidroksilaza ji vzame molekulo kisika in jo odda prolinu, ki pa je vključen v molekulo prokolagena. Ta proces daje vezivnemu tkivu moč in elastičnost. Ko telesu primanjkuje vitamina C, se razvije protin. Kaže se s šibkostjo vezivnega tkiva, krvavitvami, podplutbami, izpadanjem zob, torej se kakovost kolagena v telesu poslabša.spodaj.
Drug primer so hidroksilaze, ki pretvarjajo molekule holesterola. To je ena od stopenj nastajanja steroidnih hormonov, vključno s spolnimi hormoni.
Nizko specifične hidroksilaze
To so hidrolaze, potrebne za oksidacijo tujih snovi, kot so ksenobiotiki. Pomen reakcij je, da takšne snovi postanejo bolj vodljive za izločanje, bolj topne. Ta proces se imenuje razstrupljanje in poteka večinoma v jetrih.
Zaradi vključitve celotne molekule kisika v ksenobiotike se prekine reakcijski cikel in ena kompleksna snov se razgradi na več enostavnejših in dostopnejših metabolnih procesov.
Reaktivne kisikove vrste
Kisik je potencialno nevarna snov, saj je v resnici oksidacija proces zgorevanja. Kot molekula O2 ali voda je stabilna in kemično inertna, ker so njene električne ravni polne in se ne morejo pritrditi novi elektroni. Toda spojine, v katerih kisik nima para vseh elektronov, so zelo reaktivne. Zato se imenujejo aktivni.
Takšne kisikove spojine:
- Pri monoksidnih reakcijah nastane superoksid, ki se loči od citokroma P450.
- Pri oksidaznih reakcijah pride do tvorbe peroksidnega aniona (vodikov peroksid).
- Med reoksigenacijo tkiv, ki so bila podvržena ishemiji.
Najmočnejši oksidant je hidroksilni radikal, itobstaja v prosti obliki le milijoninko sekunde, toda v tem času imajo številne oksidativne reakcije čas. Njegova posebnost je, da hidroksilni radikal deluje na snovi samo na mestu, kjer je nastal, saj ne more prodreti v tkiva.
Superoksidanion in vodikov peroksid
Te snovi niso aktivne le na mestu nastanka, ampak tudi na neki oddaljenosti od njih, saj lahko prodrejo v celične membrane.
Hidroksi skupina povzroči oksidacijo aminokislinskih ostankov: histidina, cisteina in triptofana. To vodi do inaktivacije encimskih sistemov, pa tudi do motenj transportnih beljakovin. Poleg tega mikrosomska oksidacija aminokislin vodi do uničenja strukture nukleinskih dušikovih baz in posledično trpi genetski aparat celice. Oksidirajo se tudi maščobne kisline, ki sestavljajo bilipidni sloj celičnih membran. To vpliva na njihovo prepustnost, delovanje membranskih elektrolitskih črpalk in lokacijo receptorjev.
Zaviralci mikrosomske oksidacije so antioksidanti. Najdemo jih v hrani in se proizvajajo v telesu. Najbolj znan antioksidant je vitamin E. Te snovi lahko zavirajo mikrosomsko oksidacijo. Biokemija opisuje interakcijo med njima po principu povratne informacije. To pomeni, da več kot je oksidaz, močnejše so zatirane in obratno. To pomaga ohranjati ravnovesje med sistemi in konstantnostjo notranjega okolja.
Električna transportna veriga
Mikrosomski oksidacijski sistem nima komponent, topnih v citoplazmi, zato so vsi njegovi encimi zbrani na površini endoplazmatskega retikuluma. Ta sistem vključuje več beljakovin, ki tvorijo elektrotransportno verigo:
- NADP-P450 reduktaza in citokrom P450;
- PREKO- citokrom B5 reduktaza in citokrom B5;
- steatoril-CoA desaturaza.
Darovalec elektronov v veliki večini primerov je NADP (nikotinamid adenin dinukleotid fosfat). Oksidi jo reduktaza NADP-P450, ki vsebuje dva koencima (FAD in FMN), da sprejme elektrone. Na koncu verige se FMN oksidira s P450.
Cytochrome P450
To je mikrosomski oksidacijski encim, protein, ki vsebuje hem. Veže kisik in substrat (praviloma je ksenobiotik). Njegovo ime je povezano z absorpcijo svetlobe z valovno dolžino 450 nm. Biologi so ga našli v vseh živih organizmih. Trenutno je opisanih več kot enajst tisoč beljakovin, ki so del sistema citokroma P450. Pri bakterijah je ta snov raztopljena v citoplazmi in verjamejo, da je ta oblika evolucijsko najbolj starodavna kot pri ljudeh. Pri nas je citokrom P450 parietalni protein, fiksiran na endoplazmatski membrani.
Encimi te skupine sodelujejo pri presnovi steroidov, žolča in maščobnih kislin, fenolov, nevtralizaciji zdravilnih snovi, strupov ali zdravil.
Lastnosti mikrosomske oksidacije
Procesi mikrosomovoksidacije imajo široko substratno specifičnost, kar pa omogoča nevtralizacijo različnih snovi. Enajst tisoč proteinov citokroma P450 je mogoče zložiti v več kot sto petdeset izooblik tega encima. Vsak od njih ima veliko število substratov. To omogoča telesu, da se znebi skoraj vseh škodljivih snovi, ki nastajajo v njem ali prihajajo od zunaj. Mikrosomalni oksidacijski encimi, ki nastanejo v jetrih, lahko delujejo lokalno in na precejšnji razdalji od tega organa.
Uravnavanje aktivnosti mikrosomske oksidacije
Mikrosomska oksidacija v jetrih je regulirana na nivoju sporočilne RNA oziroma njene funkcije – transkripcije. Vse različice citokroma P450, na primer, so zapisane na molekuli DNK in da bi se pojavil na EPR, je treba del informacij "prepisati" iz DNK v sporočilno RNA. mRNA se nato pošlje v ribosome, kjer nastanejo beljakovinske molekule. Število teh molekul je zunanje regulirano in odvisno od količine snovi, ki jih je treba deaktivirati, kot tudi od prisotnosti potrebnih aminokislin.
Do danes je bilo opisanih več kot dvesto petdeset kemičnih spojin, ki aktivirajo mikrosomsko oksidacijo v telesu. Sem spadajo barbiturati, aromatični ogljikovi hidrati, alkoholi, ketoni in hormoni. Kljub takšni navidezni raznolikosti so vse te snovi lipofilne (topne v maščobah) in zato občutljive na citokrom P450.
