Ο ρόλος της μικροσωμικής οξείδωσης στη ζωή του οργανισμού είναι δύσκολο να υπερεκτιμηθεί ή να παραβλεφθεί. Η αδρανοποίηση των ξενοβιοτικών (τοξικών ουσιών), η διάσπαση και ο σχηματισμός ορμονών των επινεφριδίων, η συμμετοχή στον μεταβολισμό των πρωτεϊνών και η διατήρηση της γενετικής πληροφορίας είναι μόνο ένα μικρό μέρος των γνωστών προβλημάτων που επιλύονται λόγω της μικροσωμικής οξείδωσης. Αυτή είναι μια αυτόνομη διαδικασία στο σώμα που ξεκινά μετά την είσοδο της ουσίας ενεργοποίησης και τελειώνει με την αποβολή της.
Ορισμός
Η μικροσωμική οξείδωση είναι ένας καταρράκτης αντιδράσεων που περιλαμβάνονται στην πρώτη φάση του ξενοβιοτικού μετασχηματισμού. Η ουσία της διαδικασίας είναι η υδροξυλίωση ουσιών με χρήση ατόμων οξυγόνου και ο σχηματισμός νερού. Εξαιτίας αυτού, η δομή της αρχικής ουσίας αλλάζει και οι ιδιότητές της μπορούν να κατασταλούν και να βελτιωθούν.
Η μικροσωμική οξείδωση σας επιτρέπει να προχωρήσετε στην αντίδραση σύζευξης. Αυτή είναι η δεύτερη φάση του μετασχηματισμού των ξενοβιοτικών, στο τέλος της οποίας τα μόρια που παράγονται στο εσωτερικό του σώματος θα ενταχθούν στην ήδη υπάρχουσα λειτουργική ομάδα. Μερικές φορές σχηματίζονται ενδιάμεσες ουσίες που προκαλούν βλάβες στα ηπατικά κύτταρα, νέκρωση και ογκολογικό εκφυλισμό των ιστών.
Οξείδωση τύπου οξειδάσης
Οι αντιδράσεις μικροσωμικής οξείδωσης συμβαίνουν έξω από τα μιτοχόνδρια, επομένως καταναλώνουν περίπου το δέκα τοις εκατό όλου του οξυγόνου που εισέρχεται στο σώμα. Τα κύρια ένζυμα σε αυτή τη διαδικασία είναι οι οξειδάσες. Η δομή τους περιέχει άτομα μετάλλων με μεταβλητό σθένος, όπως ο σίδηρος, το μολυβδαίνιο, ο χαλκός και άλλα, που σημαίνει ότι είναι σε θέση να δέχονται ηλεκτρόνια. Στο κύτταρο, οι οξειδάσες βρίσκονται σε ειδικά κυστίδια (υπεροξισώματα) που βρίσκονται στις εξωτερικές μεμβράνες των μιτοχονδρίων και στο ER (κοκκώδες ενδοπλασματικό δίκτυο). Το υπόστρωμα, πέφτοντας στα υπεροξισώματα, χάνει μόρια υδρογόνου, τα οποία προσκολλώνται σε ένα μόριο νερού και σχηματίζουν υπεροξείδιο.
Υπάρχουν μόνο πέντε οξειδάσες:
- μονοαμινοοξυγενάση (ΜΑΟ) - βοηθά στην οξείδωση της αδρεναλίνης και άλλων βιογενών αμινών που παράγονται στα επινεφρίδια.
- διαμινοοξυγενάση (DAO) - εμπλέκεται στην οξείδωση της ισταμίνης (διαμεσολαβητής της φλεγμονής και των αλλεργιών), των πολυαμινών και των διαμινών·
- οξειδάση των L-αμινοξέων (δηλαδή, αριστερόχειρων μορίων);
- οξειδάση D-αμινοξέων (μόρια που περιστρέφονται δεξιά), - οξειδάση ξανθίνης - οξειδώστε την αδενίνη και τη γουανίνη (αζωτούχες βάσεις που περιλαμβάνονται στο μόριο DNA).
Η σημασία της μικροσωμικής οξείδωσης κατά τύπο οξειδάσης είναι η εξάλειψη των ξενοβιοτικών και η απενεργοποίηση των βιολογικά δραστικών ουσιών. Ο σχηματισμός υπεροξειδίου, το οποίο έχει βακτηριοκτόνο δράση και μηχανικό καθαρισμό στο σημείο του τραυματισμού, είναι μια παρενέργεια που κατέχει σημαντική θέση μεταξύ άλλων επιδράσεων.
Οξείδωση τύπου οξυγενάσης
Αντιδράσεις τύπου οξυγενάσης στο κύτταρο συμβαίνουν επίσης στο κοκκώδες ενδοπλασματικό δίκτυο και στα εξωτερικά κελύφη των μιτοχονδρίων. Αυτό απαιτεί συγκεκριμένα ένζυμα - οξυγενάσες, τα οποία κινητοποιούν ένα μόριο οξυγόνου από το υπόστρωμα και το εισάγουν στην οξειδωμένη ουσία. Εάν εισαχθεί ένα άτομο οξυγόνου, τότε το ένζυμο ονομάζεται μονοοξυγενάση ή υδροξυλάση. Στην περίπτωση της εισαγωγής δύο ατόμων (δηλαδή ενός ολόκληρου μορίου οξυγόνου), το ένζυμο ονομάζεται διοξυγενάση.
Οι αντιδράσεις οξείδωσης τύπου οξυγενάσης αποτελούν μέρος ενός συμπλέγματος πολλαπλών ενζύμων τριών συστατικών, το οποίο εμπλέκεται στη μεταφορά ηλεκτρονίων και πρωτονίων από το υπόστρωμα, ακολουθούμενη από ενεργοποίηση οξυγόνου. Όλη αυτή η διαδικασία λαμβάνει χώρα με τη συμμετοχή του κυτοχρώματος P450, το οποίο θα συζητηθεί λεπτομερέστερα στη συνέχεια.
Παραδείγματα αντιδράσεων τύπου οξυγενάσης
Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, οι μονοοξυγενάσες χρησιμοποιούν μόνο ένα από τα δύο διαθέσιμα άτομα οξυγόνου για οξείδωση. Το δεύτερο προσκολλώνται σε δύο μόρια υδρογόνου και σχηματίζουν νερό. Ένα παράδειγμα τέτοιας αντίδρασης είναι ο σχηματισμός κολλαγόνου. Σε αυτή την περίπτωση, η βιταμίνη C δρα ως δότης οξυγόνου. Η υδροξυλάση της προλίνης παίρνει ένα μόριο οξυγόνου από αυτό και το δίνει στην προλίνη, η οποία, με τη σειρά της, περιλαμβάνεται στο μόριο προκολλαγόνου. Αυτή η διαδικασία δίνει δύναμη και ελαστικότητα στον συνδετικό ιστό. Όταν το σώμα έχει έλλειψη βιταμίνης C, αναπτύσσεται ουρική αρθρίτιδα. Εκδηλώνεται με αδυναμία του συνδετικού ιστού, αιμορραγία, μώλωπες, απώλεια δοντιών, δηλαδή η ποιότητα του κολλαγόνου στο σώμα γίνεταιπαρακάτω.
Ένα άλλο παράδειγμα είναι οι υδροξυλάσες, οι οποίες μετατρέπουν τα μόρια της χοληστερόλης. Αυτό είναι ένα από τα στάδια στο σχηματισμό στεροειδών ορμονών, συμπεριλαμβανομένων των ορμονών του φύλου.
Χαμηλά ειδικές υδροξυλάσες
Πρόκειται για υδρολάσες που απαιτούνται για την οξείδωση ξένων ουσιών όπως τα ξενοβιοτικά. Το νόημα των αντιδράσεων είναι να γίνουν αυτές οι ουσίες πιο ευέλικτες για απέκκριση, πιο διαλυτές. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται αποτοξίνωση και λαμβάνει χώρα κυρίως στο ήπαρ.
Λόγω της συμπερίληψης ενός ολόκληρου μορίου οξυγόνου στα ξενοβιοτικά, ο κύκλος της αντίδρασης σπάει και μια πολύπλοκη ουσία διασπάται σε πολλές απλούστερες και πιο προσιτές μεταβολικές διεργασίες.
αντιδραστικά είδη οξυγόνου
Το οξυγόνο είναι μια δυνητικά επικίνδυνη ουσία, αφού, στην πραγματικότητα, η οξείδωση είναι μια διαδικασία καύσης. Ως μόριο O2 ή νερό, είναι σταθερό και χημικά αδρανές επειδή τα ηλεκτρικά του επίπεδα είναι γεμάτα και δεν μπορούν να προσκολληθούν νέα ηλεκτρόνια. Αλλά οι ενώσεις στις οποίες το οξυγόνο δεν έχει ένα ζεύγος όλων των ηλεκτρονίων είναι εξαιρετικά αντιδραστικές. Επομένως, ονομάζονται ενεργά.
Τέτοιες ενώσεις οξυγόνου:
- Στις αντιδράσεις μονοξειδίου, σχηματίζεται υπεροξείδιο, το οποίο διαχωρίζεται από το κυτόχρωμα P450.
- Στις αντιδράσεις οξειδάσης, εμφανίζεται ο σχηματισμός ανιόντος υπεροξειδίου (υπεροξείδιο του υδρογόνου).
- Κατά την επαναοξυγόνωση ιστών που έχουν υποστεί ισχαιμία.
Ο ισχυρότερος οξειδωτικός παράγοντας είναι η ρίζα υδροξυλίου, αυτόυπάρχει σε ελεύθερη μορφή μόνο για ένα εκατομμυριοστό του δευτερολέπτου, αλλά κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου πολλές οξειδωτικές αντιδράσεις έχουν χρόνο να περάσουν. Η ιδιαιτερότητά της είναι ότι η ρίζα υδροξυλίου δρα σε ουσίες μόνο στο σημείο που σχηματίστηκε, αφού δεν μπορεί να διεισδύσει στους ιστούς.
Υπεροξείδωση και υπεροξείδιο του υδρογόνου
Αυτές οι ουσίες είναι δραστικές όχι μόνο στη θέση σχηματισμού, αλλά και σε κάποια απόσταση από αυτές, καθώς μπορούν να διεισδύσουν στις κυτταρικές μεμβράνες.
Η υδροξυομάδα προκαλεί οξείδωση υπολειμμάτων αμινοξέων: ιστιδίνη, κυστεΐνη και τρυπτοφάνη. Αυτό οδηγεί σε αδρανοποίηση των ενζυμικών συστημάτων, καθώς και σε διαταραχή των πρωτεϊνών μεταφοράς. Επιπλέον, η μικροσωμική οξείδωση των αμινοξέων οδηγεί στην καταστροφή της δομής των νουκλεϊνικών αζωτούχων βάσεων και, ως αποτέλεσμα, η γενετική συσκευή του κυττάρου υποφέρει. Τα λιπαρά οξέα που αποτελούν το διλιπιδικό στρώμα των κυτταρικών μεμβρανών οξειδώνονται επίσης. Αυτό επηρεάζει τη διαπερατότητά τους, τη λειτουργία των μεμβρανικών αντλιών ηλεκτρολυτών και τη θέση των υποδοχέων.
Οι μικροσωμικοί αναστολείς οξείδωσης είναι αντιοξειδωτικά. Βρίσκονται στα τρόφιμα και παράγονται μέσα στο σώμα. Το πιο γνωστό αντιοξειδωτικό είναι η βιταμίνη Ε. Αυτές οι ουσίες μπορούν να αναστείλουν τη μικροσωμική οξείδωση. Η βιοχημεία περιγράφει την αλληλεπίδραση μεταξύ τους σύμφωνα με την αρχή της ανάδρασης. Δηλαδή, όσο περισσότερες οξειδάσες, τόσο ισχυρότερα καταστέλλονται και το αντίστροφο. Αυτό βοηθά στη διατήρηση της ισορροπίας μεταξύ των συστημάτων και της σταθερότητας του εσωτερικού περιβάλλοντος.
Ηλεκτρική αλυσίδα μεταφοράς
Το μικροσωμικό σύστημα οξείδωσης δεν έχει συστατικά διαλυτά στο κυτταρόπλασμα, επομένως όλα τα ένζυμα του συλλέγονται στην επιφάνεια του ενδοπλασματικού δικτύου. Αυτό το σύστημα περιλαμβάνει αρκετές πρωτεΐνες που σχηματίζουν την αλυσίδα ηλεκτρομεταφοράς:
- NADP-P450 αναγωγάση και κυτόχρωμα P450;
- ΥΠΕΡ-ΚΥΤΟΧΡΩΜΑ Β5 αναγωγάση και κυτόχρωμα Β5;
- δεσατουράση στεατυλο-CoA.
Ο δότης ηλεκτρονίων στη συντριπτική πλειονότητα των περιπτώσεων είναι το NADP (νικοτιναμιδική αδενίνη δινουκλεοτιδική φωσφορική). Οξειδώνεται από την αναγωγάση NADP-P450, η οποία περιέχει δύο συνένζυμα (FAD και FMN), για να δέχεται ηλεκτρόνια. Στο τέλος της αλυσίδας, το FMN οξειδώνεται με P450.
Cytochrome P450
Αυτό είναι ένα ένζυμο μικροσωμικής οξείδωσης, μια πρωτεΐνη που περιέχει αίμη. Δεσμεύει οξυγόνο και υπόστρωμα (κατά κανόνα είναι ξενοβιοτικό). Το όνομά του συνδέεται με την απορρόφηση φωτός από μήκος κύματος 450 nm. Οι βιολόγοι το έχουν βρει σε όλους τους ζωντανούς οργανισμούς. Αυτή τη στιγμή, έχουν περιγραφεί περισσότερες από έντεκα χιλιάδες πρωτεΐνες που αποτελούν μέρος του συστήματος του κυτοχρώματος P450. Στα βακτήρια, αυτή η ουσία διαλύεται στο κυτταρόπλασμα και πιστεύεται ότι αυτή η μορφή είναι η πιο αρχαία εξελικτικά από ό,τι στους ανθρώπους. Στη χώρα μας, το κυτόχρωμα P450 είναι μια βρεγματική πρωτεΐνη στερεωμένη στην ενδοπλασματική μεμβράνη.
Ένζυμα αυτής της ομάδας εμπλέκονται στον μεταβολισμό των στεροειδών, της χολής και των λιπαρών οξέων, των φαινολών, στην εξουδετέρωση φαρμακευτικών ουσιών, δηλητηρίων ή φαρμάκων.
Ιδιότητες μικροσωμικής οξείδωσης
Μικροσωμικές διεργασίεςΟι οξειδώσεις έχουν μεγάλη εξειδίκευση υποστρώματος και αυτό, με τη σειρά του, καθιστά δυνατή την εξουδετέρωση μιας ποικιλίας ουσιών. Έντεκα χιλιάδες πρωτεΐνες του κυτοχρώματος P450 μπορούν να αναδιπλωθούν σε περισσότερες από εκατόν πενήντα ισομορφές αυτού του ενζύμου. Κάθε ένα από αυτά έχει μεγάλο αριθμό υποστρωμάτων. Αυτό δίνει τη δυνατότητα στο σώμα να απαλλαγεί από σχεδόν όλες τις βλαβερές ουσίες που σχηματίζονται μέσα του ή προέρχονται από το εξωτερικό. Τα ένζυμα μικροσωμικής οξείδωσης που παράγονται στο ήπαρ μπορούν να δράσουν τόσο τοπικά όσο και σε σημαντική απόσταση από αυτό το όργανο.
Ρύθμιση της μικροσωματικής δραστηριότητας οξείδωσης
Η μικροσωμική οξείδωση στο ήπαρ ρυθμίζεται στο επίπεδο του αγγελιαφόρου RNA, ή μάλλον στη λειτουργία του - μεταγραφή. Όλες οι παραλλαγές του κυτοχρώματος P450, για παράδειγμα, καταγράφονται στο μόριο DNA και για να εμφανιστεί στο EPR, είναι απαραίτητο να «ξαναγράψουμε» μέρος της πληροφορίας από το DNA στο αγγελιοφόρο RNA. Στη συνέχεια, το mRNA αποστέλλεται στα ριβοσώματα, όπου σχηματίζονται πρωτεϊνικά μόρια. Ο αριθμός αυτών των μορίων ρυθμίζεται εξωτερικά και εξαρτάται από την ποσότητα των ουσιών που πρέπει να απενεργοποιηθούν, καθώς και από την παρουσία των απαραίτητων αμινοξέων.
Μέχρι σήμερα έχουν περιγραφεί περισσότερες από διακόσιες πενήντα χημικές ενώσεις που ενεργοποιούν τη μικροσωμική οξείδωση στο σώμα. Αυτά περιλαμβάνουν βαρβιτουρικά, αρωματικούς υδατάνθρακες, αλκοόλες, κετόνες και ορμόνες. Παρά τη φαινομενική ποικιλομορφία, όλες αυτές οι ουσίες είναι λιπόφιλες (λιποδιαλυτές) και επομένως ευαίσθητες στο κυτόχρωμα P450.
