Система обезвреживания включает множество разнообразных ферментов, под действием которых практически любой ксенобиотик может быть модифицирован.
Микросомальные ферменты катализируют реакции С-гидроксилирования, N-гидроксилирования, О-, N-, S-дезалкилирования, окислительного дезаминирования, сульфоокисления и эпоксидирования (табл. 12-1).
В мембранах ЭР практически всех тканей локализована система микросомального окисления (монооксигеназного окисления). В эксперименте при выделении ЭР из клеток мембрана распадается на части, каждая из которых образует замкнутый пузырёк - микросому, отсюда и название - микросомальное окисление. Эта сисгема обеспечивает первую фазу обезвреживания большинства гидрофобных веществ.
Рис. 12-1. Метаболизм и выведение ксенобиотиков из организма. RH - ксенобиотик; К - группа, используемая при конъюгации (глутатион, глюкуронил и др.); М - молекулярная масса.
Из множества цитохром Р450 - зависимых реакций на рисунке приведена только одна - схема гидроксилирования ксенобиотика. В ходе первой фазы в структуру вещества RH вводится полярная группа ОН-. Далее происходит реакция конъюгации; конъюгат в зависимости от растворимости и молекулярной массы удаляется либо почками, либо с фекалиями.
Таблица 12-1. Возможные модификации ксенобиотиков в первой фазе обезвреживания
|
Превращения ксенобиотиков (первая фаза) |
Схема реакции |
|
|
Гидроксилирование |
RH > ROH |
|
|
Окисление по атому серы (сульфоокисление) |
||
|
Окислительное дезаминирование |
RNH2 > R=O + NH3 |
|
|
Дезалкилирование по азоту, кислороду, сере |
RNHCH3 > RNH2 + H2C=O ROCH3 > ROH + H2CO RSCH3 > RSH + H2CO |
|
|
Эпоксидирование |
В метаболизме ксенобиотиков могут принимать участие ферменты почек, лёгких, кожи и ЖКТ, но наиболее активны они в печени. К группе микросомальных ферментов относят специфические оксидазы, различные гидролазы и ферменты конъюгации.
Вторая фаза - реакции конъюгации, в результате которых чужеродное вещество, модифицированное ферментными системами ЭР, связывается с эндогенными субстратами - глюкуроновой кислотой, серной кислотой, глицином, глутатионом. Образовавшийся конъюгат удаляется из организма.
80. Факторы, влияющие на метаболизм лекарств
Активность ферментов, метаболизирующих ЛВ, а, следовательно, скорость их биотрансформации зависит от пола, возраста, состояния организма, одновременного назначения других ЛС, а также от некоторых веществ, содержащихся в продуктах питания.
81. Микросомальные ферменты, их роль в метаболизме лекарств. Монооксигеназная система, механизм действия. Реакции окисления ЛС
Микросомальные оксидазы - ферменты, локализованные в мембранах гладкого ЭР, функционирующие в комплексе с двумя внемитохондриальными ЦПЭ. Ферменты, катализирующие восстановление одного атома молекулы О2 с образованием воды и включение другого атома кислорода в окисляемое вещество, получили название микросомальных оксидаз со смешанной функцией или микросомальных монооксигеназ.
Основные ферменты микросомальных электронтранспортных цепей
Система включает несколько белков, составляющих электронтранспортные цепи (ЦПЭ). В ЭР существуют две такие цепи, первая состоит из двух ферментов - NADPH-P450 редуктазы и цитохрома Р450, вторая включает фермент NADH-цитохром-b5 редуктазу, цитохром b5 и ещё один фермент - стеароил-КоА-десатуразу.
Рис. 12-2. Электронтранспортные цепи ЭР. RH - субстрат цитохрома Р450; стрелками показаны реакции переноса электронов. В одной системе NADPH окисляется NADPH цитохром Р450-редуктазой, которая затем передаёт электроны на целое семейство цитохромов Р450. Вторая сисгема включает в себя окисление NADH цитохром b5-редуктазой, электроны переходят на цитохром b5; восстановленную форму цитохрома b5 окисляет стеароил-КоА-десатураза, которая переносит электроны на О2.
Функционирование цитохрома Р450
Известно, что молекулярный кислород в триплетном состоянии инертен и не способен взаимодействовать с органическими соединениями. Чтобы сделать кислород реакционно-способным, необходимо его превратить в синглетный, используя ферментные системы его восстановления. К числу таковых принадлежит моноксигеназная система, содержащая цитохром Р450. Связывание в активном центре цитохрома Р450 липофильного вещества RH и молекулы кислорода повышает окислительную активность фермента.
Суммарное уравнение реакции гидроксилирования вещества RH ферментами микросомального окисления:
RH + О2 + NADPH + Н+ > ROH + Н2О + NADP+ .
Субстратами Р450 могут быть многие гидрофобные вещества как экзогенного (лекарственные препараты, ксенобиотики), так и эндогенного (стероиды, жирные кислоты и др.) происхождения.
Таким образом, в результате первой фазы обезвреживания с участием цитохрома Р450 происходит модификация веществ с образованием функциональных групп, повышающих растворимость гидрофобного соединения. В результате модификации возможна потеря молекулой её биологической активности или даже формирование более активного соединения, чем вещество, из которого оно образовалось.
82. Реакции метаболической трансформации включают окисление, восстановление, гидролиз
Окисление. Многие липофильные соединения подвергаются окислению в печени под действием микросомальной системы ферментов, известных как оксидазы смешанных функций (или монооксигеназы), основным компонентом которой является цитохром Р-450 (гемопротеин, связывающий ЛВ и кислород в своем активном центре). Реакция протекает при участии цитохром Р-450 редуктазы и НAДФН, который является донором электронов. В результате после восстановления молекулярного кислорода происходит присоединение одного атома кислорода к субстрату (ЛВ) с образованием окисленного метаболита и включение другого атома кислорода в молекулу воды.
Таблица 1. Основные реакции метаболизма (биотрансформации) лекарственных веществ
|
Метаболические реакции |
Лекарственные вещества |
|
|
Микросомальное окисление |
||
|
Ароматическое гидроксилирование |
Фенобарбитал, фенитоин, пропранолол, варфарин |
|
|
Алифатическое гидроксилирование |
Толбутамид, ибупрофен, дигитоксин, барбитураты |
|
|
N-окисление |
Морфин, хинидин, парацетамол |
|
|
S-окисление |
Хлорпромазин, циметидин |
|
|
Дезаминирование |
Диазепам, амфетамин, эфедрин |
|
|
Дезалкилирование |
Морфин, кодеин, кофеин, теофиллин |
|
|
Немикросомальное окисление |
||
|
Окислительное дезаминирование |
Норэпинефрин, серотонин |
|
|
Ароматическое гидроксилирование |
Аллопуринол |
|
|
Декарбоксилир-ие |
Леводопа |
83. Микросомальное восстановввление и гидролиз лекарств
Восстановление лекарственных веществ заключается в присоединении к его молекуле атома водорода или удалении атома кислорода. Эти реакции могут протекать при участии микросомальных (восстановление хлорамфеникола) и немикросомальных (восстановление хлоралгидрата) ферментов. Некоторые ЛВ (например, месалазин) восстановливаются в кишечнике под действием редуктаз, продуцируемых кишечными бактериями.
Гидролиз большинства ЛВ осуществляют немикросомальные ферменты (эстеразы, амидазы, фосфатазы) в плазме крови и тканях (в основном в печени). Вследствие присоединения воды происходит разрыв эфирных, амидных и фосфатных связей в молекулах ЛВ. Гидролизу подвергаются сложные эфиры (суксаметоний, прокаин, бензокаин, ацетилсалициловая кислота) и амиды (прокаинамид, индометацин). Некоторые ЛВ гидролизуются под действием микросомальных ферментов, например амидаз (местные анестетики из группы амидов). Микросомальный фермент эпоксидгидролаза гидролизует высокореактивные метаболиты, образующиеся при микросомальном окислении некоторых ЛВ (например, карбамазепина) с образованием неактивных соединений.
|
Восстановление |
||
|
Нитрогруппы |
Хлорамфеникол, нитразепам |
|
|
Карбонильной группы |
Налоксон |
|
|
Дегалогенирование |
Галотан |
|
|
Гидролиз |
||
|
Сложных эфиров |
Прокаин, ацетилсалициловая кислота, эналаприл, суксаметония бромид |
|
|
Амидов |
Прокаинамид, индометацин |
84. Конъюгация - вторая фаза обезвреживание веществ. Мех-м
Вторая фаза обезвреживания веществ - реакции конъюгации, в ходе которых происходит присоединение к функциональным группам, образующимся на первом этапе, других молекул или групп эндогенного происхождения, увеличивающих гидрофильность и умеНbшающих токсичность ксенобиотиков (табл. 12-2).
1. Участие трансферам в реакциях конъюгации
Все ферменты, функционирующие во второй фазе обезвреживания ксенобиотиков, относят к классу трансфераз. Они характеризуются широкой субстратной специфичностью:
Таблица 12-2. Основные ферменты и метаболиты, участвующие в конъюгации
|
Фермент |
Метаболит, используемый для конъюгации |
Активная форма метаболитов |
|
|
Глутатионтрансфераза |
Глутатион (GSH) |
Глутатион (GSH) |
|
|
УДФ-глюкуронилтрансфераза |
Глюкуронат |
УДФ-глюкуронат |
|
|
Сульфотрансфераза |
Сульфат |
ФАФС |
|
|
Ацетилтрансфераза |
Ацетат |
Ацетил КоА |
|
|
Метилтрансфераза |
Метил |
SAM |
Глутатионтрансферазы функционируют во всех тканях и играют важную роль в инактивации собственных метаболитов: некоторых стероидных гормонов, простагландинов, билирубина, жёлчных кислот, продуктов ПОЛ.
В клетке ГТ в основном локализованы в цитозоле, Глутатион - трипептид Глу-Цис-Гли.
ГТ обладают широкой специфичностью к субстратам, общее количество которых превышает 3000. ГТ связывают очень многие гидрофобные вещества и инактивируют их, но химической модификации с участием глугатиона подвергаются только те, которые имеют полярную группу. Обезвреживание, может осуществляться тремя различными способами:
· путём конъюгации субстрата R с глутатионом (GSH):
R + GSH > GSRH,
· в результате нуклеофильного замещения:
RX + GSH > GSR + НХ,
· восстановления органических пероксидов до спиртов:
R-HC-O-OH + 2 GSH > R-HC-OH + GSSG + H2O
· В реакции: ООН - гидропероксидная группа, GSSG - окисленный глутатион.
Рис. 12-6. Глутатион (GSH).
ГТ своими гидрофобными центрами могут не-ковалентно связывать огромное количество ли-пофильных соединений (физическое обезвреживание), предотвращая их внедрение в липидный слой мембран и нарушение функций клетки. Поэтому ГТ иногда называют внутриклеточным альбумином.
Рис. 12-7. Обезвреживание 1-хлор, 2,4-динитробензола с участием глутатиона.
Ацетилтрансферазы, метилтрансферазы
Ацетилтрансферазы катализируют реакции конъюгации - переноса ацетильного остатка от ацетил-КоА на азот группы -SO2NH2, например в составе сульфаниламидов. Мембранные и цитоплазматические метилтрансферазы с участием SAM метилируют группы -Р=О, -NH2 и SH-группы ксенобиотиков.
85. Роль кислорода в процессах микросомального окисления. Токсичность кислорода. Свободно-радикальное окисление