Uloga mikrosomalne oksidacije u životu organizma teško je precijeniti ili previdjeti. Inaktivacija ksenobiotika (toksičnih tvari), razgradnja i stvaranje hormona nadbubrežne žlijezde, sudjelovanje u metabolizmu proteina i očuvanje genetskih informacija samo su mali dio poznatih problema koji se rješavaju mikrozomalnom oksidacijom. Ovo je autonomni proces u tijelu koji počinje nakon što okidač uđe i završava se njegovom eliminacijom.
Definicija
Mikrozomalna oksidacija je kaskada reakcija uključenih u prvu fazu ksenobiotske transformacije. Suština procesa je hidroksilacija tvari pomoću atoma kisika i stvaranje vode. Zbog toga se mijenja struktura originalne supstance, a njena svojstva mogu biti potisnuta i poboljšana.
Mikrozomalna oksidacija vam omogućava da pređete na reakciju konjugacije. Ovo je druga faza transformacije ksenobiotika, na kraju koje će se molekuli proizvedeni unutar tijela pridružiti već postojećoj funkcionalnoj grupi. Ponekad se formiraju intermedijarne supstance koje uzrokuju oštećenje ćelija jetre, nekrozu i onkološku degeneraciju tkiva.
Oksidaza tipa oksidaze
Reakcije mikrozomske oksidacije odvijaju se izvan mitohondrija, tako da one troše oko deset posto cjelokupnog kisika koji ulazi u tijelo. Glavni enzimi u ovom procesu su oksidaze. Njihova struktura sadrži atome metala s promjenjivom valentnošću, kao što su željezo, molibden, bakar i drugi, što znači da su u stanju prihvatiti elektrone. U ćeliji se oksidaze nalaze u posebnim vezikulama (peroksizomima) koji se nalaze na vanjskim membranama mitohondrija i u ER (granularni endoplazmatski retikulum). Supstrat, padajući na peroksizome, gubi molekule vodonika, koji se vežu za molekul vode i formiraju peroksid.
Postoji samo pet oksidaza:
- monoaminooksigenaza (MAO) - pomaže u oksidaciji adrenalina i drugih biogenih amina proizvedenih u nadbubrežnim žlijezdama;
- diaminooksigenaza (DAO) - uključena u oksidaciju histamina (posrednik upale i alergija), poliamina i diamina;
- oksidaza L-aminokiselina (tj. lijevorukih molekula);
- oksidaza D-aminokiselina (desno rotirajući molekuli);
- ksantin oksidaza - oksidira adenin i guanin (azotne baze uključene u molekulu DNK).
Značaj mikrosomalne oksidacije prema tipu oksidaze je eliminacija ksenobiotika i inaktivacija biološki aktivnih supstanci. Formiranje peroksida, koji ima baktericidno dejstvo i mehaničko čišćenje na mestu povrede, nuspojava je koja zauzima značajno mesto među ostalim efektima.
Oksidacija tipa oksigenaze
Reakcije tipa oksigenaze u ćeliji se također javljaju na granularnom endoplazmatskom retikulumu i na vanjskim omotačima mitohondrija. Za to su potrebni specifični enzimi - oksigenaze, koji mobiliziraju molekul kisika iz supstrata i uvode ga u oksidiranu tvar. Ako se uvede jedan atom kisika, tada se enzim naziva monooksigenaza ili hidroksilaza. U slučaju uvođenja dva atoma (tj. cijele molekule kisika), enzim se naziva diooksigenaza.
Reakcije oksidacije tipa oksigenaze dio su trokomponentnog multienzimskog kompleksa, koji je uključen u prijenos elektrona i protona sa supstrata, nakon čega slijedi aktivacija kisika. Ceo ovaj proces se odvija uz učešće citokroma P450, o čemu će biti više reči kasnije.
Primjeri reakcija tipa oksigenaze
Kao što je gore pomenuto, monooksigenaze koriste samo jedan od dva dostupna atoma kiseonika za oksidaciju. Drugi se vežu za dva molekula vodonika i formiraju vodu. Jedan primjer takve reakcije je stvaranje kolagena. U ovom slučaju, vitamin C djeluje kao donor kisika. Prolin hidroksilaza od njega uzima molekul kisika i predaje ga prolinu, koji je zauzvrat uključen u molekulu prokolagena. Ovaj proces daje snagu i elastičnost vezivnom tkivu. Kada tijelu nedostaje vitamina C, razvija se giht. Manifestuje se slabošću vezivnog tkiva, krvarenjem, modricama, gubitkom zuba, odnosno pogoršava se kvalitet kolagena u organizmu.ispod.
Još jedan primjer su hidroksilaze, koje pretvaraju molekule holesterola. Ovo je jedna od faza u formiranju steroidnih hormona, uključujući i polne hormone.
Nisko specifične hidroksilaze
Ovo su hidrolaze potrebne za oksidaciju stranih supstanci kao što su ksenobiotici. Smisao reakcija je da takve supstance učine lakšim za izlučivanje, rastvorljivijim. Ovaj proces se naziva detoksikacija i odvija se uglavnom u jetri.
Zbog uključivanja čitave molekule kiseonika u ksenobiotike, reakcioni ciklus je prekinut i jedna složena supstanca se raspada na nekoliko jednostavnijih i pristupačnijih metaboličkih procesa.
Reaktivne vrste kiseonika
Kiseonik je potencijalno opasna supstanca, jer je, u stvari, oksidacija proces sagorevanja. Kao molekul O2 ili voda, on je stabilan i hemijski inertan jer su njegovi električni nivoi puni i ne mogu se vezati novi elektroni. Ali spojevi u kojima kisik nema par svih elektrona vrlo su reaktivni. Stoga se nazivaju aktivnim.
Takva jedinjenja kiseonika:
- U monoksidnim reakcijama nastaje superoksid koji se odvaja od citokroma P450.
- U reakcijama oksidaze dolazi do stvaranja anjona peroksida (vodikov peroksid).
- Tokom reoksigenacije tkiva koja su pretrpjela ishemiju.
Najjače oksidaciono sredstvo je hidroksilni radikal, onpostoji u slobodnom obliku samo milioniti dio sekunde, ali za to vrijeme mnoge oksidativne reakcije imaju vremena da prođu. Njegova posebnost je da hidroksilni radikal djeluje na supstance samo na mjestu gdje je nastao, jer ne može prodrijeti u tkiva.
Superoksidanion i vodikov peroksid
Ove supstance su aktivne ne samo na mestu formiranja, već i na određenoj udaljenosti od njih, jer mogu prodrijeti kroz ćelijske membrane.
Hidroksi grupa uzrokuje oksidaciju aminokiselinskih ostataka: histidina, cisteina i triptofana. To dovodi do inaktivacije enzimskih sistema, kao i poremećaja transportnih proteina. Osim toga, mikrosomalna oksidacija aminokiselina dovodi do uništenja strukture nukleinskih dušičnih baza i kao rezultat toga pati genetski aparat ćelije. Oksidiraju se i masne kiseline koje čine bilipidni sloj ćelijskih membrana. To utiče na njihovu propusnost, rad membranskih elektrolitnih pumpi i lokaciju receptora.
Inhibitori mikrozomalne oksidacije su antioksidansi. Nalaze se u hrani i proizvode se u tijelu. Najpoznatiji antioksidans je vitamin E. Ove supstance mogu inhibirati mikrozomalnu oksidaciju. Biohemija opisuje interakciju između njih prema principu povratne sprege. Odnosno, što je više oksidaza, to su jače potisnute, i obrnuto. Ovo pomaže u održavanju ravnoteže između sistema i postojanosti unutrašnjeg okruženja.
Električni transportni lanac
Mikrozomalni oksidacioni sistem nema komponente rastvorljive u citoplazmi, tako da se svi njegovi enzimi sakupljaju na površini endoplazmatskog retikuluma. Ovaj sistem uključuje nekoliko proteina koji formiraju elektrotransportni lanac:
- NADP-P450 reduktaza i citokrom P450;
- PREKO-citokrom B5 reduktaza i citokrom B5;
- steatoril-CoA desaturaza.
Donator elektrona u velikoj većini slučajeva je NADP (nikotinamid adenin dinukleotid fosfat). Oksidira ga NADP-P450 reduktaza, koja sadrži dva koenzima (FAD i FMN), da prihvati elektrone. Na kraju lanca, FMN je oksidiran sa P450.
Cytochrome P450
Ovo je enzim mikrosomalne oksidacije, protein koji sadrži hem. Veže kiseonik i supstrat (u pravilu je ksenobiotik). Njegovo ime povezuje se sa apsorpcijom svjetlosti s talasne dužine od 450 nm. Biolozi su ga pronašli u svim živim organizmima. Trenutno je opisano više od jedanaest hiljada proteina koji su dio sistema citokroma P450. Kod bakterija je ova tvar otopljena u citoplazmi, a vjeruje se da je ovaj oblik evolucijski najdrevniji nego kod ljudi. Kod nas je citokrom P450 parijetalni protein fiksiran na endoplazmatskoj membrani.
Enzimi ove grupe su uključeni u metabolizam steroida, žuči i masnih kiselina, fenola, neutralizaciju lekovitih supstanci, otrova ili lekova.
Svojstva mikrosomalne oksidacije
Procesi mikrozomaoksidacije imaju široku specifičnost supstrata, a to zauzvrat omogućava neutralizaciju raznih tvari. Jedanaest hiljada proteina citokroma P450 može se sklopiti u više od sto pedeset izoformi ovog enzima. Svaki od njih ima veliki broj supstrata. To omogućava tijelu da se riješi gotovo svih štetnih tvari koje se stvaraju u njemu ili dolaze izvana. Proizvedeni u jetri, enzimi mikrosomalne oksidacije mogu djelovati i lokalno i na znatnoj udaljenosti od ovog organa.
Regulacija aktivnosti mikrosomalne oksidacije
Mikrozomalna oksidacija u jetri je regulisana na nivou glasničke RNK, odnosno njene funkcije - transkripcije. Sve varijante citokroma P450, na primjer, zabilježene su na molekulu DNK, a da bi se pojavio na EPR-u, potrebno je dio informacija iz DNK “prepisati” u glasničku RNK. mRNA se zatim šalje do ribozoma, gdje se formiraju proteinski molekuli. Broj ovih molekula je eksterno regulisan i zavisi od količine supstanci koje je potrebno deaktivirati, kao i od prisustva potrebnih aminokiselina.
Do danas je opisano više od dvjesto pedeset kemijskih spojeva koji aktiviraju mikrozomalnu oksidaciju u tijelu. To uključuje barbiturate, aromatične ugljikohidrate, alkohole, ketone i hormone. Uprkos takvoj očiglednoj raznolikosti, sve ove supstance su lipofilne (topive u masti), pa su stoga osetljive na citokrom P450.
