Глава 1. Биотрансформация ксенобиотиков

1.1 Определение биотрансформации

Биотрансформация – это процесс, при котором вещество изменяется (трансформируется) в ходе химической реакции, протекающей внутри живого организма. Нередко, промежуточные продукты биотрансформации могут быть более токсичными, обладать более выраженной мутагенной, канцерогенной и даже тератогенной активностью, чем исходные соединения, и, вследствие этого, быть причиной различных патологических состояний и болезней.

В метаболизме ксенобиотиков участвуют около 30 ферментов. В биотрансформации различают три фазы:

1) активация ксенобиотиков - модификация, создающая или освобождающая функциональные группы,

2) нейтрализация ксенобиотиков путем конъюгации - присоединение к последним других групп или молекул.

Наиболее часто метаболизм происходит именно в такой последовательности, но при наличии в молекуле ксенобиотика функциональных групп он может сразу же подвергнуться конъюгации. Обычно обе фазы, особенно при совместном действии, приводят к увеличению гидрофильности и снижению активности и токсичности молекулы.

3) третьей фазой можно считать связывание и выведение самих ксенобиотиков и их метаболитов из клетки, а затем из организма.

Совместное функционирование всех трех фаз метаболизма особенно эффективно. Метаболизм ксенобиотиков происходит в разных частях клетки, но наиболее активные системы находятся в ЭПС и гиалоплазме. Это обеспечивает метаболизм или связывание ксенобиотиков на дальних подступах к наиболее жизненно важным частям клетки - ядру и митохондриям. В результате увеличивается устойчивость клеток и организма, возникает возможность сохранить здоровье и жизнь в условиях загрязнения среды.[1]

1.2 Значение биотрансформации

Биотрансформация – жизненно необходимый процесс , в ходе которого абсорбированные питательные вещества трансформируются в те, которые необходимы для нормального функционирования организма. В фармакологии, например, действующим веществом может оказаться метаболит, а не исходное вещество, поступившее в организм.

Биотрансформация также служит важным защитным механизмом, в котором токсичные ксенобиотики и продукты жизнедеятельности превращаются в безопасные вещества, которые затем выводятся из организма.

Большинство токсинов – липофильны (жирорастворимы), неполярны и имеют низкую молекулярную массу. Они легко проходят через липидную мембрану клеток кожи, желудочно-кишечного тракта, легких. Их физические и химические качества детерминируют проникновение в клетки и диссеминацию. Липофильные токсины тяжеловыводимы и могут накапливаться в концентрации, опасной для организма. Гидрофильные вещества сложнее преодолевают мембранный барьер клеток и быстрее и легче выводятся организмом.

Таким образом, биотрансформацию можно назвать ключевым защитным механизмом. [2]

Изучение превращений ксенобиотиков путём детоксикации и деградации в живых организмах и во внешней среде важно для организации санитарно-гигиенических мероприятий по охране природы. Ксенобиотики — любые чуждые для организма вещества (пестициды, ​токсины, др. поллютанты), способные вызвать нарушение биологических ​процессов, не обязательно яды или токсины. Однако в большинстве случаев ксенобиотики, попадая в живые организмы, могут вызывать различные прямые нежелательные эффекты, либо вследствие биотрансформации образовывать токсичные метаболиты:

1. образовывать токсичные метаболиты:

2. токсические или аллергические реакции

3. изменения наследственности

4. снижение иммунитета

5. специфические заболевания (болезнь минамата, болезнь итай-итай, рак)

6. искажение обмена веществ, нарушение естественного хода природных процессов в экосистемах, вплоть до уровня биосферы в целом.

Многие ферменты, необходимые для биотрансформации, являются белками с высокой молекулярной массой, предстявляющие собой тяжи аминокислот. Существует большое количество биотранформирующих ферментов. Вследствие высокой специфичности, возникающей вследствие структуры и сайтов связывания ферментов, многие из них катализируют реакции только определенных субстратов.

Ферменты катализируют практически все биохимические реакции в организме человека. В отсутствие этих веществ, реакции протекали бы крайне медленно, или не протекали бы вообще, что стало бы причиной серьезных отклонений в функционировании целостного организма.