2. Митохондриальные монооксигеназные системы

Митохондриальные монооксигеназные системы состоят из нескольких компонентов, локализованных на внутренней поверхности внутренней мембране митохондрий, и катализируют высокоспецифичные реакции. Компонентами этих систем могут быть: НАДН₂-зависимые ФАД-содержащее редуктазы, Fe₂S₂-белки (адренодоксин), цитохромы Р₄₅₀, b₅, элонгазы и т.д.

Эти системы находятся в стероидогенных тканях — в коре надпочечников, в семенниках, яичниках и плаценте; они участвуют в биосинтезе стероидных гормонов из холестерола (гид-роксилирование по С₂₂ и С₂₀ при отщеплении боковой цепи и по положениям 11β и 18).

Ферменты почечной системы катализируют гидроксилирование 25-гидроксихолекальциферола по положениям 1α и 24; в печени происходит гидроксилирование холестерола по положению 26 при биосинтезе желчных кислот.

Пролингидроксилазы включают гидроксильные группы в аминокислотные остатки пролина в молекуле проколлагена. Донором протонов и электронов для нее является витамин С. С оксипролином зрелый коллаген приобретает большую механическую прочность.

Диоксигеназные реакции

Диоксигеназы это ферменты, которые включают в субстрат оба атома молекулы кислорода:

А + О₂ → АО₂

Таким путем окисляются циклические трудноокисляемые структуры, реакции идут с разрывом цикла. Диоксигеназные реакции протекают на цитоплазматической поверхности гладкого ЭПР.

Например, гомогентизатдиоксигеназа печени, содержит Fe²⁺, участвует в катаболизме тирозина:

L-триптофандиоксигеназа печени, содержит гем, участвует в катаболизме триптофана:

Пероксидазный и радикальный пути использования кислорода

Кислород - потенциально опасное вещество. Молекулярный О₂ является бирадикалом, но он стабилен так как, 2 неспаренных е^- внешней орбиты имеют параллельные спины, (подавляют радикальную активность друг друга). Кислород в составе молекулы Н₂О стабилен, потому что его внешняя электронная орбита укомплектована е^-. Химические соединения, в составе которых кислород имеет промежуточную степень окисления, имеют высокую реакционную способность и называются активными формами кислорода (АФК). К активным формам кислорода относятся свободные радикалы кислорода и перекиси. Свободный радикал - свободный атом или частица с неспаренным электроном.

Образование активных форм кислорода

АФК во многих клетках образуются в основном в ферментативных и неферментативных реакциях в результате последовательного присоединения е^- к кислороду:

1. О₂ + 1е^- → О^∙₂ супероксидный анион-радикал.

2. О^∙₂ +1е^- → О^2-₂ пероксидный анион, он быстро протонируется с образованием перекиси водорода О^2-₂ + 2Н⁺ → Н₂О₂

3. Н₂О₂ + 1е^- → НО^∙ + ОН^- гидроксильный радикал, ОН^- протонируется с образованием воды ОН^- + Н⁺ → Н₂О

4. ОН^∙ + 1е^- → Н₂О

Ферментативные реакции образования АФК

Электроны, необходимые для образования АФК могут давать ЦПЭ. Утечка е^- из ЦПЭ на кислород является основным путем образования АФК в большинстве клеток:

1. В цепи окислительного фосфорилирования Q принимая 1 е^- превращается в свободный радикал семихинон НQ^∙, который при реоксигенации ишемических тканей может непосредственно взаимодействовать с кислородом, образуя супероксидный анион-радикал: HQ· + O₂ → Q+ О^∙₂ + H⁺;

2. в монооксигеназных реакциях е^- с цитохрома Р₄₅₀ переходит на кислород с образованием супероксидного анион-радикала, который иногда теряется с активного центра.

3. Аэробные дегидрогназы (ФАД-зависимые оксидазы) переносят е^- и Н⁺ с субстрата на кислород с образованием перекиси водорода. Примеры таких оксидаз — оксидазы амино­кислот, супероксид дисмутаза, оксидазы, лока­лизованные в пероксисомах.

Неферментативные реакции образования АФК

Электроны, необходимые для образования АФК могут давать:

1). Металлы переменной валентности. Наличие в клетках Fe²⁺ или ионов других пе­реходных металлов катализирует обра­зования АФК. Например, в эритроцитах окисление иона железа гемоглобина спо­собствует образованию супероксидного анион-радикала.

Hb(Fe²⁺) + O₂ → MetHb(Fe³⁺) + О^∙₂

H₂O₂ + Fe²⁺ → Fe³⁺ + HO^- + HO· (реакция Фентона)

HOCl + Fe²⁺ → Fe³⁺ + Cl^- + HO· (реакция Осипова)

2). Радикалы. АФК, обмениваясь электроном, легко переходят друг в друга: О^∙₂ + Н₂О₂ → О₂ + НО^∙ + ОН^-

АФК также могут образовываться в организме неферметативно при гомолитическом разрыве связей под действием ионизирующего излучения. Ионизирующее излучение вызывает например, радиолиз воды с образованием Н₂; Н₂О₂ и свободных радикалов: Н^·, НО^∙, О^·. Это процесс в основном происходит на поверхности тела - в коже (понятие фотостарения).