Реакции метаболической трансформации Окисление
В ЭПР функционируют НАДФ•Н- и НАД•Н-зависимые дыхательные цепи. В НАДФ•Н-зависимой системе терминальным переносчиком электронов является цитохром Р-450 — мембраносвязанный липофильный фермент группы многоцелевых монооксигеназ2, гемопротеин, состоящий из белка и системы порфирина с трехвалентным железом. буква Р в названии происходит от слова пигмент, число 450 означает, что восстановленный, связанный с окисью углерода цитохром максимально поглощает свет с длиной волны 450 нм.
Цитохром Р-450 глубоко погружен в липидный бислой мембраны ЭПР и функционирует совместно с НАДФ•Н-зависимой цитохром Р-450-редуктазой (коферменты — флавинадениндинуклеотид и флавинаденин-мононуклеотид). Соотношение количества молекул цитохрома Р-450 и редуктазы составляет 10:1. Активный центр этих ферментов ориентирован на цитоплазматическую поверхность ЭПР. Цикл окисления лекарственных средств при участии цитохрома Р-450 состоит из следующих реакций (рис. 1):
окисленный цитохром Р-450 присоединяет лекарственное средство;
бинарный комплекс цитохром — лекарство восстанавливается цитохром Р-450-редуктазой, используя электрон НАДФ•Н;
восстановленный комплекс цитохром Р-450 — лекарство связывается с молекулярным (триплетным) кислородом;
происходит активация кислорода электроном НАДФ•Н (триплетный кислород становится синглетным);
на финальном этапе один атом кислорода включается в молекулу окисляемого лекарственного средства, второй — включается в молекулу воды;
ц
итохром
Р-450
регенерирует в исходную окисленную
форму.
Н
Рис. 1. Механизм окисления лекарственных
средств при участии цитохрома Р-450
Рис. 2. Изоферменты цитохрома Р-450
Суперсемейство цитохромов Р-450 поражает своими почти неограниченными метаболическими возможностями. Оно включает более 1000 клонированных вариантов, способных катализировать около 60 типов энзиматических реакций с тысячами потенциальных субстратов. В клетках человека обнаружено 17 семейств цитохрома Р-450, разделенных на 39 подсемейств. Изоферменты обозначаются следующим образом: первая цифра обозначает семейство, затем латинская буква указывает на подсемейство, последняя цифра соответствует конкретному изоферменту. В молекулах изоферментов одного семейства идентичны более 40 % аминокислот, в молекулах одного подсемейства — более 55 %.
Метод фенотипирования позволяет установить субстратную специфичность изоферментов цитохрома Р-450 по соотношению концентраций неизмененного вещества и его метаболитов в крови. Методом генотипирования с помощью полимеразной цепной реакции (ПЦР) изоферменты идентифицируют по их генам, так как каждый изофермент кодируется одним из 53 генов, локализованных в разных локусах хромосом. Большинство реакций катализируют изоферменты цитохрома Р-450 семейств 1, 2 и 3 (рис. 2, табл. 7).
Реакция окисления ксенобиотиков при участии цитохрома Р-450 расщепляется с образованием свободных радикалов кислорода и токсических промежуточных продуктов (эпоксиды, N-, S-окиси, альдегиды). свободные радикалы и активные интермедиаты, инициируя перекисное окисление мембранных липидов, вызывают некроз клеток, появление неоантигенов, тератогенный, эмбриотоксический эффекты, мутации, канцерогенез и ускорение старения. По этой причине не существует абсолютно безвредных ксенобиотиков.
Таблица 7. Содержание изоферментов цитохрома Р-450 в печени человека, их вклад в окисление лекарственных средств, локализация в хромосомах, индукторы и ингибиторы
Изоферменты цитохрома Р-450 |
Содержание в печени, % |
Вклад в окисление, % |
Локус в хромосоме (первая цифра — номер хромосомы) |
Индукторы |
Ингибиторы |
1А1 |
<1 |
2,5 |
15q22-q24 |
Полициклические ароматические углеводороды (в легких преобразуются в канцерогенные метаболиты) |
|
1А2 |
13 |
8,2 |
15q22-qter |
Фенобарбитал, гексамидин, дифенин, рифампицин, полициклические ароматические углеводороды, никотин |
Амитриптилин, имипрамин, такрин, мексилетин, верапамил, дилтиазем, тиклопидин, эритромицин, кларитромицин, фторхинолоны (ципрофлоксацин, норфлоксацин, эноксацин), препараты интерферона, фурацилин |
1В1 |
<1 |
Не установлен |
2q22-q22 |
|
|
2А6 |
4 |
2,5 |
19q13.2 |
Фенобарбитал |
Ритонавир |
2В6 |
<1 |
3,4 |
19q13.2 |
Фенобарбитал, гексамидин, дифенин |
Орфенандрин |
2С8 |
Не установлено |
Не установлен |
10q24.1 |
Фенобарбитал, гексамидин |
|
2С9 |
18 |
15,8 |
10q24.1-24.3 |
Дифенин, рифампицин |
Бутадион, диклофенак, кетопрофен, амиодарон, флувастатин, зафирлукаст, тетурам, сульфаметоксазол, дапсон |
2С18 |
Не установлено |
Не установлен |
Локус в хромосоме 10 |
|
Циметидин |
2С19 |
1 |
8,3 |
10q24.1-24.3 |
Фенобарбитал, гексамидин, дифенин, рифампицин |
Имипрамин, флувоксамин, флуоксетин, омепразол |
2D6 |
2,5 |
18,8 |
22q13.1 |
|
Тиоридазин, галоперидол, имипрамин, кломипрамин, флувоксамин, флуоксетин, пароксетин, сертралин, хинидин, пропафенон, амиодарон, циметидин |
2Е1 |
7 |
4,1 |
10q24.3qter |
Этиловый спирт, пиразол, пиридин |
Тетурам, ритонавир |
ЗА4 |
28 |
34,1 |
7q22.1 |
Фенобарбитал, гексамидин, дифенин, карбамазепин, глюкокортикоиды, рифампицин, рифабутин, сульфинпразон |
Флуоксетин, флувоксамин, пароксети н, хинидин, дилтиазем, циметидин, зафирлукаст, эритромицин, кларитромицин, флуконазол, итраконазол, клотримазол, индинавир, нелфинавир, метронидазол |
ЗА5 |
Не установлено |
11 |
7q22.1 |
Фенобарбитал, гексамидин, дифенин, рифампицин |
Кетоконазол, клотримазол, миконазол, метронидазол |
Токсические продукты биотрансформации обезвреживаются конъюгацией с восстановленным глутатионом и ковалентным связыванием с альбуминами. Повреждение молекулы альбумина не опасно для организма, так как этот белок синтезируется в печени со скоростью 10 — 16г в сут. и присутствует в высоких концентрациях в ЭПР.
Ксенобиотики в процессе окисления могут разрушать цитохром Р-450. Такие вещества получили название «суицидные субстраты». Свойствами «суицидных субстратов» обладают четыреххлористый углерод, фторотан, парацетамол, преобразуемые цитохромом Р-450 в свободные радикалы. Их эффект можно рассматривать не только как токсический, но и как защитный — элиминируются молекулы цитохрома Р-450, генерирующие реакционноспособные метаболиты.
Восстановление
Реакции восстановления характерны для альдегидов, кетонов и карбоновых кислот. В ряде случаев восстановление и окисление катализируются одним и тем же ферментом и являются обратимыми (восстановление — окисление продукта метаболизма спирта этилового — уксусного альдегида). Восстанавливаются окисленные метаболиты лекарственных средств — кетоны и карбоновые кислоты (фенамин превращается в фенилизопропанол через стадию фенилацетона).
Ароматические соединения, содержащие нитрогруппу, подвергаются в анаэробных условиях нитроредукции. Промежуточные продукты этой реакции — нитрозо- и гидроксиламиносоединения. В печени функционируют микросомальная и цитоплазматическая нитроредуктазы, в кишечнике — бактериальная нитроредуктаза.
Лекарственные средства с азогруппой восстанавливаются в первичные амины в микросомах печени и кишечной микрофлорой, например, салазопиридазин, применяемый для терапии неспецифического язвенного колита, расщепляется по азосвязи с освобождением сульфапиридазина и кислоты 5-аминосалициловой.
Гидролиз
Гидролиз необходим для биотрансформации лекарственных средств, имеющих строение сложных эфиров и замещенных амидов. Происходит в цитозоле и ЭПР эпителия кишечника и гепатоцитов, а также в крови при участии эстераз и амидаз. При гидролизе молекулы лекарственных средств распадаются на фрагменты, один из которых — кислотный или спиртовый — может проявлять фармакологическую активность.
В медицине используют пролекарства, активируемые гидролазами организма, например, левомицетина стеарат, не обладающий горьким вкусом левомицетина, в кишечнике освобождает активный антибиотик.
Растворимый препарат для инъекций левомицетина сукцинат образует левомицетин под влиянием гидролаз тканей.
Таблица 8. Изоферменты УДФ-глюкуронилтрансферазы, их субстраты, локализация генов изоферментов
Изоферменты |
Субстраты |
Локализация генов |
|
хромосома |
локус |
||
UGT1A1 |
Билирубин, бупренорфин |
1 |
1q21-q23 |
UGT1A2P |
— |
||
UGT1A3 |
— |
||
UGT1A4 |
Имипрамин, амитриптилин, доксепин, хлорпромазин, ламотриджин, ципрогептадин, кетотифен |
||
UGT1A5 |
— |
||
UGT1A6 |
Парацетамол, ибупрофен, буметанид, вальпроаты, фенол |
||
UGT1A8 |
Пропофол |
||
UGT12B4 |
Хиодезоксихолевая кислота |
4 |
4q13 |
UGT12B7 |
Морфин, ибупрофен, кетопрофен, фенопрофен, оксазепам |
||
UGT12B8 |
Андростендиол |
||
UGT12B9 |
— |
||
UGT12B10 |
— |
||
UGT12B11 |
— |
||
UGT12B15 |
— |
||