Обезвреживающая роль печени. Реакции микросомального окисления и реакции коньюгации токсических веществ в печени. Примеры обезвреживания (фенол, индол).
Обезвреживание (детоксикация, биотрансформация) естественных метаболитов и чужеродных соединений (ксенобиотиков) непрерывно протекает в любом организме. Для попадания токсичных и чужеродных веществ существует три пути: желудочно-кишечный тракт, легкие и кожа. Далее эти вещества либо могут подвергнуться каким-либо превращениям (биотрансформации) в легких и ЖКТ, либо перейти в кровь. С током крови любые соединения попадают в печень и другие органы. Если это водорастворимое вещество, то оно в состоянии профильтроваться в почках, если летучее – оказаться в выдыхаемом воздухе и покинуть организм, если жирорастворимое – оно либо фиксируется в тканях (кожа, нервная система, жировая ткань и т.п.), либо подвергается биотрансформации в печени. После превращений в печени модифицированное соединение направляется либо в желчь и далее в фекалии, либо в кровь и мочу.
Кожа также является органом выделения, однако обычно эта функция проявляется слабо. Однако при нарушении выделительной функции почек и печени нагрузка на кожу возрастает.
Ксенобиотики – вещества, которые не используются как источник энергии, не встраиваются в структуры организма и не используются для пластических целей. Например, биотрансформации в печени подвергаются следующие вещества: стероидные и тиреоидные гормоны, инсулин, адреналин, продукты распада гемопротеинов (билирубин), продукты жизнедеятельности микрофлоры, всасывающихся из толстого кишечника – кадаверин (производное лизина), путресцин (производное аргинина), крезол и фенол (производное фенилаланина и тирозина) и других токсинов, ксенобиотики (токсины, лекарственные вещества и их метаболиты).
В
целом все реакции биотрансформации
делят на две группы или фазы: реакции 1
фазы – реакции превращения исходного
вещества в более полярный метаболит
путем введения или раскрытия функциональной
группы (‑ОН, ‑NH2, ‑SH). Эти метаболиты
часто неактивны, хотя в некоторых случаях
активность не исчезает, а только
изменяется. Если эти метаболиты достаточно
полярны, они могут легко экскретироваться.
Реакции 2 фазы – отличительным
признаком этой фазы являются реакции
конъюгации с глюкуроновой, серной,
уксусной кислотами, с глутатионом или
аминокислотами.
Оба типа реакций совершенно самостоятельны и могут идти независимо друг от друга и в любом порядке. Для некоторых веществ после реакций 1 и 2I фазы вновь могут наступить реакции фазы 1. Примером сочетанного превращения веществ может служить обезвреживание продукта метаболизма триптофана индола в животный индикан. Сначала индол окисляется с участием цитохрома Р450 до индоксила, затем конъюгирует с серной кислотой с образованием индоксилсульфата и далее калиевой соли – животного индикана.
При повышенном поступлении индола из толстого кишечника образование индикана в печени усиливается, далее он поступает в почки и выводится с мочой. По концентрации животного индикана в моче можно судить об интенсивности процессов гниения белка в кишечнике.
Реакции микросомального окисления осуществляются несколькими ферментами, расположенными на мембранах эндоплазматического ретикулума (в случае in vitro они называются микросомальные мембраны). Ферменты организуют короткую цепь, которая заканчивается цитохромом P450. Цитохром Р450 взаимодействует с молекулярным кислородом и включает один атом кислорода в молекулу субстрата, способоствуя появлению у нее гидрофильности, а другой – в молекулу воды.
Реакции микросомального окисления относятся к реакциям фазы 1 и предназначены для придания гидрофобной молекуле полярных свойств и/или для повышения ее гидрофильности, усиления реакционной способности молекул для участия в реакциях 2 фазы. В реакциях окисления происходит образование или высвобождение гидроксильных, карбоксильных, тиоловых и аминогрупп, которые и являются гидрофильными.
Ферменты микросомального окисления располагаются в гладком эндоплазматическом ретикулуме и являются оксидазами со смешанной функцией (монооксигеназами).
Основным белком этого процесса является гемопротеин – цитохром Р450. В природе существует до 150 изоформ этого белка, окисляющих около 3000 различных субстратов. У млекопитающих идентифицировано 13 подсемейств цитохрома Р450. Считается, что ферменты одних семейств участвуют в биотрансформации ксенобиотиков, других – метаболизируют эндогенные соединения (стероидные гормоны, простагландины, жирные кислоты и др.).
Работа цитохрома Р450 обеспечивается двумя ферментами: НАДН‑цитохром b5‑оксидоредуктаза, содержит ФАД, НАДФН‑цитохром Р450‑оксидоредуктаза, содержит ФМН и ФАД.
Обе оксидоредуктазы получают электроны от соответствующих восстановленных эквивалентов и передают их на цитохром Р450. Этот белок, предварительно присоединив молекулу восстановленного субстрата, связывается с молекулой кислорода. Получив еще один электрон, цитохром P450 осуществляет включение в состав гидрофобного субстрата первого атома кислорода (окисление субстрата). Одновременно происходит восстановление второго атома кислорода до воды.
Существенной особенностью микросомального окисления является способность к индукции, т.е. увеличению мощности процесса. Индукторами являются вещества, активирующие синтез цитохрома Р450 и транскрипцию соответствующих мРНК. Классическим индуктором считаются производные барбитуровой кислоты – барбитураты. Поскольку существует много изоформ цитохрома, то имеется избирательность среди индукторов.
Ингибиторы микросомального окисления связываются с белковой частью цитохрома или с железом гема – например, спиронолактон, эритромицин.