Микросомальное окисление повышает реакционную способность молекул

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.
Микросомальная цепь
Схема взаиморасположения ферментов микросомального окисления и их функции

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. 

Химизм микросомального окисления
Реакции микросомального окисления

Существенной особенностью микросомального окисления является способность к индукции или ингибированию, т.е. к изменению мощности процесса.

Индукторами являются вещества, активирующие синтез цитохрома Р450 и транскрипцию соответствующих мРНК. Они бывают

1. Широкого спектра действия, которые обладают способностью стимулировать синтез  цитохрома Р450 и НАДФН-цитохром Р-450-редуктазы, глюкуронилтрансферазы. Классическим представителем являются производные барбитуровой кислоты – барбитураты,  также сюда относятся диазепам, карбамазепин, рифампицин и др.

2. Узкого спектра действия, т.е. стимулируют одну из форм цитохрома Р450 –  ароматические полициклические углеводороды (метилхолантрен, спиронолактон и многие другие)

 Ингибиторы микросомального окисления связываются с белковой частью цитохрома или с железом гема. Они делятся на:

1. Обратимые

  • прямого действия – угарный газ (СО), антиоксиданты
  • непрямого действия, т.е. влияют через промежуточные продукты своего метаболизма, которые образуют комплексы с цитохромом Р-450 – эритромицин.

2. Необратимые ингибиторы – аллопуринол, аминазин, прогестерон, оральные контрацептивы, тетурам, фторурацил

Оценка реакций 1-й фазы

Оценку микросомального окисления можно проводить следующими способами:

  • определение активности микросомальных ферментов после биопсии,
  • по фармакокинетике препаратов,
  • с помощью метаболических маркеров (антипириновая проба).