Активные формы кислорода могут быть побочным продуктом

Ряд реакций метаболизма, предназначенные для образования или уборки каких-либо веществ, сопровождаются образованием активных форм кислорода как побочного продукта реакции. 

Многие такие реакции катализируются оксидазами по однотипной схеме:

  • для реакции необходима молекула кислорода О2,
  • один атом кислорода от молекулы О2 включается в структуру субстрата и используется для формирования оксогруппы (C=O),
  • другой атом кислорода связывается с H2O с образованием H2O2.

1. Моноаминооксидаза, ФАД-содержащий фермент, расположенный на внешней мембране митохондрий, окисляет биогенные амины (гистамин, серотонин, дофамин) в альдегиды. 

Моноаминоксидаза
Реакция, катализируемая моноаминоксидазой
На эту реакцию соответствующими клетками расходуется до 2% потребляемого кислорода.

2. Оксидазы D- и L-аминокислот локализуются в пероксисомах клеток,  в первую очередь печени и почек, содержат флавиновые коферменты – ФАД (оксидаза D-аминокислот) и ФМН (оксидаза L-аминокислот).  Их реакция заключается в прямом окислительном дезаминировании аминокислот, побочным продуктом является H2O2.

Оксидазы аминокислот
Реакция, катализируемая оксидазой D-аминокислот

3. Полиаминоксидазы, ФАД-зависимые ферменты пероксисом печени, катализируют окислительное дезаминирование полиаминов (спермина, спермидина) с одновременным образованием H2O2 и отщеплением аминоальдегидов. 

Полиаминоксидазы
Реакция, катализируемая сперминоксидазой

4. Ксантиндегидрогеназа – фермент, содержащий в своем составе ФАД, молибден и железо. Она принимает участие в конечных реакциях катаболизма пуриновых нуклеотидов АМФ и ГМФ – превращает гипоксантин и ксантин в мочевую кислоту. В аэробных условиях фермент использует в качестве акцептора электронов НАД с образованием НАДН. 

Однако в клетке может происходить превращение фермента в О2-зависимую ксантиноксидазу. Превращение может запускаться разными механизмами, включая окисление HS-групп остатков цистеина в ферменте или ограниченный протеолиз. Образуемый ксантиноксидазой H2O2 составляет существенную долю в общей массе активных форм кислорода клетки.

Ксантиндегидрогеназа и ксантиноксидаза
Реакция, катализируемая ксантиноксидазой

5. Лизилоксидаза является медь-содержащим белком, окисляет молекулу лизина (в составе коллагена) до аллизина с его одновременным дезаминированием. Пероксид водорода является побочным продуктом процесса. 

 Лизилоксидаза
Реакция, катализируемая лизилоксидазой

Имеется два разных фермента с таким названием: 

Один фермент протеин-лизин 6-оксидаза (1.4.3.13) работает в межклеточной среде и необходим для синтеза фибрилл коллагена. Он окисляет некоторые остатки лизина в молекуле коллагена до альдегидных групп. Далее самопроизвольная реакция (на схеме не показана) между аллизином и лизином либо между двумя остатками аллизина обеспечивает ковалентное "сшивание" соседних молекул коллагена между собой и образование прочных нерастворимых фибрилл коллагена.

Другой фермент L-лизин оксидаза (1.4.3.14) в качестве кофермента содержит ФАД и окисляет свободный лизин до аллизина.

Образование гидроперекисей жирных кислот

Также в клетках осуществляются реакции целенаправленного образования органических форм кислородных радикалов – гидроперекисей жирных кислот. И хотя образованная гидроперекись способна спонтанно вызывать образование новых свободных радикалов (перекисное окисление липидов), в данном случае целью процесса является биосинтез эйкозаноидовпростагландинов, тромбоксанов и лейкотриенов.

6. Липоксигеназы – железосодержащие ферменты, присоединяющие два атома кислорода к полиненасыщенным жирным кислотам. Продуктом реакции является гидропероксид жирной кислоты, который в дальнейшем используется для синтеза лейкотриенов, важнейших регуляторов активности лейкоцитов

Липоксигеназа
Реакция, катализируемая липоксигеназой, на примере арахидоновой кислоты.

7. Циклооксигеназы присоединяют к полиненасыщенным жирным кислотам четыре атома кислорода с образованием гидроперекиси – простагландина G (PgG), который далее идет на образование других простагландинов, простациклинов и тромбоксанов.

Тромбоксаны, оказывающие мощное влияние на свойства тромбоцитов и микроциркуляцию, так и остаются гидроперекисями.

Циклоксигеназа
Реакция, катализируемая циклооксигеназой, на примере арахидоновой кислоты

Вы можете спросить или оставить свое мнение.