2.3. Образование супероксидного анион-радикала в микросомах

В субклеточной фракции микросом, происходящей из гладкого эндоплазматического ретикулума, протекают монооксигеназные реакции с участием цитохрома Р-450, который был открыт в 1958 году и получил свое название за появление интенсивной полосы поглощения в области 450 нм у комплекса восстановленного цитохрома Р-450 с СО.

Оксигеназы – это ферменты, катализирующие окислительно-восстановительные реакции с участием молекулярного кислорода, которые внедряют один или два атома кислорода в молекулу субстрата, в соответствии с этим они делятся на моно- и диоксигеназы. Наиболее многочисленными являются монооксигеназные реакции, катализируемые цитохромом Р-450. Главной функцией монооксигеназ является детоксикация ксенобиотиков путем гидроксилирования:

ХН + О₂ + АН₂ → ХОН + Н₂О + А, где

Х – ксенобиотик, АН₂ – донор электронов.

Кроме того, монооксигеназы участвуют в синтезе и метаболизме многих важных соединений – стероидных гормонов, желчных кислот, витаминов, нейромедиаторов, жирных кислот, простагландинов и др.

У человека суперсемейство цитр Р-450 (СУР) представлено рядом семейств, из которых первые четыре вносят основной вклад в биотрансформацию ксенобиотиков. В монооксигеназных реакциях в качестве восстановителя участвует НАДН или НАДФН. В эндоплазматическом ретикулуме электрон передается на СУР через флавопротеин-НАДФН-Р-450-редуктазу и цитохром b_5. Одна молекула редуктазы может доставлять электроны на несколько различных молекул Р-450. В митохондриях, где расположены СУР, участвующие в биосинтезе стероидных гормонов и метаболизме витамина Д, электрон переносится с помощью двух белков: ферродоксина или ферродоксинредуктазы.

Цитохром Р-450 является гемопротеином и атом железа, входящий в состав гема, связан с атомом серы цистеинового остатка, что придает ферменту высокую восстанавливающую способность. Молекулярная масса различных Р-450, выделенных из многих организмов, составляет 44-60 кДа.

Изоферменты семейства цитохрома Р-450 делятся на две группы:

- изоферменты, необходимые для синтеза стероидных гормонов, расположены в надпочечниках, яичниках, семенниках, молочной железе;

- изоферменты, участвующие в биотрансформации ксенобиотиков, локализованы в органах, в наибольшей степени подверженных действию чужеродных веществ – печени, почках, легких, коже, слизистых носа и кишечника. Р-450 обладает широкой субстратной специфичностью, что связано с существованием большого количества изоформ, являющихся продуктами различных генов.

Цитохром Р-450 проявляет несколько видов ферментативной активности:

- монооксигеназную;

- оксидазную, генерируя О₂^. , Н₂О₂ и ОН^., в связи с чем Р-450 называют оксидазой со смешанной функцией;

- пероксидазную, используя в реакции окисления в качестве косубстратов, вместо НАД(Ф)Н, органические перекиси или перекись водорода.

Исследования последних лет показали, что около 75 % поглощенного в микросомах кислорода переходит в О₂^. в результате одноэлектронного восстановления. Образование О₂^. в системе микросомального окисления показано на рис.7. Наработка АКМ микросомами может ингибироваться СОД и каталазой, усиливается при добавлении в среду НАДФН. Предполагается, что микросомальный О₂^. возникает в системе цитохрома Р-450 на двух участках:

- на участке «НАДФН-цитохром Р-450-редуктаза-цитохром b₅»;

- при распаде тройного комплекса «окисленный цитохром р-450-субстрат- О₂^.

Рис.8. Образование О₂^. в системе микросомального окисления

Продукция АКМ цитохромом Р-450 зависит от многих факторов: изоформы самого фермента, микроокружения, рН среды, концентрации кислорода, наличия восстановителей и субстратов окисления.

При рассмотрении биологической роли генерации АКМ в каталитическом цикле цитохрома Р-450 выделяют четыре важнейших фактора:

- продукция высокореакционных АКМ в монооксигеназных реакциях позволяет клеткам метаболизировать все органические соединения, так как АФК способны разорвать любые С-С или С-Н-связи;

- образование АФК задает некоторый уровень неспецифичности действия монооксигеназ, благодаря чему любая изоформа фермента может метаболизировать широкий спектр ксенобиотиков;

- образование АФК микросомальными монооксигеназами может быть важным для функции ферментов: обратной негативной регуляции цитохрома Р-450, индукции 2 фазы метаболизма ксенобиотиков и др.;

- АФК могут прямо снижать экспрессию цитохрома Р-450-зависимых ферментов путем прямого ингибирования транскрипционной активности рецептора Ahr и ядерного фактора NF1 или через активацию другого фактора транскрипции NF-kB.

Продукция АКМ монооксигеназами имеет значение для:

- регуляции тонуса сосудов;

- синтеза медиаторов и регуляторов при воспалении или ишемии/реперфузии;

- свободнорадикального повреждения гепатоцитов и развития цирроза печени при алкоголизме;

- гепатотоксического действия лекарственных препаратов (парацетамола, диклофенака, галотана, вальпроевой кислоты и др.).