2. Метаболизм эндогенных и чужеродных токсических веществ: реакции микросомального окисления и реакции конъюгации с глутатионом, глюкуроновой и серной кислотами.

В печени обезвреживаются неполярные соединения различного происхождения, в том числе эндогенные вещества, лекарственные препараты и яды.

Процесс обезвреживания веществ включает две стадии

1. фаза модификации - включает реакции окисления, восстановления, гидролиза; для ряда соединений необязательна;

2. фаза конъюгации - включает реакции взаимодействия веществ с глюкуроновои и серной

кислотами, глицином, глутаматом, таурином и другими соединениями. Более подробно реакции обезвреживания будут рассмотрены в разделе "Биотрансформация ксенобиотиков".

В результате модификации в структуре вещества появляются функциональные группы (ОН-, NH2 -, COOH-, SH- и некоторые др.), которые, во-первых, повышают растворимость вещества и, во- вторых, позволяют ему вступить во вторую фазу - конъюгации, т.е. ферментативного

присоединения к этим группам какого-либо вещества. Превращения ксенобиотиков в печени

происходят как в ЭПС (= микросомах), так и вне микросом (гиалаплазма, лизосомы, пероксисомы, МХ).

Главная роль в фазе модификации принадлежит микросомальным гидроксилазам (=монооксигеназам). В мембранах ЭПС находится монооксигеназная цепь окисления. Источником электронов и протонов является НАДФН2, образующийся в ПФЦ. С НАДФН2 электроны и протоны поступают на флавопротеид (ФП2), коферментом которого является ФАД. С ФП2 электроны транспортируются на цитохром Р450, а протоны - в окружающую среду. Цитохром Р450 - основной компонент микросомальной системы окисления - переносит электроны на О2 и таким образом активирует его, а уже активированный кислород использует для окисления вещества (RH) и образования воды. Два протона для образования воды берутся из среды.

Монооксигеназная цепь микросом служит универсальной биологической системой окисления любых неполярных соединений. Неполярных, т.к. цитохром Р450 находится в липидном слое мембран. Эндогенные субстраты микросомального окисления - стероидные гормоны и

холестерин (из холестерина при этом могут образоваться желчные кислоты); экзогенные

субстраты - лекарства и токсины.

Основные типы реакций, осуществляемых микросомальными цепями печени (3):

1. окисление ксенобиотиков:

2. окисление природных субстратов:

• - окисление жирных кислот,

• гидроксилирование различных стероидов, а также простагландинов;

3. восстановление ксенобиотиков. Оно идет на уровне не цитохрома Р450 , а ФП2, с которого водород поступает на субстрат.

Монооксигеназная цепь окисляет очень много различных веществ, делая их при этом более полярными. Растворимость их в воде повышается, они легче вступают в другие реакции и выводятся из организма. Внемикросомальные превращения веществ: - в митохондриях -

окислительное дезаминирование биогенных аминов; - в цитоплазме - окисление алифатических спиртов алькогольдегидрогеназой в альдегиды, которые окисляются альдегиддегидрогеназой в органические кислоты; - в пероксисомах возможно окисление этанола каталазой:

Фаза конъюгации нужна для образования нетоксичных, легковыводимых продуктов метаболизма. Конъюгация может быть:

а) глюкуронидная - самая частая. Источник глюкуроновой кислоты - УДФ-ГК. Этому виду

конъюгации подвергаются, например, билирубин, стероидные гормоны, витамин Д, а также

ксенобиотики, имеющие ОН-, NH2-, COOH-, SH- группы. Фермент – УДФ- глюкуронилтрансфераза.

б) сульфатная. Источник серной кислоты - 3-фосфоаденозин-5-фосфосульфат = ФАФС (стр. 453). Ей подвергаются вещества, являющиеся, как правило, циклическими и имеющие свободные ОН-, NH2 -группы. Фермент - арилсульфотрансфераза. Например, стероиды, иодтиронины,

токоферолы, нафтохиноны, а также продукты гниения белков, образующиеся в кишечнике под действием ферментов микрофлоры: индол, скатол, фенолы. В печени эти вещества

обезвреживаются: гидроксилируются (если нет ОН-группы) и конъюгируют с глюкуроновой или серной кислотами (рис.1).

в) ацетильная. Источник ацетильной группы - ацетил-КоА. Ей подвергаются вещества со свободной NH2-группой. N-ацетилирование моносахаров с образованием N-ацетилглюкозамина, N-

ацетилгалактозамина, нейраминовой кислоты - необходимая реакция в синтезе

гетерополисахаридов. Кроме того, с помощью Nацетилирования могут обезвреживаться

некоторые биогенные амины (серотонин, гистамин и др.). Среди ксенобиотиков ацетилированию подвергаются, например, сульфаниламиды, гидразиды изоникотиновой кислоты, производные анилина (рис.2).

Лекарство инактивируется, поэтому для определения эффективной дозы следует расчитывать ацетилирующую способность организма (см. практическую работу);

г) метильная. Источник метильной группы - S-аденозил-метионин. Метилируется много

природных веществ, а к ксенобиотикам СН3-группа присоединяется по ОН-, SH-, NH2- группам или по азоту в гетероцикле. Пример: пиридин, тиоурацил, никотиновая кислота и др.; СО-NH-NH2 CO- NH-NH-CO-CH3 COOH | | | N N N изониазид ацетилизониазид изоникотиновая кислота

противотуберкулезный препарат Рис.2. 10

д) тиосульфатная. Источник тиосульфатной группы - серосодержащие аминокислоты.

Используется для ферментного обезвреживания цианидов, т.к. образующийся тиоцианат менее токсичен;

е) глициновая. Ей подвергаются циклические карбоновые кислоты. Например, образуются

гликохолевая, гликодезоксихолевая кислоты, а также глициновый конъюгат бензойной кислоты - гиппуровая кислота;

ж) глутаминовая - очень редко. Т.о., в ходе модификации и конъюгации вещество становится более гидрофильным и, как правило, менее токсичным, легче выводится из организма.

Некоторые лекарства способны индуцировать ферменты микросомального окисления и

конъюгации, например, фенобарбитал, что, с одной стороны, снижает эффективность самого лекарства, т.к. оно быстрее инактивируется, а с другой стороны, повышает обезвреживающую способность печени, например, конъюгацию билирубина, что используют при желтухе

новорожденных.