АФК, ПОЛ, МИКРОСОМАЛЬНОЕ ОКИСЛЕНИЕ, ЦИТОХРОМ Р-450 И ПРОБЛЕМЫ ДЕТОКСИКАЦИИ КСЕНОБИОТИКОВ

РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ДРУЖБЫ НАРОДОВ
МЕДИЦИНСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ
КАФЕДРА БИОХИМИИ ИМЕНИ АКАДЕМИКА БЕРЕЗОВА Т.Т.
ЛЕКЦИЯ №12
АФК, ПОЛ, МИКРОСОМАЛЬНОЕ
ОКИСЛЕНИЕ, ЦИТОХРОМ Р-450 И
ПРОБЛЕМЫ ДЕТОКСИКАЦИИ
КСЕНОБИОТИКОВ
(см. также лекцию на стр. профессора
Е.В. Калининой на портале кафедры).
ПРОФЕССОР ЧЕРНОВ НИКОЛАЙ НИКОЛАЕВИЧ
ЗАВЕДУЮЩИЙ КАФЕДРОЙ БИОХИМИИ РУДН ИМЕНИ АКАДЕМИКА БЕРЕЗОВА Т.Т.
АФК, ПОЛ, МИКРОСОМАЛЬНОЕ ОКИСЛЕНИЕ, ЦИТОХРОМ Р450 И ПРОБЛЕМЫ ДЕТОКСИКАЦИИ КСЕНОБИОТИКОВ
Ксенобиотики – чуждые для организма вещества.
ПОЛ – перекисное (пероксидное) окисление липидов.
АФК – активные формы кислорода (ROS):
o
O2
-e
.O2
-e
Супероксидрадикаланион
-1
H2O2
-e
. -e
OH
H2O
Гидроксилрадикал
(Время полужизни
10-9 с)
АФК (2% от всего О2: в одной клетке 30-40 радикалов/с)
ФЕРМЕНТЫ И ПРОБЛЕМЫ БИОКАТАЛИЗА. ЧЕРНОВ Н. Н.
2
ОТКУДА БЕРЕТСЯ НЕСПАРЕННЫЙ электрон ?
1.
Утечка е в дыхательной цепи Мх за счет КоQ
2.
В микросомах за счет цитохрома P-450
(в легких мембранах ЭПС)
-
3.
-e
Hb(Fe2+)  Hb(Fe3+)
ФЕРМЕНТЫ И ПРОБЛЕМЫ БИОКАТАЛИЗА. ЧЕРНОВ Н. Н.
3
АФК МОГУТ ВЫПОЛНЯТЬ ПОЛЕЗНЫЕ ФУНКЦИИ:
1.
Бактерицидное действие (оружие фагоцитов)
2.
Активируют иммунные реакции фагоцитов
3.
Выполняют сигнальные функции (!)
ВАЖЕН БАЛАНС АФК !
ФЕРМЕНТЫ И ПРОБЛЕМЫ БИОКАТАЛИЗА. ЧЕРНОВ Н. Н.
4
РЕДОКС-ЗАВИСИМЫЕ МЕХАНИЗМЫ РЕГУЛЯЦИИ ФУНКЦИЙ
БЕЛКОВ
фосфатаз
Протеасома
ФЕРМЕНТЫ И ПРОБЛЕМЫ БИОКАТАЛИЗА. ЧЕРНОВ Н. Н.
5
ИСТОЧНИКИ АФК
СlO
УФ
ГИПОХЛОРИТ
АНИОН
МИЕЛОПЕРОКСИДАЗА
Радиация
ГИПОКСИЯ
-
.O2
Fe2+
H2O2
.
ПОЛ
НАДФН
-оксидаза
NO
Ксантиноксидаза
ФЕРМЕНТЫ И ПРОБЛЕМЫ БИОКАТАЛИЗА. ЧЕРНОВ Н. Н.
-
Fe3+
-e
Реакция
Фентона
OH +
.
OH
ONOO
ПЕРОКСИНИТРИТ
Разрушают
АМК в
белках,
нуклеотиды в
ДНК, ВЖК в
мембранах
Н
Е
К
Р
О
З
А
П
О
П
Т
О
З
ГИБЕЛЬ КЛЕТКИ
6
ЗАЩИТА:
А.
Природные антиоксиданты
Б.
3 фермента:
.O2
(не проходит
через
мембрану)
1.
Супероксиддисмутаза
Н2О + О2 
H2O2
Выходит
из клетки
- разбавление
H 2O
В.
2 молекулы глутатиона
2 Гл-SH
3.
Глутатионпероксидаза
(Se-зависимая)
Гл-S-S-Гл
Глутатион окисленный
Белки, связывающие железо: трансферрины и ферритин
ФЕРМЕНТЫ И ПРОБЛЕМЫ БИОКАТАЛИЗА. ЧЕРНОВ Н. Н.
7
ПЕРОКСИДНОЕ ОКИСЛЕНИЕ ЛИПИДОВ (ПОЛ)
Известно более 100 заболеваний: атеросклероз, ишемия
миокарда, дистрофия мышц, канцерогенез, болезнь Альцгеймера,
паркисонизм и др., - при которых активизируется ПОЛ.
Уровень ПОЛ в организме показывает степень загрязнения
окружающей среды.
АФК
Наиболее чувствительны к ПОЛ полиненасыщенные ВЖК: под
влиянием АФК в их молекулах образуются свободно радикальные
группы, окисляющиеся по цепному механизму (лавина).
Н
Н
–С
.
Н
+ О2
– С –О – О
Н
.
РАЗВИТИЕ ЦЕПИ
(ЛАВИНА)
ПЕРОКСИДНЫЙ
РАДИКАЛ
ФЕРМЕНТЫ И ПРОБЛЕМЫ БИОКАТАЛИЗА. ЧЕРНОВ Н. Н.
8
ИЗМЕНЯЮТСЯ СВОЙСТВА МЕМБРАН:
1.
МИКРОЯЗКОСТЬ
2.
ВЫЖИГАЮТСЯ «ДЫРЫ»
3.
ИЗМЕНЯЕТСЯ ПРОНИЦАЕМОСТЬ МЕМБРАН  НАБУХАНИЕ
4.
МЕНЯЕТСЯ ИОННЫЙ СОСТАВ
5.
КОНЕЧНЫМ ПРОДУКТОМ ЯВЛЯЕТСЯ МАЛОНОВЫЙ ДИАЛЬДЕГИД:
C
Н2C
C
O
Н
O
Вызывает денатурацию и
осаждение белков путем их
сшивания.
Н
ФЕРМЕНТЫ И ПРОБЛЕМЫ БИОКАТАЛИЗА. ЧЕРНОВ Н. Н.
9
МИКРОСОМАЛЬНОЕ ОКИСЛЕНИЕ В МЕМБРАНАХ ЭПС:
УЧАСТВУЮТ 2 ФЕРМЕНТА:
1.
Семейство цитохромов Р-450
НАДФН(H+)
как косубстрат:
донор атомов
водорода
гем (красный пигмент)
2.
полоса поглощения
гема
ФАД-зависимая редуктаза цитохрома Р-450
ФЕРМЕНТЫ И ПРОБЛЕМЫ БИОКАТАЛИЗА. ЧЕРНОВ Н. Н.
10
ЦИТОХРОМЫ Р-450 (БОЛЕЕ 100 ИЗОФОРМ):
1.
Содержат Fe3+ в составе гема
и локализованы на внутренней стороне мембран ЭПС.
2.
Катализируют монооксигеназные реакции
(включение одного атома кислорода):
R-H
O2
P-450
H2O
НАДФН(Н+)
косубстрат
Редуктаза
НАДФ+
R - OH
Гидрокслирированный
(менее гидрофобный субстрат)
Вроде бы все хорошо,
но (!) в побочных реакциях происходит
утечка электрона и образуются АФК!
3.
Обладают широкой субстратной специфичностью (более 100 генов в
геноме человека).
4.
В норме участвуют в образовании БАВ: ретиноевой кислоты, тироксина,
холестерина, стероидных гормонов,
а также в обезвреживании ксенобиотиков.
ФЕРМЕНТЫ И ПРОБЛЕМЫ БИОКАТАЛИЗА. ЧЕРНОВ Н. Н.
11
СУЩЕСТВУЮТ РАЗНЫЕ ТОЧКИ ЗРЕНИЯ НА ЭВОЛЮЦИЮ
ЭТОЙ СИСТЕМЫ:
В КОНЕЧНОМ СЧЕТЕ – ЭТО ПЛАТА ЗА ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КИСЛОРОДА.
1.
Обезвреживание растительных ядов и вулканических выбросов
2.
Приспособление обычных метаболических процессов для
обезвреживания ксенобиотиков
3.
Создание оружия для уничтожения бактерий фагоцитами.
По-видимому, всего понемногу!
ФЕРМЕНТЫ И ПРОБЛЕМЫ БИОКАТАЛИЗА. ЧЕРНОВ Н. Н.
12
КСЕНОБИОТИКИ
1. Продукты
хозяйственной
деятельности человека.
2. Вулканы и природные
выбросы.
3. Бытовая химия и
парфюмерия.
4. Большинство
лекарств.
ГИДРОФОБНЫ И ЗАСТРЕВАЮТ В МЕМБРАНАХ
ПОЛ
ГЕПАТОЦИТ
Опасность:
служат
мишенью для АФК
и ПОЛ:
повреждаются
белки и ДНК:
цитотоксичность,
мутагенез,
концерогенез
Стратегия защиты:
повысить растворимость и
вывести из организма:
3 Фазы
I Фаза: Р-450
II Фаза: образование
растворимого конъюгата
III Фаза: выведение из
организма.
МЕМБРАНА
Н2О2
ПЕРОКСИСОМА
ЭПС
АФК
Мх
Ядро
Возникает другая опасность: из
инертных молекул образуются
токсичные:
а) хлороформ  фосген (БОВ)
б) бензпирен  эпоксиды –
канцерогены (рак трубочистов)
(этого нет у тараканов)
II Фаза
АПОПТОЗ
- О - конъюгат
III Фаза
Кал
Желчный проток
ФЕРМЕНТЫ И ПРОБЛЕМЫ БИОКАТАЛИЗА. ЧЕРНОВ Н. Н.
Кровь
Почки
Моча
13
КСЕНОБИОТИКИ
1. Продукты
хозяйственной
деятельности человека.
2. Вулканы и природные
выбросы.
3. Бытовая химия и
парфюмерия.
4. Большинство
лекарств.
ГИДРОФОБНЫ И ЗАСТРЕВАЮТ В МЕМБРАНАХ
ПОЛ
ГЕПАТОЦИТ
Опасность:
служат
мишенью для АФК
и ПОЛ:
повреждаются
белки и ДНК:
цитотоксичность,
мутагенез,
концерогенез
Стратегия защиты:
повысить растворимость и
вывести из организма:
3 Фазы
I Фаза: Р-450
II Фаза: образование
растворимого конъюгата
III Фаза: выведение из
организма.
МЕМБРАНА
Н2О2
ПЕРОКСИСОМА
ЭПС
АФК
Мх
Ядро
Возникает другая опасность: из
инертных молекул образуются
токсичные:
а) хлороформ  фосген (БОВ)
б) бензпирен  эпоксиды –
канцерогены (рак трубочистов)
(этого нет у тараканов)
II Фаза
- О - конъюгат
АПОПТОЗ
III Фаза
Кал
Желчный проток
Кровь
ФЕРМЕНТЫ И ПРОБЛЕМЫ БИОКАТАЛИЗА. ЧЕРНОВ Н. Н.
Почки
Моча
14
АФК, ПОЛ, МИКРОСОМАЛЬНОЕ ОКИСЛЕНИЕ, ЦИТОХРОМ Р450 И ПРОБЛЕМЫ ДЕТОКСИКАЦИИ КСЕНОБИОТИКОВ
Получается замкнутый круг: ПОЛ инициируется АФК и их же образует (!)
Надо разорвать этот круг.
Для этого есть природные антиоксиданты:
В мембранах:
токоферолы (разрывают цепь, образуя малоактивные радикалы),
каротины, билирубин.
В цитоплазме:
витамин С, глутатион, мочевая кислота, таурин, карнозин и ансерин (в
мышцах)
В крови:
билирубин и мочевая кислота.
ФЕРМЕНТЫ И ПРОБЛЕМЫ БИОКАТАЛИЗА. ЧЕРНОВ Н. Н.
15
ФЕРМЕНТЫ КОНЪЮГАЦИИ (II ФАЗА):
По ОН-группе
присоединяют
соответствующие
остатки, повышая
растворимость
соединений и
способствуя их
выведению из
организма.
1.
Глутатион-S-трансферазы (семейство)
2.
УДФ-глюкуронозилтрансферазы
3.
Ацетилтрансферазы
4.
Сульфотрансферазы
5.
Глицинтрансферазы
6.
Метилтрансферазы
Все эти ферменты участвуют в нормальном метаболизме клеток (!)
ФЕРМЕНТЫ И ПРОБЛЕМЫ БИОКАТАЛИЗА. ЧЕРНОВ Н. Н.
16
АФК, ПОЛ, МИКРОСОМАЛЬНОЕ ОКИСЛЕНИЕ, ЦИТОХРОМ Р450 И ПРОБЛЕМЫ ДЕТОКСИКАЦИИ КСЕНОБИОТИКОВ
Существует мощная индукция защитных систем
на генетическом уровне. (Царь Митридат)
Не путать с МЛУ: явление привыкания к лекарствам:
множественная лекарственная устойчивость (МЛУ).
Не путать с гликопротеином Р в мембранах: работает как насос,
выкидывая из клетки все гидрофобное.
ФЕРМЕНТЫ И ПРОБЛЕМЫ БИОКАТАЛИЗА. ЧЕРНОВ Н. Н.
17
РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ДРУЖБЫ НАРОДОВ
МЕДИЦИНСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ
КАФЕДРА БИОХИМИИ ИМЕНИ АКАДЕМИКА БЕРЕЗОВА Т.Т.
ЛЕКЦИЯ №12
БЛАГОДАРЮ ЗА
ВНИМАНИЕ!
ПРОФЕССОР ЧЕРНОВ НИКОЛАЙ НИКОЛАЕВИЧ
ЗАВЕДУЮЩИЙ КАФЕДРОЙ БИОХИМИИ РУДН ИМЕНИ АКАДЕМИКА БЕРЕЗОВА Т.Т.