Реакции метаболической трансформации

Окисление

В ЭПР функционируют НАДФи НАД-зависимые дыхательные цепи, коферментами которых служат никотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАДФ) и никотинамидадениндинуклеотид (НАД) соответственно. В НАДФ-зависимой системе терминальным переносчиком электронов служит цитохром Р-450 — мембраносвязанный липофильный фермент группы многоцелевых монооксигеназ¹. Цитохром P-450 имеет строение гемопротеина: состоит из глобулярного белка и железопротопорфиринового комплекса (атом железа в степени окисления +3, порфириновый макроцикл, осевые лиганды). Буква Р в названии происходит от слова пигмент, число 450 означает, что восстановленный, связанный с оксидом углерода цитохром наиболее активно поглощает излучение с длиной волны 450 нм.

Цитохром Р-450 глубоко погружен в липидный бислой мембраны ЭПР и функционирует совместно с НАДФзависимой цитохром P-450-редуктазой. Соотношение количества молекул цитохрома Р-450 и редуктазы составляет 10:1. Активные центры этих ферментов ориентированы на цитоплазматическую поверхность ЭПР.

Цикл окисления лекарственных средств при участии цитохрома Р-450 состоит из следующих реакций (рис. 31).

• • Окисленный цитохром Р-450 соединяется с лекарственным средством.
• • Комплекс «цитохром-лекарство» восстанавливается цитохром Р-450-редуктазой с использованием электрона НАДФН.
• • Восстановленный комплекс «цитохром-лекарство» связывается с молекулярным (триплетным) кислородом.
• • Кислород активируется электроном НАДФН (триплетный кислород становится синглетным).
• • На финальном этапе один атом кислорода включается в молекулу окисляемого лекарственного средства, второй — в молекулу воды.
• • Цитохром Р-450 регенерирует в исходную окисленную форму. НАД-зависимая дыхательная цепь включает цитохром Ь₅, НАДН-цитохром^{-редуктазу} и стероил-КоА-десатуразу. Гемсодержащий фермент цитохром

Ь₅ представляет собой двухдоменный белок. Глобулярный цитозольный домен связывается с редуктазой, короткая спирализованная гидрофобная цепь погружена в мембрану ЭПР. Электроны от НАДН переносятся редуктазой на окисленный атом железа цитохрома Ь₅. Стероил-КоА-десатураза катализирует образование двойных связей в жирных кислотах.

Рис. 3−1. Механизм окисления лекарственных средств при участии цитохрома Р-450.

Суперсемейство цитохромов Р-450 поражает своими почти неограниченными метаболическими возможностями. Оно включает более 1000 клонированных вариантов, способных катализировать около 60 типов ферментативных реакций с тысячами субстратов, как эндогенных (стероиды, жирные кислоты, простагландины, лейкотриены, цитокины, биогенные амины), так и ксенобиотиков. В клетках человека обнаружено 18 семейств цитохрома Р-450, разделенных на 44 подсемейства. Названия изоферментов цитохрома Р-450 обозначаются символом CYP, первая цифра обозначает семейство, затем следует латинская буква, указывающая подсемейство, последняя цифра соответствует конкретному полипептиду. В молекулах изоферментов одного семейства идентичны более 40% аминокислот, в молекулах одного подсемейства — более 55%.

¹ Монооксигеназы включают кислород в окисляемые субстраты.

Метод фенотипирования позволяет установить субстратную специфичность изоферментов цитохрома Р-450 по соотношению концентраций неизмененного вещества и его метаболитов в крови.

Методом генотипирования с помощью полимеразной цепной реакции изоферменты идентифицируют по их генам, так как каждый изофермент кодируется одним из 53 генов, локализованных в разных локусах хромосом. Большинство реакций катализируют изоферменты цитохрома Р-450 семейств 1,2 и 3 (рис. 3−2, табл. 3−2).

элиминация лекарственный фармакологический биотрансформация.

Рис. 3−2. Изоферменты цитохрома Р-450.

Таблица 3−2. Содержание изоферментов цитохрома Р-450 в печени человека, локализация в хромосомах, индукторы и ингибиторы.

Реакции окисления, катализируемые цитохромом Р-450, могут расщепляться с образованием свободных радикалов кислорода и токсических промежуточных продуктов (эпоксидов, Б-окисей, альдегидов). Свободные радикалы и активные интермедиаты, инициируя перекисное окисление мембранных липидов, вызывают некроз клеток, мутации, тератогенный и эмбриотоксический эффекты, способствуют появлению неоантигенов, провоцируют канцерогенез и ускоряют старение. По этой причине не существует абсолютно безвредных ксенобиотиков.

Токсические продукты биотрансформации обезвреживаются конъюгацией с восстановленным глутатионом и ковалентным связыванием с альбуминами. Повреждение молекулы альбумина неопасно, так как этот белок синтезируется в печени со скоростью 10−16 г в день и присутствует в высоких концентрациях в ЭПР.

Ксенобиотики в процессе окисления могут разрушать цитохром Р-450. Такие вещества получили название «суицидные субстраты». Свойствами суицидных субстратов обладают четыреххлористый углерод, галотан и парацетамол, преобразуемые цитохромом Р-450 в свободные радикалы. Эффект этих веществ можно рассматривать не только как токсический, но и как протективный: под их влиянием элиминируются молекулы цитохрома Р-450, генерирующие реакционно-способные метаболиты.