3.1.4. Флавопротеинредуктазы
Флавопротеинредуктазы участвуют в метаболизме некоторых ксенобиотиков, причем превращение в частности хинонов приводит к генерации свободных радикалов в клетках. Продукты превращения хинонов могут переносить электроны на молекулярный кислород, что сопровождается регенерацией исходного субстрата и инициацией образования каскада кислородных радикалов. Образование свободных радикалов - один из общих механизмов цитотоксичности (рисунок 9).
Рисунок 9. Образование кислородных радикалов в результате окислительно-восстановительного цикла хинона, катализируемого флавопротеинредуктазой
Активируемое таким образом превращение субстратов, дающее начало образованию кислородных радикалов, обозначается как «окислительно-восстановительный цикл». Помимо хинона по такому механизму метаболизируют нитроароматические соединения, биспиридины и т.д. К числу токсикантов, активирующих свободнорадикальные процессы в клетке в процессе метаболизма с участием флавопротеинредуктаз относятся в частности пестицид паракват, противоопухолевое средство адриамицин, антибиотик нитрофурантион, комплексные соединения железа и меди (см. раздел «Механизмы цитотоксичности»).
3.1.5 Восстановление
В тканях человека и других млекопитающих содержатся ферменты, восстанавливающие молекулы некоторых ксенобиотиков. К их числу относятся, в частности, нитрозоредуктазы, превращающие группы NO2- в NH2- группы, нитроредуктазы, восстанавливающие нитраты до нитритов, азоредуктазы, активирующие восстановительное расщепление азогрупп с образованием первичных аминогрупп, дегалогеназы, вызывающие восстановительное дегалогенирование таких веществ как гексахлоран, ДДТ и др.
3.2. Гидролитические превращения
3.2.1. Расщепление эфиров
В тканях человека и животных, а также в жидкостях организма, например крови, содержатся энзимы, обладающие эстеразной активностью. Их низкая специфичность обеспечивает гидролиз эфиров различного строения. Так, в плазме крови содержатся эстеразы, разрушающие эфиры холина, прокаина, производных прокаина и др. Среди наиболее изученных: карбоксилэстераза и арилэстераза. Эфиры фосфорной кислоты в крови и тканях также расщепляются эстеразами. Гидролиз эфиров изменяет биологическую активность веществ.
3.2.2. Расщепление амидов кислот
Токсиканты, содержащие эфирные связи расщепляются в организме с большой скоростью (см. выше). Результатом такого расщепления является изменение токсичности ксенобиотиков. При синтезе новых токсикантов (пестицидов) для повышения их стабильности в организме в молекулу вместо эфирной, вводят амидную связь.
Некоторые ткани содержат энзимы, разрушающие и амидные группировки (печень: дезаминидазы). Однако активность ферментов, разрушающих амидные связи в тканях млекопитающих низка и потому процесс метаболизма таких соединений проходит медленно.
3.2.3. Эпоксидгидролазы
Эпоксидгидролазы активируют превращение эпоксидов в трансдигидродиолы. Описаны микросомальная и цитозольная фракции энзима. Для осуществления превращения ксенобиотиков не требуется присутствие в среде кофакторов. Под влиянием энзима осуществляется гидролиз моноэпоксидов полициклических ароматических углеводородов. Образующиеся при этом дигидродиолы являются субстратами Р-450, которые превращают их в диэпоксиды:
Диэпоксиды являются более активными канцерогенами, чем исходные моноэпоксиды.
3.2.4. Другие гидролазы
В 1955 году Mounter et al. обнаружили в разных тканях и крови млекопитающих энзим (флюорогидролаза), активирующий отщепление от атома фосфора высокотоксичных фосфорорганических соединений (ДФФ, зарин, зоман и т.д.) атом фтора. Токсичность веществ при этом резко снижалась (рисунок 10).
Рисунок 10. Гидролиз зарина при участии флюорогидролазы
Наивысшая активность энзима определяется в печени, наименьшая в мозге. Ионы Mg+2, производные пиридина и имидазола повышают активность флюорогидролазы. Соли ртути, меди угнетают активность.
4. Вторая фаза метаболизма. Конъюгация
Превращение молекул в первой фазе биотрансформации усиливает их полярность, уменьшает способность растворяться в липидах. Уже только благодаря этому целый ряд чужеродных соединений лучше выделяется с мочой. Достигнутый эффект еще более усиливается, когда к образовавшимся в ходе 1 фазы метаболизма продуктам присоединяются такие эндогенные вещества, как ацетат, сульфат, глюкуроновая кислота, глутатион и т.д. Как и энзимы l фазы метаболизма ксенобиотиков, энзимы ll фазы обладают слабой субстратной специфичностью и участвуют в превращениях большой группы химических веществ.
Рассматриваемую группу энзимов можно классифицировать следующим образом:
1. Энзимы, формирующие эфирные или амидные связи с промежуточными метаболитами:
- ацетил КоА: амин N-ацетилтрансфераза;
- сульфотрансфераза;
- УДФ-глюкуронозилтрансфераза.
2. Энзимы, активирующие конъюгацию веществ с глутатионом:
- глутатион S-трансферазы.
3. Энзимы, активирующие конъюгацию веществ с цистеином:
- цистеин-конъюгирующие b-лиазы.
Общая характеристика реакций конъюгации ксенобиотиков представлена на таблице 4.
Таблица 4. Характеристика основных реакций конъюгации ксенобиотиков
|
Реакция |
Присоединяемый агент |
Функциональная группа ксенобиотика |
|
А. Реакции, протекающие при участии активированных форм присоединяемых агентов |
||
|
Конъюгация с глюкуроновой кислотой |
УДФ-глюкуроновая кислота |
-ОН; -СООН; NH2; -NR2; -SH; -CH |
|
Конъюгация с глюкозой |
УДФ-глюкоза |
-ОН; -SH; COOH; =NH |
|
Сулфатация |
ФАФС |
-ОН; -NH2; -SH |
|
Метилирование |
S-аденозилметионин |
-ОН; -NH2 |
|
Ацетилирование |
Ацети КоА |
-ОН; -NH2 |
|
Детоксикация цианида |
Сульфон-сульфид |
-CN- |
|
Б. Реакции, протекающие при участии активированных форм ксенобиотиков |
||
|
Конъюгация с глутатионом |
Глутатион |
Ареноксиды; эпоксиды; галогенированные алкильные и арильные углеводороды |
|
Конъюгация с аминокислотами |
Глицин; глутамин; орнитин; таурин; цистеин |
-СООН |
(J. Caldwell, 1979)
В ряде случаев, в ходе метаболизма ксенобиотиков во ll фазе также образуются токсичные продукты (токсификация).