Ang papel na ginagampanan ng microsomal oxidation sa buhay ng organismo ay mahirap overestimate o hindi pansinin. Ang hindi aktibo ng xenobiotics (nakakalason na mga sangkap), ang pagkasira at pagbuo ng mga adrenal hormone, pakikilahok sa metabolismo ng protina at pagpapanatili ng genetic na impormasyon ay isang maliit na bahagi lamang ng mga kilalang problema na nalutas dahil sa microsomal oxidation. Isa itong autonomous na proseso sa katawan na nagsisimula pagkatapos pumasok at magtatapos ang trigger substance sa pag-aalis nito.
Definition
Ang Microsomal oxidation ay isang kaskad ng mga reaksyong kasama sa unang yugto ng xenobiotic transformation. Ang kakanyahan ng proseso ay ang hydroxylation ng mga sangkap gamit ang mga atomo ng oxygen at ang pagbuo ng tubig. Dahil dito, nagbabago ang istraktura ng orihinal na substansiya, at ang mga katangian nito ay maaaring kapwa pigilan at pahusayin.
Binibigyang-daan ka ng Microsomal oxidation na magpatuloy sa conjugation reaction. Ito ang ikalawang yugto ng pagbabago ng xenobiotics, sa dulo kung saan ang mga molekula na ginawa sa loob ng katawan ay sasali sa umiiral nang functional group. Minsan nabubuo ang mga intermediate substance na nagdudulot ng pinsala sa mga selula ng atay, nekrosis at oncological degeneration ng mga tissue.
Oxidase type oxidation
Ang mga reaksyon ng microsomal oxidation ay nangyayari sa labas ng mitochondria, kaya kumukonsumo sila ng halos sampung porsyento ng lahat ng oxygen na pumapasok sa katawan. Ang mga pangunahing enzyme sa prosesong ito ay mga oxidase. Ang kanilang istraktura ay naglalaman ng mga atomo ng mga metal na may variable na valence, tulad ng iron, molybdenum, copper at iba pa, na nangangahulugang nakakatanggap sila ng mga electron. Sa cell, ang mga oxidases ay matatagpuan sa mga espesyal na vesicle (peroxisomes) na matatagpuan sa mga panlabas na lamad ng mitochondria at sa ER (granular endoplasmic reticulum). Ang substrate, na nahuhulog sa mga peroxisome, ay nawawalan ng mga molekula ng hydrogen, na nakakabit sa isang molekula ng tubig at bumubuo ng peroxide.
Mayroong limang oxidase lang:
- monoaminooxygenase (MAO) - tumutulong na i-oxidize ang adrenaline at iba pang biogenic amines na ginawa sa adrenal glands;
- diaminooxygenase (DAO) - kasangkot sa oksihenasyon ng histamine (isang tagapamagitan ng pamamaga at allergy), polyamines at diamines;
- oxidase ng L-amino acids (iyon ay, left-handed molecules);
- oxidase ng D-amino acids (right-rotating molecules);
- xanthine oxidase - i-oxidize ang adenine at guanine (nitrogenous bases na kasama sa DNA molecule).
Ang kahalagahan ng microsomal oxidation ayon sa uri ng oxidase ay ang pagtanggal ng xenobiotics at pag-inactivate ng biologically active substances. Ang pagbuo ng peroxide, na may bactericidal effect at mekanikal na paglilinis sa lugar ng pinsala, ay isang side effect na sumasakop sa isang mahalagang lugar bukod sa iba pang mga epekto.
Oxygenase type oxidation
Oxygenase-type na mga reaksyon sa cell ay nangyayari rin sa granular endoplasmic reticulum at sa mga panlabas na shell ng mitochondria. Nangangailangan ito ng mga tiyak na enzyme - oxygenases, na nagpapakilos ng isang molekula ng oxygen mula sa substrate at ipinakilala ito sa na-oxidized na sangkap. Kung ang isang oxygen atom ay ipinakilala, kung gayon ang enzyme ay tinatawag na monooxygenase o hydroxylase. Sa kaso ng pagpapakilala ng dalawang atomo (iyon ay, isang buong molekula ng oxygen), ang enzyme ay tinatawag na dioxygenase.
Ang Oxygenase-type oxidation reactions ay bahagi ng isang three-component multi-enzyme complex, na kasangkot sa paglipat ng mga electron at proton mula sa substrate, na sinusundan ng oxygen activation. Ang buong prosesong ito ay nagaganap sa paglahok ng cytochrome P450, na tatalakayin nang mas detalyado sa ibang pagkakataon.
Mga halimbawa ng mga reaksyon ng uri ng oxygenase
Tulad ng nabanggit sa itaas, ang mga monooxygenases ay gumagamit lamang ng isa sa dalawang available na atomo ng oxygen para sa oksihenasyon. Ang pangalawa ay nakakabit sila sa dalawang molekula ng hydrogen at bumubuo ng tubig. Ang isang halimbawa ng naturang reaksyon ay ang pagbuo ng collagen. Sa kasong ito, kumikilos ang bitamina C bilang isang donor ng oxygen. Ang proline hydroxylase ay kumukuha ng isang molekula ng oxygen mula dito at ibinibigay ito sa proline, na, naman, ay kasama sa molekula ng procollagen. Ang prosesong ito ay nagbibigay ng lakas at pagkalastiko sa connective tissue. Kapag ang katawan ay kulang sa bitamina C, nagkakaroon ng gout. Ito ay ipinahayag sa pamamagitan ng kahinaan ng connective tissue, pagdurugo, pasa, pagkawala ng ngipin, iyon ay, ang kalidad ng collagen sa katawan ay nagigingsa ibaba.
Ang isa pang halimbawa ay ang hydroxylases, na nagko-convert ng mga molekula ng kolesterol. Isa ito sa mga yugto sa pagbuo ng mga steroid hormone, kabilang ang mga sex hormone.
Low specific hydroxylases
Ito ang mga hydrolase na kailangan para ma-oxidize ang mga dayuhang substance gaya ng xenobiotics. Ang kahulugan ng mga reaksyon ay upang gawing mas madaling hawakan ang mga naturang sangkap para sa excretion, mas matutunaw. Ang prosesong ito ay tinatawag na detoxification at kadalasang nangyayari sa atay.
Dahil sa pagsasama ng isang buong molekula ng oxygen sa xenobiotics, ang cycle ng reaksyon ay nasira at ang isang kumplikadong substance ay nahahati sa ilang mas simple at mas madaling ma-access na mga metabolic na proseso.
Reactive oxygen species
AngOxygen ay isang potensyal na mapanganib na substance, dahil, sa katunayan, ang oxidation ay isang proseso ng pagkasunog. Bilang isang molecule O2 o tubig, ito ay stable at chemically inert dahil puno na ang electrical level nito at walang bagong electron ang makakabit. Ngunit ang mga compound kung saan ang oxygen ay walang isang pares ng lahat ng mga electron ay lubos na reaktibo. Samakatuwid, tinatawag silang aktibo.
Mga ganitong compound ng oxygen:
- Sa mga reaksyon ng monoxide, nabuo ang superoxide, na hiwalay sa cytochrome P450.
- Sa mga reaksiyong oxidase, nangyayari ang pagbuo ng peroxide anion (hydrogen peroxide).
- Sa panahon ng reoxygenation ng mga tissue na sumailalim sa ischemia.
Ang pinakamalakas na oxidizing agent ay ang hydroxyl radical, itoay umiiral sa libreng anyo para lamang sa isang milyon ng isang segundo, ngunit sa panahong ito maraming mga oxidative na reaksyon ang may oras upang dumaan. Ang kakaiba nito ay ang hydroxyl radical ay kumikilos lamang sa mga substance sa lugar kung saan ito nabuo, dahil hindi ito makakapasok sa mga tissue.
Superoxidanion at hydrogen peroxide
Ang mga sangkap na ito ay aktibo hindi lamang sa lugar ng pagbuo, kundi pati na rin sa ilang distansya mula sa kanila, dahil maaari silang tumagos sa mga lamad ng cell.
Ang Hydroxy group ay nagdudulot ng oksihenasyon ng mga residue ng amino acid: histidine, cysteine at tryptophan. Ito ay humahantong sa hindi aktibo ng mga sistema ng enzyme, pati na rin ang pagkagambala ng mga protina ng transportasyon. Bilang karagdagan, ang microsomal oxidation ng mga amino acid ay humahantong sa pagkasira ng istraktura ng mga nucleic nitrogenous base at, bilang isang resulta, ang genetic apparatus ng cell ay naghihirap. Ang mga fatty acid na bumubuo sa bilipid layer ng mga lamad ng cell ay na-oxidized din. Naaapektuhan nito ang kanilang permeability, ang pagpapatakbo ng mga membrane electrolyte pump, at ang lokasyon ng mga receptor.
Ang Microsomal oxidation inhibitors ay mga antioxidant. Ang mga ito ay matatagpuan sa pagkain at ginawa sa loob ng katawan. Ang pinakakilalang antioxidant ay bitamina E. Ang mga sangkap na ito ay maaaring humadlang sa microsomal oxidation. Inilalarawan ng biochemistry ang pakikipag-ugnayan sa pagitan nila ayon sa prinsipyo ng feedback. Iyon ay, mas maraming mga oxidases, mas malakas ang mga ito ay pinipigilan, at kabaliktaran. Nakakatulong ito na mapanatili ang balanse sa pagitan ng mga system at ang pananatili ng panloob na kapaligiran.
Electric transport chain
Ang microsomal oxidation system ay walang mga sangkap na natutunaw sa cytoplasm, kaya lahat ng enzymes nito ay kinokolekta sa ibabaw ng endoplasmic reticulum. Kasama sa system na ito ang ilang protina na bumubuo sa electrotransport chain:
- NADP-P450 reductase at cytochrome P450;
- OVER-cytochrome B5 reductase at cytochrome B5;
- steatoryl-CoA desaturase.
Ang electron donor sa karamihan ng mga kaso ay NADP (nicotinamide adenine dinucleotide phosphate). Ito ay na-oxidize ng NADP-P450 reductase, na naglalaman ng dalawang coenzymes (FAD at FMN), upang tanggapin ang mga electron. Sa dulo ng chain, ang FMN ay na-oxidize na may P450.
Cytochrome P450
Ito ay isang microsomal oxidation enzyme, isang protina na naglalaman ng heme. Nagbubuklod ng oxygen at substrate (bilang panuntunan, ito ay isang xenobiotic). Ang pangalan nito ay nauugnay sa pagsipsip ng liwanag mula sa wavelength na 450 nm. Natagpuan ito ng mga biologist sa lahat ng nabubuhay na organismo. Sa ngayon, higit sa labing isang libong protina na bahagi ng cytochrome P450 system ang inilarawan. Sa bakterya, ang sangkap na ito ay natunaw sa cytoplasm, at pinaniniwalaan na ang form na ito ay ang pinaka-ebolusyonaryong sinaunang kaysa sa mga tao. Sa ating bansa, ang cytochrome P450 ay isang parietal protein na nakadikit sa endoplasmic membrane.
Ang mga enzyme ng pangkat na ito ay kasangkot sa metabolismo ng mga steroid, apdo at fatty acid, phenol, neutralisasyon ng mga panggamot na sangkap, lason o gamot.
Mga katangian ng microsomal oxidation
Mga proseso ng microsomalAng mga oksihenasyon ay may malawak na pagtitiyak ng substrate, at ito, sa turn, ay ginagawang posible na neutralisahin ang iba't ibang mga sangkap. Labing-isang libong cytochrome P450 na protina ang maaaring matiklop sa higit sa isang daan at limampung isoform ng enzyme na ito. Ang bawat isa sa kanila ay may malaking bilang ng mga substrate. Ito ay nagbibigay-daan sa katawan na mapupuksa ang halos lahat ng mga nakakapinsalang sangkap na nabuo sa loob nito o nagmumula sa labas. Ginawa sa atay, ang microsomal oxidation enzymes ay maaaring kumilos nang lokal at medyo malayo sa organ na ito.
Regulation of microsomal oxidation activity
Microsomal oxidation sa atay ay kinokontrol sa antas ng messenger RNA, o sa halip ang function nito - transkripsyon. Ang lahat ng mga variant ng cytochrome P450, halimbawa, ay naitala sa molekula ng DNA, at upang lumitaw ito sa EPR, kinakailangan na "muling isulat" ang bahagi ng impormasyon mula sa DNA patungo sa messenger RNA. Pagkatapos ay ipinadala ang mRNA sa mga ribosom, kung saan nabuo ang mga molekula ng protina. Ang bilang ng mga molekulang ito ay panlabas na kinokontrol at nakadepende sa dami ng mga sangkap na kailangang i-deactivate, gayundin sa pagkakaroon ng mga kinakailangang amino acid.
Sa ngayon, mahigit sa dalawang daan at limampung kemikal na compound ang inilarawan na nagpapagana ng microsomal oxidation sa katawan. Kabilang dito ang mga barbiturates, aromatic carbohydrates, alcohols, ketones, at hormones. Sa kabila ng maliwanag na pagkakaiba-iba, ang lahat ng mga sangkap na ito ay lipophilic (nalulusaw sa taba), at samakatuwid ay madaling kapitan sa cytochrome P450.
