Uloga mikrosomalne oksidacije u životu organizma teško je precijeniti ili previdjeti. Inaktivacija ksenobiotika (toksičnih tvari), razgradnja i stvaranje hormona nadbubrežne žlijezde, sudjelovanje u metabolizmu proteina i očuvanje genetskih informacija samo su mali dio poznatih problema koji se rješavaju mikrosomalnom oksidacijom. Ovo je autonomni proces u tijelu koji počinje nakon što okidač uđe i završava njegovom eliminacijom.
Definicija
Mikrosomalna oksidacija je kaskada reakcija uključenih u prvu fazu ksenobiotske transformacije. Bit procesa je hidroksilacija tvari pomoću atoma kisika i stvaranje vode. Zbog toga se mijenja struktura izvorne tvari, a njezina svojstva mogu se potisnuti i poboljšati.
Mikrosomska oksidacija omogućuje vam da nastavite do reakcije konjugacije. Ovo je druga faza transformacije ksenobiotika, na kraju koje će se molekule proizvedene unutar tijela pridružiti već postojećoj funkcionalnoj skupini. Ponekad nastaju intermedijarne tvari koje uzrokuju oštećenje jetrenih stanica, nekrozu i onkološku degeneraciju tkiva.
Oksidacija tipa oksidaze
Reakcije mikrosomske oksidacije događaju se izvan mitohondrija, tako da troše oko deset posto cjelokupnog kisika koji ulazi u tijelo. Glavni enzimi u ovom procesu su oksidaze. Njihova struktura sadrži atome metala s promjenjivom valentnošću, kao što su željezo, molibden, bakar i drugi, što znači da su sposobni prihvatiti elektrone. U stanici se oksidaze nalaze u posebnim vezikulama (peroksisomima) koji se nalaze na vanjskim membranama mitohondrija i u ER (granularni endoplazmatski retikulum). Supstrat, padajući na peroksisome, gubi molekule vodika, koje se vežu za molekulu vode i tvore peroksid.
Postoji samo pet oksidaza:
- monoaminooksigenaza (MAO) - pomaže u oksidaciji adrenalina i drugih biogenih amina proizvedenih u nadbubrežnim žlijezdama;
- diaminooksigenaza (DAO) - uključena u oksidaciju histamina (posrednik upale i alergija), poliamina i diamina;
- oksidaza L-aminokiselina (tj. lijevih molekula);
- oksidaza D-aminokiselina (udesno rotirajuće molekule);
- ksantin oksidaza - oksidira adenin i guanin (dušične baze uključene u molekulu DNA).
Značaj mikrosomalne oksidacije po tipu oksidaze je uklanjanje ksenobiotika i inaktivacija biološki aktivnih tvari. Stvaranje peroksida, koji ima baktericidno djelovanje i mehaničko čišćenje na mjestu ozljede, nuspojava je koja zauzima važno mjesto među ostalim učincima.
Oksidacija tipa oksigenaze
Reakcije tipa oksigenaze u stanici se također javljaju na granularnom endoplazmatskom retikulumu i na vanjskim ljuskama mitohondrija. Za to su potrebni specifični enzimi - oksigenaze, koji mobiliziraju molekulu kisika iz supstrata i uvode je u oksidiranu tvar. Ako se uvede jedan atom kisika, tada se enzim naziva monooksigenaza ili hidroksilaza. U slučaju uvođenja dva atoma (tj. cijele molekule kisika), enzim se naziva diooksigenaza.
Oksidacijske reakcije tipa oksigenaze dio su trokomponentnog multienzimskog kompleksa, koji je uključen u prijenos elektrona i protona sa supstrata, nakon čega slijedi aktivacija kisika. Cijeli se ovaj proces odvija uz sudjelovanje citokroma P450, o čemu će biti više riječi kasnije.
Primjeri reakcija tipa oksigenaze
Kao što je gore spomenuto, monooksigenaze koriste samo jedan od dva dostupna atoma kisika za oksidaciju. Drugi se vežu za dvije molekule vodika i tvore vodu. Jedan primjer takve reakcije je stvaranje kolagena. U ovom slučaju kao donor kisika djeluje vitamin C. Prolin hidroksilaza od njega uzima molekulu kisika i daje je prolinu, koji je pak uključen u molekulu prokolagena. Ovaj proces daje snagu i elastičnost vezivnom tkivu. Kada tijelu nedostaje vitamina C, razvija se giht. Očituje se slabošću vezivnog tkiva, krvarenjem, modricama, gubitkom zuba, odnosno pogoršava se kvaliteta kolagena u tijelu.ispod.
Još jedan primjer su hidroksilaze, koje pretvaraju molekule kolesterola. Ovo je jedna od faza u stvaranju steroidnih hormona, uključujući i spolne hormone.
Nisko specifične hidroksilaze
To su hidrolaze potrebne za oksidaciju stranih tvari kao što su ksenobiotici. Smisao reakcija je učiniti takve tvari lakšim za izlučivanje, topivijim. Taj se proces naziva detoksikacija i odvija se uglavnom u jetri.
Zbog uključivanja cijele molekule kisika u ksenobiotike prekida se ciklus reakcije i jedna složena tvar se raspada na nekoliko jednostavnijih i pristupačnijih metaboličkih procesa.
Reaktivne kisikove vrste
Kisik je potencijalno opasna tvar, budući da je, zapravo, oksidacija proces izgaranja. Kao molekula O2 ili vode, stabilna je i kemijski inertna jer su njezine električne razine pune i ne mogu se vezati novi elektroni. Ali spojevi u kojima kisik nema par svih elektrona vrlo su reaktivni. Stoga se nazivaju aktivnim.
Takvi spojevi kisika:
- U monoksidnim reakcijama nastaje superoksid koji se odvaja od citokroma P450.
- U reakcijama oksidaze dolazi do stvaranja aniona peroksida (vodikov peroksid).
- Tijekom reoksigenacije tkiva koja su bila podvrgnuta ishemiji.
Najjače oksidacijsko sredstvo je hidroksilni radikal, itpostoji u slobodnom obliku samo milijunti dio sekunde, ali tijekom tog vremena mnoge oksidativne reakcije imaju vremena proći. Njegova je posebnost u tome što hidroksilni radikal djeluje na tvari samo na mjestu gdje je nastao, jer ne može prodrijeti u tkiva.
Superoksidanion i vodikov peroksid
Ove tvari nisu aktivne samo na mjestu nastanka, već i na određenoj udaljenosti od njih, jer mogu prodrijeti u stanične membrane.
Hidroksi skupina uzrokuje oksidaciju ostataka aminokiselina: histidina, cisteina i triptofana. To dovodi do inaktivacije enzimskih sustava, kao i poremećaja transportnih proteina. Osim toga, mikrosomalna oksidacija aminokiselina dovodi do uništenja strukture nukleinskih dušičnih baza i kao rezultat toga pati genetski aparat stanice. Oksidiraju se i masne kiseline koje čine bilipidni sloj staničnih membrana. To utječe na njihovu propusnost, rad membranskih elektrolitnih pumpi i položaj receptora.
Inhibitori mikrosomalne oksidacije su antioksidansi. Nalaze se u hrani i proizvode se u tijelu. Najpoznatiji antioksidans je vitamin E. Ove tvari mogu inhibirati mikrosomalnu oksidaciju. Biokemija opisuje interakciju među njima prema principu povratne sprege. Odnosno, što je više oksidaza, to su jače potisnute, i obrnuto. To pomaže u održavanju ravnoteže između sustava i postojanosti unutarnjeg okruženja.
Električni transportni lanac
Mikrosomalni oksidacijski sustav nema komponente topive u citoplazmi, pa se svi njegovi enzimi skupljaju na površini endoplazmatskog retikuluma. Ovaj sustav uključuje nekoliko proteina koji čine elektrotransportni lanac:
- NADP-P450 reduktaza i citokrom P450;
- PREKO-citokrom B5 reduktaza i citokrom B5;
- steatoril-CoA desaturaza.
Donor elektrona u velikoj većini slučajeva je NADP (nikotinamid adenin dinukleotid fosfat). Oksidira ga NADP-P450 reduktaza, koja sadrži dva koenzima (FAD i FMN), za prihvaćanje elektrona. Na kraju lanca, FMN se oksidira s P450.
Cytochrome P450
Ovo je mikrosomalni oksidacijski enzim, protein koji sadrži hem. Veže kisik i supstrat (u pravilu je ksenobiotik). Njegovo ime povezuje se s apsorpcijom svjetlosti s valne duljine od 450 nm. Biolozi su ga pronašli u svim živim organizmima. Trenutno je opisano više od jedanaest tisuća proteina koji su dio sustava citokroma P450. U bakterijama je ova tvar otopljena u citoplazmi, a vjeruje se da je ovaj oblik evolucijski najdrevniji nego kod ljudi. Kod nas je citokrom P450 parijetalni protein fiksiran na endoplazmatskoj membrani.
Enzimi ove skupine sudjeluju u metabolizmu steroida, žuči i masnih kiselina, fenola, neutralizaciji ljekovitih tvari, otrova ili lijekova.
Svojstva mikrosomalne oksidacije
Procesi mikrosomaoksidacije imaju široku specifičnost supstrata, a to zauzvrat omogućuje neutralizaciju raznih tvari. Jedanaest tisuća proteina citokroma P450 može se saviti u više od sto pedeset izoforma ovog enzima. Svaki od njih ima veliki broj supstrata. To omogućuje tijelu da se riješi gotovo svih štetnih tvari koje se stvaraju u njemu ili dolaze izvana. Proizvedeni u jetri, enzimi mikrosomalne oksidacije mogu djelovati i lokalno i na znatnoj udaljenosti od ovog organa.
Regulacija aktivnosti mikrosomalne oksidacije
Mikrosomalna oksidacija u jetri regulirana je na razini glasničke RNA, odnosno njezine funkcije - transkripcije. Sve varijante citokroma P450, na primjer, zabilježene su na molekuli DNA, a da bi se pojavio na EPR-u potrebno je dio informacija “prepisati” iz DNK u glasničku RNA. mRNA se zatim šalje u ribosome, gdje se formiraju proteinske molekule. Broj ovih molekula je izvana reguliran i ovisi o količini tvari koje je potrebno deaktivirati, kao io prisutnosti potrebnih aminokiselina.
Do danas je opisano više od dvjesto pedeset kemijskih spojeva koji aktiviraju mikrosomalnu oksidaciju u tijelu. To uključuje barbiturate, aromatične ugljikohidrate, alkohole, ketone i hormone. Unatoč takvoj prividnoj raznolikosti, sve su te tvari lipofilne (topive u mastima) i stoga osjetljive na citokrom P450.
