Значення цитохрому р-450 у метаболізмі ксенобіотиків

 

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ

"КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ"

Факультет біотехнології і біотехніки

Кафедра екобіотехнології та біоенергетики

РЕФЕРАТ

на тему: «Значення цитохрому р-450 у метаболізмі ксенобіотиків»

Виконала:

студентка 5 курсу

ФБТ, групи БЕ-31м

Лелеко І.Г.

Перевірила:

Гринюк І.І.

КИЇВ 2014

ЗМІСТ

ВСТУП

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА ЦИТОХРОМ Р-450- ЗАЛЕЖНОЇ СИСТЕМИ

2. МЕТАБОЛІЧНІ ПЕРЕТВОРЕННЯ, ЩО КАТАЛІЗУЮТЬСЯ МІКРОСОМАЛЬНИМИ ФЕРМЕНТАМИ ПЕЧІНКИ

3. ОКИСНЕННЯ ТА ВІДНОВЛЕННЯ МІКРОСОМАЛЬНИМИ МОНООКСИГЕНАЗАМИ

3.1 Основні ферменти мікросомальних електронтранспортних ланцюгів

3.2 НАДФН -залежні реакції окислення ксенобіотиків

3.3 НАДФН-залежні реакції відновлення ксенобіотиків

4. ВПЛИВ КСЕНОБІОТИКІВ НА АКТИВНІСТЬ МІКРОСОМАЛЬНИХ ФЕРМЕНТІВ

5. ХАРАКТЕРИСТИКА ЦИТОХРОМУ Р-4502E1

5.1 Властивості та фізіологічні функції цитохрома Р-4502E1

5.2 Kсенoбiomичнi субстрати цитохрому P-4502E1

5.3 Poль цитохрому P-4502E1 в ініціації оксидативного стресу та вільнорадикальної активації спиртів

5.4 Регуляція експресії цитохрому Р-4502Е1

5.5 Видові та індивідуальні відмінності в експресії цитохрому P-4502E1. Поліморфізм гена CYP2E1

5.6 Зміни активності цитoxpoму P-4502E1 за pізниx станів opгaнізму. Йoгo індуктоpи та інгібітори

ВИСНОВКИ

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

ВСТУП

цитохром метаболізм ксенобіотик стрес

У промисловості, сільському господарстві, медицині та побуті використовуються більше 70 000 чужорідних для організму речовин, значна частина яких негативно впливає на людину. Більшість ксенобіотиків, що надходять до організму, метаболізуються. В першій окислювальній фазі метаболізму в їхній молекулі утворюється хімічно активна група, яка під час другої фази конюгується з ендогенними молекулами. Ці метаболіти, здебільшого, хімічно менш активні і легко елімінуються з організму, хоча відомо багато прикладів утворення токсичних сполук. Для ферментів, які метаболізують ксенобіотики, також відомі ендогенні субстрати, тому шляхи обміну чужорідних речовин і ендобіотиків перетинаються [1].

Значною подією в біохімії ферментів можна вважати відкриття цитохрому Р-450. Трохи більше сорока років тому Гарфінкл та Клінгенберг встановили, що ендоплазматична сітка печінки експериментальних тварин містить невідому пігментну речовину, яка, відновлюючись, приєднує окис вуглецю і утворює комплекс з максимумом поглинання при 450 нм. Пізніше таку сполуку було названо Р-450, а коли була визначена його гемопротеіновая природа - цитохромом Р-450. Згодом виявилося, що цитохром Р-450 є простетичною групою ферментів, що відносяться до монооксигеназ (гідроксилаз). Вони широко поширені в живій природі, так як виявлені в різних таксономічних групах (безхребетні, хребетні тварини, рослини, бактерії). Їх локалізація у тварин не обмежується печінкою, а включає широке коло органів і тканин [2].

Найбільш дивовижною властивістю цитохром Р-450 залежних ферментів є те, що вони окиснюють велике число природних субстратів і практично всі ксенобіотики. Звідси значний інтерес до цієї проблеми виник не лише у біохіміків, але також у хіміків, молекулярних біологів і генетиків. У біохімії основна увага приділяється молекулярній організації, каталітичним властивостям і механізму дії ферментів. Хімічні аспекти пов'язані з вивченням фізико-хімічних властивостей субстратів і визначенням взаємозв'язку структура-активність ферментів, а також пошуком модельних систем для встановлення хімічних принципів активації молекулярного кисню, що імітують монооксигенази.

Не можна не відзначити ключову роль цитохром Р-450-залежних ферментів у фармакології. Вони настільки адаптовані до дослідницької роботи фармаколога, що отримали свою назву "ліки-метаболізуючі ферменти". Вони в багатьох випадках визначають активність ліків (проліків), їх фармакологічний профіль, а також побічну дія і толерантність.

Особливе увага до цих ферментних систем приділяється і в токсикології. Метаболіти, що утворюються в процесі монооксигеназного каталізу, справляють визначальний вплив на генетичні процеси, стан клітинного ділення (репродукцію, мутагенез, онкогенез) [2].

Отже, з вище сказаного, можна зробити висновок, що питання повязане з вивченням будови, форм та функціонування цитохрому P-450 є досить актуальним.

Метою даної доповіді є огляд літератури щодо системи міросомальних ферментів, зокрема цитохрому Р-450.

Основним завданням є характеристика ферментних систем, що беруть участь у перетворенні ендогенних та чужорідних (ксенобіотичних) речовин, опис реакцій та перетворень, що відбуваються за участю цитохрому Р-450, характеристика будови та регуляції цитохрому Р-450, наведення вплив ксенобіотиків та функціонування мікросомальних ферментів, опис деяких клінічних аспектів.

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА ЦИТОХРОМ Р-450- ЗАЛЕЖНОЇ СИСТЕМИ

Монооксигеназна система, до якої належать цитохроми Р-450 та b5, NADРН- і NADН-редуктази, є неперевершеною за різноманітністю субстратів їхньої дії і типів реакцій. З усіх її компонентів лише цитохром Р-450 (неспецифічна монооксигеназа) здатен активувати молекулярний кисень за участю електронів, донором яких є NADРН і (або) цитохром b5. Цитохроми Р-450 - це група структурно подібних гемотіолатних білків, у яких атом заліза координується чотирма звязками з ядром протопорфірину IX, пятим лігандом заліза є тіольна група (залишок цистеїну) білкової частини ферменту, а шостим - молекула води, яка може заміщуватись на молекулу кисню. Каталітичну активність цитохроми виявляють за присутності фосфоліпідів, які стабілізують фермент у функціонально активній конформації [1].

Всі цитохроми Р-450 містять консервативне структурне ядро, яке відповідає за звязування гемового заліза і за варіабельні місця на ділянках, які асоційовані з розпізнаванням субстрату та звязуванням редокс-партнера. Будова субстратзвязувальної частини молекули визначає субстратну вибірковість різних форм цитохрому. В цитохромі Р-4502Е1 залишки Sеr129, Lеu-209 та Рhе-477 є критичними для орієнтації субстрату в активному центрі та його каталітичної дії.

Каталітичний цикл цитохрому Р-450 наведено на рисунку 1.1.

Рисунок 1.1 Каталітичний цикл цитохрому Р-450 [3]

На першій стадії окислена форма ферменту асоціюється із субстратом, утворюючи фермент-субстратний комплекс (RН)Fе3+, що підтверджується спектральними змінами в молекулі. Більшість субстратів спричинюють зміни першого типу внаслідок збільшення частки високоспінової форми ферменту. На другій стадії спостерігається відновлення комплексу електроном, який передається NADРН-редуктазою (цихротом b5 на цій стадії не бере участі), і утворення відновленого комплексу (RH)Fе2+. До нього (третя стадія) приєднується кисень і утворюється комплекс (RН)Fе2+O2, який в четвертій стадії після перенесення електронів із заліза на кисень перетворюється на комплекс (RН)Fе3+O2, (можлива також його дисоціація і виділення суперок- сидного радикала). На пятій стадії попередній комплекс відновлюється ще одним електроном, який надходить від NADРН-редуктази або цитохрому b5, з утворенням пероксикомплексу (RН)Fе3+O2=. Потім (шоста стадія) за участю двох протонів відбувається гетеролітичний розрив звязку O-O з вивільненням води і утворенням комплексу RН(Fе-O)3+, в якому міститься електрондефіцитний (шестиелектронний) оксеноїдний атом кисню. Під час цих процесів також можлива дисоціація комплексу (RН)Fе3+O2= з виділенням пероксиду водню. Oксеноїдний комплекс RН(Fе-O)3+ вважається найважливішим окисником у циклі цитохрому Р-450. 0дним із поширених шляхів його взаємодії з молекулою субстрату є вивільнення атома водню з утворенням радикала субстрату і координованого із залізом гідроксильного радикала - R?(Fе0Н)3+ (стадія 7) з наступною рекомбінацією їх, за якої гідроксильна група включається в молекулу субстрату R0Н(Fе3+), після чого окислений субстрат відділяється від ферменту (стадія 8). 0днак можливе і безпосереднє включення атома кисню у звязок С-Н, відокремлення гідрид-іона і проміжне утворення карбонієвого іона. Шлях, яким відбуватиметься реакція, визначається будовою субстрату [1].

Оксеноїдний комплекс - не єдиний окисник у каталітичному циклі цитохрому Р-450; такі властивості притаманні і іншим гіпервалентним комплексам заліза: нуклеофільному пероксизалізу, нуклеофільному або електрофільному гідропероксизалізу, кожний з яких специфічно взаємодіє із субстратом.

Різні типи окисників забезпечують різноманітність механізмів окислення субстратів, широку субстратну специфічність монооксигеназ та значний набір продуктів реакції (рисунок 1.2).

Рисунок 1.2 Окисники в каталітичному циклі цитохрому Р-450 [4]

Особливістю монооксигеназної системи є істотна видова і індивідуальна варіабельність, органна та тканинна специфічність, яка здебільшого пояснюється різним набором ізоферментів. Близько 40% чужорідних для організму речовин за метаболізму каталізується поліморфними ферментами, чим зумовлюються індивідуальні і етнічні розбіжності в їхній фармакокінетиці, фармакодинаміці й токсичності. Що стосується ліків, то поліморфізм цитохрому Р-450 може бути причиною таких процесів: 1) надмірного терапевтичного ефекту внаслідок сповільненої метаболічної інактивації ліків в осіб зі зниженою активністю ферментів (повільних метаболізаторів); 2) зменшення ефекту лікарських препаратів через прискорення інактивації в осіб з аномально високою активністю ферментів (швидких метаболізаторів); 3) збільшення токсичності ліків швидкими метаболізаторами і утворенням токсичних метаболітів; 4) підвищення їхньої токсичності за повільної метаболізації, якщо сам препарат є отрутою; 5) утворення токсичних метаболітів у разі перерозподілу звичайних шляхів метаболізму ліків. Уповільнений обмін речовин здебільшого спостерігається за наявності мутантних алелей гена зі втраченою функцією, який кодує білок зі зниженою ферментативною активністю, а ультрашвидкий метаболізм може обумовлюватись дублюванням гена або збільшенням його активності [5]. Проміжні метаболізатори, переважно, є гетерозиготними або несуть алелі з мутаціями, які помірно зменшують активність ферментів.

Різні форми цитохрому Р-450 характеризуються невисокою субстратною специфічністю, що ускладнює їхню класифікацію. Тому систематизація множинних форм ферменту грунтується на спільності походження генів і подібності амінокислотного складу білків. Цитохром Р-450 - це суперсімейство ферментів, в якому у тварин, рослин, грибів та бактерій налічується більше 300 сімейств та підсімейств і понад 1925 представників. Тільки в людини виявлено більше 55 генів та 29 псевдогенів цитохрому, а в мишей 63 та 21 відповідно. До сімейства включають такі білки, подібність амінокислотного складу яких становить близько 40%, до підсімейства - білки, подібність амінокислотного складу яких перевищує 55%. У межах підсімейства вона становить понад 65%. Для генів цитохрому Р-450 і продуктів їхньої експресії використовують абревіатуру CYP (від виразу cytochrome P-450) з позначенням сімейства цифрою, підсімейства - буквою латинського алфавіту, індивідуального гена - цифрою, яка стоїть після назви підсімейства. Множинні форми CYP, які метаболізують ксенобіотики у ссавців, належать до сімейств CYP1, CYP2, CYP3. Найчисленнішим із них є сімейство, яке включає підсімейства 2А, 2В, 2C, 2D, 2Е, 2F, 2G, 2J тощо [1].

2. МЕТАБОЛІЧНІ ПЕРЕТВОРЕННЯ, ЩО КАТАЛІЗУЮТЬСЯ МІКРОСОМАЛЬНИМИ ФЕРМЕНТАМИ ПЕЧІНКИ

В організмі тварини чужорідні органічні сполуки зазнають широкий ряд метаболічних перетворень, багато з яких каталізується ферментами ЕПР (мікросомальна фракція) печінки. Тому метаболічні перетворення чужорідних сполук можна узагальнено підрозділити на перетворення, які каталізуються ферментами ЕПР печінки і, ймовірно, інших тканин (мікросомальні), і на перетворення, які каталізується ферментами, локалізованими в інших місцях (немікросомальні). Грунтуючись на хімічній природі цих реакцій, їх більш детально можна класифікувати наступним чином [6].

Окиснення мікросомальними ферментами: гідроксилювання ациклічних, ароматичних і аліциклічних сполук, епоксидування, N- гідроксилювання амінів, N-окиснення третинних амінів, S-окиснення, дезалкілування, дезамінування та сульфування.

Відновлення мікросомальними ферментами: відновлення нітро- та азосполук.

Немікросомальне окиснення: дезамінування, окиснення спиртів і альдегідів, ароматизація аліциклічних сполук.

Немікросомальне відновлення: відновлення альдегідів і кетонів.

Гідроліз: гідроліз складних ефірів та амідів за участю мікросомальних і немікросомальних ферментів.

Інші реакції: відбуваються багато інших перетворень, але недостатнє знання їх механізмів і локалізації ферментів, що приймають в них участь не дозволяє дати більш повну їх класифікацію. До цих реакцій відносяться дегідроксилювання катехолу і гідроксамових кислот, дегалогенування, розрив кільця, утворення кільця, відновлення ненасичених сполук, відновлення дисульфідів в меркаптанів, окисне розщеплення миш'якових сполук у арсеноксиди та ін. [6].

Продукти цих метаболічних перетворень потім можуть піддаватися:

а) виділенню без подальших змін;

б) кон'югації з подальшим виділенням;

в) метаболізму в процесі проміжного обміну або з'єднанню з тканинами.

Сполуки, особливо з декількома функціональними групами, можуть метаболізуватися за допомогою більш ніж однієї з цих реакцій, даючи ряд різних метаболітів. [6]

3. ОКИСНЕННЯ ТА ВІДНОВЛЕННЯ МІКРОСОМАЛЬНИМИ МОНООКСИГЕНАЗАМИ

Мікросомальні оксидази - ферменти, локалізовані в мембранах гладкого ЕР, що функціонують в комплексі з двома зовнішньомітохондріальними ланцюгами переносу електронів. Ферменти, що каталізують відновлення одного атома молекули О2 з утворенням води і включення іншого атома кисню в сполуку, що окиснюється, отримали назву мікросомальних оксидаз зі змішаною функцією або мікросомальних монооксигеназ [7].

.1 Основні ферменти мікросомальних електронтранспортних ланцюгів

Мікросомальна система не містить розчинних у цитозолі білкових компонентів, всі ферменти - мембранні білки, активні центри яких локалізовані на цитоплазматичнії поверхні ЕР. Система включає кілька білків, що входять до електронтранспортного ланцюга. У ЕР існують два такі ланцюги, перший складається з двох ферментів - NADPH-P450 редуктази і цитохрому Р450, друга включає фермент NADH-цитохром-b5 редуктазу, цитохром b5 і ще один фермент - стеароїл-КоА-десатуразу [7].

Монооксигенази, в яких роль простетичної групи виконує цитохром Р-450, залежно від місця локалізації можна розділити на три групи [2].

. Мікросоми печінки НАДФН ? Флавонопротеід II ? Негеміновий Fe-білок ? Цитохром Р-450 ? О2.

. Мітохондрії наднирників НАДФН ? Флавонопротеід III ? Адренодоксина Цитохром Р-450 ? О2.

. Бактеріальні монооксигенази НАДФН ? Флавонопротеід III ? Путідаредоксин ? Цитохром Р-450 ? О2.

Електронтранспортний ланцюг - NADPH-P450 редуктаза - цитохром Р450. У більшості випадків донором електронів (e) для цього ланцюга служить NADPH, що, окиснюється NАDРН-Р450 редуктазою. Фермент в якості простетичної групи містить 2 кофермента - флавінаденінди-нуклеотид (FAD) і флавинмононуклеотид (FMN). Протони і електрони з NADPH переходять послідовно на коферменти NADPH-P450 редуктази. Відновлений FMN (FMNH2) окиснюється цитохромом Р450 (див. схему нижче). [7]

Цитохром Р450 - гемопротеин, що містить простетичну групу гем і має ділянки зв'язування для кисню і субстрату (ксенобіотика).

Субстрат, що окиснюється (донор електронів) для NADH - цитохром b5-редуктази - NADH (схема 3.1). Протони і електрони з NADH переходять на кофермент редуктази FAD, наступним акцептором електронів служить Fe3+ цитохрому b5. Цитохром b5 в деяких випадках може бути донором електронів для цитохрому Р450 або для стеароїл-КоА-десатурази, яка каталізує утворення подвійних зв'язків у жирних кислотах, переносячи електрони на кисень з утворенням води (рис. 3.1 ) [7].

Рисунок 3.1 Електронтранспортні ланцюги ЕР. RH - субстрат цитохрому Р450; стрілками показані реакції перенесення електронів. В одній системі NADPH окиснюється NADPH цитохром Р450-редуктазою, яка потім передає електрони на ціле сімейство цитохромів Р450. Друга система включає в себе окиснення NADH цитохром b5-редуктазою, електрони переходять на цитохром b5; відновлену форму цитохрому b5 окиснює стеароїл-КоА-десатураза, яка переносить електрони на О2.

NADH-цитохром b5 редуктаза - двухдоменний білок. Глобулярний цитозольний домен пов'язує простетичну групу - кофермент FAD, а єдиний гідрофобний "хвіст" закріплює білок в мембрані.

Цитохром b5 - гемовмісний білок, який має домен, локалізований на поверхні мембрани ЕР, і короткий "занурений" в ліпідному бішарі спіралізований домен.цитохром b5-редуктаза і цитохром b5, будучи "зануреними" білками, не фіксовані строго на певних ділянках мембрани ЕР і тому можуть змінювати свою локалізацію [7].

Число субстратів, що приймають участь у монооксигеназному каталізі дуже значне. Тому прийнято розділяти його на певні типи реакцій (таблиця 3.1) [8] .

Таблиця 3.1

З хімічної структури субстратів і продуктів їх окиснення (метаболітів) очевидно, що такі реакції можуть здійснюватися як з ендогенними, так і з чужорідними (ксенобіотики) речовинами. До першої групи належать стероїди, жирні кислоти, жовчні кислоти, простагландини, лейкотрієни, біогенні аміни, ретиноїди, гідроперикиси ліпідів.

До другої групи відносяться багато синтетичних і природних лікарських засобів, пестициди, гербіциди, промислові отрути, відходи промислових підприємств, харчові добавки і т. д. [9].

З фізіологічної точки зору, реакції гідроксилювання ксенобіотиків спрямовані на захист живих систем від накопичення в них гідрофобних сполук. Однак у багатьох випадках ці реакції призводять до утворення проміжних реакційноздатних активних метаболітів, продуктів неповного відновлення кисню, які хімічно модифікують макромолекули і стимулюють реакції перекисного окислення. Все це служить причиною прояву різних видів токсичності, канцерогенезу, мутагенезу, тератогенезу і алергій.

Отже, цитохроми Р450 відіграють надзвичайно важливу роль у підтримці стаціонарного рівня ендогенних лігандів, викликаючи лігандомодулюючу транскрипцію генів, визначаючи тим самим зростання, диференціацію, апоптоз, а також клітинний гомеостаз і нейрогуморальну функцію.

Виходячи із загальних положень біохімії про субстратній специфічності ферментів (абсолютна і відносно широка) все ж важко припустити навіть для другого випадку, що каталітичне окиснення таких численних за хімічною структурою субстратів може здійснюватися одним цитохром Р450-залежним ферментом.

Спочатку для доказу існування цитохрому Р450 в різних ізоформах були використані його індуктори. Кількість речовин, що викликають індукцію монооксигеназ, які окиснюють ксенобіотики, перевищує кілька сотень [10].

Це різні по хімічній природі і біологічній дії сполуки. Єдиною загальною властивістю для них є те, що вони жиророзчинні і в значних кількостях накопичуються в ендоплазматичної сітці клітин. Таке виборче надходження речовин в цитомембрани сприяє взаємодії ферменту з субстратом. Чим довше субстрат знаходиться в організмі, тим триваліше його контакт з ферментом, і, отже, більш високий рівень його індукції. Можна припустити, що індукція в своїй основі носить пристосувальний характер, оскільки призводить до збільшення швидкості метаболізму ксенобіотиків, тобто до прискорення їх елімінації з організму [8].

Дослідження, проведені з класичними індукторами (фенобарбітал-3-метилхолантрен) цитохрому Р450, а також спектральними характеристики комплексів фермент - субстрат показали, що в одному і тому ж біологічному об'єкті цей гемопротеин існує в декількох різновидах. Такий висновок призводить до подальших питань, що стосуються насамперед кількості цих ізоферментів і можливості їх класифікації.

Виявилося, що множинні форми цитохрому Р-450 в порівнянні з іншими ферментами мають відносно невисоку субстратную специфічність і часто один і той же субстрат окиснюється різними ізоформами. На жаль, відсутні і специфічні по відношенню до тих чи інших ізоформам цитохрому індуктори або інгібітори. Все це ускладнює класифікацію ізоформ цитохрому Р450 [8].

.2 НАДФН -залежні реакції окислення ксенобіотиків

Мікросомальні ферментні системи каталізують наступні реакції окислення (гідроксилювання) ксенобіотиків.

Окисне деалкілування. Воно пов'язане найчастіше з відщепленням алкільних груп від атомів N, О і S в молекулі ксенобіотика.деалкілування - основний спосіб метаболізму вторинних і третинних амінів. Ці реакції найбільш докладно вивчені стосовно до наркотиків і анальгетиків. Наприклад, деметилювання морфіну по азоту призводить до утворення норморфіна і альдегіду (реакція 3.1) [11]:

(3.1)

Дана реакція, як і всі наступні НАДФН-залежні реакції окиснення, протікають за участю цитохрому Р-450 і флавопротеїну [12].

О-Деалкілування ксенобіотиків проходить за загальною схемою (реакція 3.2):

SOCH3 ?SOH + альдегид (3.2)

За принципом О-деметилювання в печінці людини метаболізуються кодеїн, колхіцин, папаверин та інші препарати. В результаті О-деметилювання кодеїну утворюється морфін, що пояснює знеболюючу дію кодеїну(реакція 3.3) [11]:

(3.3)

N-Окиснення. Багато лікарських речовини містять у своєму складі атом азоту, окиснення якого змінює як фармакологічні, так і токсичні властивості ксенобіотиків. Утворення N-оксидів характерне для первинних, вторинних і третинних амінів, однак цитохром Р-450 здатний окиснювати тільки первинні аміни (реакція 3.4) [11]:

(3.4)

Окислювальне дезамінування. Відщеплення амінних груп від лікарських препаратів найчастіше призводить до втрати фармакологічного ефекту. Що стосується токсичної дії, то воно може і зменшитися, і збільшитися в залежності від будови вихідної речовини. Найбільш вивченою реакцією окиснювального дезамінування в мікросомах печінки є метаболізм амфетаміну (реакція 3.5) [11]:

(3.5)

Окиснення і десульфування. Це найменш вивчений тип монооксигеназних реакцій. Проте участь в цих реакціях цитохрому Р-450 було доведено за допомогою інгібіторного аналізу. Прикладом 5-окиснення можна навести метаболічне перетворення хлорпромазина (реакція 3.6) [11]:

(3.6)

Реакція десульфування, тобто заміщення сірки киснем, також протікає за участі цитохрому Р-450 за схемою (реакція 3.7):

(3.7)

.3 НАДФН-залежні реакції відновлення ксенобіотиків

Реакції відновлення в ЕПР протікають за участю НАДФН-залежного флавопротеїну і цитохрому Р-450. Найбільш часто зустрічається відновлення нітро-і азосполук:

4. ВПЛИВ КСЕНОБІОТИКІВ НА АКТИВНІСТЬ МІКРОСОМАЛЬНИХ ФЕРМЕНТІВ

Багато чужорідних речовин, потрапляючи в організм, впливають на синтез або активність мікросомальних монооксигеназ. Більшість з них є індуцібельними ферментами, які регулюються ендогенними метаболітами. Разом з тим є велика кількість ксенобіотиків, що викликають індукцію їх синтезу. Ефект особливо важливий при дії фармакологічно активних речовин на такі ферменти, як цитохром Р-450. Деякі з цих препаратів представлені в табл. 4.1[11] .

Таблиця 4.1

Індуктори мікросомальних монооксигеназ

Лікарський препаратФармаокологічний ефектБарбітурати, ноксиронСедативний, снотворнийФторатан, метоксифлуранЗасоби для наркозуКордиамін,фенамінСтимулятори ЦНСМепробамат,сибазонТранквілізатори, нейролетикиБутамід, букарбонГіпоглікімічні засобиБутадіон Протизапалювальні засобиМебедрол М'язевий релаксант

Всі індуктори монооксигеназ поділяють на дві групи: індуктори широкого спектру дії та індуктори вузького спектру дії.

До першої групи відносяться похідні барбітурової кислоти, що володіють здатністю посилювати біотрансформацію багатьох ксенобіотиків за рахунок індукції синтезу цитохрому Р- 450. Одним з представників другої групи індукторів є метилхолантрен та інші ароматичні вуглеводні. Вони індукують синтез однієї молекулярної форми цитохрому, саме цитохрому Р-448, відсутнього у інтактних тварин. Ця форма ферменту має вузьку субстратную специфічність і каталізує процеси біотрансформації фенантрена, бензантрацена і деяких піренів.

Таким чином, лікарські речовини не тільки метаболізуються монооксигеназними системами, але й змінюють активність або синтез ферментів біотрансформації.

Цей феномен пояснює звикання до лікарських препаратів, що має місце, коли метаболіти останніх фармакологічно неактивні. Наприклад, фенобарбітал індукує синтез цитохрому Р- 450, причому утворюються гідроксібарбітурати фармакологічно неактивні. Для досягнення фармакологічного ефекту необхідно збільшувати дозу препарату. Інша ситуація складається в тому випадку, якщо саме метаболіти лікарського препарату виявляються фармакологічно активними . Той же фенобарбітал, посилюючи синтез цитохрому Р- 450, сприяє збільшенню фармакологічного ефекту цих метаболітів [11].

5. ХАРАКТЕРИСТИКА ЦИТОХРОМУ Р-4502E1

.1 Властивості та фізіологічні функції цитохрома Р-4502E1

Білок цитохром Р-4502Е1 є продуктом гена CYP2E1, який відділився від генів підсімейства CYP2C майже 230 млн. років тому [14]. Молекула цитохрому Р-4502Е1 печінки людей включає 493 амінокислотних залишки, має молекулярну масу 56 849 Да і 78%-ву амінокислотну подібність до білків щурів та мишей. Між ферментами останніх спостерігається 92% амінокислотної гомології. У людини ген СУР2Е1 локалізується на 10-й хромосомі і містить 11 413 пар основ, 9 екзонів та типовий ТАТА-бокс. За каталітичними властивостями ортологічні форми ферменту людини, кролів, щурів, мишей і хомяків практично тотожні [1].

Цитохром Р-4502Е1 у людини та щурів експресується в печінці, легенях, нирках, тонкому кишечнику, кістковому мозку, простаті, яєчках, матці, плаценті, гіпокампі, корі головного мозку та слизовій оболонці носа. Експресія його в печінці починається відразу після народження людини. В печінці ізофермент переважно локалізується перицентрально, а в гепатоцитах - в ендоплазматичному ретикулумі і, в незначній кількості, в інших компартментах [1].

Фізіологічні функції цитохрому Р-4502Е1 вивчено недостатньо. Доведено його участь в адаптації організму до високих концентрацій етанолу через здатність каталізувати окислення спирту до ацетальдегіду (реакція 5.1) та ацетату (реакція 5.2) [13]:

(5.1 та 5.2)

Механізм окислення етанолу включає: взаємодію його молекули з оксеноїдним комплексом ферменту, елімінацію атома водню, утворення гемінального діолу та дегідратацію останнього до ацетальдегіду [3]. Якщо утворений в першій реакції діол, знову окислюється, то синтезується оцтова кислота. Окиснюватись може безпосередньо і ацетальдегід, але після попередньої гідратації до діолу (рисунок. 5.1)

Рисунок 5.1 Механізм окиснення етанолу та ацетальдегіду цитохромом Р-450Е1

Важливою функцією цитохрому P-4502E1 є його участь у перетворенні ацетону на молочну кислоту. Цей шлях має істотне значення в синтезі глюкози під час голодування та за інших станів організму, які супроводжуються гіперкетонемією. Фермент каталізує послідовне гідроксилювання ацетону з утворенням ацетолу і метилгліоксалю, а останній за участю гліоксалази I (лактоїлглутатіонліази - КФ 4.4.1.5) та гліоксалази II (гідроксіація глутатіонгідролази - КФ 3.1.2.6) перетворюється на молочну кислоту (рис. 5.2).

Рисунок 5.2 Участь цитохрому P-4502E1 у перетворенні ацетону на молочну кислоту

Провідну роль P-4502E1 в утилізації ацетону показано на мишах, нокаутованих за геном CYP2E1, у яких під час голодування вміст ацетону у крові підвищується у 28 разів, тоді як у мишей дикого типу - лише у 2,5-4,4 раза [1].

Цитохром P-4502E1 каталізує гідроксилювання лінолевої і арахідонової кислот [20], бере участь у катаболізмі дофаміну в мозку, активує перетворення індолу на індоксил (попередник індикану). Гідропероксиди жирних кислот також належать до фізіологічних субстратів цитохрому P-4502E1, який в анаеробних умовах розщеплює їх з утворенням альдегідів та алканів (рис. 5.3).

Рисунок 5.3 Bіднoвлeння гідpoпepoкcидів жирних кислот

Цим, очевидно, пояснюється наявність останніх у видихуваному повітрі тварин та людини, а також підвищення їхнього рівня внаслідок активації пероксидації ліпідів.

.2 Kсенoбiomичнi субстрати цитохрому P-4502E1

Цитохром P-4502E1 здатен метаболізувати величезну кількість невеликих органічних молекул (на сьогодні їх відомо понад 100), здебільшого з утворенням реакційноздатних метаболітів. У таблиці 5.1 наведено приклади ендогенних та ксенобіотичних субстратів ферменту; деякі з них використовують як його маркери.

Таблиця 5.1

Приклади ендогенних та ксенобіотичних субстратів ферменту [1]

Класи сполукСубстрати цитохрому Р-4502Е1Спирти, альдегіди, кетони, прості ефіриЕтанол, метанол, пропанол, бутанол, гліцерол, ацетальдегід, бутанон, ацетон, ацетол, ацетоацетат, діетиловий ефір, метил-трет-бутиловий ефір.Ароматичні сполукиПарацетамол, анілін, бензол, кофеїн, ізоніазид, хлорзоксазон, фенол, w-нітрофенол, піридин, піразол, стирол, толуол, етилбензол, ксилол, кумол, хлорбензол, метиланізол.Жирні кислоти? -1- та ? -2-гідроксилювання арахідонової кислоти і ? -1-гідроксилювання лауринової кислоти.Алкани, алкени та їхні галогенопохідніГексан, пентан, етан, 1,3-бутадієн, тетрахлорметан, хлороформ, дихлорметан, дихлоретан, трихлоретан, трихлоретилен, вінілхлорид, інгаляційні анестетики (фторотан, енфлуран, метоксифлуран, севофлуран).Нітрозаміни і азосполукиN-диметилнітрозамін, N-діетилнітрозамін, N-нітрозо-2,3-диметилморфолін, N-нітрозопіролідин, N-нітрозобензилметиламін, метилазоксиметанол, азоксиметан.Різні речовиниN-диметилацетамід, N-диметилформамід, тіоацетамід, етилкарбамат, ацетонітрил, акрилонітрил, уретан.Субстрати, що відновлюютьсяТетрахлорметан, третбутилгідропероксид, гідропероксид кумолу, гідропероксиди жирних кислот, хром (VI), кисень.

Цитохром Р-4502Е1 є основним каталізатором активації нітрозамінів із короткими алкільними ланцюгами (N-нітрозодиметиламіну, N-нітрозометилетиламіну, N-нітрозодіетиламіну) до мутагенних та канцерогенних метаболітів. Він активує реакції ?-C-гідроксилювання, ?-гідроксилювання, N-деалкілування, N-окислення нітрозамінів з утворенням алкіл(арил)діазонієвих іонів, після розщеплення яких утворюються електрофільні частинки, здатні алкілувати (арилувати) нуклеофільні центри в ДНК та білках.

Крім того, фермент каталізує утворення епоксидних метаболітів бензолу, стиролу, бромбензолу і ксилолу; метилгідроксилювання толуолу та гепатотоксичну активацію бромбензолу; епоксидацію і утворення ціанідів з акрилонітрилу. Він також бере участь у перетворенні бензолу на токсичний епоксид, а за окислення його метаболіту фенолу - на катехоли та гідрохінони, які в редокс-циклах генерують семіхінонні радикали та активні форми кисню.

Цитохром P-4502E1 каталізує перетворення парацетамолу на токсичний метаболіт N-ацетил-n-бензохінонімін, при цьому токсична дія лікарського препарату тісно корелює з активністю ферменту, зокрема в печінці щурів. Він також бере участь у перетворенні інгаляційних анестетиків - галотану (фторотану), севофлурану і енфлурану - на високотоксичні метаболіти (трифтороцтову кислоту, трифторацетилхлорид та ін.), які ацилюють білки і спричинюють утворення неоантигенів та розвиток автоімунного ураження печінки [1].

.3 Poль цитохрому P-4502E1 в ініціації оксидативного стресу та вільнорадикальної активації спиртів

Всі цитохроми P-450, передусім 2E1, здатні відновлювати молекулярний кисень і за відсутності субстрату (футильний цикл, негерметичний фермент). Як випливає з рис. 1.2, вивільнення одного електрона відбувається з діоксигенового комплексу (Fe2+O2RH ? Fe3+RH + O2-), а двох електронів - із комплексу Fe3+O2=RH, коли замість молекули води, елімінується пероксид водню [3].

Унаслідок високої оксидазної активності цитохром P-4502El потенціює утворення гідроксильних радикалів у модельній системі Фентона і прискорює залежний від них метаболізм етанолу та диметилсульфоксиду [14]; за його присутності стимулюється пероксидація ліпідів у мікросомах і ліпосомах, а також у суспензії ліпопротеїнів [14].

Гостре або хронічне введення етанолу тваринам, як і алкоголізація у людини, призводить до накопичення у тканинах продуктів пероксидації ліпідів та виснаження антиоксидантної системи організму [44]. При цьому алкоголь не лише стимулює пероксидацію ліпідів, але є джерелом вільних радикалів. Мікросомна фракція печінки щурів активно окислює етанол, пропанол, бутанол з утворенням гідроксіетильного, гідроксипропільного та гідроксибутильного радикалів відповідно. Утворення 1-гідроксіетильного радикала з етанолу повністю залежить від цитохрому P-450 та NADPH-редуктази, причому найвища активність притаманна цитохрому P-4502E1 (r = 0,73). Генерація 1-гідроксіетильного радикала посилюється етанолом або ацетоном і гальмується діетилдитіокарбаматом та антитілами до цитохрому P-4502E1 [1].

Утворення 1-гідроксіетильного радикала за участю цитохрому Р-4502Е1 відбувається за двома механізмами. Один із них повязаний з окисленням етанолу без участі ферменту [45]. Джерелом гідроксильних радикалів в такому випадку є NADPH-оксидазна активність цитохрому Р-4502Е1, унаслідок чого у футильному циклі продукуються значні кількості O2- і пероксиду водню, а останній в реакціях Фентона та Хабера-Вейса легко перетворюється на гідроксильний радикал [44]. Інший механізм утворення останнього в печінці повязаний з каталітичним циклом ферменту [3, 44]. Вважається, що комплекс (P-4502E1-(FeO)3+) може безпосередньо окислювати етанол до гідроксіетильних радикалів (рис. 5.4), яким притаманна мембранотоксична дія, утворення ковалентних аддуктів із білками і поява неоантиантигенів, модифікація нуклеїнових кислот, гальмування активності антиоксидантних ферментів, а в разі взаємодії з молекулярним киснем - утворення пероксильного радикала [41, 44-46].

Рисунок 5.4 Утворення 1-гідроксіетильного та пероксильного радикалів з етанолу за участю цитохрому Р-4502Е1

На системному рівні продукція вільних радикалів під час метаболізму етанолу стимулює фіброгенез у печінці, розвиток автоімунних реакцій, активує мутагенез та канцерогенез [1].

.4 Регуляція експресії цитохрому Р-4502Е1

Ген CYP2E1 печінки транскрипційно активується протягом першого дня після народження щурів, а надалі його базальна експресія залишається порівняно стабільною упродовж усього життя [15]. Однак рівень цитохрому Р-4502Е1 істотно змінюється залежно від метаболічної ситуації в організмі. Під впливом етанолу, ацетону і деяких інших субстратів та індукторів вміст його може підвищуватись на порядок.

Регуляція експресії цитохрому Р-4502Е1 є складною. Вона включає як трансляційні та пострансляційні механізми (активація трансляції і стабілізація його молекули), так і транскрипційні (стимуляція транскрипції і стабілізація мРНК) [1]. Дані літератури щодо особливостей впливу ксенобіотиків на експресію цитохрому Р-4502Е1 є неоднозначними. В багатьох роботах показано, що введення тваринам етанолу, ацетону, імідазолу, 4-метилпіразолу, піридину, як і за культивування гепатоцитів, зумовлює значне збільшення вмісту ферменту без відповідного підвищення рівня мРНК. Це дозволяє дійти висновку, що збільшення вмісту цитохрому Р-4502Е1 є наслідком посттрансляційної стабілізації його молекули і сповільнення її деградації. Однак відомі також дані щодо можливості посилення синтезу ферменту de novo. Одночасне підвищення рівня мРНК та цитохрому Р-4502Е1 виявлено в печінці людей, які зловживали алкоголем; у хомяків, за впливу на них етанолу та піразолу; у щурів, що отримували метамфетамін; у митей і щурів, за дії на них, відповідно, ізоніазиду або піридину. Зазначені протиріччя, згідно з даними деяких дослідників [54, 55], можна пояснити тим, що низькі дози етанолу підвищують вміст цитохрому Р-450 унаслідок посттрансляційної стабілізації його молекули, в той час як високі - інтенсифікують експресію цитохрому Р-4502Е1 на рівні транскрипції. Певна суперечливість даних, очевидно, повязана з видовими особливостями регуляції експресії генів та неоднаковими механізмами дії різних індукторів.

Для прикладу розглянемо механізм регуляції активності цитохрому Р-450 на посттрансляційному рівні через лігандну стабілізацію молекули. Цей шлях регуляції його вмісту у клітині, вірогідно, найістотніший, оскільки він належить до білків з короткою тривалістю життя. Помічено, що за відсутності ліганду Р-4502Е1 швидко інактивується, причому є коротка (близько 6 год) та довга (майже 37 год) фази кінетики гальмування активності ферменту [1]. Виявилось, що інактивація цитохрому Р-4502Е1 тісно повязана з фосфорилуванням. Протеїнкіназа А фосфорилує фермент за залишком серину 139, унаслідок чого відбувається швидка втрата його каталітичної активності, тобто цей процес відіграє роль вимикача активності ферменту [5]. Фосфорилований білок атакується убіквітиновою системою за амінокислотними залишками 317-340 його цитозольного домену, після чого швидко протеолізується до амінокислот за участю убіквітин-протеасомної системи. Введення в організм етанолу попереджає фосфорилування цитохрому Р-4502Е1 і тим самим уповільнює його протеоліз, підвищуючи вміст функціонально активних молекул. Відомо, що етанол безпосередньо блокує активність протеасомних протеаз. На рис. 5.5 наведено основні етапи деградації цитохрому Р-4502Е1 і можливі етапи дії на організм етанолу.

Рисунок 5.5 Деградація цитохрому Р4502Е1 через убіквітинпротеасомну систему та вплив етанолу на цей процес

Транскрипційний механізм регуляції експресії цитохрому Р-4502Е1 здебільшого притаманний фізіологічним чинникам, зокрема інсуліну, глюкагону, гормону росту, лептину і епідермальному фактору росту. Інсулін, потужний інгібітор експресії Р-4502Е1, у культурі гепатоцитів знижує вміст мРНК цього білка. Безпосередній ефект його повязаний з посиленням деградації мРНК ферменту (зокрема період напіврозпаду її скорочується з 48 до 15 год) і, можливо, з гальмуванням транскрипції мРНК. Водночас глюкагон у первинній культурі гепатоцитів щурів інтенсифікує майже в 7 разів утворення мРНК Р-4502Е1.

Тиреоїдні гормони, в т.ч. трийодотиронін, активують експресію цитохрому Р-4502Е1 у культурі гепатоцитів, причому цей ефект також асоціюється зі збільшенням тривалості життя його мPHK. Чоловічі статеві гормони стимулюють експресію гена СYP2E1, що до деякої міри пояснює вищу активність цього цитохрому в печінці самців. Додавання цитокінів до культури гепатоцитів щурів знижує як рівень ферменту, так і мPHK , але інтерлейкін-4, навпаки, підвищує експресію ферменту в печінці, стимулюючи транскрипцію його мPHK [1].

.5 Видові та індивідуальні відмінності в експресії цитохрому P-4502E1. Поліморфізм гена CYP2E1

ізні біологічні види відрізняються між собою за рівнем експресії цитохрому P-4502E1, причому найвищу його активність (за використання як субстрату хлорзоксазону) виявлено в печінці мишей. За цією ознакою їх можна розташувати у такій послідовності: коні, мавпи, кролі, корови, хомяки, свині, люди, щури, кішки та собаки [16].

Показано значні індивідуальні відмінності (до 50 разів) в активності та індуцибельності цитохрому P-4502E1 у людини. За вмістом його встановлено 12-разову відмінність. У разі використання як субстрату ферменту хлорзоксазону найбільший вплив на варіабельність кліренсу має вага тіла (43%), дещо менший - дієтичні фактори (18%), вік (4%), прийом медикаментів (3%), генотип (5%). У чоловіків активність цитохрому P-4502E1 перевищує таку у жінок такого самого віку. Починаючи з сьомого тижня після народження активність його в печінці щурів поступово знижується, а самці порівняно із самками реагують на введення етанолу та ацетону значнішим підвищенням n-нітрофенолгідроксилазної та хлорзоксазонгідроксилазної активності.

Ген цитохрому P-4502E1 є досить стабільним порівняно з генами інших ізоферментів, однак і для нього властиве явище поліморфізму. До 2002 р. зареєстровано 14 варіантів гена CYP2E1. Найчастіше відмінності стосуються промотора, але варіабельність їх виявлено і в кодувальній ділянці гена. Відомо 4 варіанти амінокислотних замін у цьому білку. Так, P-4502E1.2 (заміна Arg76His) характеризується вищою (у 2,7 раза) каталітичною активністю, ніж у 2E1.3 (заміна Val389Ile) і 2E1.4 (заміна Val179Ile), активність яких незначно відрізнялась від P-450 дикого типу (P-4502E1.1).

Детальніше вивчено у людей варіанти гена CYP2E1 - Rsal (алелі CYP2E1*5A та CYP2E1*5B) та DraI (алелі CYP2E1*5A, CYP2E1*6). Вони є наслідком заміни нуклеотидів за 5`-фланкірувальною ділянкою промотора і характеризуються зниженою активністю та індуцибельністю цитохрому P-4502E1. Гомозиготи за варіантами CYP2E1 Rsa1 та DraI у осіб білої раси зустрічаються з частотою 0,1 та 0,8%, у азійців - з частотою 4,6 та 9,4% відповідно. У людей з цими алелями спостерігається сповільнений метаболізм хлорзоксазону, кліренс якого становить 147 мл/хв проти 238 мл/хв у гомозигот дикого генотипу. Знижена здатність до метаболічної активації нітрозамінів тютюну зумовлює 10-разове зменшення у таких осіб ризику захворювання, індукованого тютюном, на рак легень. Інтенсивно вивчається роль поліморфізму цитохрому P-4502E1 у патогенезі алкогольного ураження печінки, однак численні дослідження не дають чіткої відповіді на це питання, хоча в деяких роботах такий звязок було виявлено. Зокрема, було показано, що алелі RsaIc2 і DraI C та CYP2E1*1D асоціюються зі зростанням ризику алкогольної залежності, а алель TaqI - зі зниженим ризиком алкогольного ураження печінки [1].

У пацієнтів з гомозиготою за P-4502E1 дикого типу вдвічі більший ризик захворіти на токсичний гепатит під час терапії ізоніазидом, ніж у хворих з алелями CYP2E1 c1/c2 або c2/c2 [1].

.6 Зміни активності цитoxpoму P-4502E1 за pізниx станів opгaнізму. Йoгo індуктоpи та інгібітори

вень цитохрому P-4502E1 та його активність може істотно змінюватись за різних патологічних станів організму. Зокрема показано, що запальний процес у печінці, індукований введенням щурам та мишам бактеріальних токсинів, супроводжується тривалим (до 7 днів) та значним (у 2-3 рази) зниженням активності і вмісту цитохрому P-4502E1 і його мPHK [17]. На рівні цілісного організму вплив запального процесу виявляється у сповільненні елімінації із крові субстрату ферменту - хлорзоксазону [17].

Помічено, що рівень цитохрому P-4502E1 та його активність значно зростають при патологічних станах організму, що супроводжуються гіперкетонемією та накопиченням жиру в печінці (за цукрового діабету, голодування, ожиріння, високожирової та кетогенної дієти, неалкогольного стеатогепатиту тощо). Це повязано з його участю в окисленні жирних кислот та перетворенням ацетону на глюкозу.

У пацієнтів, хворих на цукровий діабет, значно прискорюється елімінація із крові хлорзоксазону і підвищується рівень цитохрому P-4502E1 та його мPHK у лімфоцитах. Збільшення активності ферменту та прискорення метаболізму його субстратів зареєстровано також у тварин за експериментального цукрового діабету. Ці ефекти є наслідком зменшення продукції інсуліну, який є потужним інгібітором експресії цитохрому P-4502E1. Голодування супроводжується значним посиленням його синтезу. Так, у печінці щурів після триденного позбавлення їжі активність n-нітрофенолгідроксилази та вміст цитохрому P-4502E1 збільшується у понад три рази. В інших дослідженнях встановлено аналогічні результати зростання активності ізоферменту під час голодування тварин.

Значною індукцією синтезу цитохрому P-4502E1 супроводжуються ожиріння та високожирова дієта. Зокрема, згодовування тваринам їжі, яка містить підвищену кількість жирів, спричинює в печінці щурів підвищення більше ніж у два рази вмісту цього цитохрому і його n-нітро- фенолгідроксилазної та нітрозодиметиламінодеметилазної активності. У осіб з ожирінням та стеатозом печінки значно інтенсифікується виведення із крові хлорзоксазону та у понад 4 рази зростає вміст мPHK цитохрому P-4502E1 у лімфоцитах крові.

Зловживання алкоголем є важливим чинником індукції синтезу цитохрому P-4502E1 у людини. Це явище має компенсаторне значення, оскільки окислення етанолу за його участю стає основним шляхом усунення надмірних концентрацій спирту в разі його хронічного надходження в організм. Вважається, що індукція утворення ферменту повязана з токсичними ефектами алкоголю і, зокрема, розвитком оксидативних ушкоджень печінки, оскільки за участю ферменту відбувається потужне продукування активних радикалів кисню та етанолу.

Типовими індукторами цитохрому P-4502E1, крім етанолу, є інші спирти, ацетон та кетони, які здатні багаторазово (до 10 разів) і дозозалежно підвищувати його активність. Навіть одноразове введення тваринам ацетону спричинює швидке (вже через 6 год) підвищення вмісту P-4502E1 у печінці без суттєвих змін в ній рівня мPHK. До інших індукторів синтезу ізоферменту належать ізоніазид, піридин, саліцилати, піразол, піразин та нікотин.

Підвищення вмісту цитохрому P-4502E1 за різних патологічних станів організму та дії ксенобіотиків не завжди є позитивним явищем. Встановлено, що ацетон, голодування і цукровий діабет підвищують токсичність ксенобіотиків - субстратів цитохрому P-4502E1 - тіоацетоаміду, парацетамолу, CCl4, бромбензолу. Отже, індукція утворення ферменту за голодування є істотним фактором ризику посилення гепатотоксичності лікарських засобів. Відомо, що парацетамол навіть у терапевтичних дозах під час голодування може спричинити в пацієнтів ураження печінки. Можливо також, що вимушена відмова від їжі перед проведенням у хворих анестезії, вносить свій негативний вклад у розвиток гепатотоксичних реакцій після застосування інгаляційних анестетиків. Описано випадки токсичних гепатитів у пожежників, які зловживали алкоголем і застосовували CCl4 під час гасіння пожеж. Згідно з даними деяких авторів, у CШA, Англії та Австралії прийом парацетамолу на фоні зловживання алкоголем був найчастішою причиною гострої печінкової недостатності. При цьому за одночасного надходження в організм цих речовин етанол виявляє протекторну дію і відіграє роль конкурентного інгібітора [18].

До селективних інгібіторів цитохрому P-4502E1 належать діетилдитіокарбамат, диметилсульфоксид, сірковмісні сполуки часнику (діалілдисульфід, діалілсульфід, алілметилсульфід) та капусти (сульфорафан, фенетилізотіоціанат) [18]. Механізм їхньої дії є суїцидальним і полягає у блокуванні гемової частини молекули цитохрому проміжними інтермедіатами [3].

Дисульфірам також виявляється потужним інгібітором цитохрому P-4502E1, якому, однак, інгібіторні ефекти притаманні лише іn vivo і за попереднього перетворення на діетилдитіокарбамат та дисульфід вуглецю, внаслідок чого і відбувається безпосереднє пригнічення активності ферменту. Введення дисульфіраму людині вже через добу гальмує елімінацію хлорзоксазону на 89%. Cамe інгібуванням активності цитохрому P-4502E1 можна пояснити протекторні властивості дисульфіраму у разі ураження печінки парацетамолом та його здатністю попереджати у пацієнтів активацію фторотану до гепато- і нефротоксичних метаболітів, а також утворення ковалентних аддуктів трифторооцтової кислоти з білками печінки, зокрема у щурів. Діетилдитіокарбамат, диметилсульфоксид, захищають організм тварин та людини від токсичності парацетамолу, діалілсульфід зменшує гепатотоксичність тетрахлорметану, парацетамолу і нітрозодиметиламіну, попереджає мутагенну та канцерогенну активацію нітрозамінів [1].

Специфічне інгібування активності цитохрому Р-4502Е1 притаманна протиалкогольному препарату хлорметіазолу, вплив якого зберігається навіть тоді, коли він вже не ідентифікується у крові. Хлорметіазол є інгібітором транскрипції цитохрому Р-4502Е1 і більше гальмує синтез ферменту, ніж безпосередньо впливає на його активність.

ВИСНОВКИ

В даній доповіді була наведена характеристика ферментних систем, що беруть участь у перетворенні ендогенних та чужорідних (ксенобіотичних) речовин, описано реакції та перетворення, що відбуваються за участю цитохрому Р-450, охарактеризовано будову та регуляцію цитохрому Р-450, зокрема Р-4502Е1, наведено вплив ксенобіотиків та функціонування мікросомальних ферментів, описано деякі клінічніаспекти.

Таким чином, дані літератури свідчать про значний інтерес до вивчення множинних форм цитохрому Р-450, зокрема до Р-4502Е1, тобто ключового ферменту на шляху перетворення ацетону на молочну кислоту, каталізатора окислення етанолу, метаболізму жирних кислот та їхніх гідропероксидів. Залежний від цитохрому Р-4502Е1 метаболізм ксенобіотиків здебільшого спричинює утворення токсичних інтермедіатів та генерує радикали кисню. Регуляція експресії ферменту включає як стабілізацію його молекули, так і стимуляцію транскрипції. Поліморфізм гена CYP2E1 повязаний з нуклеотидними замінами у промоторі і кодувальній ділянці гена. Деякі генетичні варіанти цитохрому Р-4502Е1 асоційовано із залежністю від алкоголю та схильністю до індукованої хімічними сполуками патології. Активність цитохрому Р-4502Е1 різко зростає при алкоголізмі, захворюванні на ожиріння, цукровому діабеті, стеатогепатиті, введенні в організм ацетону, спиртів та інших ксенобіотиків, що спряжено з посиленням токсичності парацетамолу, галотану, тетрахлорметану та інших субстратів ферменту. Гальмування активності цитохрому Р-4502Е1 сірковмісними сполуками, зокрема діалілсульфідом і дисульфірамом, супроводжується протекторним ефектом.

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

Цитохром Р-4502Е1. Поліморфізм, фізіологічні функції, регуляція, роль у патології /Пенюк О.О, Качула С.О., Герич О.Х.// Укр.біохім.журнал, - 2004. - т.76, №5 - С. 16-28.

Некоторые аспекты биохимии, химии, молекулярной биологии и генетики цитохрома Р-450 / Н.Я. Головенко // Современные пробл. токсикологии. - 2001. -№3. -С. 17-23.F. P. // Chem. Res. Toxicol. 2001. 14, N 6. P. 611-650.M. J. // J. Biol. Chem. 2002. 277, N 32. P. 28351-28363U. A., Zanger U. M. // Annu Rev. Pharmacol. Toxicol. 1997. 37. P. 269-296.

Парк Д. Биохимия чужеродных соединений. М.: Медицина. 1973.- 281 с.

Биохимия: Учебник / Под ред. Е.С.Северина. - 3-е изд., испр. - М.: Гэотар-Медиа, 2005. - 784 с.

Головенко Н.Я. Физико-химическая фармакология. Одесса.: Астропринт. 2004. - 720с.

Головенко Н.Я., Карасева Т.Л. Сравнительная биохимия чужеродных соединений. Киев: Наукова думка. 1983. - 180 с.

Головенко Н.Я. Механизмы реакций метаболизма ксенобиотиков в биологических мембранах. - К.: Наукова думка, 1981. - 290 с.

Комов В.П., Шведова В.Н. Биохимия. М.: Дрофа. - 2004.- 640 с.

Я. Кольман Наглядная биохимия. - М.: Мир, 2000. - 469 с.C. S. // Physiol. Rev. 1997. 77, N 2. P. 517-544.A. I., Wu D., Mari M., Bai J. // Free. Radic. Biol. Med. 2001. 31, N 12. P. 15391543.F., Seree E., el Khyari S. et al. // Biochem. Pharmacol. 1994. 48, N 6. P. 1095-110.

Court M. H., Von Moltke L. L., Shader R. I., Greenblatt D. J. / Biopharm. /Drug. Dispos. 1997. 18, N 3. P. 213-226.K., Blouin R. // Drug. Metab. Dispos. 1999. -27, N 9. P. 1074-1077.C. S. // Physiol. Rev. 1997. 77, N 2. P. 517-544.

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ "КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ" Факультет біотехнології і б

Больше работ по теме: