Реакция метаболического восстановления и гидролиза органических ксено-биотиков, основные типы и ферменты.

Реакции восстановления. Они менее обычны, чем реакции окисления. Однако если восстановленная форма соединения лучше экскретируется из организма, то закон действия масс может сдвигать редокс-реакции в сторону восстановления. Наряду с окислительными ферментативными системами в ЭР содержатся ферменты, которые восстанавливают ксенобиотики.

1. Некоторые из альдегидов и кетонов могут восстанавливаться в спирты под действием алкогольдегидрогеназ. Однако ацетон может прямо входить в цикл аэробного метаболизма через ацетоацетат и ацетил-КоА. Реакция восстановления кетонов до спиртов имеет вид:

 

R₁CO₂ ®RCHOHR₂.

 

Существуют редуктазы, восстанавливающие карбонильные группы в молекулах кетонов и альдегидов. Некоторые из них по химической природе являются оксиредуктазами, которые окисляют спирты. Подбирая соответствующие субстраты и коферменты, можно показать, что реакция между спиртом и кетоном обратима, например:

 

OCH2CHCH2CNH(CH3)3 | OH

OCH2CHCH2CNH(CH3)3 | OH

OH H

НАДФН

НАДФ

О ║

 

2. Восстановление нитро- и азогрупп. Целый ряд ароматических нитросоединений, например нитробензол, паранитробензойная кислота и хлорамфеникол, восстанавливаются в соответствующие амины нитроредуктазой (нитроредуктазами), находящейся в микросомальной и растворимой фракциях печени и почек:

 

NO2 │

NH2 │

микросомная нитроредуктаза

нитробензол

аланин

 

Возможно образование продуктов, содержащих также гидроксиамино- или нитрозогруппы. Образование нитрозосоединений представляет большую опасность для биосферы, так как может появляться вещество, которое обладает сильным мутагенным и/или канцерогенным действием.

Например, при биотрансформации гербицида трифлуралина происходит образование нитрозосоединения, обладающего канцерогенным действием.

CF3 CF3

NO2

O2N

(C3H7)2 N │

(C3H7)2 N │

NO2 O=N

 

Процесс восстановления ароматических нитросоединений до соответствующих аминов, как уже отмечалось, катализируется нитроредуктазами, локализованными в микросомной и растворимой фракциях клетки. Активность ферментов зависит от наличия в среде инкубации НАДН и НАДФН, но ингибируется кислородом. Нитроредуктазы малоспецифичны к субстратам и восстанавливают нитрогруппы практически у всех ароматических нитросоединений.

Восстановление субстратов ферментами может протекать, во-первых, через такие промежуточные соединения, как нитрозосоединения и гидроксиламин

 

C₆H₅ –NO₂ ® C₆H₅–N=O ® C₆H₅NHOH ® C₆H₅NH₂.

 

Во-вторых, через анионные радикалы. Последний путь характерен для микросомных нитроредуктаз, т. к. в реакции участвует наряду с флавопротеидом цитохром Р-450. Он вступает в процесс на более поздних этапах и, следовательно, передает электроны промежуточным соединениям, образующимся вслед за анионными радикалами.

Ароматические нитросоединения восстанавливаются также ферментами слизистой оболочки кишечника и его микрофлорой. Нитроредуктазы микроорганизмов, в частности E.coli, отличаются от тканевых тем, что ингибируются не кислородом, а хлортетрациклином. Цистеин и Mn²⁺ индуцируют фермент.

Азосоединения в организме животного подвергаются восстановлению в гидроазосоединения, а затем подвергаются восстановительному расщеплению, образуя две молекулы ароматических аминов, причем оба процесса катализируются одним и тем же ферментом:

Микросомная азоредуктаза

N=N

(CH3)2 N —

(CH3)2 N —

Микросомная азоредуктаза

─ N–N ─ H H

 

 

 

NH2

N (CH3)2 │

NH2 │

+

Диметилпарафенилендиамин

Анилин

 

 

 

Восстановление азосоединений катализируется азоредуктазами. В одном случае в процессе принимают участие НАДФН-цитохром с редуктазой, в другом – цитохром Р-450. НАДФН-цитохром с редуктазой передает электроны на субстрат через флавины, которые полностью или частично восстановлены цитохромом с. Скорость окисления азосоединений флавинами пропорциональна потенциалу восстановления, что свидетельствует о простом переносе электронов в ходе реакции.

Восстановление азосоединений с участием цитохрома Р-450 включает также образование свободных радикалов. Вследствие быстрого переокисления азоанионного радикала реакция ингибируется кислородом.

R – N = N – R’ ® [R – N – N – R’]^-,

[R – N – N – R’]^- + O₂ ® R – N = N – R’ + O₂^-.

Микросомальная азоредуктаза, в отличие от нитроредуктазы, сохраняет большую часть своей активности при аэробных условиях.

3. Восстановление N-оксидов. Процесс катализируется N-окси-редуктазами, которые обнаружены в микросомной и растворимой фракциях клеток, а также в митохондриях. Активность микросомной N-оксиредуктазы ингибируется монооксидом углерода, октиламином и кислородом. При внесении в инкубационную среду субстрата восстановления (N-оксиды тирамида) его связывание происходит с восстановленной формой цитохрома Р-450.

Ксантиоксидаза также восстанавливает оксиды. Реакция ингибируется цианидом и частично кислородом.

4. Немикросомное метаболическое восстановление:

а) восстановление дисульфидов (R – S – S – R). Они расщепляются с образованием тиолов;

б) восстановление двойных связей. Двойные связи некоторых алифатических или алициклических соединений могут становиться насыщенными (например, у циклогексена). Простейшие алкены и алкины часто экскретируются без изменений их структуры;

в) дегидроксилирование. Реакция гидроксилирования, упомянутая в предыдущем разделе, может обращаться. Пример – восстановление замещенных катехолов с двумя ОН-группами до соответствующих замещенных монофенолов под действием гидроксилаз печени или бактерий;

г) ароматические циклы могут восстанавливаться анаэробными микроорганизмами.

Гидролиз. Сложные чужеродные вещества могут гидролизоваться рядом гидролитических ферментов (гидролаз), находящихся в печени и плазме крови. Установлено, что некоторые из них находятся в микросомальной фракции печени.

В зависимости от субстратной специфичности ферменты, катализирующие данные процессы, относятся к различным группам.

Рассмотрим некоторые примеры реакций гиролиза.

1. Гидролиз эфиров карбоновых кислот. Наиболее распространены в живых организмах ферменты, катализирующие гидролиз эфиров карбоновых кислот (эстеразы). Их классифицируют по группам веществ, на которые они воздействуют, и по их отношению к ингибиторам:

а) арилэстеразы гидролизуют ароматические эфиры;

б) карбоксилэстеразы гидролизуют преимущественно алифатические эфиры; участвуют в метаболизме многочисленных фосфорорганических инсектицидов;

в) холинэстергидролазы действуют наиболее эффективно на эфиры холина;

г) ацетилэстеразы подобны ферментам, указанным в первой группе, однако они по-другому реагируют на воздействие ингибиторов.

Эфиры карбоновых кислот гидролизуются в организме как животных, так и человека. Гидролиз эфирной связи – начальный этап микробиологической деградации многих пестицидов.

— COOH + HOCH2CH2N(C2H5)2

– C – O – CH2CH2N(C2H5)2 + Н2О ║ O проксин

H2N─

H2N ─

аминобензойная кислота

этанолдипропиламин

 

 

2. Гидролиз амидов, гидразидов и нитрилов. Эти реакции происходят в дополнение к другим реакциям биотрансформации.

Гидролиз амидной связи описан при изучении микробиологической деградации фениламидных пестицидов и происходит с участием амидаз. Многие из изученных амидаз являются внеклеточными гидролазами.

 

оксиэтиланилин

OC2H5

OC2H5

NHCOCH3

NH2

+ H2O

+ CH3COOH

уксусная кислота

 

Гидролиз амидов происходит с меньшей скоростью, чем эфиров карбоновых кислот. Иногда на этом эффекте основано действие лекарственных препаратов, имеющих большой период разложения.

3. Фосфорорганические вещества гидролизуются с помощью ферментов, атакующих эфирные связи или действующих на ангидриды кислот. К первым из изученных ферментов, расщепляющих связь с фтором, относятся фторгидролаза (обнаружена в различных органах и тканях высших животных). Реакция гидролиза эфира фосфорной кислоты проходит по схеме:

 

 

О ║ (С2Н5О)2–Р –ОН +

диэтиловый эфир фосфорной кислоты

n-нитрофенол

O ║ С2H5O – P – O – │ OC2H5

–NO2 + H2O

HO

NO2

эфир фосфорной кислоты

 

Фермент, гидролизующий связь углерод–кислород в оксирановом кольце, называется эпоксидгидратазой; локализован фермент в ЭР клеток печени, почках, легких и кишечника.

Среди гидролитических ферментов, участвующих в метаболизме ксенобиотиков, особое место занимают b-глюкуронидаза и сульфатаза. b-глюкуронидаза катализирует расщепление эфирных и сложноэфирных связей в глюкуронидах и в незначительной степени – эфирные связи серной кислоты. Обнаружен фермент в микросомах и лизосомах печени, почках, селезенке, пищеварительном тракте и половых железах животных.

Сульфатаза, гидролизирующая эфирсульфат, находится в микросомах печени человека и животных.

⇐ Предыдущая13141516171819202122Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. DSM-IV-TR: Основные характеристики.
2. I. ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ НАПИСАНИЯ КУРСОВОЙ РАБОТЫ
3. I.1. Основные предпосылки и механизмы развития речевой деятельности
4. II. Основные задачи управления персоналом.
5. II. Основные принципы создания ИС и ИТ управления.
6. III. Основные идеологические течения в истории гражданского права. Идеализм и позитивизм
7. III. Основные учебники, учебные пособия, словари и хрестоматии.
8. IV. ОСНОВНЫЕ ПРИЧИНЫ ЗАБОЛЕВАНИЙ.
9. IV. Основные условия культуры
10. VI. ЩЕЛЕВЫЕ И СПЕЦИАЛЬНЫЕ ТИПЫ АНТЕНН
11. XIV. ОСНОВНЫЕ ПРИЧИНЫ ЗАБОЛЕВАНИЙ.
12. А. Основные отличия вирусов от других живых организмов.