РЕАКЦИИ МЕТАБОЛИЧЕСКОЙ ТРАНСФОРМАЦИИ Окисление

В ЭПР функционируют НАДФ- и НАД-зависимые дыхательные цепи, коферментами которых служат никотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАДФ) и никотинамидадениндинуклеотид (НАД) соответственно. В НАДФ-зависимой системе терминальным переносчиком электронов служит цитохром Р-450 - мембраносвязанный липофильный фермент группы многоцелевых монооксигеназ¹. Цитохром P-450 имеет строение гемопротеина: состоит из глобулярного белка и железопротопорфиринового комплекса (атом железа в степени окисления +3, порфириновый макроцикл, осевые лиганды). Буква Р в названии происходит от слова пигмент, число 450 означает, что восстановленный, связанный с оксидом углерода цитохром наиболее активно поглощает излучение с длиной волны 450 нм.

Цитохром Р-450 глубоко погружен в липидный бислой мембраны ЭПР и функционирует совместно с НАДФ-зависимой цитохром P-450-редуктазой. Соотношение количества молекул цитохрома Р-450 и редуктазы составляет 10: 1. Активные центры этих ферментов ориентированы на цитоплазматическую поверхность ЭПР. Цикл окисления лекарственных средств при участии цитохрома Р-450 состоит из следующих реакций (рис. 3-1).

• Окисленный цитохром Р-450 соединяется с лекарственным средством.

• Комплекс «цитохром-лекарство» восстанавливается цитохром Р-450-редуктазой с использованием электрона НАДФН.

• Восстановленный комплекс «цитохром-лекарство» связывается с молекулярным (триплетным) кислородом.

• Кислород активируется электроном НАДФН (триплетный кислород становится синглетным).

• На финальном этапе один атом кислорода включается в молекулу окисляемого лекарственного средства, второй - в молекулу воды.

• Цитохром Р-450 регенерирует в исходную окисленную форму. НАД-зависимая дыхательная цепь включает цитохром b₅, НАДН-цитохром b₅-редуктазу и стероил-КоА-десатуразу. Гемсодержащий фермент цитохром b₅ представляет собой двухдоменный белок. Глобулярный цитозольный домен связывается с редуктазой, короткая спирализованная гидрофобная цепь погружена в мембрану ЭПР. Электроны от НАДН переносятся редуктазой на окисленный атом железа цитохрома b₅. Стероил-КоА-десатураза катализирует образование двойных связей в жирных кислотах.

Рис. 3-1. Механизм окисления лекарственных средств при участии цитохрома Р-450

Суперсемейство цитохромов Р-450 поражает своими почти неограниченными метаболическими возможностями. Оно включает более 1000 клонированных вариантов, способных катализировать около 60 типов ферментативных реакций с тысячами субстратов, как эндогенных (стероиды, жирные кислоты, простагландины, лейкотриены, цитокины, биогенные амины), так и ксенобиотиков. В клетках человека обнаружено 18 семейств цитохрома Р-450, разделенных на 44 подсемейства. Названия изоферментов цитохрома Р-450 обозначаются символом CYP, первая цифра обозначает семейство, затем следует латинская буква, указывающая подсемейство, последняя цифра соответствует конкретному полипептиду. В молекулах изоферментов одного семейства идентичны более 40% аминокислот, в молекулах одного подсемейства - более 55%.

¹ Монооксигеназы включают кислород в окисляемые субстраты.

Метод фенотипирования позволяет установить субстратную специфичность изоферментов цитохрома Р-450 по соотношению концентраций неизмененного вещества и его метаболитов в крови.

Методом генотипирования с помощью полимеразной цепной реакции изоферменты идентифицируют по их генам, так как каждый изофермент кодируется одним из 53 генов, локализованных в разных локусах хромосом. Большинство реакций катализируют изоферменты цитохрома Р-450 семейств 1, 2 и 3 (рис. 3-2, табл. 3-2).

Рис. 3-2. Изоферменты цитохрома Р-450

 

Таблица 3-2. Содержание изоферментов цитохрома Р-450 в печени человека, локализация в хромосомах, индукторы и ингибиторы

Изоферменты цитохрома Р-450	Содержание в печени, %	Локус в хромосоме (первая цифра - номер хромосомы)	Индукторы	Ингибиторы
1А1	< 1	15q22-q24	Полициклические ароматические углеводороды (в легких преобразуются в канцерогенные метаболиты)
1А2		15q22-qter	Фенитоин, фенобарбитал, примидон, рифампицин, полициклические ароматические углеводороды, никотин	Имипрамин, амитриптилин, флувоксамин, тиклопидин, эритромицин, кларитромицин, фторхинолоны (ципрофлоксацин, пефлоксацин), препараты интерферона
1В1	< 1	2q22-q22	-	-
2А6		19ql3.2	Фенобарбитал	Ритонавир
2В6	< 1	19ql3.2	Фенитоин, фенобарбитал, примидон	-
2С8	Не установлено	10q24.1	Фенобарбитал, примидон	-
2С9		10q24.1-24.3	Фенитоин, рифампицин	Пароксетин, флувоксамин, флуоксетин, фенилбутазон, ди-клофенак, кетопрофен, амиода-рон, флувастатин, зафирлукаст, дисульфирам, сульфаметок-сазол, дапсон, кетоконазол, метронидазол
Изоферменты цитохрома Р-450	Содержание в печени, %	Локус в хромосоме (первая цифра - номер хромосомы)	Индукторы	Ингибиторы
2С18	Не установлено	Локус в хромосоме 10	-	-
2С19		10q24.1-24.3	Фенитоин, фенобарбитал, примидон, рифампицин	Имипрамин, флувоксамин, омепразол
2D6	2, 5	22ql3.1		Тиоридазин, галоперидол, имипрамин, кломипрамин, флуоксетин, пароксетин, сертралин, хинидин, пропафенон
2Е1		10q24.3-qter	Этанол, пиразол, пиридин	Дисульфирам, ритонавир
ЗА4		7q22.1	Фенитоин, фенобарбитал, примидон, карбамазепин, окскарбазепин, пиоглитазон, глюкокортикоиды, спиронолактон, рифампицин, рифабутин, гиперфорин зверобоя	Флуоксетин, флувоксамин, пароксетин, амиодарон, хинидин, омепразол, зафирлукаст, эритромицин, кларитромицин, хлорамфеникол, норфлоксацин, ципрофлоксацин, кетоконазол, флуконазол, итраконазол, клотримазол, индинавир, нелфинавир, метронидазол
ЗА5		7q22.1	Фенитоин, фенобарбитал, примидон, карбамазепин, окскарбазепин, рифампицин	Кетоконазол, клотримазол, миконазол, метронидазол

 

Реакции окисления, катализируемые цитохромом Р-450, могут расщепляться с образованием свободных радикалов кислорода и токсических промежуточных продуктов (эпоксидов, N-, S-окисей, альдегидов). Свободные радикалы и активные интермедиаты, инициируя перекисное окисление мембранных липидов, вызывают некроз клеток, мутации, тератогенный и эмбриотоксический эффекты, способствуют появлению неоантигенов, провоцируют канцерогенез и ускоряют старение. По этой причине не существует абсолютно безвредных ксенобиотиков.

Токсические продукты биотрансформации обезвреживаются конъюгацией с восстановленным глутатионом и ковалентным связыванием с альбуминами. Повреждение молекулы альбумина неопасно, так как этот белок синтезируется в печени со скоростью 10-16 г в день и присутствует в высоких концентрациях в ЭПР.

Ксенобиотики в процессе окисления могут разрушать цитохром Р-450. Такие вещества получили название «суицидные субстраты». Свойствами суицидных субстратов обладают четыреххлористый углерод, галотан и парацетамол, преобразуемые цитохромом Р-450 в свободные радикалы. Эффект этих веществ можно рассматривать не только как токсический, но и как протективный: под их влиянием элиминируются молекулы цитохрома Р-450, генерирующие реакционно-способные метаболиты.

Восстановление

Реакции восстановления характерны для альдегидов, кетонов и карбоновых кислот. Многие реакции восстановления и окисления катализируются одним и тем же ферментом, так как они обратимы (например, восстановление-окисление продукта метаболизма этанола - ацетальдегида). Восстанавливаются окисленные метаболиты лекарственных средств: кетоны и карбоновые кислоты.

Ароматические соединения, содержащие нитрогруппу, подвергаются в анаэробных условиях нитроредукции. Промежуточные продукты этой реакции - нитрозо- и гидроксиламиносоединения. В печени функционируют микросомальная и цитоплазматическая нитроредуктазы, в кишечнике - бактериальная нитроредуктаза.

Лекарственные средства с азогруппой восстанавливаются в первичные амины в микросомах печени и кишечной микрофлорой; например, салазодиметоксин, применяемый для лечения язвенного колита, расщепляется по азосвязи с образованием сульфаниламида и аминосалициловой кислоты.

Гидролиз

Гидролиз необходим для биотрансформации лекарственных средств, имеющих строение сложных эфиров и замещенных амидов. Реакции гидролиза протекают в цитозоле и ЭПР гепатоцитов и эпителия кишечника, а также в крови при участии эстераз и амидаз. При гидролизе молекулы лекарственных средств распадаются на фрагменты, которые могут (чаще только один из фрагментов) проявлять фармакологическую активность.

В медицинской практике применяют пролекарства, активируемые гидролазами. Например, хлорамфеникол имеет горький вкус, поэтому в состав лекарственных форм для приема внутрь он входит в виде стеарата, а активное вещество образуется в кишечнике. В формы для инъекций хлорамфеникол включают в виде растворимого сукцината, который гидролизуется с высвобождением антибиотика под действием гидролаз тканей.

РЕАКЦИИ КОНЪЮГАЦИИ

Из всех реакций конъюгации наибольшее значение имеет глюкуронирование - присоединение активированной уридиндифосфатом (УДФ) глюкуроновой кислоты к алифатическим, ароматическим спиртам, карбоновым кислотам, веществам с аминогруппой и сульфгидрильной группой. Глюкуронирование катализирует УДФ-глюкуронилтрансфераза. Этот фермент функционирует в ЭПР и цитозоле клеток печени, почек, кишечника, кожи. Семейство глюкуронилтрансфераз включает более 20 изоферментов (табл. 3-3).

O-, N- и S-глюкурониды хорошо растворяются в воде и экскретируются с мочой и желчью. Глюкурониды, экскретируемые с желчью, в кишечнике под влиянием бактериальной β -глюкуронидазы превращаются в исходные липофильные вещества и повторно всасываются в кровь, что дает начало энтерогепатической циркуляции. В энтерогепатическую циркуляцию вовлекаются стероидные гормоны, гликозиды наперстянки, хлорамфеникол.

Сульфатирование - перенос неорганического сульфата с 3'-фосфоаденозил-5'-фосфосульфата на гидроксильную группу алифатических спиртов и фенолов при участии цитозольного фермента сульфотрансферазы. Некоторые лекарственные средства в малых дозах образуют сульфоконъюгаты, в больших дозах - глюкурониды.

Таблица 3-3. Изоферменты УДФ-глюкуронилтрансферазы, их субстраты, локализация генов изоферментов

Изоферменты	Субстраты	Локус в хромосоме
UGT1A1	Билирубин, бупренорфин	1q21-q23
UGT1A2	-
UGT1A3	-
UGT1A4	Имипрамин, амитриптилин, хлорпромазин, ламотриджин, ципрогептадин, кетотифен
UGT1A5	-
UGT1A6	Парацетамол, ибупрофен, вальпроевая кислота, буметанид, фенол
UGT1A8	Пропофол
UGT12B4	Хиодезоксихолевая кислота	4q13
UGT12B7	Морфин, ибупрофен, кетопрофен, оксазепам
UGT12B8	Андростендиол
UGT12B9	-
UGT12B10	-
UGT12B11	-
UGT12B15	-

При ацетилировании ацетил-радикал переносится с коэнзима А (КоА) на молекулы аминов, гидразинов, сульфаниламидов. Реакцию катализирует ацетилтрансфераза цитозоля клеток. Ацетилированные метаболиты плохо растворяются в воде и медленно элиминируются.

Метилирование - перенос метила с S-аденозилметионина на лекарственное средство при участии метилтрансферазы. Это единственная реакция конъюгации, протекающая без образования полярных метаболитов.

Недавно было установлено, что в реакциях конъюгации могут образовываться токсические метаболиты: N-сульфоэфиры, N-ацетоксиариламины. Они алкилируют ДНК и вызывают мутагенез и канцерогенез.

Примеры реакций биотрансформации ксенобиотиков приведены в табл. 3-4.

 

 

Таблица 3-4. Реакции биотрансформации ксенобиотиков

Окончание табл. 3-4

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: