Միկրոզոմային օքսիդացման դերը օրգանիզմի կյանքում դժվար է գերագնահատել կամ անտեսել: Քսենոբիոտիկների (թունավոր նյութերի) ապաակտիվացումը, մակերիկամների հորմոնների քայքայումն ու ձևավորումը, մասնակցությունը սպիտակուցային նյութափոխանակությանը և գենետիկ տեղեկատվության պահպանումը հայտնի խնդիրների մի փոքր մասն են, որոնք լուծվում են միկրոզոմային օքսիդացման պատճառով: Սա ինքնավար գործընթաց է մարմնում, որը սկսվում է հրահրող նյութի ներթափանցումից հետո և ավարտվում դրա վերացումով:
Սահմանում
Միկրոսոմային օքսիդացումը ռեակցիաների կասկադ է, որը ներառված է քսենոբիոտիկ փոխակերպման առաջին փուլում: Գործընթացի էությունը թթվածնի ատոմների օգտագործմամբ նյութերի հիդրօքսիլացումն է և ջրի ձևավորումը։ Դրա շնորհիվ սկզբնական նյութի կառուցվածքը փոխվում է, և նրա հատկությունները կարող են և՛ ճնշվել, և՛ ընդլայնվել:
Միկրոսոմային օքսիդացումը թույլ է տալիս անցնել կոնյուգացիոն ռեակցիայի: Սա քսենոբիոտիկների փոխակերպման երկրորդ փուլն է, որի ավարտին մարմնի ներսում արտադրված մոլեկուլները կմիանան արդեն գոյություն ունեցող ֆունկցիոնալ խմբին։ Երբեմն առաջանում են միջանկյալ նյութեր, որոնք առաջացնում են լյարդի բջիջների վնասում, նեկրոզ և հյուսվածքների ուռուցքաբանական այլասերում։
Օքսիդազի տիպի օքսիդացում
Միկրոզոմային օքսիդացման ռեակցիաները տեղի են ունենում միտոքոնդրիումներից դուրս, ուստի դրանք սպառում են օրգանիզմ մտնող ամբողջ թթվածնի մոտ տասը տոկոսը: Այս գործընթացի հիմնական ֆերմենտները օքսիդազներն են: Նրանց կառուցվածքը պարունակում է փոփոխական վալենտություն ունեցող մետաղների ատոմներ, ինչպիսիք են երկաթը, մոլիբդենը, պղինձը և այլն, ինչը նշանակում է, որ նրանք ունակ են ընդունել էլեկտրոններ։ Բջջում օքսիդազները տեղակայված են հատուկ վեզիկուլներում (պերօքսիսոմներ), որոնք տեղակայված են միտոքոնդրիայի արտաքին թաղանթների վրա և ER-ում (հատիկավոր էնդոպլազմիկ ցանց): Սուբստրատը, ընկնելով պերօքսիսոմների վրա, կորցնում է ջրածնի մոլեկուլները, որոնք միանում են ջրի մոլեկուլին և ձևավորում պերօքսիդ։
Կա ընդամենը հինգ օքսիդազ:
- մոնոամինօքսիգենազ (MAO) - օգնում է օքսիդացնել ադրենալինը և այլ բիոգեն ամինները, որոնք արտադրվում են մակերիկամներում;
- դիամինօքսիգենազ (DAO) - մասնակցում է հիստամինի (բորբոքման և ալերգիայի միջնորդ), պոլիամինների և դիամինների օքսիդացմանը;
- L-ամինաթթուների օքսիդազ (այսինքն՝ ձախակողմյան մոլեկուլներ);
- D-ամինաթթուների օքսիդազ (աջ պտտվող մոլեկուլներ);
- xanthine oxidase - օքսիդացնել ադենինը և գուանինը (ազոտային հիմքերը ներառված են ԴՆԹ-ի մոլեկուլում):
Օքսիդազային տիպով միկրոզոմային օքսիդացման նշանակությունը քսենոբիոտիկների վերացումն է և կենսաբանական ակտիվ նյութերի ապաակտիվացումը: Վնասվածքի վայրում մանրէասպան ազդեցություն և մեխանիկական մաքրում ունեցող պերօքսիդի առաջացումը կողմնակի ազդեցություն է, որը կարևոր տեղ է զբաղեցնում այլ ազդեցությունների շարքում։
Օքսիգենազի տեսակի օքսիդացում
Բջջում Օքսիգենազի տիպի ռեակցիաները տեղի են ունենում նաև հատիկավոր էնդոպլազմիկ ցանցի վրա և միտոքոնդրիումների արտաքին թաղանթների վրա: Դրա համար անհրաժեշտ են հատուկ ֆերմենտներ՝ օքսիգենազներ, որոնք մոբիլիզացնում են թթվածնի մոլեկուլը սուբստրատից և ներմուծում այն օքսիդացված նյութի մեջ: Եթե մեկ թթվածնի ատոմ է ներմուծվում, ապա ֆերմենտը կոչվում է մոնօքսիգենազ կամ հիդրօքսիլազ։ Երկու ատոմների (այսինքն՝ թթվածնի մի ամբողջ մոլեկուլի) ներդրման դեպքում ֆերմենտը կոչվում է դիօքսիգենազ։
Օքսիգենազի տիպի օքսիդացման ռեակցիաները երեք բաղադրիչ բազմաֆերմենտային համալիրի մի մասն են, որը մասնակցում է էլեկտրոնների և պրոտոնների փոխանցմանը սուբստրատից, որին հաջորդում է թթվածնի ակտիվացումը: Այս ամբողջ գործընթացը տեղի է ունենում ցիտոքրոմ P450-ի մասնակցությամբ, որի մասին ավելի մանրամասն կքննարկվի ավելի ուշ։
Օքսիգենազի տիպի ռեակցիաների օրինակներ
Ինչպես նշվեց վերևում, մոնօքսիգենազները օքսիդացման համար օգտագործում են միայն երկու հասանելի թթվածնի ատոմներից մեկը: Երկրորդը նրանք միանում են ջրածնի երկու մոլեկուլներին և առաջացնում ջուր: Նման ռեակցիայի օրինակներից է կոլագենի առաջացումը։ Այս դեպքում վիտամին C-ն հանդես է գալիս որպես թթվածնի դոնոր:Պրոլին հիդրօքսիլազը դրանից վերցնում է թթվածնի մոլեկուլը և տալիս այն պրոլինին, որն էլ իր հերթին մտնում է պրոկոլագենի մոլեկուլում։ Այս գործընթացը ամրություն և առաձգականություն է հաղորդում կապի հյուսվածքին: Երբ օրգանիզմում պակասում է վիտամին C-ն, առաջանում է հոդատապ: Այն դրսևորվում է շարակցական հյուսվածքի թուլությամբ, արյունահոսությամբ, կապտուկներով, ատամների կորստով, այսինքն՝ օրգանիզմում կոլագենի որակը դառնում է.ստորև։
Մեկ այլ օրինակ են հիդրօքսիլազները, որոնք փոխակերպում են խոլեստերինի մոլեկուլները: Սա ստերոիդ հորմոնների, այդ թվում՝ սեռական հորմոնների ձևավորման փուլերից մեկն է։
Ցածր հատուկ հիդրօքսիլազներ
Սրանք հիդրոլազներ են, որոնք անհրաժեշտ են օտար նյութերի օքսիդացման համար, ինչպիսիք են քսենոբիոտիկները: Ռեակցիաների իմաստը կայանում է նրանում, որ նման նյութերը արտազատման համար ավելի դյուրակիր, ավելի լուծելի դարձնեն: Այս գործընթացը կոչվում է դետոքսիկացիա և տեղի է ունենում հիմնականում լյարդում։
Քսենոբիոտիկների մեջ թթվածնի մի ամբողջ մոլեկուլի ընդգրկման պատճառով ռեակցիայի ցիկլը կոտրվում է և մեկ բարդ նյութ քայքայվում է մի քանի ավելի պարզ և մատչելի նյութափոխանակության գործընթացների:
Թթվածնի ռեակտիվ տեսակ
Թթվածինը պոտենցիալ վտանգավոր նյութ է, քանի որ, ըստ էության, օքսիդացումը այրման գործընթաց է: Որպես O2 մոլեկուլ կամ ջուր, այն կայուն է և քիմիապես իներտ, քանի որ դրա էլեկտրական մակարդակները լի են, և նոր էլեկտրոններ չեն կարող միանալ: Բայց միացությունները, որոնցում թթվածինը չունի բոլոր էլեկտրոնների զույգը, շատ ռեակտիվ են: Ուստի դրանք կոչվում են ակտիվ։
Նման թթվածնային միացություններ.
- Մոնօքսիդի ռեակցիաներում առաջանում է սուպերօքսիդ, որն առանձնանում է ցիտոքրոմ P450-ից։
- Օքսիդազային ռեակցիաներում առաջանում է պերօքսիդ անիոնի (ջրածնի պերօքսիդ) ձևավորում։
- Իշեմիայի ենթարկված հյուսվածքների վերաօքսիգենացման ժամանակ:
Ամենաուժեղ օքսիդացնող նյութը հիդրօքսիլ ռադիկալն է՝ այնազատ ձևով գոյություն ունի վայրկյանի միայն մեկ միլիոներորդ մասը, բայց այս ընթացքում շատ օքսիդատիվ ռեակցիաներ ժամանակ ունեն անցնելու: Դրա առանձնահատկությունն այն է, որ հիդրօքսիլային ռադիկալը նյութերի վրա գործում է միայն այն տեղում, որտեղ առաջացել է, քանի որ այն չի կարող թափանցել հյուսվածքներ։
Սուպերօքսիդանիոն և ջրածնի պերօքսիդ
Այս նյութերը ակտիվ են ոչ միայն առաջացման վայրում, այլև դրանցից որոշ հեռավորության վրա, քանի որ կարող են թափանցել բջջային թաղանթներ։
Հիդրօքսի խումբը առաջացնում է ամինաթթուների մնացորդների օքսիդացում՝ հիստիդին, ցիստեին և տրիպտոֆան: Սա հանգեցնում է ֆերմենտային համակարգերի ապաակտիվացման, ինչպես նաև տրանսպորտային սպիտակուցների խզման: Բացի այդ, ամինաթթուների միկրոզոմային օքսիդացումը հանգեցնում է նուկլեինային ազոտային հիմքերի կառուցվածքի քայքայմանը, և արդյունքում տուժում է բջջի գենետիկական ապարատը։ Բջջային թաղանթների բիլիպիդային շերտը կազմող ճարպաթթուները նույնպես օքսիդացված են։ Սա ազդում է դրանց թափանցելիության, թաղանթային էլեկտրոլիտային պոմպերի աշխատանքի և ընկալիչների տեղակայման վրա:
Միկրոսոմային օքսիդացման ինհիբիտորները հակաօքսիդանտներ են: Դրանք հայտնաբերված են սննդի մեջ և արտադրվում են մարմնում: Ամենահայտնի հակաօքսիդանտը վիտամին E-ն է: Այս նյութերը կարող են արգելակել միկրոզոմային օքսիդացումը: Կենսաքիմիան նկարագրում է նրանց փոխազդեցությունը՝ ըստ հետադարձ կապի սկզբունքի։ Այսինքն՝ որքան շատ են օքսիդազները, այնքան ավելի ուժեղ են դրանք ճնշվում, և հակառակը։ Սա օգնում է հավասարակշռություն պահպանել համակարգերի և ներքին միջավայրի կայունության միջև:
Էլեկտրական տրանսպորտի շղթա
Միկրոսոմային օքսիդացման համակարգը չունի ցիտոպլազմում լուծվող բաղադրիչներ, ուստի նրա բոլոր ֆերմենտները հավաքվում են էնդոպլազմային ցանցի մակերեսին: Այս համակարգը ներառում է մի քանի սպիտակուցներ, որոնք կազմում են էլեկտրափոխադրման շղթան.
- NADP-P450 ռեդուկտազ և ցիտոքրոմ P450;
- ՕՎԵՐ-ցիտոքրոմ B5 ռեդուկտազ և ցիտոքրոմ B5;
- ստեատորիլ-CoA դեզատուրազ:
Դեպքերի ճնշող մեծամասնության դեպքում էլեկտրոնի դոնորը NADP-ն է (նիկոտինամիդ ադենին դինուկլեոտիդ ֆոսֆատ): Այն օքսիդանում է NADP-P450 ռեդուկտազով, որը պարունակում է երկու կոֆերմենտ (FAD և FMN), որպեսզի ընդունի էլեկտրոնները։ Շղթայի վերջում FMN-ը օքսիդացված է P450-ով։
Ցիտոքրոմ P450
Սա միկրոզոմային օքսիդացման ֆերմենտ է՝ հեմ պարունակող սպիտակուց: Կապում է թթվածինն ու սուբստրատը (որպես կանոն՝ քսենոբիոտիկ է)։ Նրա անունը կապված է 450 նմ ալիքի երկարությունից լույսի կլանման հետ։ Կենսաբանները հայտնաբերել են այն բոլոր կենդանի օրգանիզմներում։ Այս պահին նկարագրված են ավելի քան տասնմեկ հազար սպիտակուցներ, որոնք ցիտոքրոմ P450 համակարգի մաս են կազմում: Բակտերիաների մեջ այս նյութը լուծարվում է ցիտոպլազմայում, և ենթադրվում է, որ այս ձևը էվոլյուցիոն առումով ամենահինն է, քան մարդկանց մոտ: Մեր երկրում ցիտոքրոմ P450-ը պարիետալ սպիտակուց է, որը ամրագրված է էնդոպլազմիկ թաղանթի վրա։
Այս խմբի ֆերմենտները մասնակցում են ստերոիդների, լեղու և ճարպաթթուների, ֆենոլների նյութափոխանակությանը, բուժիչ նյութերի, թույների կամ դեղերի չեզոքացմանը։
Միկոզոմային օքսիդացման հատկությունները
Միկոզոմային պրոցեսներօքսիդացումներն ունեն ենթաշերտի լայն առանձնահատկություն, և դա, իր հերթին, հնարավորություն է տալիս չեզոքացնել մի շարք նյութեր: Տասնմեկ հազար ցիտոքրոմ P450 սպիտակուցները կարող են ծալվել այս ֆերմենտի ավելի քան հարյուր հիսուն իզոֆորմների մեջ: Նրանցից յուրաքանչյուրն ունի մեծ քանակությամբ ենթաշերտեր: Սա օրգանիզմին հնարավորություն է տալիս ազատվել գրեթե բոլոր վնասակար նյութերից, որոնք ձևավորվում են նրա ներսում կամ դուրս են գալիս դրսից։ Լյարդում արտադրվող միկրոզոմային օքսիդացման ֆերմենտները կարող են գործել ինչպես տեղային, այնպես էլ այս օրգանից զգալի հեռավորության վրա:
Միկրոսոմային օքսիդացման ակտիվության կարգավորում
Լյարդում միկրոզոմային օքսիդացումը կարգավորվում է սուրհանդակ ՌՆԹ-ի, ավելի ճիշտ՝ նրա ֆունկցիայի՝ տրանսկրիպացիայի մակարդակով։ Ցիտոքրոմ P450-ի բոլոր տարբերակները, օրինակ, գրանցված են ԴՆԹ-ի մոլեկուլի վրա, և որպեսզի այն հայտնվի EPR-ում, անհրաժեշտ է տեղեկատվության մի մասը «վերագրել» ԴՆԹ-ից դեպի սուրհանդակ ՌՆԹ: Այնուհետև mRNA-ն ուղարկվում է ռիբոսոմներ, որտեղ ձևավորվում են սպիտակուցի մոլեկուլներ: Այս մոլեկուլների թիվը արտաքինից կարգավորվում է և կախված է այն նյութերի քանակից, որոնք պետք է ապաակտիվանան, ինչպես նաև անհրաժեշտ ամինաթթուների առկայությունից։
Մինչ օրս նկարագրված են ավելի քան երկու հարյուր հիսուն քիմիական միացություններ, որոնք ակտիվացնում են օրգանիզմում միկրոզոմային օքսիդացումը: Դրանք ներառում են բարբիթուրատներ, անուշաբույր ածխաջրեր, սպիրտներ, կետոններ և հորմոններ: Չնայած նման ակնհայտ բազմազանությանը, այս բոլոր նյութերը լիպոֆիլ են (ճարպ լուծվող) և, հետևաբար, ենթակա են ցիտոքրոմ P450-ի:
