De rol van microsomale oxidatie in het leven van het organisme is moeilijk te overschatten of over het hoofd te zien. Inactivering van xenobiotica (toxische stoffen), de afbraak en vorming van bijnierhormonen, deelname aan het eiwitmetabolisme en het behoud van genetische informatie zijn slechts een klein deel van de bekende problemen die worden opgelost door microsomale oxidatie. Dit is een autonoom proces in het lichaam dat begint nadat de triggersubstantie binnenkomt en eindigt met de eliminatie ervan.
Definitie
Microsomale oxidatie is een cascade van reacties die deel uitmaken van de eerste fase van xenobiotische transformatie. De essentie van het proces is de hydroxylering van stoffen met behulp van zuurstofatomen en de vorming van water. Hierdoor verandert de structuur van de oorspronkelijke stof en kunnen de eigenschappen ervan zowel worden onderdrukt als verbeterd.
Microsomale oxidatie stelt u in staat om door te gaan met de conjugatiereactie. Dit is de tweede fase van de transformatie van xenobiotica, aan het einde waarvan in het lichaam geproduceerde moleculen zich zullen voegen bij de reeds bestaande functionele groep. Soms worden tussenstoffen gevormd die schade aan levercellen, necrose en oncologische degeneratie van weefsels veroorzaken.
Oxidase type oxidatie
Microsomale oxidatiereacties vinden plaats buiten de mitochondriën, dus ze verbruiken ongeveer tien procent van alle zuurstof die het lichaam binnenkomt. De belangrijkste enzymen in dit proces zijn oxidasen. Hun structuur bevat atomen van metalen met variabele valentie, zoals ijzer, molybdeen, koper en andere, wat betekent dat ze elektronen kunnen opnemen. In de cel bevinden oxidasen zich in speciale blaasjes (peroxisomen) die zich op de buitenmembranen van mitochondriën en in het ER (granulair endoplasmatisch reticulum) bevinden. Het substraat, dat op peroxisomen v alt, verliest waterstofmoleculen, die zich hechten aan een watermolecuul en peroxide vormen.
Er zijn slechts vijf oxidasen:
- monoamino-oxygenase (MAO) - helpt bij het oxideren van adrenaline en andere biogene amines die in de bijnieren worden geproduceerd;
- diamino-oxygenase (DAO) - betrokken bij de oxidatie van histamine (een mediator van ontstekingen en allergieën), polyaminen en diaminen;
- oxidase van L-aminozuren (dat wil zeggen, linkshandige moleculen);
- oxidase van D-aminozuren (rechtsdraaiende moleculen);
- xanthine-oxidase - oxideert adenine en guanine (stikstofbasen in het DNA-molecuul).
De betekenis van microsomale oxidatie door oxidasetype is het elimineren van xenobiotica en het inactiveren van biologisch actieve stoffen. De vorming van peroxide, dat een bacteriedodend effect heeft en mechanische reiniging op de plaats van de verwonding, is een bijwerking die naast andere effecten een belangrijke plaats inneemt.
Oxygenase type oxidatie
Oxygenase-achtige reacties in de cel komen ook voor op het granulaire endoplasmatisch reticulum en op de buitenste schillen van mitochondriën. Dit vereist specifieke enzymen - oxygenasen, die een zuurstofmolecuul uit het substraat mobiliseren en in de geoxideerde stof introduceren. Als er één zuurstofatoom wordt geïntroduceerd, wordt het enzym mono-oxygenase of hydroxylase genoemd. In het geval van de introductie van twee atomen (dat wil zeggen een heel molecuul zuurstof), wordt het enzym dioxygenase genoemd.
Oxygenase-type oxidatiereacties maken deel uit van een driecomponenten multi-enzymcomplex, dat betrokken is bij de overdracht van elektronen en protonen van het substraat, gevolgd door zuurstofactivering. Dit hele proces vindt plaats met de deelname van cytochroom P450, dat later in meer detail zal worden besproken.
Voorbeelden van reacties van het type oxygenase
Zoals hierboven vermeld, gebruiken mono-oxygenasen slechts één van de twee beschikbare zuurstofatomen voor oxidatie. De tweede hechten ze aan twee waterstofmoleculen en vormen water. Een voorbeeld van een dergelijke reactie is de vorming van collageen. In dit geval fungeert vitamine C als zuurstofdonor. Proline hydroxylase neemt er een zuurstofmolecuul uit en geeft dit af aan proline, dat op zijn beurt wordt opgenomen in het procollageenmolecuul. Dit proces geeft kracht en elasticiteit aan het bindweefsel. Wanneer het lichaam een tekort aan vitamine C heeft, ontstaat jicht. Het manifesteert zich door zwakte van het bindweefsel, bloedingen, blauwe plekken, tandverlies, dat wil zeggen, de kwaliteit van collageen in het lichaam wordthieronder.
Een ander voorbeeld zijn hydroxylasen, die cholesterolmoleculen omzetten. Dit is een van de fasen in de vorming van steroïde hormonen, inclusief geslachtshormonen.
Lage specifieke hydroxylasen
Dit zijn hydrolasen die nodig zijn om vreemde stoffen zoals xenobiotica te oxideren. De betekenis van de reacties is om dergelijke stoffen beter handelbaar te maken voor uitscheiding, beter oplosbaar. Dit proces wordt ontgifting genoemd en vindt voornamelijk in de lever plaats.
Door de opname van een heel molecuul zuurstof in xenobiotica, wordt de reactiecyclus onderbroken en v alt één complexe stof uiteen in verschillende eenvoudigere en meer toegankelijke metabolische processen.
Reactieve zuurstofsoorten
Zuurstof is een potentieel gevaarlijke stof, aangezien oxidatie in feite een verbrandingsproces is. Als molecuul O2 of water is het stabiel en chemisch inert omdat de elektrische niveaus vol zijn en er geen nieuwe elektronen kunnen hechten. Maar verbindingen waarin zuurstof niet een paar van alle elektronen heeft, zijn zeer reactief. Daarom worden ze actief genoemd.
Dergelijke zuurstofverbindingen:
- Bij monoxidereacties wordt superoxide gevormd, dat wordt gescheiden van cytochroom P450.
- Bij oxidasereacties vindt de vorming van peroxide-anion (waterstofperoxide) plaats.
- Tijdens reoxygenatie van weefsels die ischemie hebben ondergaan.
Het sterkste oxidatiemiddel is de hydroxylradicaal, hetbestaat slechts een miljoenste van een seconde in vrije vorm, maar gedurende deze tijd hebben veel oxidatieve reacties tijd om door te gaan. Zijn eigenaardigheid is dat het hydroxylradicaal alleen op stoffen inwerkt op de plaats waar het werd gevormd, omdat het niet in weefsels kan doordringen.
Superoxidanion en waterstofperoxide
Deze stoffen zijn niet alleen actief op de plaats van vorming, maar ook op enige afstand daarvan, omdat ze celmembranen kunnen binnendringen.
Hydroxygroep veroorzaakt oxidatie van aminozuurresten: histidine, cysteïne en tryptofaan. Dit leidt tot inactivering van enzymsystemen, evenals verstoring van transporteiwitten. Bovendien leidt microsomale oxidatie van aminozuren tot de vernietiging van de structuur van nucleïnezuurhoudende stikstofbasen en als gevolg daarvan lijdt het genetische apparaat van de cel. De vetzuren die de bilipidelaag van celmembranen vormen, worden ook geoxideerd. Dit beïnvloedt hun permeabiliteit, de werking van membraanelektrolytpompen en de locatie van receptoren.
Microsomale oxidatieremmers zijn antioxidanten. Ze worden gevonden in voedsel en worden geproduceerd in het lichaam. De bekendste antioxidant is vitamine E. Deze stoffen kunnen microsomale oxidatie remmen. Biochemie beschrijft de interactie daartussen volgens het feedbackprincipe. Dat wil zeggen, hoe meer oxidasen, hoe sterker ze worden onderdrukt en vice versa. Dit helpt om het evenwicht tussen systemen en de constantheid van de interne omgeving te behouden.
Elektrische transportketting
Het microsomale oxidatiesysteem heeft geen componenten die oplosbaar zijn in het cytoplasma, dus alle enzymen worden verzameld op het oppervlak van het endoplasmatisch reticulum. Dit systeem omvat verschillende eiwitten die de elektrotransportketen vormen:
- NADP-P450-reductase en cytochroom P450;
- OVER-cytochroom B5-reductase en cytochroom B5;
- steatoryl-CoA-desaturase.
De elektronendonor is in de overgrote meerderheid van de gevallen NADP (nicotinamide-adenine-dinucleotide-fosfaat). Het wordt geoxideerd door NADP-P450-reductase, dat twee co-enzymen (FAD en FMN) bevat om elektronen te accepteren. Aan het einde van de keten wordt FMN geoxideerd met P450.
Cytochroom P450
Dit is een microsomaal oxidatie-enzym, een heembevattend eiwit. Bindt zuurstof en substraat (in de regel is het een xenobioticum). De naam wordt geassocieerd met de absorptie van licht vanaf een golflengte van 450 nm. Biologen hebben het in alle levende organismen gevonden. Op dit moment zijn er meer dan elfduizend eiwitten beschreven die deel uitmaken van het cytochroom P450-systeem. In bacteriën is deze stof opgelost in het cytoplasma, en men gelooft dat deze vorm evolutionair gezien het oudst is dan bij mensen. In ons land is cytochroom P450 een pariëtaal eiwit gefixeerd op het endoplasmatisch membraan.
Enzymen van deze groep zijn betrokken bij het metabolisme van steroïden, gal en vetzuren, fenolen, neutralisatie van medicinale stoffen, vergiften of medicijnen.
Eigenschappen van microsomale oxidatie
Processen van microsomaaloxidaties hebben een brede substraatspecificiteit en dit maakt het op zijn beurt mogelijk om een verscheidenheid aan stoffen te neutraliseren. Elfduizend cytochroom P450-eiwitten kunnen worden gevouwen tot meer dan honderdvijftig isovormen van dit enzym. Elk van hen heeft een groot aantal substraten. Hierdoor kan het lichaam zich ontdoen van bijna alle schadelijke stoffen die erin worden gevormd of van buitenaf komen. Geproduceerd in de lever, kunnen microsomale oxidatie-enzymen zowel lokaal als op aanzienlijke afstand van dit orgaan werken.
Regulering van microsomale oxidatie-activiteit
Microsomale oxidatie in de lever wordt gereguleerd op het niveau van boodschapper-RNA, of liever zijn functie - transcriptie. Alle varianten van bijvoorbeeld cytochroom P450 zijn vastgelegd op het DNA-molecuul en om het op het EPR te laten verschijnen, is het nodig om een deel van de informatie van DNA naar messenger-RNA te 'herschrijven'. Het mRNA wordt vervolgens naar de ribosomen gestuurd, waar eiwitmoleculen worden gevormd. Het aantal van deze moleculen wordt extern gereguleerd en hangt af van de hoeveelheid stoffen die gedeactiveerd moeten worden, evenals van de aanwezigheid van de nodige aminozuren.
Tot op heden zijn meer dan tweehonderdvijftig chemische verbindingen beschreven die microsomale oxidatie in het lichaam activeren. Deze omvatten barbituraten, aromatische koolhydraten, alcoholen, ketonen en hormonen. Ondanks zo'n schijnbare diversiteit zijn al deze stoffen lipofiel (in vet oplosbaar) en daarom vatbaar voor cytochroom P450.
