Гидроксилирование ксенобиотиков с участием микросомальной монооксигеназной системы

1. бензола:

[рис. бензол+ О₂ +НАДФН₂®(гидроксилаза, цитохром Р₄₅₀) фенол + НАДФ+ Н₂О]

2. индола:

[рис. индол+ О₂ +НАДФН₂®(гидроксилаза, цитохром Р₄₅₀) индоксил + НАДФ+ Н₂О]

Кроме микросом, химическое превращений ксенобиотиков может проходить в митохондриях, лизосомах, цитозоле гепатоцитов. Обезвреживание ксенобионтов в печени проходит с участием основных конъюгатов: глюкуроновой кислоты, серной кислоты, уксусной кислоты и глицина и соответствующих ферментов – ТФ.

Конъюгация происходит путем химического связывания ксенобиотиков с активными формами – УДФ-ГК (с глюкуроновой кислотой), ФАФС, Ац-КоА и глицина.

При образовании конъюгатов значительно уменьшается количество токсических соединений, увеличивается водорастворимость, что облегчает выведение их из организма в составе мочи.

Конъюгацией с глюкуроновой кислотой подвергаются: ксенобиотики, стероиды, билирубин, витамины D₂, D₃.

С серной кислотой: ксенобиотики, стероиды, тирамины, токаферолы, продукты гниения белков.

С уксусной кислотой - все соединения, имеющие свободную аминогруппу.

С глицином - соединения имеющие СООН-группу.

 

Реакции конъюгации ксенобиотиков:

1. с глюкороновой кислотой (УДФ-ГК):

[рис. УДФ-ГК+ фенол®(ТФ) фенилглюкоуронид+ УДФ]

2. с серной кислотой:

[рис. индоксил+ НО₃S-ФАФ (это ФАФС)®(ТФ) индоксилсульфат+ ФАФ]

3. с глицином:

[рис. бензойная кислота+ NH₂-CH₂-COOH (это глицин) ®(ТФ) гиппуровая кислота+ Н₂О]

Роль печени в пигментном обмене

Пигментный обмен представляет собой совокупность сложных взаимопревращений окрашенных веществ тканей и жидкостей организма человека.

К пигментам относятся 4 группы веществ:

1. гем-содержащие пигменты, входят в состав ФАВ, т.н. дыхательных пигментов (гемоглобина, миоглобина, цитохромов, каталазы, пероксидазы);

2. представлены предшественниками гема – порфиринами;

3. представлены продуктами распада гема – желчными пигментами (билирубин желчи, уробилин мочи, стертобилин кала);

4. образуются из аминокислоты (ТИР) в пигментных клетках - меланоцитах. Это меланин. Он находится в коже, волосах, радужной оболочке глаз.

Т.о., большая часть пигментов человека – это гемохромагенные пигменты, которые образуются либо при синтезе, либо при распаде гема.

 

Биосинтез гема

Биосинтез гема идет в большинстве тканей, за исключением эритроцитов, которые не имеют митохондрий. В организме человека гем синтезируется из глицина и сукцинил-КоА, образованного в результате метаболических реакции ЦТК.

Для активации глицина необходим витамин В₆. В процессе первой метаболической реакции синтеза гема образуется d-аминолевулиновая кислота (АЛК). Скорость синтеза гема контролируется ферментом – синтаза. Наиболее активно эта реакция идет в печени.

[рисуется в столбик. Первая реакция идет в митохондриях: глицин + сукцинил-КоА®(синтаза) аминолевулиновая кислота (АЛК). Следующие реакции в цитозоле: АЛК + АЛК® порфобилиноген (монопиррол) + 3 порфобилиногена ® уропорфобилиноген (или тетрапиррол) ® (над стрелкой: декарбоксилаза; под: -СО₂) копропорфобилиноген. Далее реакции до образования гема идут опять в митохондриях: копропорфобилиноген ®(над стрелкой: декарбоксилаза; под: -СО₂) протопорфобилиноген ® (над стрелкой оксидаза; под: +О₂) протопорфирин ® (над: синтаза; под: +Fе²⁺) гем® Нb(над: +белок) Последняя реакция соединения гема с белком идет в цитозоле.]

После образования АЛК в митохондриях, в цитозоле происходит конденсация двух молекул АЛК с образованием порфобилиногена (монопиррола). Следующим этапом синтеза является реакция конденсации 4-х молекул порфобилиногена с образованием уропорфириногена (тетрапиррола).

В природе встречаются порфирины типов 1 и 3. В организме человека более широко представлены и биологически более важные изомеры 3 типа. В процессе декарбоксилирования уропорфобилиноген превращается в копропорфобилиноген, который из цитозоля поступает в митохондрии, где превращается в протопорфирин. Реакция окисления идет в присутствии кислорода при участии оксидаз. Заключительной стадией синтеза гема является включение 2-х валентного железа в протопорфирин. Эта реакция синтезируется гем–синтазой и завершает в митохондриях образование гема.

При нарушении синтеза гема в организме человека главным образом в печени могут развиваться порфирии – группа заболевании возникшие в результате блокирования отдельных стадий синтеза гема и сопровождающиеся увеличенным содержанием порфиринов в организме.

Причинами порфирий могут быть:

1. наследственные болезни, когда из-за дефицита митохондрий и ЦПМ ферментов синтеза гема, нарушается пигментный обмен;

2. приобретенные (токсические), которые вызываются действием ряда токсических соединений. Например: гексохлорбензол, соли тяжелых металлов, алкоголь. Эти соединения могут быть ингибированны ферментами в системе синтеза гема.

Порфирии могут сопровождаться поражением кожи под влиянием УФЛ, сопровождаясь фотодерматозами. Моча таких больных – розовая или красная.

Фотодерматозы – проявления кожной порфирии, т.е. увеличения светочувствительности кожи.

Распад гема

Большая часть гемхромагенных пигментов в организме человека образуется при распаде гема. Главным источником гема является гемоглобин. В эритроцитах содержание гемоглобина составляет 80%, время жизни эритроцита 110-120 дней. В течение суток в организме взрослого человека массой 70 кг распадается около 6г гемоглобина. Распад эритроцитов происходит в клетках мононуклеарных фагоцитов. Наибольшее число таких клеток в селезенке, печени, костном мозге.

Первая реакция распада гемоглобина – это гидролиз его белковой части.

Катаболизм гема, освобождение от белковой части происходит в микросомальной фракции при участии сложной гем-оксигеназной ферментативной системы, требующей наличие НАДФН₂ и кислорода. При поступлении гема в гемаксиназную систему микросом ионы железа окисляются в ферри форму, т.е. гем превращается в гемин.

гем (Fe²⁺)® (над: оксигеназа) гемин(Fe³⁺) (это ферри форма) ® (над: редуктаза; под: НАДФH₂®НАДФ) гемин (Fe²⁺) (ферро форма) ® (над: редуктаза, +О₂; под: НАДФН₂®НАДФ)оксигемин (Fe³⁺)® (над: редуктаза, +О₂; под: -СО, -Fe³⁺)биливердин® (над: НАДФН₂®НАДФ) ®билирубин® (над: +альбумин) билирубин-альбумин (неконъюгированный билирубин - НБ).

Как видно из схемы, в процессе реакций катаболизма гема, гемин восстанавливается с помощью редуктаз (НАДФН₂) в ферро-форму (Fe²⁺).

При участии НАДФН₂, кислород проходит последующее превращение с раскрытием тетрапирольного кольца гема, с выделением окиси углерода (СО) и освобождением ферри-иона (Fe³⁺).

Образуется ациклическое соединение биливердин, у которого редуктаза восстанавливает метиловый мостик между 3 и 4 пирролами, образуется желтый, токсический для клеток, пигмент – билирубин.

За сутки у взрослого человека массой 70 кг образуется 250-350 мг билирубина. Химические превращения гема в билирубин в клетках МФ можно наблюдать внутри организма в гематоме, где пурпурный цвет, обусловленный гемом, медленно переходит в желтый цвет, обусловленный билирубином.

Образованный в клетках билирубин является токсическим веществом, удаляется из них и поступает в кровь, взаимодействуя с транспортными белками - альбуминами. Образованное комплексное соединение билирубин-альбумин называется неконъюгированный билирубин - НБ.

НБ имеет свойства:

1. токсичен;

2. гидрофобен;

3. адсорбирован на альбумине;

4. не проходит через почечный эпителий;

5. не дает прямой реакции с диазо-реактивом Эрлиха.

НБ с помощью альбумина поступает для детоксикации в печень, где в гепатоцитах, в реакции конъюгации с глюкуроновой кислотой, при участии ТФ образуются:

- билирубин-моноглюкурониды (20%);

- билирубин-диглюкурониды (80%).

Эти билирубины носят название конъюгированного билирубина – КБ.

КБ имеет свойства:

1. не токсичен;

2. гидрофилен;

3. не связан с белками;

4. легко проникает через почечный барьер;

5. дает прямую реакцию с диазо-реактивом Эрлиха.

Этот билирубин (КБ) может проникать в кровяные капилляры. В плазме крови на его долю приходиться 25%, от общего билирубина, который в норме составляет 8-20 мкмоль/л.

Далее из печени КБ в составе желчи поступает в клетки, где под влиянием ферментов микрофлоры он гидролизуется. Отщепившаяся глюкуроновая кислота всасывается в слизистую кишечника и через воротную вену вновь поступает в печень, где может использоваться для детоксикации.

Билирубин под влиянием ферментов кишечной микрофлоры многократно восстанавливается, превращается в мезобилиноген, часть которого может всасываться слизистой и через систему воротной вены поступать в печень, где разрушается до моно-, дипирролов, которые из организма удаляются в составе желчи с каловыми массами.

Незначительная часть мезобилиногена с током крови поступает в почки, где превращается в другой пигмент – уробилиноген, который, окисляясь, образует пигмент мочи – уробилин.

В моче здорового взрослого человека массой 70 кг уробилин присутствует в следовых количествах.

За сутки (суточный диурез в норме равен 1,2-1,5 л) выделяет 1-4 мг уробилина.

Большая часть мезобилиногена в толстом отделе кишечника под влиянием ферментов кишечной микрофлоры, восстанавливаясь, превращается в стеркобилиноген – основной пигмент кала, который, окисляясь, превращается в стеркобилин. За сутки с калом выводиться примерно 280-300 мг стеркобилина.