Мікросомальне окиснення речовин

Крім мітохондріального окиснення, існує мікросомальне окиснення, яке здійснюється ферментними системами, що локалізовані в ендоплазматичному ретикулумі печінки, в мітохондріях наднирників та інших тканин. Ендоплазматичний ретикулум має ліпопротеїдну кальцієву сітку, яка знаходиться в цитоплазмі. При гомогенізації та ультрацентрифугуванні тканин ендоплазматичний ретикулум розпадається на окремі, дрібні, замкнуті везикули, які отримали назву мікросом.

На відміну від мітохондріального окиснення, в якому важливу роль відіграють реакції дегідрування, в яких молекулярний кисень є кінцевим акцептором електронів і протонів лише для утворення води, а виділена енергія акумулюється в АТФ, у реакціях мікросомального окиснення активний кисень безпосередньо включається в речовину, тобто використовується як пластична речовина. Молекули АТФ в цьому процесі не утворюються, енергія використовується для окиснення субстратів.

Ферментні системи, локалізовані в мікросомальній фракції і здатні використовувати молекулярний кисень для окиснення специфічних органічних сполук, поділяють на дві групи: діоксигенази і монооксигенази. Діоксигенази до субстрату приєднують два атоми кисню.

S + O₂ ® SO₂

Монооксигенази калізують реакції, в яких у молекулу органічного субстрату включається тільки один з двох атомів кисню, а другий використовується для утворення води: джерелом атомів водню для утворення води служить НАДФН₂, рідше НАДН_2.

До реакцій, які каталізуються мікросомальними ферментами, відносяться реакції гідроксилювання, тобто включення гідроксильних груп у склад молекул субстрату. Тому монооксигенази називають ще гідроксигеназами. Активний кисень використовується для цілого ряду процесів. Він необхідний для гідроксилювання стероїдів і перетворення їх в біологічно активні речовини, в тому числі, для синтезу гормонів кори наднирників, статевих гормонів.

Мікросомальне окиснення відіграє важливу роль у реакціях детоксикації цілого ряду токсичних речовин, лікарських препаратів та продуктів їх перетворення шляхом гідроксилювання. Речовини при цьому стають краще розчинними в воді, менш токсичними. Необхідно ще раз підкреслити, що роль мікросомального окиснення полягає в гідроксилюванні субстрату, а не в окиснювальному фосфорилуванні.

Субстрати, що окиснюються, на першій стадії взаємодіють із окисненою формою цитохрому Р-450 (Fe³⁺) з утворенням ЕСК (SH-Fe³⁺). Під час другої стадії ЕСК відновлюється електроном (SH-Fe²⁺), який надходить з НАДФН залежного ланцюга за допомогою НАДФН-цитохрому Р-450-редуктази. Третя стадія характеризується взаємодією відновленого ЕСК з киснем. Приєднання кисню відбувається з великою швидкістю. Під час четвертої стадії потрійний комплекс ензим-субстрат-кисень відновлюється іншим електроном, який надходить із НАДФН-специфічного ланцюга перенесення електронів, що має в своєму складі НАДФН цитохром b₅-редуктазу. П’ята стадія характеризується утворенням пероксикомплексу. Згодом за участі двох протонів відбувається гетеролітичний розрив зв’язку О-О з вивільненням води та утворенням комплексу RH(Fe-O)³⁺, в якому міститься електрондефіцитний оксеноїдний атом кисню. Оксеноїдний комплекс вважають найважливішим окисником у циклі цитохрому Р-450. Його взаємодія з молекулою субстрату спричинює вивільнення атома водню й утворення радикалу субстрату та координованого з залізом гідроксильного радикалу (стадія 7). У подальшому відбувається їх рекомбінація, при цьому гідроксильна група включається в молекулу субстрату, після чого окиснений субстрат відділяється від ензиму (стадія 8) (рис. 3.11).

Необхідним компонентом гідроксилюючого комплексу є мікросомальні ліпіди (головний компонент – фосфатидилхолін), які беруть участь як в організації монооксигеназної системи, так і в регуляції її функцій. У результаті цих реакцій забезпечується швидке виведення їх із організму, а більша частина речовин перетворюється на неактивні сполуки. Але є такі речовини, які в процесі біотрансформації стають активнішими порівняно із вихідними: циклофосфан, аміназин, естрогени, дауноміцин, тетрахлорид вуглецю тощо.

На метаболічні перетворення субстратів у системі мікросомального окиснення впливає велика кількість різноманітних чинників – спосіб харчування, стан кишкової флори, умови зовнішнього середовища (температура, пора року, висота над рівнем моря), а також стать і вік.