Дигидропиримидин дегидрогеназа

ФЕРМЕНТЫ I ФАЗЫ БИОТРАНСФОРМАЦИИ ЛЕКАРСТВЕННЫХ СРЕДСТВ

Микросомальная система

Многие ферменты, метаболизирующие ЛС, располагаются на мембранах эндоплазматического ретикулума (ЭПР) печени и других тканей. При изоляции мембран ЭПР путём гомогенизации и фракционирования клетки, мембраны преобразуются в везикулы, называемые «микросомы». Микросомы сохраняют большинство морфологических и функциональных характеристик интактных мембран ЭПР, включая свойство шероховатости или гладкости поверхности, соответственно шероховатого (рибосомального) и гладкого (нерибосомального) ЭПР. В то время как шероховатые микросомы в основном связаны с синтезом белка, гладкие - относительно богаты ферментами, ответственными за окислительный метаболизм лекарственных веществ. В частности, гладкие микросомы содержат ферменты, известные как оксидазы со смешанной функцией, или монооксигеназы. Активность этих ферментов требует присутствия как восстанавливающего агента - никотинамидадениндинуклеотидфосфата (НАДФ-Н), так и молекулярного кислорода. При типичной реакции расходуется (восстанавливается) одна молекула кислорода на одну молекулу субстрата, при этом один кислородный атом включается в продукт реакции, а другой образует молекулу воды.

В этом окислительно-восстановительном процессе ключевую роль играют два микросомальных фермента.

• Флавопротеин НАДФ-Н-цитохром Р-450-редуктаза. Один моль этого фермента содержит по одному молю флавинмононуклеотида и флавинадениндинуклеотида. Поскольку цитохром С может служить акцептором электрона, то указанный фермент часто называют НАДФ-цитохром С-редуктазой.

• Гемопротеин, или цитохром Р-450 выполняет функцию конечной оксидазы. В действительности микросомальная мембрана содержит множество форм данного гемопротеина, и эта множественность возрастает при повторном введении ксенобиотиков. Относительное изобилие цитохрома Р-450, по сравнению с редуктазой печени, делает процесс восстановления гема цитохрома Р-450 лимитирующей стадией в процессе окисления лекарственных веществ в печени.

Процесс микросомального окисления ЛС требует участия цитохрома Р-450, цитохрома Р-450-редуктазы, НАДФ-Н и молекулярного кислорода. Упрощённая схема окислительного цикла представлена на рисунке (рис. 5-3). Окисленный (Fe3+) цитохром Р-450 соединяется с лекарственным субстратом с образованием бинарного комплекса. НАДФ-Н - донор электрона для флавопротеинредуктазы, которая, в свою очередь, восстанавливает окисленный комплекс цитохром Р-450-лекарство. Второй электрон переходит от НАДФ-Н через ту же флавопротеинредуктазу, восстанавливающую молекулярный кислород и формирующую комплекс «активированный кислород»-цитохром Р-450-субстрат. Этот комплекс переносит «активированный кислород» на лекарственный субстрат с образованием окисленного продукта.

Цитохром Р-450

Цитохром Р-450, в литературе часто обозначаемый CYP, представляет группу ферментов, осуществляющих не только метаболизм ЛС и других ксенобиотиков, но и участвующих в синтезе глюкокортикоидных гормонов, желчных кислот, простаноидов (тромбоксана А2, простациклина I2), холестерина. Впервые цитохром Р-450 идентифицировали Klingenberg и Garfincell в микросомах печени крысы в 1958 году. Филогенетические исследования показали, что цитохромы Р-450 появились в живых организмах около 3,5 млрд лет назад. Цитохром Р-450 - гемопротеин: он содержит гем. Название цитохрома Р-450 связано с особыми свойствами этого гемопротеина. В восстановленной форме цитохром Р-450 связывает монооксид углерода с образованием комплекса с максимальным поглощением света при длине волны 450 нм. Это свойство объясняют тем, что в геме цитохрома Р-450 железо связано не только с атомами азота четырёх лигандов (при этом образуя порфириновое кольцо). Существуют также пятый и шестой лиганды (сверху и снизу кольца гема) - атом азота гистидина и атом серы цистеина, входящие в состав полипептидной цепи белковой части цитохрома Р-450. Наибольшее количество цитохрома Р-450 располагается в гепатоцитах. Однако цитохром Р-450 обнаруживают и в других органах: в кишечнике, почках, лёгких, надпочечниках, головном мозге, коже, плаценте и миокарде. Важнейшее свойство цитохрома Р-450 - способность метаболизировать практически все известные химические соединения. Наиболее важная реакция - гидроксилирование. Как уже указывалось, цитохромы Р-450 ещё называют монооксигеназами, так как они включают один атом кислорода в субстрат, окисляя его, а один - в воду, в отличие от диоксигеназ, которые включают оба атома кислорода в субстрат

Цитохром Р-450 имеет множество изоформ - изоферментов. В настоящее время выделено более 1000 изоферментов цитохрома Р-450. Изоферменты цитохрома Р-450, по классификации Nebert (1987), принято разделять по близости (гомологии) нуклеотид/амино- кислотной последовательности на семейства. В свою очередь, семейства подразделяют на подсемейства. Изоферменты цитохрома Р-450 с идентичностью аминокислотного состава более 40% объединены в семейства (выделено 36 семейств, 12 из них обнаружены у млекопитающих). Изоферменты цитохрома Р-450 с идентичностью аминокислотного состава более 55% объединены в подсемейства (выделено 39 подсемейств). Семейства цитохромов Р-450 принято обозначать римскими цифрами, подсемейства - римскими цифрами и латинской буквой.

Дигидропиримидин дегидрогеназа

Физиологическая функция дигидропиримидин дегидрогеназы (ДПДГ) - восстановление урацила и тимидина - первая реакция трёхэтапного метаболизма этих соединений до β-аланина. Кроме того, ДПДГ - основной фермент, метаболизирующий 5-фторура- цил. Указанный препарат применяют в составе комбинированной химиотерапии рака молочной железы, яичников, пищевода, желудка, толстой и прямой кишки, печени, шейки матки, вульвы. Также 5-фторурацил используют при лечении рака мочевого пузыря, простаты, опухолей головы, шеи, слюнных желёз, надпочечников, поджелудочной железы. В настоящее время известна аминокислотная последовательность и количество аминокислотных остатков (их всего 1025), входящих в состав ДПДГ; молекулярная масса фермента составляет 111 кД. Идентифицировали ген ДПДГ, локализованный в хромосоме 1 (локус 1р22). Цитоплазма клеток различных тканей и органов содержит ДПДГ, особенно большое количество фермента обнаруживают в клетках печени, в моноцитах, лимфоцитах, гранулоцитах, тромбоцитах. Однако в эритроцитах активность ДПДГ не отмечена (Van Kuilenburg и соавт., 1999). С середины 80-х годов появились сообщения о серьёзных осложнениях, возникающих при применении 5-фторурацила (причина осложнений - наследственно обусловленная низкая активность ДПДГ). Как показали Diasio и соавт. (1988), низкая активность ДПДГ наследуется по аутосомнорецессивному типу. Таким образом, ДПДГ - фермент, обладающий генетическим полиморфизмом. В будущем, по-видимому, произойдёт внедрение методов фенотипирования и генотипирования ДПДГ в онкологическую практику для обеспечения безопасности химиотерапии 5-фторурацилом.