Юрин - Основы ксенобиологии - 2001 (947302), страница 27
Текст из файла (страница 27)
Биологическое окисление, катализируемое системами микросомальных ферментов, включает широкий круг реакций, но все они могут быть сведены к одному общему механизму, а именно к гидроксилированню: [01 Ароматическое гидроксилироаание: С~Н5Х вЂ” + НОС~Н4Х. [01 Ациклическое (алифатическое) окисление: КСНРП вЂ” + КСН2ОН. [01 О-дезалкилироаание: КОСН, — ь ВОСНзОН вЂ” ~ КОН+НСНО. [О) И-дезалкилироаание: КХНСНз — + К)чНСН2ОН вЂ” + К)чН2+ НСНО.
[01 К Дезаминироаание:,~ СНИНз — + ° С(ОН)1чН2 — + ~ С СО+ )ЧНь К' К' К" [01 Суньфоокисление: КЖ' — + [КБ+ (ОН)К'1 — + КЯОК'+ Н . Для всех зтих реакций требуется восстановленный кофермент НАДФН2 или НАДН и кислород. Кислород гидроксильной группы, введенный в чужеродное соединение, извлекается из молекулярного кислорода, а не из воды Поэтому микросомальное окисление чужеродного соединения пропорционально окислению НАДФНг и его могуг конкурентно ингибнровать другие чужеродные соединения.
Реакции восстановления. Онн менее обычны, чем реакции окисления. Однако если восстановленная форма соединения лучше зкскретируется нз организма, то закон действия масс может сдвигать редокс-реакции в сторону восстановления. Наряду с окислительными ферментативными системами в ЭР содержатся ферменты, которые восстанавливают ксенобиотики. 1.
Некоторые из альдегидов и кетонов могут восстанавливаться в спирты под действием алкогольдегидрогеназ. Однако ацетон может прямо входить в цикл аэробного метаболизма через ацетоацетат и ацетил-КоА. Реакция восстановления кетонов до спиртов имеет вид: К~СО2 -+КСНОНКз. 131 Существуют редуктазы, восстанавливающие карбонильные группы в молекулах кетонов и альдегидов. Некоторые из них по химической природе являются окснредуктазами, которые окисляют спирты.
Подбирая соответствующие субстраты н коферменты, можно показать, что реакция между спиртом и кетоном обратима, например: ОН Н ~/ НАДФН ОСНзСНСНзСЫН(СНз)з ОСНзСНСНзСИН(СНз)з ОН ОН 2. Восстановление нитро- и азогрупп. Целый ряд ароматических нитросоединеннй, например нитробензол, паранитробензойная кислота и хлорамфеникол, восстанавливаются в соответствующие амины нитроредуктазой (нитроредуктазами), находящейся в микросомальной н растворимой фракциях печени и почек ИОз Возможно образование продуктов, содержащих также гидроксиамино- или нитрозогруппы.
Образование нитрозосоединений представляет большую опасность для биосферы, так как может появляться вещество, которое обладает сильным мутагенным и/или канцерогенным действием. НапРимер, при биотрансформации гербицнда трифлуралина прои- ходит образование нитрозосоединения, обладающего канцерогенным действием. 132 ~СзНг)г Х (СЗНг)2 Х )чо Сгз СРз 133 Процесс восстановления ароматических нитросоединений до соответствующих аминов, как уже отмечалось, катализнруется нитроредуктазами, локализованными в микросомной и растворимой фракциях клетки. Активность ферментов зависит от наличия в среде инкубации НАДН и НАДФН, но ингибируется кислородом.
Нитроредуктазы малоспецифнчны к субстратам н восстанавливают нитрогруппы практически у всех ароматических нитросоединений. Восстановление субстратов ферментами может протекать, вопервых, через такие промежуточные соединения, как нитрозосоединения н гидроксиламин С~Нз — ХС~ -ь С,Нз — )Ч=О -+ С,НзХНОН -+ С,Н,ХНз. Во-вторых, через анионные радикалы. Последний путь характерен для микросомных нитроредуктаз, т.
к. в реакции участвует наряду с флавопротеидом цитохром Р-450. Он вступает в процесс на более поздних этапах и, следовательно, передает электроны промежуточным соединениям, образующимся вслед за анионными радикалами. Ароматические нитросоединения восстанавливаются также ферментами слизистой оболочки кишечника и его микрофлорой. Нитроредуктазы микроорганизмов, в частности Е.со!з„отличакзтся от тканевых тем, что ингибнруются не кислородом, а хлортетрациклином.
цистеин и Мпз индуцируют фермент. Азосоедннения в организме животного подвергаются восстановлению в гидроазосоединения, а затем подвергаются восстановительному расщеплению, образуя две молекулы ароматических аминов, причем оба процесса катализируются одним и тем же ферментом. Восстановление азосоединений катализируется азоредуктазами. В одном случае в процессе принимают участие НАДФН-цитохром с редуктазой, в другом — цитохром Р-450.
НАДФН-цнтохром с редуктазой передает электроны на субстрат через флавины, которые полностью Мнкросомная азоредуктаза (СН,1, И ~ ~ И=И Мнкросомная азоредуктаза Н Н И1СН 1з ХНз ИНз Днметнлпарафе- ннленлнамнн Аннлнн 134 или частично восстановлены цитохромом с. Скорость окисления азосоединений флавинами пропорциональна потенциалу восстановления, что свидетельствует о простом переносе злектронов в ходе реакции.
Восстановление азосоединеннй с участием цитохрома Р-450 включает также образование свободных радикалов. Вследствие быстрого пере- окисления азоанионногорадикалареакция ннгибируется кислородом. К вЂ” И =И вЂ” К'-+ ~К-И вЂ” И вЂ” К'~, 1К вЂ” И вЂ” И вЂ” К'1 + Оз -+ К вЂ” И = И вЂ” К'+ Оз . Микросомальная азоредуктаза, в отличие от ннтрорелуктазы, сохраняет большую часть своей активности при азробных условиях.
3. Восстановление И-оксидов. Процесс катализируется И-оксиредуктазами, которые обнаружены в микросомной и растворимой фракциях клеток, а также в митохондриях. Активность микросомной И-оксиредуктазы ингибнруется монооксидом углерода, окгиламином и кислородом. При внесении в инкубационную среду субстрата восстановления (И-оксиды тирамнда) его связывание происходит с восстановленной формой щ~тохрома Р-450.
Ксантиоксидаза также восстанавливает оксиды. Реакция ингибируется цианидом и частично кислородом. н,м ~©-~-о-сн,сн,м(с,на+к,о про каин ни-© соон, носн,сн,х(с,нд, аминобенэойиая кислота этанолдипропиламин 135 4. Немикросомное метаболическое восстановление: а) восстановление дисульфидов (К вЂ” Б — 8 — К). Они расщепляются с образованием тиолов; б) восстановление двойных связей. Двойные связи некоторых алифатнческих или алициклнческих соединений могут становиться насыщенными (например, у циклогексена).
Простейшие алкены и алкины часто экскретируются без изменений их структуры; в) дегидроксилнрование. Реакция гидроксилирования, упомянутая в предыдущем разделе, может обращаться. Пример — восстановление замешенных катехолов с двумя ОН-группами до соответствующих замешенных монофенолов под действием гидроксилаз печени или бактерий; г) ароматические циклы могут восстанавливаться анаэробными микроорганизмами. Гидролиз. Сложные чужеродные вещества могут гидралнзоваться рядом гндролитических ферментов (гидролаз), находящихся в печени и плазме крови. Установлено, что некоторые из них находятся в микросомальной фракции печени.
В зависимости от субстратной специфичности ферменты, катализирующие данные процессы, относятся к различным группам. Рассмотрим некоторые примеры реакций гиролиза. 1. Гндролиз эфиров карбоновых кислот. Наиболее распространены в живых организмах ферменты, катализирующие гидролиз эфиров карбоновых кислот (эстеразы). Их классифицируют по группам веществ, на которые они воздействуют, и по их отношению к ингибиторам: а) арилэстеразы гидролизуют ароматические эфиры; б) карбоксилзстеразы гидролизуют преимущественно алифатнческие эфиры; участвуют в метаболизме многочисленных фосфорорганическнх инсектицидов; в) холинэстергидролазы действуют наиболее эффективно на эфиры холина; г) ацетилэстеразы подобны ферментам, указанным в первой группе, однако они по-другому реагируют на воздействие ингнбиторов.
Эфиры карбоновых кислот гидролизуются в организме как животных, так и человека. Гидролиз эфирной связи — начальный этап микробиологической деградации многих пестицидов. 2. Гидролиз амидов, гидразидов и нитрилов. Эти реакции происходят в дополнение к другим реакциям биотрансформации. Гидролиз амидной связи описан при изучении микробиологической деградации фениламидных пестицидов и происходит с участием амидаз.
Многие из изученных амидаз являются внеклеточными гидролазами. ХНСОСНЗ ЫН + СН СООН * н,о уксусная кислота ОС,Н, оксиэтиланилин С,Н,О-Р-О С ') ХО. +Н,Π— + эфир фосфорной кислоты (С2Н~О)я- -ОН + н~о2 НО лиэтиловый эфир фосфорной кислоты п-нитрофенол Гидролиз амидов происходит с меньшей скоростью, чем эфиров карбоновых кислот. Иногда на этом эффекте основано действие лекарственных препаратов, имеюших большой период разложения. 3.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
