Roli mikrozomální oxidace v životě organismu je těžké přeceňovat nebo přehlížet. Inaktivace xenobiotik (toxických látek), odbourávání a tvorba hormonů nadledvin, účast na metabolismu bílkovin a uchování genetické informace jsou jen malou částí známých problémů, které se řeší díky mikrosomální oxidaci. Jedná se o autonomní proces v těle, který začíná po vstupu spouštěcí látky a končí její eliminací.
Definice
Mikrosomální oxidace je kaskáda reakcí zahrnutých v první fázi xenobiotické transformace. Podstatou procesu je hydroxylace látek pomocí atomů kyslíku a vznik vody. Díky tomu se mění struktura původní látky a její vlastnosti mohou být potlačeny i vylepšeny.
Mikrosomální oxidace vám umožňuje přistoupit ke konjugační reakci. Jde o druhou fázi přeměny xenobiotik, na jejímž konci se molekuly produkované uvnitř těla připojí k již existující funkční skupině. Někdy se tvoří meziprodukty, které způsobují poškození jaterních buněk, nekrózu a onkologickou degeneraci tkání.
Oxidace typu oxidázy
Mikrozomální oxidační reakce probíhají mimo mitochondrie, takže spotřebují asi deset procent veškerého kyslíku, který se dostane do těla. Hlavními enzymy v tomto procesu jsou oxidázy. Jejich struktura obsahuje atomy kovů s proměnnou mocností, jako je železo, molybden, měď a další, což znamená, že jsou schopny přijímat elektrony. V buňce jsou oxidázy umístěny ve speciálních vezikulách (peroxisomech), které se nacházejí na vnějších membránách mitochondrií a v ER (granulární endoplazmatické retikulum). Substrát, padající na peroxisomy, ztrácí molekuly vodíku, které se připojují k molekule vody a tvoří peroxid.
Existuje pouze pět oxidáz:
- monoaminooxygenáza (MAO) - pomáhá oxidovat adrenalin a další biogenní aminy produkované v nadledvinách;
- diaminooxygenáza (DAO) – podílí se na oxidaci histaminu (mediátor zánětu a alergií), polyaminů a diaminů;
- oxidáza L-aminokyselin (tj. levotočivé molekuly);
- oxidáza D-aminokyselin (pravotočivé molekuly);
- xanthinoxidáza - oxiduje adenin a guanin (dusíkaté báze obsažené v molekule DNA).
Význam mikrosomální oxidace oxidázovým typem je eliminovat xenobiotika a inaktivovat biologicky aktivní látky. Tvorba peroxidu, který má baktericidní účinek a mechanické čištění v místě poranění, je vedlejším účinkem, který zaujímá důležité místo mezi ostatními účinky.
Oxidace typu oxygenázy
Reakce typu oxygenázy v buňce také probíhají na granulárním endoplazmatickém retikulu a na vnějších obalech mitochondrií. To vyžaduje specifické enzymy - oxygenázy, které mobilizují molekulu kyslíku ze substrátu a zavádějí ji do oxidované látky. Pokud je zaveden jeden atom kyslíku, pak se enzym nazývá monooxygenáza nebo hydroxyláza. V případě zavedení dvou atomů (tedy celé molekuly kyslíku) se enzym nazývá dioxygenáza.
Oxidační reakce typu oxygenázy jsou součástí třísložkového multienzymového komplexu, který se podílí na přenosu elektronů a protonů ze substrátu s následnou aktivací kyslíku. Celý tento proces probíhá za účasti cytochromu P450, o kterém bude podrobněji pojednáno později.
Příklady reakcí typu oxygenázy
Jak bylo uvedeno výše, monooxygenázy využívají k oxidaci pouze jeden ze dvou dostupných atomů kyslíku. Druhý se připojí ke dvěma molekulám vodíku a vytvoří vodu. Jedním příkladem takové reakce je tvorba kolagenu. V tomto případě působí jako dárce kyslíku vitamín C. Prolinhydroxyláza z něj odebírá molekulu kyslíku a předává ji prolinu, který je naopak součástí molekuly prokolagenu. Tento proces dodává pojivové tkáni pevnost a pružnost. Když má tělo nedostatek vitamínu C, rozvíjí se dna. Projevuje se slabostí pojivové tkáně, krvácením, modřinami, vypadáváním zubů, to znamená, že se kvalita kolagenu v těle stáváníže.
Dalším příkladem jsou hydroxylázy, které přeměňují molekuly cholesterolu. Toto je jedna z fází tvorby steroidních hormonů, včetně pohlavních hormonů.
Nízké specifické hydroxylázy
Jsou to hydrolázy potřebné k oxidaci cizorodých látek, jako jsou xenobiotika. Smyslem reakcí je učinit takové látky lépe ovladatelné pro vylučování, lépe rozpustné. Tento proces se nazývá detoxikace a probíhá většinou v játrech.
Vzhledem k zahrnutí celé molekuly kyslíku do xenobiotik se reakční cyklus přeruší a jedna komplexní látka se rozloží na několik jednodušších a dostupnějších metabolických procesů.
Reaktivní formy kyslíku
Kyslík je potenciálně nebezpečná látka, protože oxidace je ve skutečnosti proces spalování. Jako molekula O2 nebo voda je stabilní a chemicky inertní, protože její elektrické úrovně jsou plné a žádné nové elektrony se nemohou připojit. Ale sloučeniny, ve kterých kyslík nemá pár všech elektronů, jsou vysoce reaktivní. Proto se jim říká aktivní.
Takové kyslíkové sloučeniny:
- Při reakcích monoxidu vzniká superoxid, který se odděluje od cytochromu P450.
- Při oxidázových reakcích dochází k tvorbě peroxidového aniontu (peroxidu vodíku).
- Během reoxygenace tkání, které prošly ischemií.
Nejsilnějším oxidačním činidlem je hydroxylový radikál, itexistuje ve volné formě pouze miliontinu sekundy, ale během této doby má čas projít mnoho oxidačních reakcí. Jeho zvláštností je, že hydroxylový radikál působí na látky pouze v místě, kde vznikl, protože nemůže proniknout do tkání.
Superoxidanion a peroxid vodíku
Tyto látky jsou aktivní nejen v místě vzniku, ale také v určité vzdálenosti od nich, protože mohou pronikat buněčnými membránami.
Hydroxyskupina způsobuje oxidaci aminokyselinových zbytků: histidinu, cysteinu a tryptofanu. To vede k inaktivaci enzymových systémů a také k narušení transportních proteinů. Mikrosomální oxidace aminokyselin navíc vede k destrukci struktury nukleových dusíkatých bází a v důsledku toho trpí genetický aparát buňky. Oxidovány jsou také mastné kyseliny, které tvoří bilipidovou vrstvu buněčných membrán. To ovlivňuje jejich propustnost, činnost membránových čerpadel elektrolytů a umístění receptorů.
Inhibitory mikrosomální oxidace jsou antioxidanty. Nacházejí se v potravě a jsou produkovány v těle. Nejznámějším antioxidantem je vitamin E. Tyto látky mohou inhibovat mikrosomální oxidaci. Biochemie popisuje interakci mezi nimi podle principu zpětné vazby. To znamená, že čím více oxidáz, tím silněji jsou potlačeny a naopak. To pomáhá udržovat rovnováhu mezi systémy a stálost vnitřního prostředí.
Elektrický dopravní řetězec
Mikrosomální oxidační systém nemá žádné složky rozpustné v cytoplazmě, takže všechny jeho enzymy jsou shromažďovány na povrchu endoplazmatického retikula. Tento systém obsahuje několik proteinů, které tvoří elektrotransportní řetězec:
- NADP-P450 reduktáza a cytochrom P450;
- OVER-cytochrom B5 reduktáza a cytochrom B5;
- steatoryl-CoA desaturáza.
Donorem elektronů je v naprosté většině případů NADP (nikotinamid adenindinukleotid fosfát). Je oxidován reduktázou NADP-P450, která obsahuje dva koenzymy (FAD a FMN), aby přijímal elektrony. Na konci řetězce je FMN oxidována P450.
Cytochrom P450
Jedná se o mikrozomální oxidační enzym, protein obsahující hem. Váže kyslík a substrát (zpravidla se jedná o xenobiotikum). Jeho název je spojen s absorpcí světla o vlnové délce 450 nm. Biologové ho našli ve všech živých organismech. V současné době je popsáno více než jedenáct tisíc proteinů, které jsou součástí systému cytochromu P450. U bakterií je tato látka rozpuštěna v cytoplazmě a má se za to, že tato forma je evolučně nejstarší než u lidí. U nás je cytochrom P450 parietální protein fixovaný na endoplazmatickou membránu.
Enzymy této skupiny se podílejí na metabolismu steroidů, žluči a mastných kyselin, fenolů, neutralizaci léčivých látek, jedů nebo drog.
Vlastnosti mikrozomální oxidace
Procesy mikrozomůoxidace mají širokou substrátovou specifitu, což zase umožňuje neutralizovat různé látky. Jedenáct tisíc proteinů cytochromu P450 může být složeno do více než sto padesáti izoforem tohoto enzymu. Každý z nich má velké množství substrátů. To umožňuje tělu zbavit se téměř všech škodlivých látek, které se tvoří uvnitř nebo přicházejí zvenčí. Mikrozomální oxidační enzymy, produkované v játrech, mohou působit lokálně i ve značné vzdálenosti od tohoto orgánu.
Regulace mikrozomální oxidační aktivity
Mikrosomální oxidace v játrech je regulována na úrovni messenger RNA, respektive její funkce – transkripce. Na molekule DNA jsou zaznamenány například všechny varianty cytochromu P450, a aby se na EPR objevil, je nutné část informace „přepsat“z DNA na messenger RNA. mRNA je pak odeslána do ribozomů, kde se tvoří molekuly proteinů. Počet těchto molekul je regulován externě a závisí na množství látek, které je třeba deaktivovat, a také na přítomnosti nezbytných aminokyselin.
K dnešnímu dni bylo popsáno více než dvě stě padesát chemických sloučenin, které aktivují mikrosomální oxidaci v těle. Patří mezi ně barbituráty, aromatické sacharidy, alkoholy, ketony a hormony. Navzdory takové zjevné rozmanitosti jsou všechny tyto látky lipofilní (rozpustné v tucích), a proto jsou citlivé na cytochrom P450.
