من الصعب المبالغة في تقدير دور الأكسدة الميكروسومي في حياة الكائن الحي أو التغاضي عنه. يعد تعطيل مادة xenobiotics (المواد السامة) ، وانهيار هرمونات الغدة الكظرية ، والمشاركة في استقلاب البروتين والحفاظ على المعلومات الوراثية ، مجرد جزء صغير من المشكلات المعروفة التي يتم حلها بسبب الأكسدة الميكروسومية. هذه عملية مستقلة في الجسم تبدأ بعد أن تدخل المادة المحفزة وتنتهي بإزالتها.
التعريف
الأكسدة الميكروسومية هي سلسلة من التفاعلات المتضمنة في المرحلة الأولى من التحول الحيوي للأجانب. جوهر العملية هو هيدروكسيل المواد باستخدام ذرات الأكسجين وتكوين الماء. نتيجة لذلك ، تتغير بنية المادة الأصلية ، ويمكن منع خصائصها وتحسينها.
تسمح لك الأكسدة الدقيقة بالمتابعة إلى تفاعل الاقتران. هذه هي المرحلة الثانية من تحول xenobiotics ، وفي نهايتها ستنضم الجزيئات المنتجة داخل الجسم إلى المجموعة الوظيفية الموجودة بالفعل. في بعض الأحيان تتشكل المواد الوسيطة التي تسبب تلف خلايا الكبد ونخرًا وتنكس الأورام في الأنسجة.
أكسدة نوع أوكسيديز
تحدث تفاعلات الأكسدة الميكروسومية خارج الميتوكوندريا ، لذا فهي تستهلك حوالي عشرة بالمائة من كل الأكسجين الذي يدخل الجسم. الإنزيمات الرئيسية في هذه العملية هي أوكسيديز. يحتوي هيكلها على ذرات من المعادن ذات التكافؤ المتغير ، مثل الحديد والموليبدينوم والنحاس وغيرها ، مما يعني أنها قادرة على قبول الإلكترونات. في الخلية ، توجد الأكسيدازات في حويصلات خاصة (بيروكسيسومات) تقع على الأغشية الخارجية للميتوكوندريا وفي الشبكة الإندوبلازمية الحبيبية. الركيزة ، التي تسقط على البيروكسيسومات ، تفقد جزيئات الهيدروجين ، التي ترتبط بجزيء الماء وتشكل البيروكسيد.
لا يوجد سوى خمسة أكسيدات:
- أحادي أمينوكسيجيناز (MAO) - يساعد على أكسدة الأدرينالين والأمينات الحيوية الأخرى المنتجة في الغدد الكظرية ؛
- ديامينو أوكسيجيناز (DAO) - يشارك في أكسدة الهيستامين (وسيط للالتهاب والحساسية) ، البولي أمينات والديامين ؛
- أوكسيديز من الأحماض الأمينية L (أي الجزيئات اليسرى) ؛
- أوكسيديز الأحماض الأمينية D (جزيئات الدوران الأيمن) ؛
- أوكسيديز الزانثين - أكسدة الأدينين والجوانين (القواعد النيتروجينية المدرجة في جزيء الحمض النووي).
تكمن أهمية الأكسدة الميكروسومية بنوع أوكسيديز في التخلص من المواد الغريبة الحيوية وتعطيل المواد النشطة بيولوجيًا. يعتبر تكوين البيروكسيد ، الذي له تأثير مبيد للجراثيم والتطهير الميكانيكي في موقع الإصابة ، من الآثار الجانبية التي تحتل مكانًا مهمًا بين التأثيرات الأخرى.
أكسدة نوع الأكسجين
تحدث تفاعلات من نوع الأكسجين في الخلية أيضًا على الشبكة الإندوبلازمية الحبيبية وعلى الأصداف الخارجية للميتوكوندريا. يتطلب هذا إنزيمات محددة - إنزيمات الأكسجين ، التي تنقل جزيء الأكسجين من الركيزة وتدخله في المادة المؤكسدة. إذا تم إدخال ذرة أكسجين واحدة ، فإن الإنزيم يسمى monooxygenase أو hydroxylase. في حالة إدخال ذرتين (أي جزيء كامل من الأكسجين) يسمى الإنزيم ديوكسجيناز.
تفاعلات الأكسدة من نوع Oxygenase هي جزء من مركب متعدد الإنزيمات مكون من ثلاثة مكونات ، والذي يشارك في نقل الإلكترونات والبروتونات من الركيزة ، يليها تنشيط الأكسجين. تتم هذه العملية برمتها بمشاركة السيتوكروم P450 ، والتي ستتم مناقشتها بمزيد من التفصيل لاحقًا.
أمثلة على تفاعلات نوع الأكسجين
كما ذكر أعلاه ، تستخدم أحاديات الأكسجين واحدة فقط من ذرتين من ذرات الأكسجين المتاحة للأكسدة. الثاني يعلقون على جزيئين من الهيدروجين ويشكلون الماء. أحد الأمثلة على مثل هذا التفاعل هو تكوين الكولاجين. في هذه الحالة ، يعمل فيتامين سي كمانح للأكسجين ، حيث يأخذ البرولين هيدروكسيلاز منه جزيء الأكسجين ويعطيه للبرولين ، والذي يتم تضمينه بدوره في جزيء البروكولاجين. تعطي هذه العملية القوة والمرونة للنسيج الضام. عندما ينقص الجسم فيتامين ج ، يتطور النقرس. يتجلى ذلك من خلال ضعف النسيج الضام ، والنزيف ، والكدمات ، وفقدان الأسنان ، أي تصبح جودة الكولاجين في الجسمأدناه.
مثال آخر هو الهيدروكسيلاز ، الذي يحول جزيئات الكوليسترول. هذه إحدى مراحل تكوين هرمونات الستيرويد ومنها الهرمونات الجنسية.
هيدروكسيلازات نوعية منخفضة
هذه هي hydrolases اللازمة لأكسدة المواد الغريبة مثل xenobiotics. معنى التفاعلات هو جعل هذه المواد أكثر قابلية للإفراز ، وأكثر قابلية للذوبان. هذه العملية تسمى إزالة السموم وتحدث في الغالب في الكبد.
بسبب إدراج جزيء كامل من الأكسجين في xenobiotics ، تنكسر دورة التفاعل وتتفكك مادة واحدة معقدة إلى عدة عمليات استقلاب أبسط وأكثر سهولة.
أنواع الأكسجين التفاعلية
الأكسجين مادة يحتمل أن تكون خطرة ، لأن الأكسدة في الواقع عملية احتراق. كجزيء O2أو ماء ، فهو مستقر وخامل كيميائيًا لأن مستوياته الكهربائية ممتلئة ولا يمكن توصيل أي إلكترونات جديدة به. لكن المركبات التي لا يحتوي فيها الأكسجين على زوج من جميع الإلكترونات شديدة التفاعل. لذلك يطلق عليهم اسم نشط.
مركبات الأكسجين هذه:
- في تفاعلات أول أكسيد ، يتكون أكسيد الفائق ، والذي يتم فصله عن السيتوكروم P450.
- في تفاعلات أوكسيديز ، يحدث تكوين أنيون بيروكسيد (بيروكسيد الهيدروجين).
- أثناء إعادة الأكسجة للأنسجة التي خضعت لنقص التروية.
أقوى عامل مؤكسد هو جذور الهيدروكسيليوجد في شكل حر لمدة جزء من المليون من الثانية فقط ، ولكن خلال هذا الوقت ، يكون للعديد من التفاعلات المؤكسدة الوقت اللازم لتجاوزها. تكمن خصوصيته في أن جذور الهيدروكسيل تعمل على المواد فقط في المكان الذي تشكلت فيه ، لأنها لا تستطيع اختراق الأنسجة.
سوبر أوكسيدانيون وبيروكسيد الهيدروجين
هذه المواد نشطة ليس فقط في موقع التكوين ، ولكن أيضًا على مسافة ما منها ، حيث يمكنها اختراق أغشية الخلايا.
مجموعة الهيدروكسي تسبب أكسدة بقايا الأحماض الأمينية: الهيستيدين ، السيستين و التربتوفان. هذا يؤدي إلى تعطيل أنظمة الإنزيم ، وكذلك تعطيل بروتينات النقل. بالإضافة إلى ذلك ، تؤدي الأكسدة الميكروسومية للأحماض الأمينية إلى تدمير بنية القواعد النيتروجينية النووية ، ونتيجة لذلك ، يعاني الجهاز الوراثي للخلية. تتأكسد أيضًا الأحماض الدهنية التي تتكون منها الطبقة ثنائية الدهون من أغشية الخلايا. يؤثر هذا على نفاذية هذه المضخات ، وتشغيل مضخات الإلكتروليت الغشائية ، وموقع المستقبلات.
مثبطات الأكسدة الميكروسومية هي مضادات الأكسدة. توجد في الطعام ويتم إنتاجها داخل الجسم. أفضل مضادات الأكسدة المعروفة هو فيتامين هـ.هذه المواد يمكن أن تمنع الأكسدة الميكروسومية. تصف الكيمياء الحيوية التفاعل بينهما وفقًا لمبدأ التغذية الراجعة. أي أنه كلما زاد عدد الأكسيدازات ، زاد قمعها والعكس صحيح. وهذا يساعد في الحفاظ على التوازن بين الأنظمة وثبات البيئة الداخلية.
سلسلة النقل الكهربائي
لا يحتوي نظام الأكسدة الميكروسومي على مكونات قابلة للذوبان في السيتوبلازم ، لذلك يتم جمع جميع إنزيماته على سطح الشبكة الإندوبلازمية. يشتمل هذا النظام على العديد من البروتينات التي تشكل سلسلة النقل الكهربائي:
- اختزال NADP-P450 و السيتوكروم P450 ؛
- اختزال السيتوكروم B5 الزائد والسيتوكروم B5 ؛
- steatoryl-CoA desaturase
المتبرع بالإلكترون في الغالبية العظمى من الحالات هو NADP (فوسفات النيكوتيناميد الأدينين ثنائي النوكليوتيد). يتأكسد بواسطة اختزال NADP-P450 ، الذي يحتوي على اثنين من الإنزيمات المساعدة (FAD و FMN) ، لقبول الإلكترونات. في نهاية السلسلة ، يتأكسد FMN بـ P450.
السيتوكروم P450
هذا هو إنزيم الأكسدة الميكروسومي ، وهو بروتين يحتوي على الهيم. يربط الأكسجين والركيزة (كقاعدة عامة ، هو كائن حيوي غريب). يرتبط اسمها بامتصاص الضوء من طول موجي 450 نانومتر. وجده علماء الأحياء في جميع الكائنات الحية. في الوقت الحالي ، تم وصف أكثر من أحد عشر ألف بروتين تشكل جزءًا من نظام السيتوكروم P450. في البكتيريا ، يتم إذابة هذه المادة في السيتوبلازم ، ويعتقد أن هذا الشكل هو الأقدم تطوريًا من البشر. في بلدنا ، السيتوكروم P450 هو بروتين جداري مثبت على الغشاء الإندوبلازمي.
تشارك إنزيمات هذه المجموعة في استقلاب المنشطات ، والأحماض الصفراوية والدهنية ، والفينولات ، وتحييد المواد الطبية ، والسموم أو الأدوية.
خصائص الأكسدة الميكروسومية
عمليات الميكروسومالللأكسدة خصوصية ركيزة واسعة ، وهذا بدوره يجعل من الممكن تحييد مجموعة متنوعة من المواد. يمكن طي أحد عشر ألفًا من بروتينات السيتوكروم P450 إلى أكثر من مائة وخمسين شكلًا إسويًا من هذا الإنزيم. كل واحد منهم لديه عدد كبير من الركائز. يمكّن ذلك الجسم من التخلص من جميع المواد الضارة تقريبًا التي تتشكل داخله أو تأتي من الخارج. تنتج إنزيمات الأكسدة الميكروسوميّة في الكبد ، ويمكن أن تعمل محليًا وعلى مسافة كبيرة من هذا العضو.
تنظيم نشاط الأكسدة الميكروسومي
يتم تنظيم الأكسدة الميكروسومية في الكبد على مستوى RNA الرسول ، أو بالأحرى وظيفتها - النسخ. يتم تسجيل جميع متغيرات السيتوكروم P450 ، على سبيل المثال ، على جزيء الحمض النووي ، ولكي تظهر على EPR ، من الضروري "إعادة كتابة" جزء من المعلومات من الحمض النووي إلى الحمض النووي الريبي المرسال. ثم يتم إرسال mRNA إلى الريبوسومات ، حيث تتشكل جزيئات البروتين. عدد هذه الجزيئات منظم خارجيًا ويعتمد على كمية المواد التي يجب تعطيلها ، وكذلك على وجود الأحماض الأمينية الضرورية.
حتى الآن ، تم وصف أكثر من مائتين وخمسين مركبًا كيميائيًا ينشط الأكسدة الميكروسومية في الجسم. وتشمل هذه الباربيتورات ، والكربوهيدرات العطرية ، والكحول ، والكيتونات ، والهرمونات. على الرغم من هذا التنوع الواضح ، فإن كل هذه المواد محبة للدهون (تذوب في الدهون) ، وبالتالي فهي عرضة للسيتوكروم P450.
