3.1.4. Флавопротеинредуктазы

Флавопротеинредуктазы участвуют в метаболизме некоторых ксенобиотиков, причем превращение в частности хинонов приводит к генерации свободных радикалов в клетках. Продукты превращения хинонов могут переносить электроны на молекулярный кислород, что сопровождается регенерацией исходного субстрата и инициацией образования каскада кислородных радикалов. Образование свободных радикалов - один из общих механизмов цитотоксичности (рисунок 9).

 

Рисунок 9. Образование кислородных радикалов в результате окислительно-восстановительного цикла хинона, катализируемого флавопротеинредуктазой

Активируемое таким образом превращение субстратов, дающее начало образованию кислородных радикалов, обозначается как "окислительно-восстановительный цикл". Помимо хинона по такому механизму метаболизируют нитроароматические соединения, биспиридины и т.д. К числу токсикантов, активирующих свободнорадикальные процессы в клетке в процессе метаболизма при участии флавопротеинредуктаз, относятся в частности пестицид паракват, противоопухолевое средство адриамицин, антибиотик нитрофурантион, комплексные соединения железа и меди (см. раздел "Механизмы цитотоксичности").

3.1.5. Восстановление

В тканях человека и других млекопитающих содержатся ферменты, восстанавливающие молекулы некоторых ксенобиотиков. К их числу относятся, в частности, нитрозоредуктазы (превращают группы NO₂- в NH₂-), нитроредуктазы (восстанавливают нитраты до нитритов), азоредуктазы (активируют восстановительное расщепление азогрупп с образованием первичных аминогрупп), дегалогеназы (контролируют восстановительное дегалогенирование таких веществ как гексахлоран, ДДТ и др.).

3.2. Гидролитические превращения

3.2.1. Расщепление эфиров

В тканях человека и животных, а также в жидкостях организма, например крови, содержатся энзимы, обладающие эстеразной активностью. Их низкая специфичность обеспечивает гидролиз эфиров различного строения. Так, в плазме крови содержатся эстеразы, разрушающие эфиры холина, прокаина, производных прокаина и др. Среди наиболее изученных: карбоксилэстераза и арилэстераза. Эфиры фосфорной кислоты в крови и тканях также расщепляются эстеразами. Гидролиз эфиров изменяет биологическую активность веществ.

3.2.2. Расщепление амидов кислот

Токсиканты, содержащие эфирные связи расщепляются в организме с большой скоростью (см. выше). Результатом такого расщепления является изменение токсичности ксенобиотиков. При синтезе новых токсикантов (пестицидов) для повышения их стабильности в организме в молекулу вместо эфирной, вводят амидную связь.

Некоторые ткани содержат энзимы, разрушающие и амидные группировки (печень: дезаминидазы). Однако активность ферментов, разрушающих амидные связи в тканях млекопитающих, низка и потому процесс метаболизма таких соединений проходит медленно.

3.2.3. Эпоксидгидролазы

Эпоксидгидролазы активируют превращение эпоксидов в трансдигидродиолы. Описаны микросомальная и цитозольная фракции энзима. Для осуществления превращения ксенобиотиков не требуется присутствие в среде кофакторов. Под влиянием энзима осуществляется гидролиз моноэпоксидов полициклических ароматических углеводородов. Образующиеся при этом дигидродиолы являются субстратами Р-450, которые превращают их в диэпоксиды:

Диэпоксиды являются более активными канцерогенами, чем исходные моноэпоксиды.

3.2.4. Другие гидролазы

В 1955 году Mounter et al. обнаружили в разных тканях и крови млекопитающих энзим (флюорогидролаза), активирующий отщепление от атома фосфора высокотоксичных фосфорорганических соединений (ДФФ, зарин, зоман и т.д.) атом фтора. Токсичность веществ, в процессе такого превращения, резко снижается (рисунок 10).

Рисунок 10. Гидролиз зарина при участии флюорогидролазы

Наивысшая активность энзима определяется в печени, наименьшая в мозге. Ионы Mg⁺², производные пиридина и имидазола повышают активность флюорогидролазы. Соли ртути, меди угнетают активность.

4. Вторая фаза метаболизма. Конъюгация

Превращение молекул в первой фазе биотрансформации усиливает их полярность, уменьшает способность растворяться в липидах. Уже только благодаря этому целый ряд чужеродных соединений лучше выделяется с мочой. Эффект еще более усиливается, когда к образовавшимся в ходе 1 фазы метаболизма продуктам присоединяются такие эндогенные вещества, как ацетат, сульфат, глюкуроновая кислота, глутатион и т.д. Как и энзимы l фазы метаболизма ксенобиотиков, энзимы ll фазы обладают слабой субстратной специфичностью и участвуют в превращениях большой группы химических веществ.

Рассматриваемую группу энзимов можно классифицировать следующим образом:

1. Энзимы, формирующие эфирные или амидные связи с промежуточными метаболитами:

- ацетил КоА: амин N-ацетилтрансфераза;

- сульфотрансфераза;

- УДФ-глюкуронозилтрансфераза.

2. Энзимы, активирующие конъюгацию веществ с глутатионом:

- глутатион S-трансферазы.

3. Энзимы, активирующие конъюгацию веществ с цистеином:

- цистеин-конъюгирующие -лиазы.

Общая характеристика реакций конъюгации ксенобиотиков представлена в таблице 4.

Таблица 4. Характеристика основных реакций конъюгации ксенобиотиков

Реакция

Присоединяемый агент

Функциональная группа ксенобиотика

А. Реакции, протекающие при участии активированных форм присоединяемых агентов
Конъюгация с глюкуроновой кислотой	УДФ-глюкуроновая кислота	-ОН; -СООН; NH2; -NR2; -SH; -CH
Конъюгация с глюкозой	УДФ-глюкоза	-ОН; -SH; COOH; =NH
Сулфатация	ФАФС	-ОН; -NH2; -SH
Метилирование	S-аденозилметионин	-ОН; -NH2
Ацетилирование	Ацети КоА	-ОН; -NH2
Детоксикация цианида	Сульфон-сульфид	-CN-
Б. Реакции, протекающие при участии активированных форм ксенобиотиков
Конъюгация с глутатионом	Глутатион	Ареноксиды; эпоксиды; галогенированные алкильные и арильные углеводороды
Конъюгация с аминокислотами	Глицин; глутамин; орнитин; таурин; цистеин	-СООН

(J. Caldwell, 1979)

В ряде случаев, в ходе метаболизма ксенобиотиков во ll фазе также образуются токсичные продукты (токсификация).