Значення цитохрому р-450 у метаболізмі ксенобіотиків

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ

"КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ"

Факультет біотехнології і біотехніки

Кафедра екобіотехнології та біоенергетики

РЕФЕРАТ

на тему: «Значення цитохрому р-450 у метаболізмі ксенобіотиків»

Виконала:

студентка 5 курсу

ФБТ, групи БЕ-31м

Лелеко І.Г.

Перевірила:

Гринюк І.І.

КИЇВ 2014



ЗМІСТ

ВСТУП

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА ЦИТОХРОМ Р-450- ЗАЛЕЖНОЇ СИСТЕМИ

2. МЕТАБОЛІЧНІ ПЕРЕТВОРЕННЯ, ЩО КАТАЛІЗУЮТЬСЯ МІКРОСОМАЛЬНИМИ ФЕРМЕНТАМИ ПЕЧІНКИ

3. ОКИСНЕННЯ ТА ВІДНОВЛЕННЯ МІКРОСОМАЛЬНИМИ МОНООКСИГЕНАЗАМИ

3.1 Основні ферменти мікросомальних електронтранспортних ланцюгів

3.2 НАДФН -залежні реакції окислення ксенобіотиків

3.3 НАДФН-залежні реакції відновлення ксенобіотиків

4. ВПЛИВ КСЕНОБІОТИКІВ НА АКТИВНІСТЬ МІКРОСОМАЛЬНИХ ФЕРМЕНТІВ

5. ХАРАКТЕРИСТИКА ЦИТОХРОМУ Р-4502E1

5.1 Властивості та фізіологічні функції цитохрома Р-4502E1

5.2 Kсенoбiomичнi субстрати цитохрому P-4502E1

5.3 Poль цитохрому P-4502E1 в ініціації оксидативного стресу та вільнорадикальної активації спиртів

5.4 Регуляція експресії цитохрому Р-4502Е1

5.5 Видові та індивідуальні відмінності в експресії цитохрому P-4502E1. Поліморфізм гена CYP2E1

5.6 Зміни активності цитoxpoму P-4502E1 за pізниx станів opгaнізму. Йoгo індуктоpи та інгібітори

ВИСНОВКИ

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ



ВСТУП

цитохром метаболізм ксенобіотик стрес

У промисловості, сільському господарстві, медицині та побуті використовуються більше 70 000 чужорідних для організму речовин, значна частина яких негативно впливає на людину. Більшість ксенобіотиків, що надходять до організму, метаболізуються. В першій окислювальній фазі метаболізму в їхній молекулі утворюється хімічно активна група, яка під час другої фази кон'югується з ендогенними молекулами. Ці метаболіти, здебільшого, хімічно менш активні і легко елімінуються з організму, хоча відомо багато прикладів утворення токсичних сполук. Для ферментів, які метаболізують ксенобіотики, також відомі ендогенні субстрати, тому шляхи обміну чужорідних речовин і ендобіотиків перетинаються [1].

Значною подією в біохімії ферментів можна вважати відкриття цитохрому Р-450. Трохи більше сорока років тому Гарфінкл та Клінгенберг встановили, що ендоплазматична сітка печінки експериментальних тварин містить невідому пігментну речовину, яка, відновлюючись, приєднує окис вуглецю і утворює комплекс з максимумом поглинання при 450 нм. Пізніше таку сполуку було названо Р-450, а коли була визначена його гемопротеіновая природа - цитохромом Р-450. Згодом виявилося, що цитохром Р-450 є простетичною групою ферментів, що відносяться до монооксигеназ (гідроксилаз). Вони широко поширені в живій природі, так як виявлені в різних таксономічних групах (безхребетні, хребетні тварини, рослини, бактерії). Їх локалізація у тварин не обмежується печінкою, а включає широке коло органів і тканин [2].

Найбільш дивовижною властивістю цитохром Р-450 залежних ферментів є те, що вони окиснюють велике число природних субстратів і практично всі ксенобіотики. Звідси значний інтерес до цієї проблеми виник не лише у біохіміків, але також у хіміків, молекулярних біологів і генетиків. У біохімії основна увага приділяється молекулярній організації, каталітичним властивостям і механізму дії ферментів. Хімічні аспекти пов'язані з вивченням фізико-хімічних властивостей субстратів і визначенням взаємозв'язку структура-активність ферментів, а також пошуком модельних систем для встановлення хімічних принципів активації молекулярного кисню, що імітують монооксигенази.

Не можна не відзначити ключову роль цитохром Р-450-залежних ферментів у фармакології. Вони настільки адаптовані до дослідницької роботи фармаколога, що отримали свою назву "ліки-метаболізуючі ферменти". Вони в багатьох випадках визначають активність ліків (проліків), їх фармакологічний профіль, а також побічну дія і толерантність.

Особливе увага до цих ферментних систем приділяється і в токсикології. Метаболіти, що утворюються в процесі монооксигеназного каталізу, справляють визначальний вплив на генетичні процеси, стан клітинного ділення (репродукцію, мутагенез, онкогенез) [2].

Отже, з вище сказаного, можна зробити висновок, що питання пов'язане з вивченням будови, форм та функціонування цитохрому P-450 є досить актуальним.

Метою даної доповіді є огляд літератури щодо системи міросомальних ферментів, зокрема цитохрому Р-450.

Основним завданням є характеристика ферментних систем, що беруть участь у перетворенні ендогенних та чужорідних (ксенобіотичних) речовин, опис реакцій та перетворень, що відбуваються за участю цитохрому Р-450, характеристика будови та регуляції цитохрому Р-450, наведення вплив ксенобіотиків та функціонування мікросомальних ферментів, опис деяких клінічних аспектів.



1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА ЦИТОХРОМ Р-450- ЗАЛЕЖНОЇ СИСТЕМИ

Монооксигеназна система, до якої належать цитохроми Р-450 та b5, NADРН- і NADН-редуктази, є неперевершеною за різноманітністю субстратів їхньої дії і типів реакцій. З усіх її компонентів лише цитохром Р-450 (неспецифічна монооксигеназа) здатен активувати молекулярний кисень за участю електронів, донором яких є NADРН і (або) цитохром b5. Цитохроми Р-450 -- це група структурно подібних гемотіолатних білків, у яких атом заліза координується чотирма зв'язками з ядром протопорфірину IX, п'ятим лігандом заліза є тіольна група (залишок цистеїну) білкової частини ферменту, а шостим -- молекула води, яка може заміщуватись на молекулу кисню. Каталітичну активність цитохроми виявляють за присутності фосфоліпідів, які стабілізують фермент у функціонально активній конформації [1].

Всі цитохроми Р-450 містять консервативне структурне ядро, яке відповідає за зв'язування гемового заліза і за варіабельні місця на ділянках, які асоційовані з розпізнаванням субстрату та зв'язуванням редокс-партнера. Будова субстратзв'язувальної частини молекули визначає субстратну вибірковість різних форм цитохрому. В цитохромі Р-4502Е1 залишки Sеr129, Lеu-209 та Рhе-477 є критичними для орієнтації субстрату в активному центрі та його каталітичної дії.

Каталітичний цикл цитохрому Р-450 наведено на рисунку 1.1.



Рисунок 1.1 Каталітичний цикл цитохрому Р-450 [3]

На першій стадії окислена форма ферменту асоціюється із субстратом, утворюючи фермент-субстратний комплекс (RН)Fе3+, що підтверджується спектральними змінами в молекулі. Більшість субстратів спричинюють зміни першого типу внаслідок збільшення частки високоспінової форми ферменту. На другій стадії спостерігається відновлення комплексу електроном, який передається NADРН-редуктазою (цихротом b5 на цій стадії не бере участі), і утворення відновленого комплексу (RH)Fе2+. До нього (третя стадія) приєднується кисень і утворюється комплекс (RН)Fе2+O2, який в четвертій стадії після перенесення електронів із заліза на кисень перетворюється на комплекс (RН)Fе3+O2, (можлива також його дисоціація і виділення суперок- сидного радикала). На п'ятій стадії попередній комплекс відновлюється ще одним електроном, який надходить від NADРН-редуктази або цитохрому b5, з утворенням пероксикомплексу (RН)Fе3+O2=. Потім (шоста стадія) за участю двох протонів відбувається гетеролітичний розрив зв'язку O-O з вивільненням води і утворенням комплексу RН(Fе-O)3+, в якому міститься електрондефіцитний (шестиелектронний) оксеноїдний атом кисню. Під час цих процесів також можлива дисоціація комплексу (RН)Fе3+O2= з виділенням пероксиду водню. Oксеноїдний комплекс RН(Fе-O)3+ вважається найважливішим окисником у циклі цитохрому Р-450. 0дним із поширених шляхів його взаємодії з молекулою субстрату є вивільнення атома водню з утворенням радикала субстрату і координованого із залізом гідроксильного радикала -- R•(Fе0Н)3+ (стадія 7) з наступною рекомбінацією їх, за якої гідроксильна група включається в молекулу субстрату R0Н(Fе3+), після чого окислений субстрат відділяється від ферменту (стадія 8). 0днак можливе і безпосереднє включення атома кисню у зв'язок С-Н, відокремлення гідрид-іона і проміжне утворення карбонієвого іона. Шлях, яким відбуватиметься реакція, визначається будовою субстрату [1].

Оксеноїдний комплекс -- не єдиний окисник у каталітичному циклі цитохрому Р-450; такі властивості притаманні і іншим гіпервалентним комплексам заліза: нуклеофільному пероксизалізу, нуклеофільному або електрофільному гідропероксизалізу, кожний з яких специфічно взаємодіє із субстратом.

Різні типи окисників забезпечують різноманітність механізмів окислення субстратів, широку субстратну специфічність монооксигеназ та значний набір продуктів реакції (рисунок 1.2).

Рисунок 1.2 Окисники в каталітичному циклі цитохрому Р-450 [4]

Особливістю монооксигеназної системи є істотна видова і індивідуальна варіабельність, органна та тканинна специфічність, яка здебільшого пояснюється різним набором ізоферментів. Близько 40% чужорідних для організму речовин за метаболізму каталізується поліморфними ферментами, чим зумовлюються індивідуальні і етнічні розбіжності в їхній фармакокінетиці, фармакодинаміці й токсичності. Що стосується ліків, то поліморфізм цитохрому Р-450 може бути причиною таких процесів: 1) надмірного терапевтичного ефекту внаслідок сповільненої метаболічної інактивації ліків в осіб зі зниженою активністю ферментів (“повільних метаболізаторів”); 2) зменшення ефекту лікарських препаратів через прискорення інактивації в осіб з аномально високою активністю ферментів (“швидких метаболізаторів”); 3) збільшення токсичності ліків швидкими метаболізаторами і утворенням токсичних метаболітів; 4) підвищення їхньої токсичності за повільної метаболізації, якщо сам препарат є отрутою; 5) утворення токсичних метаболітів у разі перерозподілу звичайних шляхів метаболізму ліків. Уповільнений обмін речовин здебільшого спостерігається за наявності мутантних алелей гена “зі втраченою функцією”, який кодує білок зі зниженою ферментативною активністю, а ультрашвидкий метаболізм може обумовлюватись дублюванням гена або збільшенням його активності [5]. Проміжні метаболізатори, переважно, є гетерозиготними або несуть алелі з мутаціями, які помірно зменшують активність ферментів.

Різні форми цитохрому Р-450 характеризуються невисокою субстратною специфічністю, що ускладнює їхню класифікацію. Тому систематизація множинних форм ферменту грунтується на спільності походження генів і подібності амінокислотного складу білків. Цитохром Р-450 -- це суперсімейство ферментів, в якому у тварин, рослин, грибів та бактерій налічується більше 300 сімейств та підсімейств і понад 1925 представників. Тільки в людини виявлено більше 55 генів та 29 псевдогенів цитохрому, а в мишей 63 та 21 відповідно. До сімейства включають такі білки, подібність амінокислотного складу яких становить близько 40%, до підсімейства -- білки, подібність амінокислотного складу яких перевищує 55%. У межах підсімейства вона становить понад 65%. Для генів цитохрому Р-450 і продуктів їхньої експресії використовують абревіатуру CYP (від виразу cytochrome P-450) з позначенням сімейства цифрою, підсімейства -- буквою латинського алфавіту, індивідуального гена -- цифрою, яка стоїть після назви підсімейства. Множинні форми CYP, які метаболізують ксенобіотики у ссавців, належать до сімейств CYP1, CYP2, CYP3. Найчисленнішим із них є сімейство, яке включає підсімейства 2А, 2В, 2C, 2D, 2Е, 2F, 2G, 2J тощо [1].



2. МЕТАБОЛІЧНІ ПЕРЕТВОРЕННЯ, ЩО КАТАЛІЗУЮТЬСЯ МІКРОСОМАЛЬНИМИ ФЕРМЕНТАМИ ПЕЧІНКИ

В організмі тварини чужорідні органічні сполуки зазнають широкий ряд метаболічних перетворень, багато з яких каталізується ферментами ЕПР (мікросомальна фракція) печінки. Тому метаболічні перетворення чужорідних сполук можна узагальнено підрозділити на перетворення, які каталізуються ферментами ЕПР печінки і, ймовірно, інших тканин (мікросомальні), і на перетворення, які каталізується ферментами, локалізованими в інших місцях (немікросомальні). Грунтуючись на хімічній природі цих реакцій, їх більш детально можна класифікувати наступним чином [6].

 Окиснення мікросомальними ферментами: гідроксилювання ациклічних, ароматичних і аліциклічних сполук, епоксидування, N- гідроксилювання амінів, N-окиснення третинних амінів, S-окиснення, дезалкілування, дезамінування та сульфування.

Відновлення мікросомальними ферментами: відновлення нітро- та азосполук.

Немікросомальне окиснення: дезамінування, окиснення спиртів і альдегідів, ароматизація аліциклічних сполук.

Немікросомальне відновлення: відновлення альдегідів і кетонів.

Гідроліз: гідроліз складних ефірів та амідів за участю мікросомальних і немікросомальних ферментів.

Інші реакції: відбуваються багато інших перетворень, але недостатнє знання їх механізмів і локалізації ферментів, що приймають в них участь не дозволяє дати більш повну їх класифікацію. До цих реакцій відносяться дегідроксилювання катехолу і гідроксамових кислот, дегалогенування, розрив кільця, утворення кільця, відновлення ненасичених сполук, відновлення дисульфідів в меркаптанів, окисне розщеплення миш'якових сполук у арсеноксиди та ін. [6].

Продукти цих метаболічних перетворень потім можуть піддаватися:

а) виділенню без подальших змін;

б) кон'югації з подальшим виділенням;

в) метаболізму в процесі проміжного обміну або з'єднанню з тканинами.

Сполуки, особливо з декількома функціональними групами, можуть метаболізуватися за допомогою більш ніж однієї з цих реакцій, даючи ряд різних метаболітів. [6]



3. ОКИСНЕННЯ ТА ВІДНОВЛЕННЯ МІКРОСОМАЛЬНИМИ МОНООКСИГЕНАЗАМИ

Мікросомальні оксидази - ферменти, локалізовані в мембранах гладкого ЕР, що функціонують в комплексі з двома зовнішньомітохондріальними ланцюгами переносу електронів. Ферменти, що каталізують відновлення одного атома молекули О2 з утворенням води і включення іншого атома кисню в сполуку, що окиснюється, отримали назву мікросомальних оксидаз зі змішаною функцією або мікросомальних монооксигеназ [7].

3.1 Основні ферменти мікросомальних електронтранспортних ланцюгів

Мікросомальна система не містить розчинних у цитозолі білкових компонентів, всі ферменти - мембранні білки, активні центри яких локалізовані на цитоплазматичнії поверхні ЕР. Система включає кілька білків, що входять до електронтранспортного ланцюга. У ЕР існують два такі ланцюги, перший складається з двох ферментів - NADPH-P450 редуктази і цитохрому Р450, друга включає фермент NADH-цитохром-b5 редуктазу, цитохром b5 і ще один фермент - стеароїл-КоА-десатуразу [7].

Монооксигенази, в яких роль простетичної групи виконує цитохром Р-450, залежно від місця локалізації можна розділити на три групи [2].

1. Мікросоми печінки НАДФН > Флавонопротеід II > Негеміновий Fe-білок > Цитохром Р-450 > О2.

2. Мітохондрії наднирників НАДФН > Флавонопротеід III > Адренодоксина Цитохром Р-450 > О2.

3. Бактеріальні монооксигенази НАДФН > Флавонопротеід III > Путідаредоксин > Цитохром Р-450 > О2.

Електронтранспортний ланцюг - NADPH-P450 редуктаза - цитохром Р450. У більшості випадків донором електронів (e) для цього ланцюга служить NADPH, що, окиснюється NАDРН-Р450 редуктазою. Фермент в якості простетичної групи містить 2 кофермента - флавінаденінди-нуклеотид (FAD) і флавинмононуклеотид (FMN). Протони і електрони з NADPH переходять послідовно на коферменти NADPH-P450 редуктази. Відновлений FMN (FMNH2) окиснюється цитохромом Р450 (див. схему нижче). [7]

Цитохром Р450 - гемопротеин, що містить простетичну групу гем і має ділянки зв'язування для кисню і субстрату (ксенобіотика).

Субстрат, що окиснюється (донор електронів) для NADH - цитохром b5-редуктази - NADH (схема 3.1). Протони і електрони з NADH переходять на кофермент редуктази FAD, наступним акцептором електронів служить Fe3+ цитохрому b5. Цитохром b5 в деяких випадках може бути донором електронів для цитохрому Р450 або для стеароїл-КоА-десатурази, яка каталізує утворення подвійних зв'язків у жирних кислотах, переносячи електрони на кисень з утворенням води (рис. 3.1 ) [7].



Рисунок 3.1 Електронтранспортні ланцюги ЕР. RH - субстрат цитохрому Р450; стрілками показані реакції перенесення електронів. В одній системі NADPH окиснюється NADPH цитохром Р450-редуктазою, яка потім передає електрони на ціле сімейство цитохромів Р450. Друга система включає в себе окиснення NADH цитохром b5-редуктазою, електрони переходять на цитохром b5; відновлену форму цитохрому b5 окиснює стеароїл-КоА-десатураза, яка переносить електрони на О2.

NADH-цитохром b5 редуктаза - двухдоменний білок. Глобулярний цитозольний домен пов'язує простетичну групу - кофермент FAD, а єдиний гідрофобний "хвіст" закріплює білок в мембрані.

Цитохром b5 - гемовмісний білок, який має домен, локалізований на поверхні мембрани ЕР, і короткий "занурений" в ліпідному бішарі спіралізований домен.

NADH-цитохром b5-редуктаза і цитохром b5, будучи "зануреними" білками, не фіксовані строго на певних ділянках мембрани ЕР і тому можуть змінювати свою локалізацію [7].

Число субстратів, що приймають участь у монооксигеназному каталізі дуже значне. Тому прийнято розділяти його на певні типи реакцій (таблиця 3.1) [8] .



Таблиця 3.1

З хімічної структури субстратів і продуктів їх окиснення (метаболітів) очевидно, що такі реакції можуть здійснюватися як з ендогенними, так і з чужорідними (ксенобіотики) речовинами. До першої групи належать стероїди, жирні кислоти, жовчні кислоти, простагландини, лейкотрієни, біогенні аміни, ретиноїди, гідроперикиси ліпідів.

До другої групи відносяться багато синтетичних і природних лікарських засобів, пестициди, гербіциди, промислові отрути, відходи промислових підприємств, харчові добавки і т. д. [9].

З фізіологічної точки зору, реакції гідроксилювання ксенобіотиків спрямовані на захист живих систем від накопичення в них гідрофобних сполук. Однак у багатьох випадках ці реакції призводять до утворення проміжних реакційноздатних активних метаболітів, продуктів неповного відновлення кисню, які хімічно модифікують макромолекули і стимулюють реакції перекисного окислення. Все це служить причиною прояву різних видів токсичності, канцерогенезу, мутагенезу, тератогенезу і алергій.

Отже, цитохроми Р450 відіграють надзвичайно важливу роль у підтримці стаціонарного рівня ендогенних лігандів, викликаючи лігандомодулюючу транскрипцію генів, визначаючи тим самим зростання, диференціацію, апоптоз, а також клітинний гомеостаз і нейрогуморальну функцію.

Виходячи із загальних положень біохімії про субстратній специфічності ферментів (абсолютна і відносно широка) все ж важко припустити навіть для другого випадку, що каталітичне окиснення таких численних за хімічною структурою субстратів може здійснюватися одним цитохром Р450-залежним ферментом.

Спочатку для доказу існування цитохрому Р450 в різних ізоформах були використані його індуктори. Кількість речовин, що викликають індукцію монооксигеназ, які окиснюють ксенобіотики, перевищує кілька сотень [10].

Це різні по хімічній природі і біологічній дії сполуки. Єдиною загальною властивістю для них є те, що вони жиророзчинні і в значних кількостях накопичуються в ендоплазматичної сітці клітин. Таке виборче надходження речовин в цитомембрани сприяє взаємодії ферменту з субстратом. Чим довше субстрат знаходиться в організмі, тим триваліше його контакт з ферментом, і, отже, більш високий рівень його індукції. Можна припустити, що індукція в своїй основі носить пристосувальний характер, оскільки призводить до збільшення швидкості метаболізму ксенобіотиків, тобто до прискорення їх елімінації з організму [8].

Дослідження, проведені з класичними індукторами (фенобарбітал-3-метилхолантрен) цитохрому Р450, а також спектральними характеристики комплексів фермент - субстрат показали, що в одному і тому ж біологічному об'єкті цей гемопротеин існує в декількох різновидах. Такий висновок призводить до подальших питань, що стосуються насамперед кількості цих ізоферментів і можливості їх класифікації.

Виявилося, що множинні форми цитохрому Р-450 в порівнянні з іншими ферментами мають відносно невисоку субстратную специфічність і часто один і той же субстрат окиснюється різними ізоформами. На жаль, відсутні і специфічні по відношенню до тих чи інших ізоформам цитохрому індуктори або інгібітори. Все це ускладнює класифікацію ізоформ цитохрому Р450 [8].

3.2 НАДФН -залежні реакції окислення ксенобіотиків

Мікросомальні ферментні системи каталізують наступні реакції окислення (гідроксилювання) ксенобіотиків.

Окисне деалкілування. Воно пов'язане найчастіше з відщепленням алкільних груп від атомів N, О і S в молекулі ксенобіотика.

N-деалкілування - основний спосіб метаболізму вторинних і третинних амінів. Ці реакції найбільш докладно вивчені стосовно до наркотиків і анальгетиків. Наприклад, деметилювання морфіну по азоту призводить до утворення норморфіна і альдегіду (реакція 3.1) [11]:

(3.1)

Дана реакція, як і всі наступні НАДФН-залежні реакції окиснення, протікають за участю цитохрому Р-450 і флавопротеїну [12].

О-Деалкілування ксенобіотиків проходить за загальною схемою (реакція 3.2):



SOCH3 >SOH + альдегид (3.2)

За принципом О-деметилювання в печінці людини метаболізуються кодеїн, колхіцин, папаверин та інші препарати. В результаті О-деметилювання кодеїну утворюється морфін, що пояснює знеболюючу дію кодеїну(реакція 3.3) [11]:

(3.3)

N-Окиснення. Багато лікарських речовини містять у своєму складі атом азоту, окиснення якого змінює як фармакологічні, так і токсичні властивості ксенобіотиків. Утворення N-оксидів характерне для первинних, вторинних і третинних амінів, однак цитохром Р-450 здатний окиснювати тільки первинні аміни (реакція 3.4) [11]:

(3.4)

Окислювальне дезамінування. Відщеплення амінних груп від лікарських препаратів найчастіше призводить до втрати фармакологічного ефекту. Що стосується токсичної дії, то воно може і зменшитися, і збільшитися в залежності від будови вихідної речовини. Найбільш вивченою реакцією окиснювального дезамінування в мікросомах печінки є метаболізм амфетаміну (реакція 3.5) [11]:

(3.5)

Окиснення і десульфування. Це найменш вивчений тип монооксигеназних реакцій. Проте участь в цих реакціях цитохрому Р-450 було доведено за допомогою інгібіторного аналізу. Прикладом 5'-окиснення можна навести метаболічне перетворення хлорпромазина (реакція 3.6) [11]:

(3.6)

Реакція десульфування, тобто заміщення сірки киснем, також протікає за участі цитохрому Р-450 за схемою (реакція 3.7):

(3.7)

3.3 НАДФН-залежні реакції відновлення ксенобіотиків

Реакції відновлення в ЕПР протікають за участю НАДФН-залежного флавопротеїну і цитохрому Р-450. Найбільш часто зустрічається відновлення нітро-і азосполук:



4. ВПЛИВ КСЕНОБІОТИКІВ НА АКТИВНІСТЬ МІКРОСОМАЛЬНИХ ФЕРМЕНТІВ

Багато чужорідних речовин, потрапляючи в організм, впливають на синтез або активність мікросомальних монооксигеназ. Більшість з них є індуцібельними ферментами, які регулюються ендогенними метаболітами. Разом з тим є велика кількість ксенобіотиків, що викликають індукцію їх синтезу. Ефект особливо важливий при дії фармакологічно активних речовин на такі ферменти, як цитохром Р-450. Деякі з цих препаратів представлені в табл. 4.1[11] .

Таблиця 4.1

Індуктори мікросомальних монооксигеназ

Лікарський препарат	Фармаокологічний ефект
Барбітурати, ноксирон	Седативний, снотворний
Фторатан, метоксифлуран	Засоби для наркозу
Кордиамін,фенамін	Стимулятори ЦНС
Мепробамат,сибазон	Транквілізатори, нейролетики
Бутамід, букарбон	Гіпоглікімічні засоби
Бутадіон	Протизапалювальні засоби
Мебедрол	М'язевий релаксант

Всі індуктори монооксигеназ поділяють на дві групи: індуктори широкого спектру дії та індуктори вузького спектру дії.

До першої групи відносяться похідні барбітурової кислоти, що володіють здатністю посилювати біотрансформацію багатьох ксенобіотиків за рахунок індукції синтезу цитохрому Р- 450. Одним з представників другої групи індукторів є метилхолантрен та інші ароматичні вуглеводні. Вони індукують синтез однієї молекулярної форми цитохрому, саме цитохрому Р-448, відсутнього у інтактних тварин. Ця форма ферменту має вузьку субстратную специфічність і каталізує процеси біотрансформації фенантрена, бензантрацена і деяких піренів.

Таким чином, лікарські речовини не тільки метаболізуються монооксигеназними системами, але й змінюють активність або синтез ферментів біотрансформації.

Цей феномен пояснює звикання до лікарських препаратів, що має місце, коли метаболіти останніх фармакологічно неактивні. Наприклад, фенобарбітал індукує синтез цитохрому Р- 450, причому утворюються гідроксібарбітурати фармакологічно неактивні. Для досягнення фармакологічного ефекту необхідно збільшувати дозу препарату. Інша ситуація складається в тому випадку, якщо саме метаболіти лікарського препарату виявляються фармакологічно активними . Той же фенобарбітал, посилюючи синтез цитохрому Р- 450, сприяє збільшенню фармакологічного ефекту цих метаболітів [11].



5. ХАРАКТЕРИСТИКА ЦИТОХРОМУ Р-4502E1

5.1 Властивості та фізіологічні функції цитохрома Р-4502E1

Білок цитохром Р-4502Е1 є продуктом гена CYP2E1, який відділився від генів підсімейства CYP2C майже 230 млн. років тому [14]. Молекула цитохрому Р-4502Е1 печінки людей включає 493 амінокислотних залишки, має молекулярну масу 56 849 Да і 78%-ву амінокислотну подібність до білків щурів та мишей. Між ферментами останніх спостерігається 92% амінокислотної гомології. У людини ген СУР2Е1 локалізується на 10-й хромосомі і містить 11 413 пар основ, 9 екзонів та типовий ТАТА-бокс. За каталітичними властивостями ортологічні форми ферменту людини, кролів, щурів, мишей і хом'яків практично тотожні [1].

Цитохром Р-4502Е1 у людини та щурів експресується в печінці, легенях, нирках, тонкому кишечнику, кістковому мозку, простаті, яєчках, матці, плаценті, гіпокампі, корі головного мозку та слизовій оболонці носа. Експресія його в печінці починається відразу після народження людини. В печінці ізофермент переважно локалізується перицентрально, а в гепатоцитах -- в ендоплазматичному ретикулумі і, в незначній кількості, в інших компартментах [1].

Фізіологічні функції цитохрому Р-4502Е1 вивчено недостатньо. Доведено його участь в адаптації організму до високих концентрацій етанолу через здатність каталізувати окислення спирту до ацетальдегіду (реакція 5.1) та ацетату (реакція 5.2) [13]:

(5.1 та 5.2)



Механізм окислення етанолу включає: взаємодію його молекули з оксеноїдним комплексом ферменту, елімінацію атома водню, утворення гемінального діолу та дегідратацію останнього до ацетальдегіду [3]. Якщо утворений в першій реакції діол, знову окислюється, то синтезується оцтова кислота. Окиснюватись може безпосередньо і ацетальдегід, але після попередньої гідратації до діолу (рисунок. 5.1)

Рисунок 5.1 Механізм окиснення етанолу та ацетальдегіду цитохромом Р-450Е1

Важливою функцією цитохрому P-4502E1 є його участь у перетворенні ацетону на молочну кислоту. Цей шлях має істотне значення в синтезі глюкози під час голодування та за інших станів організму, які супроводжуються гіперкетонемією. Фермент каталізує послідовне гідроксилювання ацетону з утворенням ацетолу і метилгліоксалю, а останній за участю гліоксалази I (лактоїлглутатіонліази -- КФ 4.4.1.5) та гліоксалази II (гідроксіація глутатіонгідролази -- КФ 3.1.2.6) перетворюється на молочну кислоту (рис. 5.2).



Рисунок 5.2 Участь цитохрому P-4502E1 у перетворенні ацетону на молочну кислоту

Провідну роль P-4502E1 в утилізації ацетону показано на мишах, нокаутованих за геном CYP2E1, у яких під час голодування вміст ацетону у крові підвищується у 28 разів, тоді як у мишей дикого типу -- лише у 2,5--4,4 раза [1].

Цитохром P-4502E1 каталізує гідроксилювання лінолевої і арахідонової кислот [20], бере участь у катаболізмі дофаміну в мозку, активує перетворення індолу на індоксил (попередник індикану). Гідропероксиди жирних кислот також належать до фізіологічних субстратів цитохрому P-4502E1, який в анаеробних умовах розщеплює їх з утворенням альдегідів та алканів (рис. 5.3).

Рисунок 5.3 Bіднoвлeння гідpoпepoкcидів жирних кислот

Цим, очевидно, пояснюється наявність останніх у видихуваному повітрі тварин та людини, а також підвищення їхнього рівня внаслідок активації пероксидації ліпідів.

5.2 Kсенoбiomичнi субстрати цитохрому P-4502E1

Цитохром P-4502E1 здатен метаболізувати величезну кількість невеликих органічних молекул (на сьогодні їх відомо понад 100), здебільшого з утворенням реакційноздатних метаболітів. У таблиці 5.1 наведено приклади ендогенних та ксенобіотичних субстратів ферменту; деякі з них використовують як його маркери.

Таблиця 5.1

Приклади ендогенних та ксенобіотичних субстратів ферменту [1]

Класи сполук	Субстрати цитохрому Р-4502Е1
Спирти, альдегіди, кетони, прості ефіри	Етанол, метанол, пропанол, бутанол, гліцерол, ацетальдегід, бутанон, ацетон, ацетол, ацетоацетат, діетиловий ефір, метил-трет-бутиловий ефір.
Ароматичні сполуки	Парацетамол, анілін, бензол, кофеїн, ізоніазид, хлорзоксазон, фенол, w-нітрофенол, піридин, піразол, стирол, толуол, етилбензол, ксилол, кумол, хлорбензол, метиланізол.
Жирні кислоти	щ -1- та щ -2-гідроксилювання арахідонової кислоти і щ -1-гідроксилювання лауринової кислоти.
Алкани, алкени та їхні галогенопохідні	Гексан, пентан, етан, 1,3-бутадієн, тетрахлорметан, хлороформ, дихлорметан, дихлоретан, трихлоретан, трихлоретилен, вінілхлорид, інгаляційні анестетики (фторотан, енфлуран, метоксифлуран, севофлуран).
Нітрозаміни і азосполуки	N-диметилнітрозамін, N-діетилнітрозамін, N-нітрозо-2,3-диметилморфолін, N-нітрозопіролідин, N-нітрозобензилметиламін, метилазоксиметанол, азоксиметан.
Різні речовини	N-диметилацетамід, N-диметилформамід, тіоацетамід, етилкарбамат, ацетонітрил, акрилонітрил, уретан.
Субстрати, що відновлюються	Тетрахлорметан, третбутилгідропероксид, гідропероксид кумолу, гідропероксиди жирних кислот, хром (VI), кисень.

Цитохром Р-4502Е1 є основним каталізатором активації нітрозамінів із короткими алкільними ланцюгами (N-нітрозодиметиламіну, N-нітрозометилетиламіну, N-нітрозодіетиламіну) до мутагенних та канцерогенних метаболітів. Він активує реакції б-C-гідроксилювання, щ-гідроксилювання, N-деалкілування, N-окислення нітрозамінів з утворенням алкіл(арил)діазонієвих іонів, після розщеплення яких утворюються електрофільні частинки, здатні алкілувати (арилувати) нуклеофільні центри в ДНК та білках.

Крім того, фермент каталізує утворення епоксидних метаболітів бензолу, стиролу, бромбензолу і ксилолу; метилгідроксилювання толуолу та гепатотоксичну активацію бромбензолу; епоксидацію і утворення ціанідів з акрилонітрилу. Він також бере участь у перетворенні бензолу на токсичний епоксид, а за окислення його метаболіту фенолу -- на катехоли та гідрохінони, які в редокс-циклах генерують семіхінонні радикали та активні форми кисню.

Цитохром P-4502E1 каталізує перетворення парацетамолу на токсичний метаболіт N-ацетил-n-бензохінонімін, при цьому токсична дія лікарського препарату тісно корелює з активністю ферменту, зокрема в печінці щурів. Він також бере участь у перетворенні інгаляційних анестетиків -- галотану (фторотану), севофлурану і енфлурану -- на високотоксичні метаболіти (трифтороцтову кислоту, трифторацетилхлорид та ін.), які ацилюють білки і спричинюють утворення неоантигенів та розвиток автоімунного ураження печінки [1].

5.3 Poль цитохрому P-4502E1 в ініціації оксидативного стресу та вільнорадикальної активації спиртів

Всі цитохроми P-450, передусім 2E1, здатні відновлювати молекулярний кисень і за відсутності субстрату (футильний цикл, “негерметичний” фермент). Як випливає з рис. 1.2, вивільнення одного електрона відбувається з діоксигенового комплексу (Fe2+O2RH > Fe3+RH + O2-), а двох електронів -- із комплексу Fe3+O2=RH, коли замість молекули води, елімінується пероксид водню [3].

Унаслідок високої оксидазної активності цитохром P-4502El потенціює утворення гідроксильних радикалів у модельній системі Фентона і прискорює залежний від них метаболізм етанолу та диметилсульфоксиду [14]; за його присутності стимулюється пероксидація ліпідів у мікросомах і ліпосомах, а також у суспензії ліпопротеїнів [14].

Гостре або хронічне введення етанолу тваринам, як і алкоголізація у людини, призводить до накопичення у тканинах продуктів пероксидації ліпідів та виснаження антиоксидантної системи організму [44]. При цьому алкоголь не лише стимулює пероксидацію ліпідів, але є джерелом вільних радикалів. Мікросомна фракція печінки щурів активно окислює етанол, пропанол, бутанол з утворенням гідроксіетильного, гідроксипропільного та гідроксибутильного радикалів відповідно. Утворення 1-гідроксіетильного радикала з етанолу повністю залежить від цитохрому P-450 та NADPH-редуктази, причому найвища активність притаманна цитохрому P-4502E1 (r = 0,73). Генерація 1-гідроксіетильного радикала посилюється етанолом або ацетоном і гальмується діетилдитіокарбаматом та антитілами до цитохрому P-4502E1 [1].

Утворення 1-гідроксіетильного радикала за участю цитохрому Р-4502Е1 відбувається за двома механізмами. Один із них пов'язаний з окисленням етанолу без участі ферменту [45]. Джерелом гідроксильних радикалів в такому випадку є NADPH-оксидазна активність цитохрому Р-4502Е1, унаслідок чого у футильному циклі продукуються значні кількості O2- і пероксиду водню, а останній в реакціях Фентона та Хабера--Вейса легко перетворюється на гідроксильний радикал [44]. Інший механізм утворення останнього в печінці пов'язаний з каталітичним циклом ферменту [3, 44]. Вважається, що комплекс (P-4502E1-(FeO)3+) може безпосередньо окислювати етанол до гідроксіетильних радикалів (рис. 5.4), яким притаманна мембранотоксична дія, утворення ковалентних аддуктів із білками і поява неоантиантигенів, модифікація нуклеїнових кислот, гальмування активності антиоксидантних ферментів, а в разі взаємодії з молекулярним киснем -- утворення пероксильного радикала [41, 44--46].

Рисунок 5.4 Утворення 1-гідроксіетильного та пероксильного радикалів з етанолу за участю цитохрому Р-4502Е1

На системному рівні продукція вільних радикалів під час метаболізму етанолу стимулює фіброгенез у печінці, розвиток автоімунних реакцій, активує мутагенез та канцерогенез [1].

5.4 Регуляція експресії цитохрому Р-4502Е1

Ген CYP2E1 печінки транскрипційно активується протягом першого дня після народження щурів, а надалі його базальна експресія залишається порівняно стабільною упродовж усього життя [15]. Однак рівень цитохрому Р-4502Е1 істотно змінюється залежно від метаболічної ситуації в організмі. Під впливом етанолу, ацетону і деяких інших субстратів та індукторів вміст його може підвищуватись на порядок.

Регуляція експресії цитохрому Р-4502Е1 є складною. Вона включає як трансляційні та пострансляційні механізми (активація трансляції і стабілізація його молекули), так і транскрипційні (стимуляція транскрипції і стабілізація мРНК) [1]. Дані літератури щодо особливостей впливу ксенобіотиків на експресію цитохрому Р-4502Е1 є неоднозначними. В багатьох роботах показано, що введення тваринам етанолу, ацетону, імідазолу, 4-метилпіразолу, піридину, як і за культивування гепатоцитів, зумовлює значне збільшення вмісту ферменту без відповідного підвищення рівня мРНК. Це дозволяє дійти висновку, що збільшення вмісту цитохрому Р-4502Е1 є наслідком посттрансляційної стабілізації його молекули і сповільнення її деградації. Однак відомі також дані щодо можливості посилення синтезу ферменту de novo. Одночасне підвищення рівня мРНК та цитохрому Р-4502Е1 виявлено в печінці людей, які зловживали алкоголем; у хом'яків, за впливу на них етанолу та піразолу; у щурів, що отримували метамфетамін; у митей і щурів, за дії на них, відповідно, ізоніазиду або піридину. Зазначені протиріччя, згідно з даними деяких дослідників [54, 55], можна пояснити тим, що низькі дози етанолу підвищують вміст цитохрому Р-450 унаслідок посттрансляційної стабілізації його молекули, в той час як високі -- інтенсифікують експресію цитохрому Р-4502Е1 на рівні транскрипції. Певна суперечливість даних, очевидно, пов'язана з видовими особливостями регуляції експресії генів та неоднаковими механізмами дії різних індукторів.

Для прикладу розглянемо механізм регуляції активності цитохрому Р-450 на посттрансляційному рівні через лігандну стабілізацію молекули. Цей шлях регуляції його вмісту у клітині, вірогідно, найістотніший, оскільки він належить до білків з короткою тривалістю життя. Помічено, що за відсутності ліганду Р-4502Е1 швидко інактивується, причому є коротка (близько 6 год) та довга (майже 37 год) фази кінетики гальмування активності ферменту [1]. Виявилось, що інактивація цитохрому Р-4502Е1 тісно пов'язана з фосфорилуванням. Протеїнкіназа А фосфорилує фермент за залишком серину 139, унаслідок чого відбувається швидка втрата його каталітичної активності, тобто цей процес відіграє роль вимикача активності ферменту [5]. Фосфорилований білок атакується убіквітиновою системою за амінокислотними залишками 317--340 його цитозольного домену, після чого швидко протеолізується до амінокислот за участю убіквітин-протеасомної системи. Введення в організм етанолу попереджає фосфорилування цитохрому Р-4502Е1 і тим самим уповільнює його протеоліз, підвищуючи вміст функціонально активних молекул. Відомо, що етанол безпосередньо блокує активність протеасомних протеаз. На рис. 5.5 наведено основні етапи деградації цитохрому Р-4502Е1 і можливі етапи дії на організм етанолу.

Рисунок 5.5 Деградація цитохрому Р4502Е1 через убіквітинпротеасомну систему та вплив етанолу на цей процес

Транскрипційний механізм регуляції експресії цитохрому Р-4502Е1 здебільшого притаманний фізіологічним чинникам, зокрема інсуліну, глюкагону, гормону росту, лептину і епідермальному фактору росту. Інсулін, потужний інгібітор експресії Р-4502Е1, у культурі гепатоцитів знижує вміст мРНК цього білка. Безпосередній ефект його пов'язаний з посиленням деградації мРНК ферменту (зокрема період напіврозпаду її скорочується з 48 до 15 год) і, можливо, з гальмуванням транскрипції мРНК. Водночас глюкагон у первинній культурі гепатоцитів щурів інтенсифікує майже в 7 разів утворення мРНК Р-4502Е1.

Тиреоїдні гормони, в т.ч. трийодотиронін, активують експресію цитохрому Р-4502Е1 у культурі гепатоцитів, причому цей ефект також асоціюється зі збільшенням тривалості життя його мPHK. Чоловічі статеві гормони стимулюють експресію гена СYP2E1, що до деякої міри пояснює вищу активність цього цитохрому в печінці самців. Додавання цитокінів до культури гепатоцитів щурів знижує як рівень ферменту, так і мPHK , але інтерлейкін-4, навпаки, підвищує експресію ферменту в печінці, стимулюючи транскрипцію його мPHK [1].

5.5 Видові та індивідуальні відмінності в експресії цитохрому P-4502E1. Поліморфізм гена CYP2E1

Pізні біологічні види відрізняються між собою за рівнем експресії цитохрому P-4502E1, причому найвищу його активність (за використання як субстрату хлорзоксазону) виявлено в печінці мишей. За цією ознакою їх можна розташувати у такій послідовності: коні, мавпи, кролі, корови, хом'яки, свині, люди, щури, кішки та собаки [16].

Показано значні індивідуальні відмінності (до 50 разів) в активності та індуцибельності цитохрому P-4502E1 у людини. За вмістом його встановлено 12-разову відмінність. У разі використання як субстрату ферменту хлорзоксазону найбільший вплив на варіабельність кліренсу має вага тіла (43%), дещо менший -- дієтичні фактори (18%), вік (4%), прийом медикаментів (3%), генотип (5%). У чоловіків активність цитохрому P-4502E1 перевищує таку у жінок такого самого віку. Починаючи з сьомого тижня після народження активність його в печінці щурів поступово знижується, а самці порівняно із самками реагують на введення етанолу та ацетону значнішим підвищенням n-нітрофенолгідроксилазної та хлорзоксазонгідроксилазної активності.

Ген цитохрому P-4502E1 є досить стабільним порівняно з генами інших ізоферментів, однак і для нього властиве явище поліморфізму. До 2002 р. зареєстровано 14 варіантів гена CYP2E1. Найчастіше відмінності стосуються промотора, але варіабельність їх виявлено і в кодувальній ділянці гена. Відомо 4 варіанти амінокислотних замін у цьому білку. Так, P-4502E1.2 (заміна Arg76His) характеризується вищою (у 2,7 раза) каталітичною активністю, ніж у 2E1.3 (заміна Val389Ile) і 2E1.4 (заміна Val179Ile), активність яких незначно відрізнялась від P-450 дикого типу (P-4502E1.1).

Детальніше вивчено у людей варіанти гена CYP2E1 - Rsal (алелі CYP2E1*5A та CYP2E1*5B) та DraI (алелі CYP2E1*5A, CYP2E1*6). Вони є наслідком заміни нуклеотидів за 5`-фланкірувальною ділянкою промотора і характеризуються зниженою активністю та індуцибельністю цитохрому P-4502E1. Гомозиготи за варіантами CYP2E1 Rsa1 та DraI у осіб білої раси зустрічаються з частотою 0,1 та 0,8%, у азійців -- з частотою 4,6 та 9,4% відповідно. У людей з цими алелями спостерігається сповільнений метаболізм хлорзоксазону, кліренс якого становить 147 мл/хв проти 238 мл/хв у гомозигот дикого генотипу. Знижена здатність до метаболічної активації нітрозамінів тютюну зумовлює 10-разове зменшення у таких осіб ризику захворювання, індукованого тютюном, на рак легень. Інтенсивно вивчається роль поліморфізму цитохрому P-4502E1 у патогенезі алкогольного ураження печінки, однак численні дослідження не дають чіткої відповіді на це питання, хоча в деяких роботах такий зв'язок було виявлено. Зокрема, було показано, що алелі RsaIc2 і DraI C та CYP2E1*1D асоціюються зі зростанням ризику алкогольної залежності, а алель TaqI -- зі зниженим ризиком алкогольного ураження печінки [1].

У пацієнтів з гомозиготою за P-4502E1 дикого типу вдвічі більший ризик захворіти на токсичний гепатит під час терапії ізоніазидом, ніж у хворих з алелями CYP2E1 c1/c2 або c2/c2 [1].

5.6 Зміни активності цитoxpoму P-4502E1 за pізниx станів opгaнізму. Йoгo індуктоpи та інгібітори

Piвень цитохрому P-4502E1 та його активність може істотно змінюватись за різних патологічних станів організму. Зокрема показано, що запальний процес у печінці, індукований введенням щурам та мишам бактеріальних токсинів, супроводжується тривалим (до 7 днів) та значним (у 2--3 рази) зниженням активності і вмісту цитохрому P-4502E1 і його мPHK [17]. На рівні цілісного організму вплив запального процесу виявляється у сповільненні елімінації із крові субстрату ферменту -- хлорзоксазону [17].

Помічено, що рівень цитохрому P-4502E1 та його активність значно зростають при патологічних станах організму, що супроводжуються гіперкетонемією та накопиченням жиру в печінці (за цукрового діабету, голодування, ожиріння, високожирової та кетогенної дієти, неалкогольного стеатогепатиту тощо). Це пов'язано з його участю в окисленні жирних кислот та перетворенням ацетону на глюкозу.

У пацієнтів, хворих на цукровий діабет, значно прискорюється елімінація із крові хлорзоксазону і підвищується рівень цитохрому P-4502E1 та його мPHK у лімфоцитах. Збільшення активності ферменту та прискорення метаболізму його субстратів зареєстровано також у тварин за експериментального цукрового діабету. Ці ефекти є наслідком зменшення продукції інсуліну, який є потужним інгібітором експресії цитохрому P-4502E1. Голодування супроводжується значним посиленням його синтезу. Так, у печінці щурів після триденного позбавлення їжі активність n-нітрофенолгідроксилази та вміст цитохрому P-4502E1 збільшується у понад три рази. В інших дослідженнях встановлено аналогічні результати зростання активності ізоферменту під час голодування тварин.

Значною індукцією синтезу цитохрому P-4502E1 супроводжуються ожиріння та високожирова дієта. Зокрема, згодовування тваринам їжі, яка містить підвищену кількість жирів, спричинює в печінці щурів підвищення більше ніж у два рази вмісту цього цитохрому і його n-нітро- фенолгідроксилазної та нітрозодиметиламінодеметилазної активності. У осіб з ожирінням та стеатозом печінки значно інтенсифікується виведення із крові хлорзоксазону та у понад 4 рази зростає вміст мPHK цитохрому P-4502E1 у лімфоцитах крові.

Зловживання алкоголем є важливим чинником індукції синтезу цитохрому P-4502E1 у людини. Це явище має компенсаторне значення, оскільки окислення етанолу за його участю стає основним шляхом усунення надмірних концентрацій спирту в разі його хронічного надходження в організм. Вважається, що індукція утворення ферменту пов'язана з токсичними ефектами алкоголю і, зокрема, розвитком оксидативних ушкоджень печінки, оскільки за участю ферменту відбувається потужне продукування активних радикалів кисню та етанолу.

Типовими індукторами цитохрому P-4502E1, крім етанолу, є інші спирти, ацетон та кетони, які здатні багаторазово (до 10 разів) і дозозалежно підвищувати його активність. Навіть одноразове введення тваринам ацетону спричинює швидке (вже через 6 год) підвищення вмісту P-4502E1 у печінці без суттєвих змін в ній рівня мPHK. До інших індукторів синтезу ізоферменту належать ізоніазид, піридин, саліцилати, піразол, піразин та нікотин.

Підвищення вмісту цитохрому P-4502E1 за різних патологічних станів організму та дії ксенобіотиків не завжди є позитивним явищем. Встановлено, що ацетон, голодування і цукровий діабет підвищують токсичність ксенобіотиків -- субстратів цитохрому P-4502E1 -- тіоацетоаміду, парацетамолу, CCl4, бромбензолу. Отже, індукція утворення ферменту за голодування є істотним фактором ризику посилення гепатотоксичності лікарських засобів. Відомо, що парацетамол навіть у терапевтичних дозах під час голодування може спричинити в пацієнтів ураження печінки. Можливо також, що вимушена відмова від їжі перед проведенням у хворих анестезії, вносить свій негативний вклад у розвиток гепатотоксичних реакцій після застосування інгаляційних анестетиків. Описано випадки токсичних гепатитів у пожежників, які зловживали алкоголем і застосовували CCl4 під час гасіння пожеж. Згідно з даними деяких авторів, у CШA, Англії та Австралії прийом парацетамолу на фоні зловживання алкоголем був найчастішою причиною гострої печінкової недостатності. При цьому за одночасного надходження в організм цих речовин етанол виявляє протекторну дію і відіграє роль конкурентного інгібітора [18].

До селективних інгібіторів цитохрому P-4502E1 належать діетилдитіокарбамат, диметилсульфоксид, сірковмісні сполуки часнику (діалілдисульфід, діалілсульфід, алілметилсульфід) та капусти (сульфорафан, фенетилізотіоціанат) [18]. Механізм їхньої дії є суїцидальним і полягає у блокуванні гемової частини молекули цитохрому проміжними інтермедіатами [3].

Дисульфірам також виявляється потужним інгібітором цитохрому P-4502E1, якому, однак, інгібіторні ефекти притаманні лише іn vivo і за попереднього перетворення на діетилдитіокарбамат та дисульфід вуглецю, внаслідок чого і відбувається безпосереднє пригнічення активності ферменту. Введення дисульфіраму людині вже через добу гальмує елімінацію хлорзоксазону на 89%. Cамe інгібуванням активності цитохрому P-4502E1 можна пояснити протекторні властивості дисульфіраму у разі ураження печінки парацетамолом та його здатністю попереджати у пацієнтів активацію фторотану до гепато- і нефротоксичних метаболітів, а також утворення ковалентних аддуктів трифторооцтової кислоти з білками печінки, зокрема у щурів. Діетилдитіокарбамат, диметилсульфоксид, захищають організм тварин та людини від токсичності парацетамолу, діалілсульфід зменшує гепатотоксичність тетрахлорметану, парацетамолу і нітрозодиметиламіну, попереджає мутагенну та канцерогенну активацію нітрозамінів [1].

Специфічне інгібування активності цитохрому Р-4502Е1 притаманна протиалкогольному препарату хлорметіазолу, вплив якого зберігається навіть тоді, коли він вже не ідентифікується у крові. Хлорметіазол є інгібітором транскрипції цитохрому Р-4502Е1 і більше гальмує синтез ферменту, ніж безпосередньо впливає на його активність.



ВИСНОВКИ

В даній доповіді була наведена характеристика ферментних систем, що беруть участь у перетворенні ендогенних та чужорідних (ксенобіотичних) речовин, описано реакції та перетворення, що відбуваються за участю цитохрому Р-450, охарактеризовано будову та регуляцію цитохрому Р-450, зокрема Р-4502Е1, наведено вплив ксенобіотиків та функціонування мікросомальних ферментів, описано деякі клінічніаспекти.

Таким чином, дані літератури свідчать про значний інтерес до вивчення множинних форм цитохрому Р-450, зокрема до Р-4502Е1, тобто ключового ферменту на шляху перетворення ацетону на молочну кислоту, каталізатора окислення етанолу, метаболізму жирних кислот та їхніх гідропероксидів. Залежний від цитохрому Р-4502Е1 метаболізм ксенобіотиків здебільшого спричинює утворення токсичних інтермедіатів та генерує радикали кисню. Регуляція експресії ферменту включає як стабілізацію його молекули, так і стимуляцію транскрипції. Поліморфізм гена CYP2E1 пов'язаний з нуклеотидними замінами у промоторі і кодувальній ділянці гена. Деякі генетичні варіанти цитохрому Р-4502Е1 асоційовано із залежністю від алкоголю та схильністю до індукованої хімічними сполуками патології. Активність цитохрому Р-4502Е1 різко зростає при алкоголізмі, захворюванні на ожиріння, цукровому діабеті, стеатогепатиті, введенні в організм ацетону, спиртів та інших ксенобіотиків, що спряжено з посиленням токсичності парацетамолу, галотану, тетрахлорметану та інших субстратів ферменту. Гальмування активності цитохрому Р-4502Е1 сірковмісними сполуками, зокрема діалілсульфідом і дисульфірамом, супроводжується протекторним ефектом.



СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

Цитохром Р-4502Е1. Поліморфізм, фізіологічні функції, регуляція, роль у патології /Пенюк О.О, Качула С.О., Герич О.Х.// Укр.біохім.журнал, - 2004. - т.76, №5 - С. 16-28.

Некоторые аспекты биохимии, химии, молекулярной биологии и генетики цитохрома Р-450 / Н.Я. Головенко // Современные пробл. токсикологии. - 2001. -№3. -С. 17-23.

Guengerich F. P. // Chem. Res. Toxicol. 2001. 14, N 6. P. 611-650.

Coon M. J. // J. Biol. Chem. 2002. 277, N 32. P. 28351-28363

Meyer U. A., Zanger U. M. // Annu Rev. Pharmacol. Toxicol. 1997. 37. P. 269-296.

Парк Д. Биохимия чужеродных соединений. М.: Медицина. 1973.- 281 с.

Биохимия: Учебник / Под ред. Е.С.Северина. - 3-е изд., испр. - М.: Гэотар-Медиа, 2005. - 784 с.

Головенко Н.Я. Физико-химическая фармакология. Одесса.: Астропринт. 2004. - 720с.

Головенко Н.Я., Карасева Т.Л. Сравнительная биохимия чужеродных соединений. Киев: Наукова думка. 1983. - 180 с.

Головенко Н.Я. Механизмы реакций метаболизма ксенобиотиков в биологических мембранах. - К.: Наукова думка, 1981. - 290 с.

Комов В.П., Шведова В.Н. Биохимия. М.: Дрофа. - 2004.- 640 с.

Я. Кольман Наглядная биохимия. - М.: Мир, 2000. - 469 с.

Lieber C. S. // Physiol. Rev. 1997. 77, N 2. P. 517-544.

Cederbaum A. I., Wu D., Mari M., Bai J. // Free. Radic. Biol. Med. 2001. 31, N 12. P. 15391543.