Биологическое окисление 2. Оксигеназные, пероксидазные и радикальные пути использования кислорода. (Лекция 5) презентация

УГМУ Минздрава РФ
Кафедра биохимии

Екатеринбург, 2015г

Дисциплина: Биохимия

Лектор: Гаврилов И.В.
Факультет: лечебно-профилактический,
Курс: 2

метаболизма

(гладкий ЭПР)

RCH3

RCH2-OH

RCHO

RCOOH

O

O

CH

CH

CHO

CHO

O

O

+

Диоксигеназы

Монооксигеназы

для собственных нужд.

Полезные – лекарства-антибиотики;
Безвредные – некоторые газы (азот, гелий и т.д);
Вредные – неорганические и органические вещества

Токсичные метаболиты – вещества, участвующие в метаболизме и токсичные в высоких концентрациях.

Некоторые карбоновые кислоты (фенилаланин, тирозин, гомогентизиновая кислота, 5-АЛК)
Альдегиды (муравьиный, уксусный и т.д)
Кетоны (кетоновые тела)
Билирубин
и т.д.

животноводстве;
полициклические ароматические и хлорсодержащие углеводороды;
диоксины и диоксинподобные вещества;
метаболиты микроорганизмов.

Классификация загрязнителей продовольственного сырья и продуктов питания:

превращений ксенобиотиков (xenos - чужой, bios - жизнь), и токсичных метаболитов в организме, подготавливающих их выведение.
Значение биотрансформации:
перевод ксенобиотиков в полярные водорастворимые соединения, которые выводятся из организма. Как правило, происходит снижение токсичности.

ретикулуме клеток печени.
5-10% инактивируется в кишечнике, почках, легких, коже, плазме.

- гидролиза
образуются функциональные группы -ОН, -СООН, -NH2, -SH и др.
Окисление идет с участием
монооксигеназной системы
ЭПР.
Увеличивается растворимость в воде и как правило снижается токсичность

Конъюгация
Реакции присоединения к ксенобиотикам химических групп: - метилирование
- ацетилирование
- сульфатирование
- глюкуронирование и др.
Образуются гидрофильные малотоксичные конъюгаты,
которые легко выводятся.

О2
Субстратами являются гидрофобные вещества экзогенного (лекарства, яды и т.д) и эндогенного (стероиды, желчные кислоты, жирные кислоты, простагландины, лейкотриены, биогенные амины и т.д.) происхождения

1. Микросомальные монооксигеназные системы

.

животных, растений, грибов и бактерий.
Каждая из изоформ Р450 имеет много субстратов и отличается от других изоформ Р450 только белковой частью

может передавать свои электроны на различные ферменты (цитохром Р450, Стеароил-КоА-десатуразу и т.д.), образуя различные ЦПЭ, при этом он участвует в десатурации и элонгации жирных кислот, в синтезе холестерина, плазминогенов и церамида.

токсичности.
Повышение активности ксенобиотиков (пролекарства).
Образование токсичных метаболитов – «летальный синтез».
Пример: метиловый спирт окисляется в формальдегид и муравьиную кислоту. Хлороформ, средство для общего наркоза, превращается в боевое отравляющее вещество – фосген (CHCl3 Cl2C=O).

и катализируют высокоспецифичные реакции

Митохондриальные монооксигеназные системы:
в коре надпочечников, семенниках, яичниках и плаценте участвуют в синтезе стероидных гормонов из холестерина;
в почках участвуют в синтезе 1,25-диоксихолекальциферола (Витамин Д3) из 25-гидроксихолекальциферола;
в печени участвуют в синтезе желчных кислот из холестерина;

НАДФН2- редуктаза

микросомальных ферментов – барбитураты, спирты, кетоны, стероиды, ароматические углеводороды.
Некоторые вещества угнетают активность цитохрома Р450 и замедляют метаболизм ксенобиотиков – фторотан, тетрациклин, эритромицин, эстрогены, левомицетин, биофлаваноиды сока грейпфрута.

кислорода:

Таким путем окисляются циклические трудноокисляемые структуры, реакции идут с разрывом цикла.
Диоксигеназные реакции протекают на цитоплазматической поверхности гладкого ЭПР.
Гомогентизатдиоксигеназа печени, содержит Fe2+, участвует в катаболизме тирозина:

кислород имеет промежуточную степень окисления, имеют высокую реакционную способность и называются активными формами кислорода (АФК).
К активным формам кислорода относятся свободные радикалы кислорода и перекиси, синглетный кислород.
Свободный радикал - свободный атом или частица с неспаренным электроном.

разрыв связей под действием высокой энергии (УФ-излучения, рентген и др.). Пример, радиолиз воды с образованием Н2; Н2О2 и свободных радикалов: Н·, НО∙, О·. На солнце фотостарение кожи.

последовательного присоединения е- к кислороду

О2 + 1е- → О∙2 супероксидный анион-радикал (˙О::О:).
О∙2 +1е- → О2-2 пероксидный анион (:О::О:), он быстро протонируется О2-2 + 2Н+ → Н2О2 (Н:О::О:Н)
Н2О2 + 1е- → НО∙ + ОН- гидроксильный радикал, ОН- протонируется с образованием воды ОН- + Н+ → Н2О
ОН∙ + 1е- → Н2О (Н:О:Н)

Соединения О + е- АФК

переменной валентности.
Hb(Fe2+) + O2 → MetHb(Fe3+) + О∙2
H2O2 + Fe2+ → Fe3+ + HO- + HO· (реакция Фентона)
HOCl + Fe2+ → Fe3+ + Cl- + HO· (реакция Осипова)
2). Радикалы. АФК, обмениваясь е-, легко переходят друг в друга: О∙2 + Н2О2 → О2 + НО∙ + ОН-

при реоксигенации ишемических тканей он может взаимодействовать с О2, образуя супероксидный анион-радикал: HQ· + O2 → Q + О∙2 + H+;
в реакциях МСО е- с Р450 переходит на О2 с образованием супероксидного анион-радикала, который иногда теряется с активного центра.
Аэробные дегидрогеназы (ФАД-зависимые оксидазы) переносят е- и Н+ с субстрата на О2 → Н2О2. Примеры: оксидазы аминокислот, супероксиддисмутаза, оксидазы пероксисом.

макрофагами, моноцитами и гранулоцитами крови для разрушения бактерий, вирусов и онкоклеток.
Фагоциты с участием НАДФН2-оксидазы выделяют супероксидный анион-радикал: НАДФН2 + 2O2 → НАДФ+ + 2О∙2 + 2Н+
Супероксиддисмутаза (СОД) превращает супероксидный радикал в перекись водорода: 2О∙2 + 2H+ → H2O2+ O2
Под действием миелопероксидазы H2O2, превращается в гипохлорит – соединение, разрушающее стенки бактериальных клеток: H2O2 + Cl- → H2O + ClO-.
2. Поддержание гомеостаза.
Эйказаноиды – медиаторы воспаления
3. Внутриклеточное пищеварение. В пероксисомах образуются АФК. Когда пероксисомы сливаются с фагосомами, АФК обеспечивают внутриклеточное пищеварение.

повреждение
белков,
нуклеиновых кислот
и липидов биологических мембран.

CH3(CH2)4(CH=CHCH2)4(CH2)2COOH 
и др.

и неферментативных систем клетки, от чего скорость его невелика.
Химические соединения и физические воздействия, влияющие на скорость СРО, делят на прооксиданты и антиоксиданты
Прооксиданты усиливают процессы СРО. Это высокие концентрации кислорода (например, при длительной гипербарической оксигенации больного), ферментные системы, генерирующие супероксидные радикалы (например, ксантиноксидаза, ферменты плазматической мембраны фагоцитов и др.), ионы двухвалентного железа.
Антиоксиданты тормозят СРО. Антиоксиданты, находящиеся в организме, образуют его ферментативную и неферментативную антиоксидантную систему

(СОД)
О*2 + О*-2 + 2Н+ → Н2О2 + О2

Каталаза
2Н2О2 → 2Н2О + О2

Пероксидаза
Н2О2 + НО-S-ОН → 2Н2О + О= S=О

Глутатионпероксидаза (Se )
2GSH + ROOH → GSSG + ROH+ Н2О
(Удаляет пероксид водорода, гидроперекиси липидов)

Глутатионредуктаза
GSSG + НАДФН + Н+ →2GSH + НАДФ+
(Восстанавливает окисленный глутатион)

группу (ROOH), тем самым разрушаются гидроперекиси липидов, предотвращается разветвление цепей окисления липидов в мембранах.

кислородом
Апо-белок трансферрина (плазма крови) - связывает Fe3+
Ферритин (цитоплазма)- окисляет Fe2+ и депонирует Fe3+
Карнозин - связывает Fe2+

восстанавливает окисленный глутатион