نقش اکسیداسیون میکروزومی در زندگی ارگانیسم را به سختی می توان بیش از حد تخمین زد یا نادیده گرفت. غیرفعال شدن بیگانه‌بیوتیک‌ها (مواد سمی)، تجزیه و تشکیل هورمون‌های آدرنال، مشارکت در متابولیسم پروتئین و حفظ اطلاعات ژنتیکی تنها بخش کوچکی از مشکلات شناخته‌شده‌ای هستند که به دلیل اکسیداسیون میکروزومی حل شده‌اند. این یک فرآیند مستقل در بدن است که پس از ورود ماده محرک شروع می شود و با حذف آن پایان می یابد.
تعریف
اکسیداسیون میکروزومی آبشاری از واکنش‌هایی است که در فاز اول تبدیل بیگانه‌بیوتیک گنجانده شده است. ماهیت این فرآیند هیدروکسیل کردن مواد با استفاده از اتم های اکسیژن و تشکیل آب است. به همین دلیل، ساختار ماده اصلی تغییر می کند و خواص آن را می توان سرکوب و افزایش داد.
اکسیداسیون میکروزومی به شما امکان می دهد تا به واکنش کونژوگاسیون ادامه دهید. این دومین مرحله از تبدیل بیگانه‌بیوتیک‌ها است که در پایان آن مولکول‌های تولید شده در بدن به گروه عملکردی موجود می‌پیوندند. گاهی اوقات مواد واسطه‌ای تشکیل می‌شوند که باعث آسیب به سلول‌های کبد، نکروز و انحطاط انکولوژیک بافت‌ها می‌شوند.
اکسیداسیون نوع اکسیداز
واکنش های اکسیداسیون میکروزومی در خارج از میتوکندری اتفاق می افتد، بنابراین آنها حدود ده درصد از کل اکسیژنی را که وارد بدن می شود مصرف می کنند. آنزیم های اصلی در این فرآیند اکسیدازها هستند. ساختار آنها شامل اتم های فلزات با ظرفیت متغیر مانند آهن، مولیبدن، مس و غیره است که به این معنی است که آنها قادر به پذیرش الکترون هستند. در سلول، اکسیدازها در وزیکول های خاص (پراکسی زوم ها) قرار دارند که در غشای خارجی میتوکندری و در ER (شبکه آندوپلاسمی دانه ای) قرار دارند. این بستر، با افتادن روی پراکسی زوم‌ها، مولکول‌های هیدروژن را از دست می‌دهد که به مولکول آب متصل می‌شوند و پراکسید تشکیل می‌دهند.
فقط پنج اکسیداز وجود دارد:
- مونوآمینواکسیژناز (MAO) - به اکسید شدن آدرنالین و سایر آمین های بیوژنیک تولید شده در غدد فوق کلیوی کمک می کند؛
- دی آمینواکسیژناز (DAO) - در اکسیداسیون هیستامین (واسطه التهاب و آلرژی)، پلی آمین ها و دی آمین ها نقش دارد؛
- اکسیداز اسیدهای آمینه L (یعنی مولکول های چپ دست)؛
- اکسیداز اسیدهای آمینه D (مولکول های چرخش راست)؛
- گزانتین اکسیداز - اکسید کردن آدنین و گوانین (بازهای نیتروژنی موجود در مولکول DNA).
اهمیت اکسیداسیون میکروزومی توسط نوع اکسیداز حذف بیگانه‌بیوتیک‌ها و غیرفعال کردن مواد فعال بیولوژیکی است. تشکیل پراکسید که دارای اثر ضد باکتری و پاکسازی مکانیکی در محل آسیب است، عارضه جانبی است که جایگاه مهمی در بین سایر عوارض دارد.
اکسیداسیون نوع اکسیژناز
واکنش های نوع اکسیژناز در سلول نیز روی شبکه آندوپلاسمی دانه ای و روی پوسته های خارجی میتوکندری رخ می دهد. این به آنزیم های خاصی نیاز دارد - اکسیژنازها، که یک مولکول اکسیژن را از بستر بسیج می کند و آن را وارد ماده اکسید شده می کند. اگر یک اتم اکسیژن وارد شود، آنزیم مونواکسیژناز یا هیدروکسیلاز نامیده می شود. در صورت معرفی دو اتم (یعنی یک مولکول کامل اکسیژن)، آنزیم دی‌اکسیژناز نامیده می‌شود.
واکنش‌های اکسیداسیون نوع اکسیژناز بخشی از یک کمپلکس چند آنزیمی سه جزئی است که در انتقال الکترون‌ها و پروتون‌ها از بستر و به دنبال آن فعال‌سازی اکسیژن نقش دارد. کل این فرآیند با مشارکت سیتوکروم P450 انجام می شود که بعداً با جزئیات بیشتر مورد بحث قرار خواهد گرفت.
نمونه‌هایی از واکنش‌های نوع اکسیژناز
همانطور که در بالا ذکر شد، مونواکسیژنازها تنها از یکی از دو اتم اکسیژن موجود برای اکسیداسیون استفاده می کنند. دومی آنها به دو مولکول هیدروژن متصل می شوند و آب را تشکیل می دهند. یکی از نمونه های چنین واکنشی، تشکیل کلاژن است. در این حالت ویتامین C به عنوان یک اهدا کننده اکسیژن عمل می کند.پرولین هیدروکسیلاز یک مولکول اکسیژن را از آن گرفته و به پرولین می دهد که به نوبه خود در مولکول پروکلاژن قرار می گیرد. این فرآیند به بافت همبند استحکام و خاصیت ارتجاعی می بخشد. هنگامی که بدن کمبود ویتامین C داشته باشد، نقرس ایجاد می شود. با ضعف بافت همبند، خونریزی، کبودی، از دست دادن دندان ظاهر می شود، یعنی کیفیت کلاژن در بدن کاهش می یابد.زیر.
مثال دیگر هیدروکسیلازها هستند که مولکول های کلسترول را تبدیل می کنند. این یکی از مراحل تشکیل هورمون های استروئیدی از جمله هورمون های جنسی است.
هیدروکسیلازهای اختصاصی کم
اینها هیدرولازهایی هستند که برای اکسید کردن مواد خارجی مانند بیگانه‌بیوتیک‌ها مورد نیاز هستند. منظور از واکنش ها این است که چنین موادی برای دفع، قابل حل تر و قابل حل تر شوند. این فرآیند سم زدایی نامیده می شود و بیشتر در کبد انجام می شود.
به دلیل گنجاندن یک مولکول کامل اکسیژن در بیگانه‌بیوتیک‌ها، چرخه واکنش شکسته می‌شود و یک ماده پیچیده به چندین فرآیند متابولیکی ساده‌تر و در دسترس‌تر تجزیه می‌شود.
گونه‌های فعال اکسیژن
اکسیژن یک ماده بالقوه خطرناک است، زیرا در واقع، اکسیداسیون یک فرآیند احتراق است. به عنوان یک مولکول O2 یا آب، پایدار و از نظر شیمیایی بی اثر است زیرا سطوح الکتریکی آن پر است و هیچ الکترون جدیدی نمی تواند به آن متصل شود. اما ترکیباتی که در آنها اکسیژن یک جفت از همه الکترون ها را ندارد بسیار واکنش پذیر هستند. بنابراین، آنها فعال نامیده می شوند.
چنین ترکیبات اکسیژن:
- در واکنش های مونوکسید، سوپراکسید تشکیل می شود که از سیتوکروم P450 جدا می شود.
- در واکنش های اکسیداز، تشکیل آنیون پراکسید (پراکسید هیدروژن) رخ می دهد.
- در طول اکسیژن‌رسانی مجدد بافت‌هایی که دچار ایسکمی شده‌اند.
قوی ترین عامل اکسید کننده رادیکال هیدروکسیل استبه صورت آزاد تنها برای یک میلیونیم ثانیه وجود دارد، اما در این مدت بسیاری از واکنش‌های اکسیداتیو زمان برای انجام دادن دارند. ویژگی آن این است که رادیکال هیدروکسیل تنها در محلی که تشکیل شده روی مواد اثر می گذارد، زیرا نمی تواند به بافت ها نفوذ کند.
سوپراکسیدانیون و پراکسید هیدروژن
این مواد نه تنها در محل تشکیل، بلکه در فاصله ای از آنها نیز فعال هستند، زیرا می توانند به غشای سلولی نفوذ کنند.
گروه هیدروکسی باعث اکسیداسیون بقایای اسیدهای آمینه: هیستیدین، سیستئین و تریپتوفان می شود. این منجر به غیر فعال شدن سیستم های آنزیمی و همچنین اختلال در پروتئین های حمل و نقل می شود. علاوه بر این، اکسیداسیون میکروزومی اسیدهای آمینه منجر به تخریب ساختار بازهای نیتروژنی هسته ای می شود و در نتیجه دستگاه ژنتیکی سلول آسیب می بیند. اسیدهای چرب تشکیل دهنده لایه دولیپیدی غشای سلولی نیز اکسید می شوند. این بر نفوذپذیری آنها، عملکرد پمپ های الکترولیت غشایی و محل گیرنده ها تأثیر می گذارد.
مهارکننده های اکسیداسیون میکروزومی آنتی اکسیدان هستند. آنها در غذا یافت می شوند و در بدن تولید می شوند. بهترین آنتی اکسیدان شناخته شده ویتامین E است. این مواد می توانند اکسیداسیون میکروزومی را مهار کنند. بیوشیمی تعامل بین آنها را بر اساس اصل بازخورد توصیف می کند. یعنی هر چه اکسیدازها بیشتر باشد، قوی‌تر سرکوب می‌شوند و بالعکس. این به حفظ تعادل بین سیستم ها و ثبات محیط داخلی کمک می کند.
زنجیره حمل و نقل الکتریکی
سیستم اکسیداسیون میکروزومی فاقد اجزای محلول در سیتوپلاسم است، بنابراین تمام آنزیم های آن در سطح شبکه آندوپلاسمی جمع می شوند. این سیستم شامل چندین پروتئین است که زنجیره انتقال الکتریکی را تشکیل می دهند:
- NADP-P450 ردوکتاز و سیتوکروم P450؛
- بیش از حد سیتوکروم B5 ردوکتاز و سیتوکروم B5؛
- استئاتوریل-CoA دساتوراز.
اهدا کننده الکترون در اکثر موارد NADP (نیکوتین آدنین دی نوکلئوتید فسفات) است. توسط ردوکتاز NADP-P450 که حاوی دو کوآنزیم (FAD و FMN) است، برای پذیرش الکترون اکسید می شود. در انتهای زنجیره، FMN با P450 اکسید می شود.
سیتوکروم P450
این یک آنزیم اکسیداسیون میکروزومی، یک پروتئین حاوی هم است. اکسیژن و بستر را متصل می کند (به عنوان یک قاعده، این یک بیگانه بیوتیک است). نام آن با جذب نور از طول موج 450 نانومتر مرتبط است. زیست شناسان آن را در همه موجودات زنده یافته اند. در حال حاضر، بیش از یازده هزار پروتئین که بخشی از سیستم سیتوکروم P450 هستند، توصیف شده است. در باکتری ها، این ماده در سیتوپلاسم حل می شود و اعتقاد بر این است که این شکل از نظر تکاملی قدیمی ترین شکل نسبت به انسان است. در کشور ما سیتوکروم P450 یک پروتئین جداری است که بر روی غشای آندوپلاسمی ثابت شده است.
آنزیم های این گروه در متابولیسم استروئیدها، صفرا و اسیدهای چرب، فنل ها، خنثی سازی مواد دارویی، سموم یا داروها نقش دارند.
خواص اکسیداسیون میکروزومی
فرایندهای میکروزومیاکسیداسیون ها دارای ویژگی بستر گسترده ای هستند و این به نوبه خود خنثی کردن انواع مواد را ممکن می کند. یازده هزار پروتئین سیتوکروم P450 را می توان در بیش از صد و پنجاه ایزوفرم از این آنزیم تا کرد. هر یک از آنها دارای تعداد زیادی بستر هستند. این به بدن امکان می دهد تقریباً از شر تمام مواد مضری که در داخل آن تشکیل شده یا از خارج می آیند خلاص شود. آنزیم های اکسیداسیون میکروزومی که در کبد تولید می شوند، می توانند هم به صورت موضعی و هم در فاصله قابل توجهی از این اندام عمل کنند.
تنظیم فعالیت اکسیداسیون میکروزومی
اکسیداسیون میکروزومی در کبد در سطح RNA پیام رسان یا به عبارت بهتر عملکرد آن - رونویسی تنظیم می شود. به عنوان مثال، تمام انواع سیتوکروم P450 روی مولکول DNA ثبت می شود و برای اینکه در EPR ظاهر شود، لازم است بخشی از اطلاعات از DNA به RNA پیام رسان "بازنویسی" شود. سپس mRNA به ریبوزوم ها فرستاده می شود، جایی که مولکول های پروتئین تشکیل می شوند. تعداد این مولکول ها از خارج تنظیم می شود و به مقدار موادی که باید غیرفعال شوند و همچنین به وجود آمینو اسیدهای لازم بستگی دارد.
تا به امروز، بیش از دویست و پنجاه ترکیب شیمیایی توصیف شده است که اکسیداسیون میکروزومی را در بدن فعال می کند. اینها شامل باربیتورات ها، کربوهیدرات های معطر، الکل ها، کتون ها و هورمون ها هستند. علیرغم چنین تنوع ظاهری، همه این مواد چربی دوست (محلول در چربی) هستند و بنابراین در برابر سیتوکروم P450 حساس هستند.
