Превращение вредных веществ в организме

Чужеродные органические соединения в организме претерпевают широкий ряд метаболических превращений. Их можно обобщенно подразделить на превращения, которые катализируются ферментами эндоплазматического ретикулума печени и других тканей, и на превращения, катализируемые ферментами, локализованными в других местах (немикросомальные). Основываясь на химической природе этих реакций, их можно классифицировать следующим образом.

Окисление микросомальными ферментами: гидроксилирование ациклических, ароматических соединений, N-гидроксилирование аминов, S-окисление, дезаминирование и сульфирование.

Восстановление микросомальными ферментами: восстановление нитро - и азосоединений.

Немикросомальное окисление: дезаминирование, окисление спиртов и альдегидов, ароматизация алициклических соединений.

Немикросомальное восстановление: восстановление альдегидов и кетонов.

Гидролиз: гидролиз сложных эфиров и амидов с участием микросомальных и немикросомальных ферментов.

Прочие реакции: к ним относятся дегидроксилирование катехолов и гидроксамовых кислот, дегалогенирование, разрыв кольца, образование кольца, восстановление ненасыщенных соединений, восстановление дисульфидов и тиолы и др.

Продукты этих метаболических превращений затем могут подвергаться: а) выделению без дальнейших изменений; б) конъюгации с последующим выделением; в) метаболизму посредством нормальных процессов межуточного обмена.

Соединения, особенно с несколькими функциональными группами, могут метаболизироваться посредством более чем одной из этих реакций, давая ряд различных метаболитов.

Эндоплазматический ретикулум клеток печени и других тканей представляет собой липопротеиновую канальцевую сеть, распространяющуюся от стенки клетки через всю цитоплазму. Имеет 2 типа ретикулума: шероховатый эндоплазматический ретикулум, поверхность которого усыпана рибосомами, являющимися местом синтеза белков, и гладкий эндоплазматический ретикулум, который не имеет рибосом. Наибольшая ферментативная активность связана с гладким эндоплазматическим ретикулумом. По-видимому, синтез ферментов происходит в шероховатом ретикулуме, но при насыщении ферментами он лишается своих рибосом и превращается в гладкий ретикулум.

Биологическое окисление, катализируемое системами микросомальных ферментов, включает широкий круг реакций, но все они могут быть сведены к одному общему механизму, а именно к гидроксилированию.

Реакции микросомального окисления протекают по следующим схемам.

1. Гидроксилирование ароматического кольца:

C6H5R ------- HOC6H4R

2. Гидроксилирование боковой цепи (ациклическое):

RCH3 ------ RCH2OH

3. N-дезалкилирование:

R-NH-CH3 ----- [R-HCH2OH] ----- RNH2 + HCOH

4. О-дезалкилирование:

R-О-СН3 ----- [R-O-CH2OH] ----- ROH + HCOH

5. Дезаминирование:

R-CH(NH2)CH3 ----- [RCOH(NH2)CH3] ----- R-CO-CH3 + NH3

6. Образование сульфоксида:

R-S-СН3 ----- [R-S-CH2OH] ----- R-SO-СН3

Для всех этих реакций требуется восстановленный кофермент НАДФН2 и кислород. Восстановленный никотинадениндинуклеотидфосфат превращает кислород в активную молекулярную форму: активированный кислород в присутствии различных гидроксилаз гидроксилирует чужеродное соединение.

Микросомальные реакции восстановления не так универсальны, как окислительные. Предполагаются следующие этапы восстановления, включающие, по-видимому, и неферментативную фазу: микросомальный ферментативный комплекс НАДФН2 – цитохром-С-редуктаза или НАД-Н2 (никотинамидадениннуклеотид) - цитохром - В-редуктаза восстанавливает ФАД (флавинадениннуклеотид) в ФАД-Н2. Последний неферментативно восстанавливает ядовитое соединение:

ФАДН2 + R-NO2 ----- ФАД + RNH2 + 2Н2О

Немикросомальные реакции окисления, восстановления и гидролиза катализируются многими ферментными системами. Например, в растворимой фракции гомогенатов печени, почек и легких содержится алкогольдегидрогеназа, которая быстро окисляет многие первичные спирты в соответствующие альдегиды. Необходимым коферментом этих реакций является НАД или НАДФ и участие цитохрома Р-450.

Алкогольдегидрогеназа

СН3СН2ОН + НАД ----- СН3-СOH + НАД-Н2

Известно несколько типов немикросомального восстановления: восстановление двойных связей, дисульфидов, сульфоксидов и др.

Гидролитическому расщеплению подвергаются сложные эфиры и амиды кислот. В этом процессе участвуют ферменты (эстеразы, амидазы), находящиеся в печени и в плазме крови:

Эстераза

RCOOR' + Н2О ----- RCOOH + R'OH

Амидаза

RCOHNH2 ----- RCOOH + NH3

После первичных реакций биотрансформации ядовитые соединения могут приобретать химические активные группы (ОН, СООН, NH2, SH и др.), которые вступают в реакцию конъюгации с эндогенными субстратами: глюкуроновой кислотой, сульфатом, уксусной кислотой, некоторыми аминокислотами. В результате образуются более полярные молекулы, легко выделяющиеся из организма с мочой. Таким образом в организме трансформируются фенолы, спирты, карбоновые кислоты, аминосоединения и другие.

Металлы и их соединения, попадая в организм, могут многократно менять свою форму. Большую часть пребывания в организме они существуют в виде комплексов с белками. Исключение составляют щелочные и частично щелочноземельные металлы. Первые содержатся в жидкой фазе в ионной форме, частично образуют непрочные, легко гидролизуемые комплексы. Металлы соединяются с активными группами биокомплексов: ОН, СООН, НРО3 и лимонной кислотой. Существует сродство отдельных металлов к белкам и аминокислотам. С аминокислотами через SH-группы соединяются Hg, Pb, Co, Cd; через СООН-группы - Сu, Ni, Zn, Mg, Ca. Металлы, преимущественно с переменной валентностью, подвергаются в организме восстановлению и окислению. Так, пятивалентный мышьяк восстанавливается в организме до более токсичного трехвалентного.