Свободное окисление и его биологическая роль

Цитохром Р-450

Если энергия окислительной реакции выделяется исключительно в виде тепла, то это свободное окисление. В энергетическом обеспечении функциональной активности клетки свободное окисление играет вспомогательную роль: оно служит для производства тепла и детоксикации вредных продуктов обмена веществ и ксенобиотиков.

Микросомальная система окисления

Микросомальная система окисления эндогенных органических соединений и ксенобиотиков представляет собой полиферментный комплекс цепей переноса электронов, зависимый от NADPH и NADH. Общим звеном системы является цитохром Р-450. В состав этого комплекса входят цитохром b₅, NADPH-цитохром Р-450-редуктаза, NADH -цитохром b₅-редуктаза:

NADPH → FP₁

Цитохром b5 → Цитохром Р-450

NADH → FP₂ ↓

Цитохром c

NADРH и NADH являются донорами электронов для процессов гликозилирования, осуществляемых цитохромами b₅ и Р-450. FP₁ и FP₂ являются переносчиками электронов, флавопротеинами. FP₁ представляет собой NADРH-цитохром Р-450-редуктазу, а FP₂ является NADРH-цитохром b₅-редуктазой. С FP₁ и FP₂ возможен перенос электронов на цитохром c ‒ основной компонент дыхательной цепи митохондрий. В результате осуществляется межмембранный перенос электронов.

Наиболее важной реакцией микросомального окисления является гидроксилирование, сущность которого заключается во внедрении одного атома активированного кислорода в окисляемое вещество, в то время как другой его атом идет на образование воды. Таким образом, гидроксилирование протекает по монооксигеназному типу: SH ‒ окисляемый субстрат, NADРН ‒ донор электронов, SOH ‒ гидроксилированный продукт. Превращение атомов кислорода в молекулу воды и гидроксильную группу осуществляет цитохром Р-450. В некоторых клетках эта система включает еще дополнительный промежуточный переносчик электронов между редуктазой и цитохромом Р-450.

Цитохром Р-450 представляет собой комплекс белка с гемом (фосфолипидпротоген-сульфидпротеиновый комплекс). Этот гемопротеин получил свое название в связи с тем, что в восстановленной форме, присоединяя СО, он образует спектральный комплекс с максимумом поглощения при длине волны 450 нм. По высоте этого пика поглощения определяют его содержание в исследуемых образцах. В эндоплазматической сети гепатоцитов имеется много изоформ Р-450 с молекулярной массой 45-55 кДа. Цитохром Р-450 –гидрофобный белок, локализованный внутри мембраны. Простетическая группа (протопорфирин IC содержит Fe³⁺) помещается в гидрофобной полости, активном центре цитохрома Р-450. Чем больше цитохрома Р-450 находится в мембране, тем она в лучшем состоянии. Стареющие мембраны имеют цитохром Р-420 (неактивная форма). Цитохром Р-448 отличается от цитохрома Р-450 последовательностью аминокислот и формой взаимодействия гема с белком. Цитохром Р-448 является терминальной оксидазой в системе гидроксилаз, обеспечивающих метаболизм циклических углеводородов. Наличие многих изоформ позволяет монооксигеназным системам осуществлять биотрансформацию разных липотропных ксенобиотиков.

Цитохром b₅ представляет собой гемопротеин с молекулярной массой 11-13 кДа, содержит 1 моль Fe³⁺ протопорфирина IХ на 1 моль апофермента. В окисленной форме цитохром b₅ обладает максимумом поглощения при 412-426 нм. В отличие от Р-450, b₅ локализован на поверхности эндоплазматического ретикулума. Функционально они тесно связаны и могут образовывать сложные гемопротеиновые комплексы, повышая скорость катализируемых реакций.