Il ruolo dell'ossidazione microsomiale nella vita dell'organismo è difficile da sopravvalutare o trascurare. L'inattivazione degli xenobiotici (sostanze tossiche), la rottura e la formazione degli ormoni surrenali, la partecipazione al metabolismo delle proteine e la conservazione delle informazioni genetiche sono solo una piccola parte dei problemi noti che vengono risolti a causa dell'ossidazione microsomiale. Questo è un processo autonomo nel corpo che inizia dopo che la sostanza scatenante è entrata e termina con la sua eliminazione.
Definizione
L'ossidazione microsomiale è una cascata di reazioni incluse nella prima fase della trasformazione xenobiotica. L'essenza del processo è l'idrossilazione di sostanze che utilizzano atomi di ossigeno e la formazione di acqua. A causa di ciò, la struttura della sostanza originale cambia e le sue proprietà possono essere sia soppresse che migliorate.
L'ossidazione microsomiale consente di procedere alla reazione di coniugazione. Questa è la seconda fase della trasformazione degli xenobiotici, al termine della quale le molecole prodotte all'interno del corpo si uniranno al gruppo funzionale già esistente. A volte si formano sostanze intermedie che causano danni alle cellule del fegato, necrosi e degenerazione oncologica dei tessuti.
Ossidasi di tipo ossidasi
Le reazioni di ossidazione microsomiale si verificano al di fuori dei mitocondri, quindi consumano circa il dieci percento di tutto l'ossigeno che entra nel corpo. Gli enzimi principali in questo processo sono le ossidasi. La loro struttura contiene atomi di metalli con valenza variabile, come ferro, molibdeno, rame e altri, il che significa che sono in grado di accettare elettroni. Nella cellula, le ossidasi si trovano in speciali vescicole (perossisomi) che si trovano sulle membrane esterne dei mitocondri e nell'ER (reticolo endoplasmatico granulare). Il substrato, cadendo sui perossisomi, perde molecole di idrogeno, che si attaccano a una molecola d'acqua e formano perossido.
Ci sono solo cinque ossidasi:
- monoaminoossigenasi (MAO) - aiuta a ossidare l'adrenalina e altre ammine biogene prodotte nelle ghiandole surrenali;
- diaminoossigenasi (DAO) - coinvolta nell'ossidazione dell'istamina (un mediatore di infiammazione e allergie), poliammine e diammine;
- ossidasi degli L-amminoacidi (cioè molecole sinistre);
- ossidasi degli aminoacidi D (molecole che ruotano a destra);
- xantina ossidasi - ossida l'adenina e la guanina (basi azotate incluse nella molecola del DNA).
Il significato dell'ossidazione microsomiale per tipo ossidasi è eliminare gli xenobiotici e inattivare le sostanze biologicamente attive. La formazione di perossido, che ha un effetto battericida e una pulizia meccanica nel sito della lesione, è un effetto collaterale che occupa un posto importante tra gli altri effetti.
Ossidazione di tipo ossigenasi
Reazioni di tipo ossigenasi nella cellula si verificano anche sul reticolo endoplasmatico granulare e sui gusci esterni dei mitocondri. Ciò richiede enzimi specifici - ossigenasi, che mobilitano una molecola di ossigeno dal substrato e la introducono nella sostanza ossidata. Se viene introdotto un atomo di ossigeno, l'enzima viene chiamato monoossigenasi o idrossilasi. Nel caso dell'introduzione di due atomi (cioè un'intera molecola di ossigeno), l'enzima è chiamato diossigenasi.
Le reazioni di ossidazione di tipo ossigenasi fanno parte di un complesso multienzimatico a tre componenti, che è coinvolto nel trasferimento di elettroni e protoni dal substrato, seguito dall'attivazione dell'ossigeno. L'intero processo avviene con la partecipazione del citocromo P450, che sarà discusso più dettagliatamente in seguito.
Esempi di reazioni di tipo ossigenasi
Come accennato in precedenza, le monoossigenasi utilizzano solo uno dei due atomi di ossigeno disponibili per l'ossidazione. Il secondo si attaccano a due molecole di idrogeno e formano acqua. Un esempio di tale reazione è la formazione di collagene. In questo caso, la vitamina C funge da donatore di ossigeno. La prolina idrossilasi preleva da essa una molecola di ossigeno e la cede alla prolina, che, a sua volta, è inclusa nella molecola di procollagene. Questo processo conferisce forza ed elasticità al tessuto connettivo. Quando il corpo è carente di vitamina C, si sviluppa la gotta. Si manifesta con debolezza del tessuto connettivo, sanguinamento, lividi, perdita dei denti, cioè la qualità del collagene nel corpo diventasotto.
Un altro esempio sono le idrossilasi, che convertono le molecole di colesterolo. Questa è una delle fasi della formazione degli ormoni steroidei, compresi gli ormoni sessuali.
Idrossilasi specifiche basse
Queste sono idrolasi necessarie per ossidare sostanze estranee come gli xenobiotici. Il significato delle reazioni è rendere tali sostanze più trattabili per l'escrezione, più solubili. Questo processo è chiamato disintossicazione e avviene principalmente nel fegato.
A causa dell'inclusione di un'intera molecola di ossigeno negli xenobiotici, il ciclo di reazione viene interrotto e una sostanza complessa si scompone in diversi processi metabolici più semplici e accessibili.
Specie reattive dell'ossigeno
L'ossigeno è una sostanza potenzialmente pericolosa, poiché, in effetti, l'ossidazione è un processo di combustione. Come molecola O2 o acqua, è stabile e chimicamente inerte perché i suoi livelli elettrici sono pieni e nessun nuovo elettrone può attaccarsi. Ma i composti in cui l'ossigeno non ha una coppia di tutti gli elettroni sono altamente reattivi. Pertanto, sono chiamati attivi.
Tali composti dell'ossigeno:
- Nelle reazioni di monossido si forma il superossido, che viene separato dal citocromo P450.
- Nelle reazioni ossidasi, si verifica la formazione di anione perossido (perossido di idrogeno).
- Durante la riossigenazione dei tessuti che hanno subito ischemia.
L'agente ossidante più forte è il radicale idrossile, essoesiste in forma libera solo per un milionesimo di secondo, ma durante questo periodo molte reazioni ossidative hanno il tempo di passare. La sua particolarità è che il radicale ossidrile agisce sulle sostanze solo nel luogo in cui si è formato, poiché non può penetrare nei tessuti.
Superoxidanion e perossido di idrogeno
Queste sostanze sono attive non solo nel sito di formazione, ma anche a una certa distanza da esse, in quanto possono penetrare nelle membrane cellulari.
Il gruppo idrossido provoca l'ossidazione dei residui di amminoacidi: istidina, cisteina e triptofano. Ciò porta all'inattivazione dei sistemi enzimatici e all'interruzione delle proteine di trasporto. Inoltre, l'ossidazione microsomiale degli amminoacidi porta alla distruzione della struttura delle basi azotate nucleiche e, di conseguenza, soffre l'apparato genetico della cellula. Anche gli acidi grassi che costituiscono lo strato bilipidico delle membrane cellulari sono ossidati. Ciò influisce sulla loro permeabilità, sul funzionamento delle pompe elettrolitiche a membrana e sulla posizione dei recettori.
Gli inibitori dell'ossidazione microsomiale sono antiossidanti. Si trovano negli alimenti e sono prodotti all'interno del corpo. L'antiossidante più noto è la vitamina E. Queste sostanze possono inibire l'ossidazione microsomiale. La biochimica descrive l'interazione tra loro secondo il principio del feedback. Cioè, più ossidasi, più forti sono soppresse e viceversa. Questo aiuta a mantenere l'equilibrio tra i sistemi e la costanza dell'ambiente interno.
Catena di trasporto elettrico
Il sistema di ossidazione microsomiale non ha componenti solubili nel citoplasma, quindi tutti i suoi enzimi sono raccolti sulla superficie del reticolo endoplasmatico. Questo sistema include diverse proteine che formano la catena di trasporto elettrico:
- NADP-P450 reduttasi e citocromo P450;
- OVER-citocromo B5 reduttasi e citocromo B5;
- desaturasi steatoril-CoA.
Il donatore di elettroni nella stragrande maggioranza dei casi è NADP (nicotinamide adenin dinucleotide fosfato). Viene ossidato dalla NADP-P450 reduttasi, che contiene due coenzimi (FAD e FMN), per accettare elettroni. Alla fine della catena, FMN viene ossidato con P450.
Citocromo P450
Questo è un enzima di ossidazione microsomiale, una proteina contenente eme. Lega l'ossigeno e il substrato (di norma è uno xenobiotico). Il suo nome è associato all'assorbimento della luce da una lunghezza d'onda di 450 nm. I biologi lo hanno trovato in tutti gli organismi viventi. Al momento sono state descritte più di undicimila proteine che fanno parte del sistema del citocromo P450. Nei batteri, questa sostanza si dissolve nel citoplasma e si ritiene che questa forma sia la più antica dal punto di vista evolutivo rispetto all'uomo. Nel nostro paese, il citocromo P450 è una proteina parietale fissata sulla membrana endoplasmatica.
Gli enzimi di questo gruppo sono coinvolti nel metabolismo di steroidi, bile e acidi grassi, fenoli, neutralizzazione di sostanze medicinali, veleni o farmaci.
Proprietà dell'ossidazione microsomiale
Processi microsomialile ossidazioni hanno un'ampia specificità del substrato e questo, a sua volta, consente di neutralizzare una varietà di sostanze. Undicimila proteine del citocromo P450 possono essere ripiegate in più di centocinquanta isoforme di questo enzima. Ognuno di loro ha un gran numero di substrati. Ciò consente al corpo di sbarazzarsi di quasi tutte le sostanze nocive che si formano al suo interno o provengono dall'esterno. Prodotti nel fegato, gli enzimi di ossidazione microsomiali possono agire sia localmente che a notevole distanza da questo organo.
Regolazione dell'attività di ossidazione microsomiale
L'ossidazione microsomiale nel fegato è regolata a livello di RNA messaggero, o meglio la sua funzione: la trascrizione. Tutte le varianti del citocromo P450, ad esempio, sono registrate sulla molecola di DNA e, affinché appaia sull'EPR, è necessario "riscrivere" parte delle informazioni dal DNA all'RNA messaggero. L'mRNA viene quindi inviato ai ribosomi, dove si formano le molecole proteiche. Il numero di queste molecole è regolato esternamente e dipende dalla quantità di sostanze che devono essere disattivate, nonché dalla presenza degli amminoacidi necessari.
Ad oggi sono stati descritti più di duecentocinquanta composti chimici che attivano l'ossidazione microsomiale nel corpo. Questi includono barbiturici, carboidrati aromatici, alcoli, chetoni e ormoni. Nonostante tale apparente diversità, tutte queste sostanze sono lipofile (liposolubili) e quindi suscettibili al citocromo P450.
