Peran oksidasi mikrosomal dalam kehidupan organisme sulit ditaksir terlalu tinggi atau diabaikan. Inaktivasi xenobiotik (zat beracun), pemecahan dan pembentukan hormon adrenal, partisipasi dalam metabolisme protein dan pelestarian informasi genetik hanyalah sebagian kecil dari masalah yang diketahui yang diselesaikan karena oksidasi mikrosomal. Ini adalah proses otonom dalam tubuh yang dimulai setelah zat pemicu masuk dan berakhir dengan eliminasinya.
Definisi
Oksidasi mikrosomal adalah rangkaian reaksi yang termasuk dalam fase pertama transformasi xenobiotik. Inti dari proses ini adalah hidroksilasi zat menggunakan atom oksigen dan pembentukan air. Karena itu, struktur zat asli berubah, dan sifat-sifatnya dapat ditekan dan ditingkatkan.
Oksidasi mikrosomal memungkinkan Anda untuk melanjutkan ke reaksi konjugasi. Ini adalah fase kedua dari transformasi xenobiotik, di mana molekul yang diproduksi di dalam tubuh akan bergabung dengan kelompok fungsional yang sudah ada. Terkadang terbentuk zat antara yang menyebabkan kerusakan sel hati, nekrosis, dan degenerasi onkologis jaringan.
Oksidasi tipe oksidase
Reaksi oksidasi mikrosomal terjadi di luar mitokondria, sehingga mereka mengkonsumsi sekitar sepuluh persen dari semua oksigen yang masuk ke dalam tubuh. Enzim utama dalam proses ini adalah oksidase. Strukturnya mengandung atom logam dengan valensi variabel, seperti besi, molibdenum, tembaga, dan lainnya, yang berarti bahwa mereka dapat menerima elektron. Di dalam sel, oksidase terletak di vesikel khusus (peroksisom) yang terletak di membran luar mitokondria dan di RE (retikulum endoplasma granular). Substrat, jatuh pada peroksisom, kehilangan molekul hidrogen, yang menempel pada molekul air dan membentuk peroksida.
Hanya ada lima oksidase:
- monoaminooxygenase (MAO) - membantu mengoksidasi adrenalin dan amina biogenik lainnya yang diproduksi di kelenjar adrenal;
- diaminooxygenase (DAO) - terlibat dalam oksidasi histamin (mediator peradangan dan alergi), poliamina dan diamina;
- oksidase asam L-amino (yaitu, molekul kidal);
- oksidase asam D-amino (molekul berotasi kanan);
- xanthine oxidase - mengoksidasi adenin dan guanin (basa nitrogen termasuk dalam molekul DNA).
Pentingnya oksidasi mikrosomal oleh jenis oksidase adalah untuk menghilangkan xenobiotik dan menonaktifkan zat aktif biologis. Pembentukan peroksida, yang memiliki efek bakterisida dan pembersihan mekanis di lokasi cedera, merupakan efek samping yang menempati tempat penting di antara efek lainnya.
Oksidasi tipe oksigenase
Reaksi tipe oksigenase dalam sel juga terjadi pada retikulum endoplasma granular dan pada kulit terluar mitokondria. Ini membutuhkan enzim spesifik - oksigenase, yang memobilisasi molekul oksigen dari substrat dan memasukkannya ke dalam zat teroksidasi. Jika satu atom oksigen dimasukkan, maka enzim tersebut disebut monooksigenase atau hidroksilase. Dalam kasus pengenalan dua atom (yaitu, seluruh molekul oksigen), enzim disebut dioksigenase.
Reaksi oksidasi tipe oksigenase adalah bagian dari kompleks multi-enzim tiga komponen, yang terlibat dalam transfer elektron dan proton dari substrat, diikuti oleh aktivasi oksigen. Seluruh proses ini berlangsung dengan partisipasi sitokrom P450, yang akan dibahas lebih rinci nanti.
Contoh reaksi tipe oksigenase
Seperti disebutkan di atas, monooksigenase hanya menggunakan satu dari dua atom oksigen yang tersedia untuk oksidasi. Yang kedua mereka menempel pada dua molekul hidrogen dan membentuk air. Salah satu contoh reaksi tersebut adalah pembentukan kolagen. Dalam hal ini, vitamin C bertindak sebagai donor oksigen. Prolin hidroksilase mengambil molekul oksigen darinya dan memberikannya ke prolin, yang, pada gilirannya, termasuk dalam molekul prokolagen. Proses ini memberikan kekuatan dan elastisitas pada jaringan ikat. Ketika tubuh kekurangan vitamin C, asam urat berkembang. Dimanifestasikan oleh kelemahan jaringan ikat, pendarahan, memar, kehilangan gigi, yaitu kualitas kolagen dalam tubuh menjadidi bawah.
Contoh lain adalah hidroksilase, yang mengubah molekul kolesterol. Ini adalah salah satu tahapan dalam pembentukan hormon steroid, termasuk hormon seks.
Hidroksilase spesifik rendah
Ini adalah hidrolase yang diperlukan untuk mengoksidasi zat asing seperti xenobiotik. Arti dari reaksi adalah untuk membuat zat tersebut lebih mudah diekskresikan, lebih larut. Proses ini disebut detoksifikasi dan sebagian besar terjadi di hati.
Karena dimasukkannya seluruh molekul oksigen dalam xenobiotik, siklus reaksi terputus dan satu zat kompleks terurai menjadi beberapa proses metabolisme yang lebih sederhana dan lebih mudah diakses.
Spesies oksigen reaktif
Oksigen adalah zat yang berpotensi berbahaya, karena sebenarnya oksidasi adalah proses pembakaran. Sebagai molekul O2 atau air, ia stabil dan lembam secara kimia karena tingkat listriknya penuh dan tidak ada elektron baru yang dapat menempel. Tetapi senyawa di mana oksigen tidak memiliki pasangan semua elektron sangat reaktif. Oleh karena itu, mereka disebut aktif.
Senyawa oksigen tersebut:
- Dalam reaksi monoksida, superoksida terbentuk, yang dipisahkan dari sitokrom P450.
- Dalam reaksi oksidase, terjadi pembentukan anion peroksida (hidrogen peroksida).
- Selama reoksigenasi jaringan yang telah mengalami iskemia.
Oksidator terkuat adalah radikal hidroksil, ituada dalam bentuk bebas hanya sepersejuta detik, tetapi selama waktu ini banyak reaksi oksidatif yang harus dilalui. Keunikannya adalah radikal hidroksil bekerja pada zat hanya di tempat pembentukannya, karena tidak dapat menembus jaringan.
Superoksidanion dan hidrogen peroksida
Zat ini aktif tidak hanya di tempat pembentukan, tetapi juga pada jarak tertentu dari mereka, karena mereka dapat menembus membran sel.
Grup hidroksi menyebabkan oksidasi residu asam amino: histidin, sistein dan triptofan. Hal ini menyebabkan inaktivasi sistem enzim, serta gangguan protein transpor. Selain itu, oksidasi mikrosomal asam amino menyebabkan penghancuran struktur basa nitrogen nukleat dan, sebagai akibatnya, peralatan genetik sel menderita. Asam lemak yang membentuk lapisan bilipid membran sel juga teroksidasi. Ini mempengaruhi permeabilitasnya, pengoperasian pompa elektrolit membran, dan lokasi reseptor.
Inhibitor oksidasi mikrosomal adalah antioksidan. Mereka ditemukan dalam makanan dan diproduksi di dalam tubuh. Antioksidan yang paling terkenal adalah vitamin E. Zat ini dapat menghambat oksidasi mikrosomal. Biokimia menggambarkan interaksi di antara mereka sesuai dengan prinsip umpan balik. Artinya, semakin banyak oksidase, semakin kuat mereka ditekan, dan sebaliknya. Ini membantu menjaga keseimbangan antara sistem dan keteguhan lingkungan internal.
Rantai transportasi listrik
Sistem oksidasi mikrosomal tidak memiliki komponen yang larut dalam sitoplasma, sehingga semua enzimnya dikumpulkan di permukaan retikulum endoplasma. Sistem ini mencakup beberapa protein yang membentuk rantai elektrotranspor:
- NADP-P450 reduktase dan sitokrom P450;
- OVER-cytochrome B5 reduktase dan cytochrome B5;
- steatoryl-CoA desaturase.
Donor elektron dalam sebagian besar kasus adalah NADP (nicotinamide adenine dinucleotide phosphate). Ini dioksidasi oleh NADP-P450 reduktase, yang mengandung dua koenzim (FAD dan FMN), untuk menerima elektron. Pada akhir rantai, FMN dioksidasi dengan P450.
Cytochrome P450
Ini adalah enzim oksidasi mikrosomal, protein yang mengandung heme. Mengikat oksigen dan substrat (sebagai aturan, ini adalah xenobiotik). Namanya dikaitkan dengan penyerapan cahaya dari panjang gelombang 450 nm. Ahli biologi telah menemukannya di semua organisme hidup. Saat ini, lebih dari sebelas ribu protein yang merupakan bagian dari sistem sitokrom P450 telah dijelaskan. Pada bakteri, zat ini larut dalam sitoplasma, dan diyakini bahwa bentuk ini adalah yang paling kuno secara evolusioner daripada manusia. Di negara kita, sitokrom P450 adalah protein parietal yang terfiksasi pada membran endoplasma.
Enzim dari kelompok ini terlibat dalam metabolisme steroid, asam empedu dan lemak, fenol, netralisasi zat obat, racun atau obat-obatan.
Sifat oksidasi mikrosomal
Proses mikrosomaloksidasi memiliki spesifisitas substrat yang luas, dan ini, pada gilirannya, memungkinkan untuk menetralkan berbagai zat. Sebelas ribu protein sitokrom P450 dapat dilipat menjadi lebih dari seratus lima puluh isoform enzim ini. Masing-masing dari mereka memiliki sejumlah besar substrat. Hal ini memungkinkan tubuh untuk membuang hampir semua zat berbahaya yang terbentuk di dalamnya atau yang berasal dari luar. Diproduksi di hati, enzim oksidasi mikrosomal dapat bekerja baik secara lokal maupun pada jarak yang cukup jauh dari organ ini.
Pengaturan aktivitas oksidasi mikrosomal
Oksidasi mikrosomal di hati diatur pada tingkat RNA pembawa pesan, atau lebih tepatnya fungsinya - transkripsi. Semua varian sitokrom P450, misalnya, direkam pada molekul DNA, dan agar muncul di EPR, perlu untuk "menulis ulang" sebagian informasi dari DNA ke RNA pembawa pesan. mRNA kemudian dikirim ke ribosom, di mana molekul protein terbentuk. Jumlah molekul ini diatur secara eksternal dan tergantung pada jumlah zat yang perlu dinonaktifkan, serta keberadaan asam amino yang diperlukan.
Sampai saat ini, lebih dari dua ratus lima puluh senyawa kimia telah dijelaskan yang mengaktifkan oksidasi mikrosomal dalam tubuh. Ini termasuk barbiturat, karbohidrat aromatik, alkohol, keton, dan hormon. Terlepas dari keragaman yang tampak, semua zat ini bersifat lipofilik (larut dalam lemak), dan oleh karena itu rentan terhadap sitokrom P450.
