El paper de l'oxidació microsòmica en la vida de l'organisme és difícil de sobreestimar o passar per alt. La inactivació de xenobiòtics (substàncies tòxiques), la degradació i formació d'hormones suprarenals, la participació en el metabolisme de les proteïnes i la preservació de la informació genètica són només una petita part dels problemes coneguts que es resolen a causa de l'oxidació microsòmica. Aquest és un procés autònom del cos que s'inicia després que la substància desencadenant entra i acaba amb la seva eliminació.
Definició
L'oxidació microsòmica és una cascada de reaccions incloses en la primera fase de transformació xenobiòtica. L'essència del procés és la hidroxilació de substàncies mitjançant àtoms d'oxigen i la formació d'aigua. A causa d'això, l'estructura de la substància original canvia i les seves propietats es poden suprimir i millorar.
L'oxidació microsòmica permet procedir a la reacció de conjugació. Aquesta és la segona fase de la transformació dels xenobiòtics, al final de la qual les molècules produïdes a l'interior del cos s'incorporaran al grup funcional ja existent. De vegades es formen substàncies intermèdies que causen danys a les cèl·lules hepàtiques, necrosi i degeneració oncològica dels teixits.
Oxidació tipus oxidasa
Les reaccions d'oxidació microsòmica es produeixen fora dels mitocondris, de manera que consumeixen al voltant del deu per cent de tot l'oxigen que entra al cos. Els principals enzims en aquest procés són les oxidases. La seva estructura conté àtoms de metalls de valència variable, com ara ferro, molibdè, coure i altres, la qual cosa significa que són capaços d'acceptar electrons. A la cèl·lula, les oxidases es troben en vesícules especials (peroxisomes) que es troben a les membranes externes dels mitocondris i al RE (reticle endoplasmàtic granular). El substrat, que cau sobre els peroxisomes, perd molècules d'hidrogen, que s'uneixen a una molècula d'aigua i formen peròxid.
Només hi ha cinc oxidases:
- monoaminooxigenasa (MAO): ajuda a oxidar l'adrenalina i altres amines biogèniques produïdes a les glàndules suprarenals;
- diaminooxigenasa (DAO) - implicada en l'oxidació de la histamina (un mediador de la inflamació i les al·lèrgies), poliamines i diamines;
- oxidasa de L-aminoàcids (és a dir, molècules esquerranes);
- oxidasa dels D-aminoàcids (molècules de rotació dreta);
- xantina oxidasa: oxida l'adenina i la guanina (bases nitrogenades incloses a la molècula d'ADN).
La importància de l'oxidació microsòmica per tipus oxidasa és eliminar els xenobiòtics i inactivar les substàncies biològicament actives. La formació de peròxid, que té un efecte bactericida i una neteja mecànica al lloc de la lesió, és un efecte secundari que ocupa un lloc important entre altres efectes.
Oxigenació tipus oxigenasa
Les reaccions de tipus oxigenasa a la cèl·lula també es produeixen al reticle endoplasmàtic granular i a les closques externes dels mitocondris. Això requereix enzims específics: oxigenases, que mobilitzen una molècula d'oxigen del substrat i l'introdueixen a la substància oxidada. Si s'introdueix un àtom d'oxigen, l'enzim s'anomena monooxigenasa o hidroxilasa. En el cas de la introducció de dos àtoms (és a dir, tota una molècula d'oxigen), l'enzim s'anomena dioxigenasa.
Les reaccions d'oxidació de tipus oxigenasa formen part d'un complex multienzim de tres components, que participa en la transferència d'electrons i protons del substrat, seguida de l'activació de l'oxigen. Tot aquest procés té lloc amb la participació del citocrom P450, que es comentarà amb més detall més endavant.
Exemples de reaccions de tipus oxigenasa
Com s'ha esmentat anteriorment, les monooxigenases només utilitzen un dels dos àtoms d'oxigen disponibles per a l'oxidació. El segon s'uneixen a dues molècules d'hidrogen i formen aigua. Un exemple d'aquesta reacció és la formació de col·lagen. En aquest cas, la vitamina C actua com a donant d'oxigen. La prolina hidroxilasa n'agafa una molècula d'oxigen i la dóna a la prolina, que, al seu torn, s'inclou a la molècula de procol·lagen. Aquest procés dóna força i elasticitat al teixit conjuntiu. Quan el cos té deficiència de vitamina C, es desenvolupa la gota. Es manifesta per debilitat del teixit connectiu, sagnat, contusions, pèrdua de dents, és a dir, la qualitat del col·lagen del cos es converteix ena continuació.
Un altre exemple són les hidroxilases, que converteixen les molècules de colesterol. Aquesta és una de les etapes de la formació d'hormones esteroides, incloses les hormones sexuals.
Hidroxilases específiques baixes
Són hidrolases necessàries per oxidar substàncies estranyes com els xenobiòtics. El significat de les reaccions és fer que aquestes substàncies siguin més manejables per a l'excreció, més solubles. Aquest procés s'anomena desintoxicació i té lloc principalment al fetge.
A causa de la inclusió d'una molècula sencera d'oxigen als xenobiòtics, el cicle de reacció es trenca i una substància complexa es descompon en diversos processos metabòlics més senzills i més accessibles.
Espècies reactives d'oxigen
L'oxigen és una substància potencialment perillosa, ja que, de fet, l'oxidació és un procés de combustió. Com a molècula O2 o aigua, és estable i químicament inert perquè els seus nivells elèctrics estan plens i no es poden connectar nous electrons. Però els compostos en què l'oxigen no té un parell d'electrons són altament reactius. Per tant, s'anomenen actives.
Aquests compostos d'oxigen:
- En les reaccions de monòxid, es forma superòxid, que es separa del citocrom P450.
- En les reaccions d'oxidasa, es produeix la formació d'anió peròxid (peròxid d'hidrogen).
- Durant la reoxigenació dels teixits que han patit isquèmia.
L'agent oxidant més fort és el radical hidroxilexisteix en forma lliure durant només una milionèsima part de segon, però durant aquest temps moltes reaccions oxidatives tenen temps de passar. La seva particularitat és que el radical hidroxil actua sobre les substàncies només al lloc on es va formar, ja que no pot penetrar en els teixits.
Superoxidanió i peròxid d'hidrogen
Aquestes substàncies són actives no només al lloc de formació, sinó també a una certa distància d'elles, ja que poden penetrar a les membranes cel·lulars.
El grup hidroxi provoca l'oxidació de residus d'aminoàcids: histidina, cisteïna i triptòfan. Això condueix a la inactivació dels sistemes enzimàtics, així com a la interrupció de les proteïnes de transport. A més, l'oxidació microsòmica dels aminoàcids condueix a la destrucció de l'estructura de les bases nitrogenades nucleiques i, com a conseqüència, l'aparell genètic de la cèl·lula pateix. També s'oxiden els àcids grassos que formen la capa bilipídica de les membranes cel·lulars. Això afecta la seva permeabilitat, el funcionament de les bombes d'electròlits de membrana i la ubicació dels receptors.
Els inhibidors de l'oxidació microsòmica són antioxidants. Es troben en els aliments i es produeixen dins del cos. L'antioxidant més conegut és la vitamina E. Aquestes substàncies poden inhibir l'oxidació microsòmica. La bioquímica descriu la interacció entre ells segons el principi de retroalimentació. És a dir, com més oxidases, més fortes es suprimeixen, i viceversa. Això ajuda a mantenir l'equilibri entre els sistemes i la constància de l'entorn intern.
Cadena de transport elèctric
El sistema d'oxidació microsòmica no té components solubles al citoplasma, de manera que tots els seus enzims es recullen a la superfície del reticle endoplasmàtic. Aquest sistema inclou diverses proteïnes que formen la cadena d'electrotransport:
- NADP-P450 reductasa i citocrom P450;
- citocrom B5 reductasa SOBRE i citocrom B5;
- esteatoryl-CoA desaturasa.
El donant d'electrons en la gran majoria dels casos és el NADP (nicotinamida adenina dinucleòtid fosfat). S'oxida per la NADP-P450 reductasa, que conté dos coenzims (FAD i FMN), per acceptar electrons. Al final de la cadena, FMN s'oxida amb P450.
Cytochrome P450
Aquest és un enzim d'oxidació microsòmica, una proteïna que conté hem. Uneix l'oxigen i el substrat (per regla general, és un xenobiòtic). El seu nom està associat a l'absorció de llum des d'una longitud d'ona de 450 nm. Els biòlegs l'han trobat en tots els organismes vius. De moment, s'han descrit més d'onze mil proteïnes que formen part del sistema del citocrom P450. En els bacteris, aquesta substància es dissol al citoplasma, i es creu que aquesta forma és la més antiga evolutivament que en els humans. Al nostre país, el citocrom P450 és una proteïna parietal fixada a la membrana endoplasmàtica.
Els enzims d'aquest grup estan implicats en el metabolisme dels esteroides, la bilis i els àcids grassos, els fenols, la neutralització de substàncies medicinals, els verins o els fàrmacs.
Propietats de l'oxidació microsòmica
Processos de microsòmicsles oxidacions tenen una àmplia especificitat de substrat, i això, al seu torn, permet neutralitzar una varietat de substàncies. Onze mil proteïnes del citocrom P450 es poden plegar en més de cent cinquanta isoformes d'aquest enzim. Cadascun d'ells té un gran nombre de substrats. Això permet al cos desfer-se de gairebé totes les substàncies nocives que es formen a l'interior o provenen de l'exterior. Produïts al fetge, els enzims d'oxidació microsòmica poden actuar tant localment com a una distància considerable d'aquest òrgan.
Regulació de l'activitat d'oxidació microsòmica
L'oxidació microsòmica al fetge està regulada a nivell de l'ARN missatger, o més aviat la seva funció: la transcripció. Totes les variants del citocrom P450, per exemple, es registren a la molècula d'ADN i, per tal que aparegui a l'EPR, cal "reescriure" part de la informació de l'ADN a l'ARN missatger. Després, l'ARNm s'envia als ribosomes, on es formen les molècules de proteïnes. El nombre d'aquestes molècules està regulat externament i depèn de la quantitat de substàncies que cal desactivar, així com de la presència dels aminoàcids necessaris.
A dia d'avui, s'han descrit més de dos-cents cinquanta compostos químics que activen l'oxidació microsòmica del cos. Aquests inclouen barbitúrics, hidrats de carboni aromàtics, alcohols, cetones i hormones. Malgrat aquesta diversitat aparent, totes aquestes substàncies són lipòfiles (solubles en greixos) i, per tant, susceptibles al citocrom P450.
