บทบาทของ microsomal oxidation ในชีวิตของสิ่งมีชีวิตนั้นยากที่จะประเมินหรือมองข้ามไป การหยุดทำงานของซีโนไบโอติก (สารพิษ) การสลายและการก่อตัวของฮอร์โมนต่อมหมวกไต การมีส่วนร่วมในกระบวนการเผาผลาญโปรตีน และการเก็บรักษาข้อมูลทางพันธุกรรมเป็นเพียงส่วนเล็กๆ ของปัญหาที่ทราบแล้วซึ่งแก้ไขได้เนื่องจากไมโครโซมอลออกซิเดชัน นี่เป็นกระบวนการอิสระในร่างกายที่เริ่มต้นหลังจากสารกระตุ้นเข้าและสิ้นสุดด้วยการกำจัดออก
คำจำกัดความ
ไมโครโซมอลออกซิเดชันเป็นปฏิกิริยาต่อเนื่องกันที่รวมอยู่ในขั้นตอนแรกของการเปลี่ยนแปลงทางซีโนไบโอติก สาระสำคัญของกระบวนการคือไฮดรอกซิเลชันของสารโดยใช้อะตอมออกซิเจนและการก่อตัวของน้ำ ด้วยเหตุนี้ โครงสร้างของสารตั้งต้นจึงเปลี่ยนไป และสามารถยับยั้งและปรับปรุงคุณสมบัติของสารได้
ไมโครโซมอลออกซิเดชันช่วยให้คุณดำเนินการปฏิกิริยาคอนจูเกตได้ นี่เป็นระยะที่สองของการเปลี่ยนแปลงของซีโนไบโอติก ซึ่งในตอนท้ายโมเลกุลที่ผลิตขึ้นภายในร่างกายจะเข้าร่วมกับกลุ่มฟังก์ชันที่มีอยู่แล้ว บางครั้งสารขั้นกลางจะก่อตัวขึ้นซึ่งก่อให้เกิดความเสียหายต่อเซลล์ตับ เนื้อร้าย และเนื้อเยื่อเสื่อมจากเนื้องอก
ออกซิเดชันประเภทออกซิเดชัน
ปฏิกิริยาออกซิเดชันของไมโครโซมอลเกิดขึ้นนอกไมโตคอนเดรีย ดังนั้นพวกมันจึงใช้ออกซิเจนประมาณสิบเปอร์เซ็นต์ที่เข้าสู่ร่างกาย เอนไซม์หลักในกระบวนการนี้คือออกซิเดส โครงสร้างประกอบด้วยอะตอมของโลหะที่มีความจุผันแปรได้ เช่น เหล็ก โมลิบดีนัม ทองแดง และอื่นๆ ซึ่งหมายความว่าพวกมันสามารถรับอิเล็กตรอนได้ ในเซลล์ ออกซิเดสจะอยู่ในถุงพิเศษ (peroxisomes) ซึ่งอยู่บนเยื่อหุ้มชั้นนอกของไมโตคอนเดรียและใน ER (เม็ดเอ็นโดพลาสมิกเรติเคิล) สารตั้งต้นที่ตกลงบนเปอร์รอกซิโซมจะสูญเสียโมเลกุลไฮโดรเจนไป ซึ่งเกาะติดกับโมเลกุลของน้ำและเกิดเปอร์ออกไซด์
มีเพียงห้าออกซิเดส:
- monoaminooxygenase (MAO) - ช่วยออกซิไดซ์อะดรีนาลีนและเอมีนชีวภาพอื่น ๆ ที่ผลิตในต่อมหมวกไต;
- ไดอะมิโนออกซีเจเนส (DAO) - เกี่ยวข้องกับการเกิดออกซิเดชันของฮีสตามีน (ตัวกลางของการอักเสบและการแพ้) โพลิเอมีนและไดอามีน
- ออกซิเดสของกรดแอล-อะมิโน (นั่นคือ โมเลกุลของคนถนัดซ้าย);
- ออกซิเดสของกรดดี-อะมิโน (โมเลกุลหมุนขวา);
- แซนทีนออกซิเดส - ออกซิไดซ์อะดีนีนและกัวนีน (เบสไนโตรเจนรวมอยู่ในโมเลกุลดีเอ็นเอ)
ความสำคัญของการเกิดออกซิเดชันของไมโครโซมอลตามประเภทออกซิเดสคือการกำจัดซีโนไบโอติกและยับยั้งสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพ การก่อตัวของเปอร์ออกไซด์ซึ่งมีฤทธิ์ฆ่าเชื้อแบคทีเรียและการทำความสะอาดทางกลในบริเวณที่เกิดการบาดเจ็บ เป็นผลข้างเคียงที่มีความสำคัญท่ามกลางผลกระทบอื่นๆ
ออกซิเดชันประเภทออกซิเจน
ปฏิกิริยาประเภทออกซิเจนในเซลล์ยังเกิดขึ้นที่เอนโดพลาสมิกเรติคิวลัมแบบเม็ดและบนเปลือกนอกของไมโตคอนเดรีย สิ่งนี้ต้องการเอ็นไซม์เฉพาะ - ออกซิเจนซึ่งระดมโมเลกุลออกซิเจนจากสารตั้งต้นและนำเข้าสู่สารออกซิไดซ์ หากมีการแนะนำอะตอมออกซิเจนหนึ่งอะตอม เอนไซม์จะเรียกว่าโมโนออกซีเจเนสหรือไฮดรอกซีเลส ในกรณีของการนำอะตอมสองอะตอม (นั่นคือ โมเลกุลทั้งหมดของออกซิเจน) เรียกว่า เอนไซม์ไดออกซีเจเนส
ปฏิกิริยาออกซิเดชันประเภทออกซิเจนเป็นส่วนหนึ่งของคอมเพล็กซ์หลายเอนไซม์ที่มีสามองค์ประกอบ ซึ่งเกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนอิเล็กตรอนและโปรตอนจากสารตั้งต้น ตามด้วยการกระตุ้นออกซิเจน กระบวนการทั้งหมดนี้เกิดขึ้นจากการมีส่วนร่วมของ cytochrome P450 ซึ่งจะกล่าวถึงในรายละเอียดเพิ่มเติมในภายหลัง
ตัวอย่างปฏิกิริยาประเภท Oxygenase
ดังที่กล่าวไว้ข้างต้น monooxygenases ใช้อะตอมออกซิเจนที่มีอยู่เพียงอะตอมเดียวสำหรับการเกิดออกซิเดชัน วินาทีที่พวกมันเกาะติดกับโมเลกุลไฮโดรเจนสองโมเลกุลและก่อตัวเป็นน้ำ ตัวอย่างหนึ่งของปฏิกิริยาดังกล่าวคือการก่อตัวของคอลลาเจน ในกรณีนี้ วิตามินซีทำหน้าที่เป็นผู้ให้ออกซิเจน Proline hydroxylase นำโมเลกุลออกซิเจนจากมันมาส่งไปยัง proline ซึ่งในที่สุดก็รวมอยู่ในโมเลกุลของ procollagen กระบวนการนี้ให้ความแข็งแรงและความยืดหยุ่นแก่เนื้อเยื่อเกี่ยวพัน เมื่อร่างกายขาดวิตามินซี โรคเกาต์จะพัฒนา เป็นที่ประจักษ์โดยความอ่อนแอของเนื้อเยื่อเกี่ยวพัน เลือดออก ฟกช้ำ ฟันหลุด นั่นคือคุณภาพของคอลลาเจนในร่างกายจะกลายเป็นด้านล่าง
อีกตัวอย่างหนึ่งคือไฮดรอกซีเลสซึ่งเปลี่ยนโมเลกุลของคอเลสเตอรอล นี่เป็นหนึ่งในขั้นตอนของการสร้างฮอร์โมนสเตียรอยด์ รวมทั้งฮอร์โมนเพศ
ไฮดรอกซีเลสจำเพาะต่ำ
นี่คือไฮโดรเลสที่จำเป็นในการออกซิไดซ์สารแปลกปลอม เช่น ซีโนไบโอติกส์ ความหมายของปฏิกิริยาคือการทำให้สารดังกล่าวง่ายต่อการขับถ่ายและละลายน้ำได้มากขึ้น กระบวนการนี้เรียกว่าการล้างพิษและเกิดขึ้นที่ตับเป็นส่วนใหญ่
เนื่องจากการรวมอณูของออกซิเจนในซีโนไบโอติกส์ วัฏจักรของปฏิกิริยาจึงถูกทำลาย และสารที่ซับซ้อนหนึ่งตัวแบ่งออกเป็นกระบวนการเผาผลาญที่ง่ายกว่าและเข้าถึงได้มากขึ้นหลายขั้นตอน
ออกซิเจนชนิดปฏิกิริยา
ออกซิเจนเป็นสารที่อาจเป็นอันตรายได้ เนื่องจากในความเป็นจริง การเกิดออกซิเดชันเป็นกระบวนการเผาไหม้ ในฐานะที่เป็นโมเลกุล O2 หรือน้ำ มันมีความเสถียรและเฉื่อยทางเคมีเพราะระดับไฟฟ้าของมันเต็มและไม่มีอิเล็กตรอนใหม่สามารถติดได้ แต่สารประกอบที่ออกซิเจนไม่มีคู่ของอิเล็กตรอนทั้งหมดจะมีปฏิกิริยาสูง ดังนั้นจึงเรียกว่าใช้งานอยู่
สารประกอบออกซิเจนดังกล่าว:
- ในปฏิกิริยามอนอกไซด์จะเกิดซูเปอร์ออกไซด์ซึ่งแยกออกจากไซโตโครม P450
- ในปฏิกิริยาออกซิเดส จะเกิดเปอร์ออกไซด์แอนไอออน (ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์)
- ในระหว่างการเติมออกซิเจนของเนื้อเยื่อที่ขาดเลือดขาดเลือด
ตัวออกซิไดซ์ที่แรงที่สุดคือไฮดรอกซิลเรดิคัลนั่นเองมีอยู่ในรูปแบบอิสระเพียงหนึ่งในล้านของวินาที แต่ในช่วงเวลานี้ปฏิกิริยาออกซิเดชันจำนวนมากมีเวลาที่จะผ่านไป ลักษณะเฉพาะของมันคือไฮดรอกซิลเรดิคัลทำหน้าที่กับสารเฉพาะในสถานที่ที่ก่อตัวขึ้นเนื่องจากไม่สามารถเจาะเนื้อเยื่อได้
ซูเปอร์ออกซิเดเนี่ยนและไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์
สารเหล่านี้ออกฤทธิ์ไม่เฉพาะที่บริเวณที่ก่อตัว แต่ยังอยู่ห่างจากพวกมันด้วยเนื่องจากสามารถทะลุผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ได้
กลุ่มไฮดรอกซีทำให้เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันของกรดอะมิโนตกค้าง ได้แก่ ฮิสติดีน ซิสเทอีน และทริปโตเฟน สิ่งนี้นำไปสู่การปิดใช้งานระบบเอนไซม์เช่นเดียวกับการหยุดชะงักของการขนส่งโปรตีน นอกจากนี้การเกิดออกซิเดชันในระดับไมโครของกรดอะมิโนนำไปสู่การทำลายโครงสร้างของฐานไนโตรเจนนิวคลีอิกและเป็นผลให้เครื่องมือทางพันธุกรรมของเซลล์ทนทุกข์ทรมาน กรดไขมันที่ประกอบเป็นชั้น bilipid ของเยื่อหุ้มเซลล์ก็จะถูกออกซิไดซ์เช่นกัน ซึ่งส่งผลต่อการซึมผ่าน การทำงานของปั๊มอิเล็กโทรไลต์เมมเบรน และตำแหน่งของตัวรับ
สารยับยั้งการเกิดออกซิเดชันของไมโครโซมอลเป็นสารต้านอนุมูลอิสระ พบในอาหารและผลิตขึ้นภายในร่างกาย สารต้านอนุมูลอิสระที่รู้จักกันดีคือวิตามินอี สารเหล่านี้สามารถยับยั้งการเกิดออกซิเดชันของไมโครโซมอลได้ ชีวเคมีอธิบายปฏิสัมพันธ์ระหว่างพวกเขาตามหลักการป้อนกลับ กล่าวคือ ยิ่งออกซิเดสมากเท่าไหร่ พวกมันก็จะยิ่งถูกกดขี่มากขึ้นเท่านั้น และในทางกลับกัน ซึ่งจะช่วยรักษาสมดุลระหว่างระบบและความคงตัวของสภาพแวดล้อมภายใน
โซ่ขนส่งไฟฟ้า
ระบบไมโครโซมอลออกซิเดชันไม่มีส่วนประกอบที่ละลายได้ในไซโตพลาสซึม ดังนั้นเอนไซม์ทั้งหมดของระบบจึงถูกรวบรวมไว้บนพื้นผิวของเอนโดพลาสมิกเรติเคิล ระบบนี้ประกอบด้วยโปรตีนหลายชนิดที่สร้างห่วงโซ่ไฟฟ้า:
- NADP-P450 รีดักเตสและไซโตโครม P450;
- OVER-cytochrome B5 reductase และ cytochrome B5;
- steatoryl-CoA desaturase
ผู้บริจาคอิเล็กตรอนในกรณีส่วนใหญ่คือ NADP (nicotinamide adenine dinucleotide phosphate) มันถูกออกซิไดซ์โดย NADP-P450 reductase ซึ่งมีโคเอ็นไซม์สองตัว (FAD และ FMN) เพื่อรับอิเล็กตรอน ที่ส่วนท้ายของห่วงโซ่ FMN จะถูกออกซิไดซ์ด้วย P450
ไซโตโครม P450
นี่คือเอนไซม์ออกซิเดชันไมโครโซมอล ซึ่งเป็นโปรตีนที่มีฮีม จับออกซิเจนและสารตั้งต้น (ตามกฎแล้วมันเป็น xenobiotic) ชื่อของมันเกี่ยวข้องกับการดูดกลืนแสงจากความยาวคลื่น 450 นาโนเมตร นักชีววิทยาพบมันในสิ่งมีชีวิตทุกชนิด ในขณะนี้ มีการอธิบายโปรตีนมากกว่า 11,000 ชนิดที่เป็นส่วนหนึ่งของระบบ cytochrome P450 ในแบคทีเรีย สารนี้จะถูกละลายในไซโตพลาสซึม และเชื่อกันว่ารูปแบบนี้เป็นวิวัฒนาการที่เก่าแก่ที่สุดในมนุษย์ ในประเทศของเรา cytochrome P450 เป็นโปรตีนข้างขม่อมจับจ้องอยู่ที่เยื่อหุ้มเอนโดพลาสมิก
เอ็นไซม์ในกลุ่มนี้เกี่ยวข้องกับเมแทบอลิซึมของสเตียรอยด์ น้ำดีและกรดไขมัน ฟีนอล การทำให้เป็นกลางของสารยา ยาพิษ หรือยา
คุณสมบัติของไมโครโซมอลออกซิเดชัน
กระบวนการของไมโครโซมอลการเกิดออกซิเดชันมีความจำเพาะของซับสเตรตที่กว้าง และทำให้สารหลายชนิดเป็นกลางได้ โปรตีนไซโตโครม P450 หนึ่งหมื่นหนึ่งพันตัวสามารถพับเป็นไอโซฟอร์มมากกว่าหนึ่งร้อยห้าสิบไอโซฟอร์มของเอนไซม์นี้ แต่ละคนมีพื้นผิวจำนวนมาก ช่วยให้ร่างกายสามารถกำจัดสารอันตรายเกือบทั้งหมดที่เกิดขึ้นภายในหรือมาจากภายนอก ผลิตในตับ เอนไซม์ออกซิเดชันไมโครโซมอลสามารถทำหน้าที่ทั้งในท้องถิ่นและในระยะห่างพอสมควรจากอวัยวะนี้
ระเบียบกิจกรรมไมโครโซมอลออกซิเดชัน
ไมโครโซมอลออกซิเดชันในตับถูกควบคุมที่ระดับของเมสเซนเจอร์ RNA หรือค่อนข้างจะทำหน้าที่ของมัน - การถอดรหัส ตัวอย่างเช่น ไซโตโครม P450 ทุกสายพันธุ์ได้รับการบันทึกในโมเลกุลดีเอ็นเอ และเพื่อให้ปรากฏบน EPR จำเป็นต้อง "เขียนใหม่" ส่วนหนึ่งของข้อมูลจาก DNA ไปยัง RNA ของผู้ส่งสาร จากนั้น mRNA จะถูกส่งไปยังไรโบโซม ซึ่งจะสร้างโมเลกุลโปรตีนขึ้น จำนวนของโมเลกุลเหล่านี้ถูกควบคุมจากภายนอกและขึ้นอยู่กับปริมาณของสารที่ต้องปิดการใช้งาน เช่นเดียวกับการมีกรดอะมิโนที่จำเป็น
จนถึงปัจจุบัน มีการอธิบายสารประกอบเคมีมากกว่าสองร้อยห้าสิบชนิดที่กระตุ้นการเกิดออกซิเดชันในระดับไมโครในร่างกาย เหล่านี้รวมถึง barbiturates คาร์โบไฮเดรตอะโรมาติก แอลกอฮอล์ คีโตน และฮอร์โมน แม้จะมีความหลากหลายที่เห็นได้ชัด สารเหล่านี้ทั้งหมดเป็น lipophilic (ละลายในไขมัน) ดังนั้นจึงมีความอ่อนไหวต่อ cytochrome P450