Роль биоорганической химии в создании лекарственных средств (стр. 9 )

Ферментные системы, участвующие в биотрансформации, локализованы в печени и эндоплазматическом ретикулуме печеночных клеток. При выделении их в эксперименте они получили название микросомальных ферментов, поскольку связаны с фракцией микросом, выделяющихся при дифференциальном центрифугировании фрагментов печеночных клеток. Микросомальные ферменты катализируют реакции конъюгации и реакции окисления, в то время как реакции восстановления и гидролиза часто катализируются немикросомальными ферментами.

Важный процесс окисления ксенобиотиков осуществляет монооксигеназная система (МОС), которая является цитохром Р-450-зависимой ферментной системой. Ферменты конъюгации, катализирую присоединение к метаболитам, которые образуются при окислении, остатков глюкуроновой, серной, ацетильных групп, глутатиона и др. Это обеспечивает, во-первых, образование гидрофильных молекул, а во-вторых, окончательную детоксикацию и выведение токсикантов.

Функция монооксигеназной системы (МОС) весьма многообразна и охватывает широкий круг реакций биотрансформации как экзогенных (ксенобиотиков), так и важнейших эндогенных соединений гидрофобного характера. Необходимые кофакторы микросомного окисления - восстановленные нуклеотиды (НАДФН и НАДН), которые взаимодействуют с цитохромом Р-450 через флавопротеин-НАДФН-цитохром Р-450-редуктазу. Несмотря на различную ферментативную специфичность во всех реакциях, цитохром Р-450 получает электроны от флавопротеина (микросомы). Центральную роль в процессе активации играет атом железа активного центра цитохрома.

Обладая индуцибельностью и образуя множественные изоформы, ферменты МОС, с одной стороны, являются ключевыми в превращениях обширной группы вредных и токсичных химических соединений, с другой стороны, соответствующие изоформы цитохрома Р-450, локализованные в печени, надпочечниках, половых железах, тканях почек, сердца, мозга, принимают участие в биосинтезе и биотрансформации важнейших эндогенных компонентов метаболизма: 1) биосинтезе холестерина и стероидных гормонов; 2) превращении холестерина в желчные кислоты; 3) образовании и метаболизме витаминов А и D, а также ретиноиевой кислоты; 4) десатурации высших жирных кислот; 5) синтезе из аргинина окиси азота - сигнальной молекулы, играющей важную роль в регуляции сосудистого тонуса и кровяного давления, иммунной защите организма, в том числе от опухолей; 6) метаболизме катехоламинов. Монооксигеназы можно рассматривать как своего рода триггерную систему организма, через которую запускаются и контролируются важнейшие стороны обмена веществ. Разнообразие каталитических реакций связано с наличием большого количества изоформ Р-450. К настоящему времени из тканей животных различных видов, простейших и растений выделено более 80 различных изоформ этого фермента. Изоферменты, осуществляющие метаболизм ксенобиотиков, можно разделить на две основные группы (суперсемейства). В группу цитохрома 448 входят изоформы цитохрома, осуществляющие метаболизм липофильных ксенобиотиков. К ним относятся полициклические углеводороды, такие как бензапирен и метилхолантрен, а также некоторые полихлорированные бифенилы. Вторая группа, в отличие от первой, индуцируется фенобарбиталом и осуществляет окисление более гидрофильных субстратов (группа цитохрома-450 ФБ). Фенобарбитал не индуцирует активности монооксигеназ у рыб, птиц, что говорит о том, что это субсемейство отсутствует у низших животных. Группа цитохрома Р-448 представлена практически у всех изученных видов. В результате метаболической активации проканцерогенов (бензопирена, афлотоксинов, метилхолантрена и др.) образуются их окисленные производные, которые способны связываться с ДНК, вызывать мутагенез и канцерогенез. Метаболизм химических соединений в монооксигеназной системе является ключевым моментом для интерпретации их фармакологического и токсического действия. Показана связь монооксигеназной системы  с иммунной, участие цитохрома Р-450 в аллергических реакциях. На базе цитохрома Р-450 разрабатываются тест-системы для анализа канцерогенных и мутагенных соединений, биологической индикации различных ксенобиотиков в окружающей среде.

Вторая фаза детоксикации – фаза конъюгации. Она представляет собой реакции глутатионовой, глюкуронидной, сульфатной конъюгации, ацетилирования, метилирования и другие, что обеспечивает образование либо хорошо растворимых, либо нетоксичных конъюгатов, даже если они оказались более токсичными в результате работы I-ой фазы. Все ферменты II фазы, так же как и I-ой, являются индуцибельными и характеризуются образованием множественных форм, обладающих широкой субстратной специфичностью и метаболизирующих обширный круг ксенобиотиков.

Активность микросомальных ферментов различна у разных людей и генетически детерминирована, то есть зависит от генетических особенностей организма. Считают, что величина биотрансформации у отдельных людей может отличаться в 6 раз и более, что и определяет индивидуальную чувствительность к препарату. Так, у одних больных необходимый эффект можно достичь дозами, в несколько раз большими, чем у других, и наоборот. Некоторые лекарственные препараты усиливают активность микросомальных ферментов, их называют индукторами, другие - ингибиторы подавляют их.

Ферментативная трансформация гидрофобных соединений, в том числе продуктов перекисного окисления, в водорастворимые нетоксичные формы, является важнейшим механизмом, обеспечивающим выведение этих соединений из клеток в тканевую жидкость, затем в кровеносную и лимфатическую системы и далее к элиминирующим органам.

У некоторых людей высока активность микросомальных ферментов, их называют быстрыми инактиваторами, у других больных эта активность низка, их называют медленными инактиваторами. У медленных инактиваторов приходится снижать дозу, чтобы не получить нежелательных побочных действий препарата. Разумеется, "биотрансформируют" лекарства не только печень, но и другие ткани. В результате биотрансформации лекарственные вещества превращаются в метаболиты, которые, как правило, менее активны, чем основное вещество, лучше растворимы и сравнительно легко выводятся из организма почками. Таким образом организм освобождается от введенного лекарства. Фармакокинетика предусматривает определение скорости инактивации и выделения, оба процесса определяются термином "квота элиминации". Она определяет процент вещества от введенной дозы, который метаболизируется и выводится в течение суток. Если этот процент мал, то лекарство при последующих приемах может накапливаться в организме и увеличивать свой эффект. Врач может умело использовать этот феномен, выбирая дозу препарата, которая насыщает организм, затем переходя на меньшую дозу, которая восполняет потерю препарата и носит название поддерживающей дозы. Некоторые вещества, например гликозиды наперстянки, применяются именно таким образом.

Ферментные системы детоксикации также чувствительны к действию минеральных компонентов пищи, БАВ, БАДов из растений и морских гидробионтов. Витамины и минералы (макро - и микроэлементы) оказывают существенное влияние на функционирование системы цитохрома-450. Их дефицит приводит к снижению детоксицирующей функции тканей и органов, прежде всего, печени. При этом существенно меняется эндогенный метаболизм, трансформация многочисленных ксенобиотиков, таких как полиароматические углеводороды, ароматические амины, четыреххлористый углерод, представляющие собой техногенные токсиканты, наркотические и лекарственные вещества. Комбинация витаминов, аминокислот и антиоксидантов, например в сиропном бальзаме «Гербамарин», повышает детоксицирующую функцию печени и способствует элиминированию таких токсикантов, как продукты трансформации четыреххлористого углерода. Здесь немаловажное значение имеет антиоксидантная функция таких комбинаций, защищающих цитохром Р-450 от повреждения свободнорадикальными продуктами. Сказанное выше справедливо и для минеральных компонентов БАДов. Дефицит кальция, магния, цинка, марганца, или селена понижает активность цитохрома Р-450 и изменяет характер влияния на эту систему других соединений. Ионы тяжелых металлов - ртути, свинца, кадмия и алюминия подавляют активность всех ферментов детоксикации и антиоксидантной защиты.

Эффективной защитой от повреждающего действия тяжелых металлов является их связывание на уровне  ЖКТ энтеросорбентами. Эффективными энтеросорбентами ионов тяжелых металлов и радионуклидов являются пектины, например, пектин из морских трав - зостерин. На ферментные системы детоксикации активно влияют многочисленные природные соединения растительного животного происхождения. Необходимо отметить, что одни и те же классы соединений оказывают влияние как на детоксикационную, так и антиоксидантную функции клетки.

Антиоксидантная система защиты организма

Принципиальной особенностью функционирования МОС-зависимой системы является образование в этом процессе активных форм кислорода (АФК). Как известно, АФК при избыточном образовании вызывают деструкцию биомембран, в том числе  и эндоплазматического ретикулума, в который встроены цитохром Р-450-зависимые ферменты и частично ферменты конъюгации. Поэтому исключительно важное значение для нормального функционирования обеих фаз детоксикации имеет соответствующий уровень антиоксидантной системы защиты клеток тканей и органов.

Физиологическая антиоксидантная система (ФАС) - представляет собой многоуровневую систему, поддерживающую в клетках физиологическую концентрацию супероксидрадикала и перекиси водорода, что предотвращает цепной процесс образования других, значительно более агрессивных  и токсичных свободно-радикальных  и перекисных продуктов.

Большую роль в защите клетки от свободных радикалов играют ферментативные антиоксиданты. Клетки содержат высокоактивную супероксиддисмутазу, которая осуществляет дисмутацию двух O2- с образованием перекиси водорода:

O2- + O2- + 2Н+ = H2O2 + O2

Mn-СОД локализуется в митохондриальном матриксе. Cu, Zn-СОД локализуется в цитозоле и в плазме крови. СОД катализирует реакцию восстановления двух супероксидных радикалов О2- с образованием пероксида водорода и кислорода. СОД рассматривают как интегральный защитный фермент, поскольку супероксид-анион, субстрат СОД, образуется не только в цепях переноса электронов в микросомах, митохондриях и ядрах, при фагоцитозе в макрофагах и в эндотелиальных клетках, но и при окислительном стрессе различного происхождения.