Пользовательский поиск

Биотрансформация этанола в изолированных гепатоцитах

Метаболизм этанола в печени является наглядным примером су­ществования сложного и тонко отрегулированного взаимодействия полиферментных систем различных компартментов органелл клет­ки в биотрансформации веществ. Благодаря исследованиям в по­следние 15 лет установлено, что этанол, введенный в организм в низких концентрациях (до 2мМ) быстро метаболизируется в печени; 75-95% его окисляется в па­ренхиматозных клетках. Основной путь его деградации связан с алкогольдегидрогеназой (АДГ) — ферментом, находящимся в рас­творимой части цитозоля и ответственным за конверсию этанола в ацетальдегид в присутствии НАД+. Ацетальдегид окисляется до ацетата альдегиддегидрогеназой, локализованной в митохондри­альном компартменте.

Продолжение ниже

Эффективность лучших препаратов для похудения

... году его продажа на рынке была ограничена, потому что более глубокие исследования показали увеличение риска возникновения серьезных осложнений ... ... безопасности Орлистата в связи с сообщениями о серьезных нарушениях функций печени у небольшого количества людей, принимающих его. Взаимосвязи между ...

Читать дальше...

всё на эту тему


Благодаря этому контроль за окислением этанола осуществляется, во-первых, активностью АДГ; во-вторых, транслокацией восстановительных эквивалентов из цитозоля в митохондрии; в-третьих, окислением в митохондриях восстановительных эквивалентов кис­лородом. В зависимости от экспериментальных условий каждый фактор может быть лимитирующим для метаболизма этанола.

В нормальных условиях дальнейший метаболизм ацетальдегида в митохондриях происходит очень быстро, со скоростью 10 нмоль в мин-1 на мг-1 белка, и лимитирующим звеном всей реакции в целом является окисление этанола до ацетальдегида, которое зави­сит от диссоциации комплекса фермент — НАДН. В интактной пе­чени эта диссоциация регулируется уровнем цитозольного НАД+, который лимитирует скорость всего процесса метаболизма этанола. Его реокисление связано с работой шунтов, обеспечивающих пере­нос восстановительных эквивалентов в митохондриальный компартмент. Согласно мнению боль­шинства исследователей, основная роль в этом процессе при окисле­нии этанола отводится малат-аспартатному и альфа-глицерофосфатному шунтам. Максимальная ско­рость окисления этанола в изолированных гепатоцитах обеспечивается высокой концентрацией интермедиатов шунтов, в том числе глутамата, аспартата и глицерол-3-фосфата. Увеличение их концентрации в гепатоцитах повы­шает соответственно метаболический поток через каждый шунт. В обычных условиях мощность обоих шунтов в гепатоцитах крыс примерно одинакова.

Потеря глутамата и аспартата при выделении гепатоцитов мо­жет сказываться на активности малат-аспартатного шунта, снижая ее. Возможно, именно этим объясняется отрицательный вывод Берри и Куна о роли малат-аспартатного шунта в метабо­лизме этанола. Однако в процессе инкубации происходят медленная регенерация интермедиатов шунта и относительное восстановление его активности. Различия в концентрации интер­медиатов шунтов у сытых и голодных животных определяют осо­бенности метаболизма этанола в этих двух состояниях (скорость окисления этанола у сытых в 1,5 раза больше, чем у голодных). Благодаря ограниченной транспортной способности шунтов отношение НАДН/НАД+ в цитозоле резко увеличивается во время метаболизма этанола, а именно это перевосстановление, возможно, ответственно за эффекты, связанные с длительным введением алко­голя в организм.

Дополнительно к АДГ существуют по крайней мере еще две системы, которые участвуют в окислении этанола. В присутствии перекиси водорода, как известно, каталаза катализирует окисле­ние как метанола, так и этанола до соответствующих альдегидов.

Так как Н2О2 является естественным продуктом, образующим­ся в нормальных физиологических условиях в различных метабо­лических путях в клетке, включая бета-окисление жирных кислот, а также аутооксидацию цитохрома Р-450, окисление этанола в гепа­тоцитах может происходить за счет активации пероксидазной функ­ции каталазы. Этот зависимый от каталазы путь окисления этанола является дополнительным к основному, АДГ-зависимому. Действие этого механизма наглядно демонстрируется на гепатоцитах в присутствии высоких концентраций аминооксиацетата, который в этом случае не выполняет функцию ингибитора аминотрансфераз, а активно метаболизируется в гликолат. По­следний, являясь субстратом пероксисом, генерирует Н2О2, которая стимулирует окисление этанола как в каталазной реакции, так и за счет окисления цитоплазматического НАД в глиоксилатной реакции, что приводит к вторичной активации АДГ. Таким образом, в присутствии гликолата или высоких концентраций аминооксиацетата наблюдается стимуляция окисления этанола. Поэтому, хотя участие каталазы в метаболизме этанола в обыч­ных условиях невелико, ее роль может резко усилиться при уве­личении генерации перекиси водорода в клетке.

На протяжении более чем 15 лет дискутируется возможность участия в метаболизме этанола так называемой микросомальной этанолокисляющей системы (МЭОС), которая является НАДФН- и цитохром Р-450-зависимой.

Ее функция не связана с пероксидазной активностью каталазы, как это считалось одно время. Есть мнение, что существует специальная форма цитохрома Р-450, которая активируется при окислении этанола. Вполне возможно, что эта реакция медиируется гидроксильным радикалом (ОН), генерируемым системой цитохрома Р-450, как это было показано Цедербаумом и другими. Окончательного решения этого вопроса на сегодняшний день пока еще нет.

Наряду с этим имеется экспериментально подтверждаемая ги­потеза, что в последней реакции органические гидроперекиси мо­гут замещать НАДФН и также поддерживать окисление этанола, длинноцепочечных и вторичных спиртов. Этот механизм не связан с инициацией гидроксильных радикалов и не чувствителен к его скэвенджерам, так же как и к ингибиторам НАДФН-зависимого окисления. В связи с этим предполагается, что в зависимости от используемого механизма (НАДФН-зависимой систе­мы или органических гидроперекисей) в реакции могут участво­вать различные изоэнзимы цитохрома Р-450.

Действие этанола на редокс-состояние клетки, с одной сторо­ны, и участие НАДФН-зависимой ферментной системы в его окис­лении — с другой, предопределяет возможность взаимовлияния метаболизма этанола и ксенобиотиков. Как правило, оно выража­ется в ингибирующем действии этанола на различные реакции биотрансформации других веществ. Эти взаимодействия интенсив­но изучаются на гепатоцитарной модели.

Уменьшение отношения НАД+/НАДН, возникающее при мета­болизме этанола в реакции, катализируемой АДГ, влияет на об­щий редокс-потенциал клетки, в результате чего могут произойти ингибирование цикла Кребса и бета-окисления жирных кислот, а так­же последующее опосредованное уменьшение транспорта восста­новительных эквивалентов из митохондрий в цитозоль, что в ко­нечном счете будет отрицательно сказываться на работе НАДФН-зависимых систем окисления гепатоцита. Уве­личение митохондриального НАДН может непрямым образом так­ же влиять на скорость генерации НАДФН в пентозо-фосфатном цикле.

Известны примеры отрицательного действия метаболизма эта­нола на различные реакции II стадии биотрансформации веществ, в том числе глюкуронидацию. В то же время этанол активирует реакции ацетилирования сульфаниламида (но не прокаинамида) в гепатоцитах, благодаря тому что он увеличивает концентрацию ацетил-КоА в цитозоле, необходимого для этого процесса.

Вторая стадия биотрансформации веществ в изолированных гепатоцитах

Метаболиты, образованные во время I стадии биотрансформа­ции, могут подвергаться дальнейшим превращениям с помощью целого ряда реакций II стадии. Как правило, при этом образуются более полярные и менее токсичные соединения, которые доста­точно легко выводятся из клетки. Однако часть липофильных ксе­нобиотиков является субстратами исключительно только этой ста­дии и метаболизируются, минуя I стадию. Известны пять основ­ных типов реакций, относящихся ко II стадии биотрансформации, причем часть из них являются энергозависимыми.

Жизнеспособные гепатоциты интенсивно используются для изучения всех реакций II стадии биотрансформации ксенобиотиков.

Глюкуронидация

Конъюгация веществ с глюкуроновой кисло­той широко распространена при биотрансформации веществ. Суб­стратами реакций являются как продукты I стадии, так и вещест­ва, метаболизирующиеся только с помощью этой реакции (различ­ные спирты, карбоновые кислоты, ряд эндогенных субстратов, как, например, билирубин и стероидные гормоны). Продукты этой ре­акции являются полярными соединениями и поэтому легко выво­дятся из клетки. Они, как правило, менее токсичны, нежели ис­ходные неконъюгированные продукты I стадии. Исключение составляют бета-глюкурониды некоторых канцерогенных ариламинов. Образование конъюгатов катализируется ферментом глюкуринилтрансферазой, который обеспечивает превращения УДФ-альфа-D-глюкуроновой кислоты до бета-D-глюкуронида. В гепато­цитах, в которых глюкуронилтрансферазная активность сущест­венно выше, чем в других клетках, фермент локализован в эндоплазматическом ретикулуме и оболочке ядра. Скорость глюкуронидации в изолированных гепатоцитах сравнима со скоростью это­го процесса в микросомах. Реакция индуцируется как фенобарбиталом, так и 3-метилхолантреном и ингибируется салициламидом. Индуктором этого фермента яв­ляются глюкокортикоиды, а УДФ-N-ацетилглюкозамин постули­руется в качестве возможного регулятора трансферазной актив­ности в гепатоците.

Активность УДФ-глюкуронилтрансферазы зависит от генера­ции кофакторов в различных субклеточных компартментах. УДФ-глюкуроновая кислота образуется из УТФ и глюкозы в последо­вательной цепи реакций, одна из которых является НАД+-зависимой. Поэтому увеличение отношения НАДН/НАД+ в цитозоле инициирует эту реакцию и может уменьшать синтез УДФ-глюкуроновой кислоты. Этот механизм был постулирован, чтобы объяснить снижение образования глюкуронидов в изолированных гепатоцитах под влиянием этанола.

Конъюгация чужеродных соединений с глутатионом

Конъюгация чужеродных соединений с глутатионом в гепато­цитах используется чрезвычайно широко. Процесс катализируется группой мультиферментов — глутатион-S-трансфераз, обладающих широкой субстратной специфич­ностью. Они участвуют также в связывании гидрофобных соеди­нений и играют большую роль в поддержании глутатионпероксидазной активности. В гепатоцитах глутатион-S-трансферазы найдены в эндоплазматическом ретикулуме, митохондриях и оболочке ядра. Их концентрация в цитозоле очень высока и в некоторых состояниях может составлять до 10% от содержания общих растворимых белков печени крысы. На глутатион-S-трансферазную активность сильно влияет гормональный статус животного, некоторые индукторы ферментов, включая фенобарби­тал и полициклические углеводороды, а также антиоксиданты.

Глутатион-S-конъюгаты — полярные соединения, легко экскретируемые из клетки. Однако перед этим большинство из них метаболизируются до соответствующих меркаптанов с промежуточ­ным образованием цистеинилглицина, цистеина и N-ацетилцистеин-S-конъюгатов. Гепатоциты широко используются для изучения этого процесса. На сегодняшний день хорошо изучен метаболизм анальгетика парацетамола, биотрансформация которо­го в клетках печени приводит к образованию тиоловых конъюга­тов глюкуроновой кислоты в качестве основных метаболитов. Од­нако в результате взаимодействия парацетамола с системой ци­тохрома Р-450 могут образовываться также электрофильные ме­таболиты, которые инактивируются затем в реакциях конъюгации с GSH. Образование тиоловых конъюгатов в изолированных клет­ках печени используется в качестве меры интенсивности метабо­лизма парацетамола системой цитохрома Р-450. В гепатоцитах, полученных от животных, индуцированных фенобарбиталом и 3- метилхолантреном, утилизация GSH во время метаболизма пара­цетамола является показателем их способности к его ресинтезу.

Сульфатация

Для большинства ксенобиотиков глюкоронидация и сульфатация являются альтернативными процессами. Это хорошо показано на изолированных гепатоцитах. В процессе био­трансформации очень многие ксенобиотики (экзогенные и эндо­генные липофильные фенолы, спирты, гидроксиламины, большин­ство стероидов) образуют сульфатконъюгированные эфиры. Сульфатконъюгаты, как правило, менее реактивны и токсичны, чем их предшественники, хотя имеются исключения, как, например, ацетиламинофлоурен. Реакция катализируется разными сульфаттрансферазами, которые представляют собой мембраносвязан­ные белки и компартментализованы в цитозоле. Как правило, они неиндуцибельны, но на их активность влияют функциональное со­стояние животного, пол, возраст, гормональный статус.

Активированная форма сульфатконъюгата 3-фосфоаденозин-5-фосфосульфат (PAPS) является кофактором сульфаттрансферазных реакций и образуется из АТФ, неорганического фосфата и неорганического сульфата. Она используется также в качестве донора в различных биосинтетических путях, катализируемых мембраносвязанными ферментами, как, например, при образова­нии сульфатированных гликопротеидов и полисахаридов. Реакция сульфатации полностью сохраняется в изолированных гепатоцитах. Так же как и в изолированной перфузируемой печени, она лимитируется неорганическим сульфа­том и поэтому может быть усилена его добавлением в инкубаци­онную среду. Сульфат может быть заменен цистеином, который конвертирует в неорганический сульфат в реакции, инициирован­ной цистенноксигеназой.

N-ацетилирование ксенобиотиков представляет собой процесс конъюгации веществ с активной формой ацетила. Эта реакция представляет особый фармакологический и токсикологический ин­терес, так как существует чрезвычайно широкая индивидуальная вариабельность в скорости ацетилирования веществ у человека и некоторых видов животных. Она связана с генетически обуслов­ленным полиморфизмом ацетил-КоА-зависимой ацетилтрансферазы, локализованной в цитозоле гепатоцитов. Фермент катализиру­ет ацетилирование ариламинов и гидразинов до аминов. С помощью ацетилирования, минуя I стадию биотрансформации, метаболизируется также большинство сульфаниламидов и n-аминобензойная кислота. Эта реакция специфична для паренхиматозных клеток печени. Для реакции необходима ацетилированная форма коэнзима, который регенерирует в цитозоле из цитрата под влиянием фермента цитратлиазы в АТФ-зависимой реакции. Механизмы реакций ацетилирования полностью сохраня­ются в изолированных гепатоцитах.

Регуляторами процесса в интактных клетках могут быть пред­шественники ацетил-КоА, влияющие на его ресинтез в цитозоле, и связанный с ним перенос цитрата через митохондриаль­ную мембрану, а также степень энергизации клетки. Снижение энергетического пула клетки приводит к подавлению этой реак­ции. Скорость ацетилирования при истоще­нии пула АТФ в гепатоцитах снижается в 5 раз и составляет всего 18% от максимальных значений. Скорость же образования n-аминофенола из анилина в аналогичной ситуации уменьшается всего на 25%. Частичная зависимость последней реакции от концентра­ции АТФ может быть объяснена тем, что некоторая часть анилина (20-30%) после его транс­формации до n-аминофенола в цитохром Р-450-зависимой ре­акции может также подвер­гаться ацетилированию.

Ацетилирование стрептоци­да в гепатоцитах, как и следо­вало ожидать, не зависит от содержания цитохрома Р-450 и остается линейным в течение 1,5-2ч инкубации в отличие от анилина, скорость превращения которого во вре­мени протекает параллельно уменьшению содержания цитохрома Р-450 в гепатоцитах.

Наконец, следует упомянуть еще об эпоксидгидролазной ре­акции. Микросомальная эпоксидгидролаза была обнаружена срав­нительно недавно. Она катализирует трансформацию электрофильных эпоксидов до соответствующих дигидродиолов путем нук­леофильной атаки перекисью водорода или гидроксильным ради­калом молекулы вещества на противоположной эпоксидному коль­цу стороне. Прямым продуктом этой реакции также являются ме­нее токсичные и реактивные соединения. Однако ситуация ослож­няется тем, что образованные дигидродиолы могут снова посту­пать в цитохром Р-450-зависимую реакцию и образовывать дигидродиоловые эпоксиды, значительно более токсичные, чем исходные вещества. В гепатоцитах эпоксидгидролазная реакция показана, например, при метаболизме бензо-альфа-пирена.

Следует отметить, что частным случаем биотрансформации ве­ществ является одновременное включение различных реакций их превращений. Так, например, метаболические превращения бензо-альфа-пирена в гепатоцитах начинаются с НАДФН-цитохром Р-450-редуктазной реакции, а образующиеся промежуточные продукты служат субстратами реакций глюкуронидации, сульфатации, обра­зуют эпоксиды, дигидродиолы. Часть этих веществ может снова метаболизироваться в системе цитохрома Р-450.

Другим примером является парацетамол. Его биотрансформа­ция в гепатоцитах приводит к образованию сульфатконъюгатов и конъюгатов глюкуроновой кислоты в качестве основных метаболи­тов. Однако в результате взаимодействия парацетамола с цито­хром Р-450-зависимой системой образуются и электрофильные ме­таболиты, идентичные иминохинону, которые инактивируются конъюгацией с GSH.




© Авторы и рецензенты: редакционный коллектив оздоровительного портала "На здоровье!". Все права защищены.


 
Текст сообщения*
Защита от автоматических сообщений
Загрузить изображение
 

nazdor.ru
На здоровье!
Беременность | Лечение | Энциклопедия | Статьи | Врачи и клиники | Сообщество


О проектеКарта сайта β На здоровье! © 2008—2015
nazdor.ru, nazdor.com
Контакты Наш устав

Рекомендации и мнения, опубликованные на сайте, являются справочными или популярными и предоставляются широкому кругу читателей для обсуждения. Указанная информация не заменяет квалифицированную медицинскую помощь, основанную на истории болезни и результатах диагностики. Обязательно проконсультируйтесь с врачом.

Размещенные на сайте информационные материалы, включая статьи, могут содержать информацию, предназначенную для пользователей старше 18 лет согласно Федеральному закону №436-ФЗ от 29.12.2010 года "О защите детей от информации, причиняющей вред их здоровью и развитию".