Роль монооксигеназной системы в защите организма от стрессовых факторов среды

Размещено на http://www.allbest.ru/

Роль монооксигеназной системы в защите организма от стрессовых факторов среды

Ладнова Г.Г., Курочицкая М.Г., Гладских М. Н., Конусова Е.А.

В современных условиях здоровье населения определяется средой обитания, составом и уровнем веществ, содержащихся в атмосферном воздухе, почве, питьевой воде и других объектах. В этой связи приоритетным направлением исследований является не только выявление факторов риска, но и изучение и разработка механизмов, снижающих воздействие стрессовых факторов среды на организм человека.

По данным многих исследователей, одним из существенных стрессовых факторов является фактор питания, так как от 30 до 80% и более чужеродных химических веществ поступает в организм людей с пищей. При этом они могут понижать защитные силы организма, вызывать сенсибилизацию, оказывать общетоксическое действие, обладают гонадотоксическим, эмбриотоксическим, тератогенным и канцерогенным эффектами. Такое воздействие на организм могут оказывать пищевые добавки, содержащиеся в продуктах - красители, консерванты, антиокислители и др. Таким же влиянием на организм могут обладать пищевые вещества, продукты, полученные по новой технологии, путем микробиологического или химического синтеза, не апробированные или содержащие агрохимикаты, широко используемые в настоящее время в сельскохозяйственном производстве /5, 8/. Так, после обработки сельскохозяйственной продукции при выращивании и хранении, а также сельскохозяйственных животных от экзопаразитов, остаточные количества пестицидов (ксенобиотики) могут сохраняться в продуктах питания и вместе с ними попадать в организм людей, вызывая отравления.

Попадая в организм человека, ксенобиотики представляют для него непосредственную опасность, так как при метаболизме могут образовываться промежуточные продукты более токсичные, чем сами ксенобиотики. Однако, в процессе эволюции в живом организме выработались защитно-приспособительные реакции, подвергающие токсические вещества окислительно-восстановительным превращениям, гидролизу, синтетическим реакциям с образованием парных соединений, в результате чего возникают, как правило, менее токсичные полярные водорастворимые вещества, выделяемые из организма с мочой, т.е. происходит их детоксикация / 6, 9 /.

Зная механизм детоксикации, можно уменьшить токсическое воздействие ксенобиотиков на организм путем регуляции процессов биотрансформации определенными веществами, обладающими профилактическими свойствами. В результате их применения происходит усиление детоксикации поступающих в организм ксенобиотиков или предупреждение образования высокотоксичных метаболитов.

В процессе биотрансформации ксенобиотиков можно выделить две фазы. В 1-й фазе происходит реакция с участием НАДФН-зависимой цитохром Р-450-содержащей монооксигеназной системы эндоплазматической сети и других субклеточных структур и, в первую очередь, гепатоцитов, т.е. к 1-й фазе метаболизма ксенобиотиков относят все процессы, сопровождающиеся окислением, восстановлением, гидролизом их молекулы или отщеплением от них химических групп. Во ІІ-й фазе происходят процессы конъюгации реакционноспособных молекул ксенобиотиков или их метаболитов с эндогенными субстратами. В процессе биосинтеза образуются полярные молекулы и увеличивается молекулярная масса соединений.

Ксенобиотики, попавшие в живой организм, непосредственно влияют на активность определенных ферментов. Большое количество высоко активных ферментов, участвующих в метаболизме химических веществ, находится в органеллах клеток печени. Способность к детоксикации присуща почкам, легким, стенкам желудка и кишок, но основной орган, метаболизирующий ксенобиотики - печень. Микросомы, расположенные в клетках печени, содержат большое количество высокоактивных ферментов, участвующих в метаболизме химических веществ. Среди них первичная роль принадлежит микросомальным оксидазам смешанной функции (ОСФ), основой механизма действия которых является цитохром Р-450. Микросомальные оксидазы, помимо печени, локализуются в тех системах органов, через которые чужеродные вещества проникают в организм (органы дыхания, кожу, желудочно-кишечный тракт).

Реакции, катализируемые многоцелевыми оксидазами, можно представить следующей схемой:

RH + НАДФ + Н+О2 > ROH+НАДФ+Н2О,

здесь RН - субстрат, подвергающийся превращению. Проявление ферментативной активности многоцелевых оксидаз микросом обусловливает наличие кислорода О2 и НАДФН2. Многоцелевые оксидазы состоят из следующих компонентов - флавопротеина, цитохрома и липидного фактора. Флавопротеин переносит электроны на цитохром Р-450, служащий последним звеном в цепи переноса электронов с НАДФН2 на кислород. Цитохром Р-450 связывает различные чужеродные вещества, а также гормоны с мембранами микросом.

Многими авторами, изучающими токсикокинетку, выявлено важное свойство системы многоцелевых оксидаз - способность во много раз увеличивать или уменьшать свою активность при проникновении в клетку ксенобиотиков. Например, путем индукции или торможения ферментов многоцелевых оксидаз некоторые пестициды стимулируют скорость своего метаболизма /2, 6, 7, 9/.

В настоящее время изучаются способы, которые влияют на активность ферментов, метаболизирующих ксенобиотики, с целью ускорения их детоксикации в организме. Установлено, что при воздействии на организм токсических веществ происходит усиление процессов свободнорадикального окисления в антиоксидантной системе клетки. Известно, что антиоксидантная система клетки, ткани и организма в целом обеспечивает связывание и модификацию свободных радикалов, предупреждение образования и разрушения биомолекул /2, 6/.

Кроме этого, антиоксидантная система содержит ферменты и природные антиоксиданты, входящие в структуру мембраны и тормозящие процесс перекисного окисления липидов (ПОЛ) в результате обменных реакций со свободными радикалами и перекисными соединениями, в результате чего уменьшается доступ кислорода к липидам. Поэтому скорость процесса интоксикации организма может, вероятно, зависеть от состояния антиоксидантной системы, ее резервов и от продолжительности и силы действия токсического вещества.

Известно, что важную роль в реакциях микросомального метаболизма чужеродных химических веществ играют биологически активные препараты - витамины и аминокислоты. В работах Г.И. Бондарева, А.Н. Мартинчика и др. (1984, 1987), определена коферментная функция витаминов в биосинтезе таких компонентов ферментативных систем, как гема и цитохрома Р-450, УДФ-глюкуроновой кислоты, меркаптуровых кислот. Это, прежде всего, витамин В2 (рибофлавин), служащий в виде ФАД кофактором альдегидоксидаз и входящий в состав микросомальных флавопротеидов НАДН-цитохром-450-редуктазы, НАДН-цитохром-В5-редуктазы и флавин-зависимой монооксигеназы, не содержащей цитохрома Р-450. Производные никотиновой кислоты - НАД? Н и НАДФ?Н служат кофактором широкого круга дегидрогеназ, а пантотеновая кислота (витамин В5) входит в состав ферментов ацетилирования. В процессах биотрансформации витамин В6 (пиридоксин) в форме пиридоксальфосфата входит в качестве кофактора в синтетазу алинолевулиновой кислоты и принимает участие в биосинтезе предшественников гема порфиринов

Другая сторона взаимодействия витаминов и ксенобиотиков заключается в том, что ксенобиотики могут нарушать утилизацию витаминов и превращать их в метаболически активные формы или являются прямыми антагонистами витаминов.

Помимо непосредственной биохимической роли в процессах биотрансформации ксенобиотиков многим витаминам принадлежит функция защиты антиоксидантной системы, имеющей решающее значение в предупреждении токсических последствий воздействия чужеродных веществ на организм /1, 10/.

Значение биологически активных веществ в процессах биотрансформации чужеродных веществ и влияние ксенобиотиков на их обмен состоит еще и в том, что во многих исследованиях установлено снижение обеспеченности витаминами и аминокислотами организма людей, имеющих контакт с вредными химическими веществами /5/.

В литературе имеются сведения о профилактических и лечебных свойствах аскорбиновой кислоты, б-токоферола, пиридоксина, тиамина, рибофлавина, никотиновой кислоты при воздействии ксенобиотиков, в том числе пестицидов, на организм /2, 9/.

По многочисленным данным, ксенобиотики ингибируют многие ферментные системы, кофакторами которых являются витамины. Известно, что при низкой обеспеченности организма витаминами, возникающей при воздействии остаточных количеств пестицидов, введение витаминов С, В1, В2 оказывает положительное влияние. Это подтверждают экспериментальные исследования, проведенные многими учеными. Имеются сведения о защитной роли аскорбиновой кислоты, б-токоферола, пиридоксина, тиамина, рибофлавина, никотиновой кислоты. Их профилактические и лечебные свойства подтвердились многими исследователями /3, 6/.

Проведенные нами экспериментальные исследования по изучению профилактических свойств витаминно-аминокислотного комплекса (С, В1 , В2, РР и аминокислота метионин) при пестицидной интоксикации (ГХЦГ, кельтан, карбофос, бетанал) показали на снижение их токсического действия на организм животных, которое выражалось в отдалении сроков гибели и увеличении числа выживших животных, в сохранении активности ферментов пероксидазы, кислой и щелочной фосфатаз, неспецифической эстеразы и в снижении показателя агломерации, лизиса лейкоцитов и альтерации нейтрофилов. Кроме этого, данный комплекс в микросомальной фракции печени повышал содержание цитохрома Р-450, что может свидетельствовать об индуцирующем действии этого комплекса на НАДФ-цитохром Р-450 зависимую монооксигеназную систему. Кроме этого, было показано, что данный комплекс тормозил процесс перекисного окисления липидов и способствовал сохранению клеточных структур внутренних органов животных при интоксикации пестицидами.

Таким образом, анализ данных литературы и результаты собственных исследований подтверждают перспективность применения витаминов и аминокислот в качестве антиоксидантов для повышения общей сопротивляемости организма к воздействию стрессовых факторов среды и, прежде всего, ксенобиотиков.

биотрансформация ксенобиотик антиоксидант

Литература

1. Бондарев Г.И., Мартинчик А.Н. Роль компонентов пищи в процессах метаболизма промышленных ядов // Организация лечебно-профилактического питания. - Л.: Медицина, 1987.-С.41-78.

2. Бондарев Г.И., Мартинчик А.Н. Роль питания в метаболизме чужеродных веществ // Профилактическая токсикология. - М., 1984.-Т.2.-Ч.1.-С.97-109.

3. Воробьева И.М., Рубенчик Б.А. Антитоксическая роль витаминов //Биофизические и физикохимические исследования в витаминологии.-М., 1981.-С.99-101.

4. Конь И.Я. , Мартинчик А.Н. Витамин А как один из природных факторов, необходимых для поддержания уровня цитохрома Р-450 в печени // Тезисы докладов Всесоюзн. конф. «Цитохром Р-450 и охрана внутренней среды человека». - Пущино, 1985.-С.70.

5. Кучма В.Р. Дети в мегаполисе: некоторые гигиенические проблемы.-М.: Научный центр здоровья детей .-РАМН, 2002.

6. Мартинчик А.Н., Бондарев Г.И., Лешик Я.Д., Феоктистова А.И. Витамины в процессах биотрансформации чужеродных веществ // Теоретические и клинические аспекты науки о питании.-Т. ІV: Актуальные проблемы витаминологии.-М., 1983.-С.186-192.

7. Нурмухамбетов А.Н., Кащеева Е.П., Иксымбаева Ж.С. Индукция кадмием перекисного окисления липидов в тканях белых крыс и ее профилактика аскорбиновой кислотой //Гигиена и санитария.-1989.-№3.-С.77-79.

8. Пивоваров Ю.П., Королик В.В., Зиневич Л.С. Гигиена и основы экологии человека.-Ростов н/Д: Феникс, 2002.

9. Тутельян В.А., Бондарев Г.И., Мартинчик А.Н. Питание и процессы биотрансформации чужеродных веществ.-М., 1987.

10. Peterson F.Y ,Holloway D.E., Duonette P.H. et al. Dietery ascorbic acid and hepatic mixed function oxidase activity in the guinea pig //Biochem. Pharmacol.- 1993.-Vol. 32.-№1.-Р.91-96. Размещено на Allbest.ru