Экологические аспекты устойчивого развития

Метаболизм ксенобиотиков в организме иногда называют детоксикацией. Однако, превращения некоторых ксенобиотиков сопровождаются образованием еще более токсичных веществ. Поэтому в отношении таких превращений более правилен термин «биотрансформация».

Реакции биотрансформации ксенобиотиков напоминают процессы, происходящие с эндогенными соединениями, и катализируются соответствующими ферментами. Общие свойства ферментов:

–        все ферменты имеют белковую макромолекулярную природу;

–        на поверхности молекул белков-ферментов располагаются активные и регуляторные центры;

–        благодаря особенностям структурной и пространственной организации молекул ферменты обладают высокой специфичностью к превращаемым веществам-субстратам;

–        реакция начинается после того, как образуется фермент-субстратный комплекс, для чего необходимо строгое геометрическое соответствие их форм (пространственных и зарядовых геометрий).

Высокая специфичность ферментов – одно из главных условий строгой упорядоченности химических превращений.

При взаимодействии веществ главный ограничитель скорости химического процесса – энергетический барьер. Действие фермента сводится к снижению энергетического барьера за счет образования фермент-субстратного комплекса. При образовании такого комплекса на активных центрах фермента может:

–        растянуться и ослабиться химическая связь между атомами субстрата;

–        возникнуть такая пространственная конфигурация субстрата, которая облегчит переход к новому веществу;

–        произойти сближения реагирующих молекул субстрата и принятие ими нужной ориентации.

В регуляторных центрах ферментов не происходят каталитические превращения. Эти центры замедляют или ускоряют ход процесса. В самом простом случае продукт при избытке присоединяется к активным центрам и предотвращает синтез новых продуктов. Когда продукта мало, регуляторные центры высвобождаются и перестают тормозить работу активных центров.

Особую группу ксенобиотиков представляют самораспадающиеся соединения (основное место здесь занимают лекарственные препараты), спонтанно разрушающиеся в организме с образованием продуктов, не обладающих биологической активностью в данных концентрациях. Распад таких соединений не зависит от наличия ферментов, что важно в тех случаях, когда наблюдаются нарушения функций отдельных органов (печени, почек), т. е. когда в организме отмечается нехватка ферментов метаболизма.

В клетках высших организмов наиболее активной системой в метаболических превращениях посторонних соединений являются микросомные фракции. Ферменты соединяются в мембранную систему, называемую гладким эндоплазматическим ретикулумом (ЭР). При разрушении клеток эта особая мембранная система распадается на более мелкие пузырьки, называемые микросомами. Микросомы – это не истинно клеточный компонент, а артефакт препаративной процедуры.

Наиболее широко в живых организмах представлены ферменты и ферментативные системы, катализирующие процессы окисления, восстановления, гидролиза ксенобиотиков и синтеза метаболитов, содержащих эндогенные соединения.

Среди ферментов, катализирующих окисление ксенобиотиков, особое место принадлежит микросомным монооксигеназам. Оксигеназы катализируют наибольшее число биохимических превращений ксенобиотиков, связанных с внедрением в их молекулу активированного кислорода.

Процесс восстановления ароматических нитросоединений до соответствующих аминов, катализируется нитроредуктазами, локализованными в микросомальной и растворимой фракциях клетки. Нитроредуктазы малоспецифичны к субстратам и восстанавливают нитрогруппы практически всех ароматических нитросоединений.

Сложные чужеродные вещества могут гидролизоваться рядом гидролитических ферментов (гидролаз), находящихся в печени и плазме крови. В зависимости от субстратной специфичности ферменты, катализирующие данные процессы, относятся к различным группам.

Среди гидролитических ферментов, участвующих в метаболизме ксенобиотиков, особое место занимают Р-глюкуронидаза и сульфатаза. Первая катализирует расщепление эфирных и сложноэфирных связей глюкуронидов и в незначительной степени – эфирных связей серной кислоты. Фермент обнаружен в микросомах и лизосомах печени, почках, селезенке, пище­варительном тракте и половых железах животных. Сульфатаза, гидролизирующая эфирсульфат, находится в микросомах печени человека и животных.