Общая схема и основные реакции конъюгации в живых системах. Ферменты, катализирующие эти реакции.

К конъюгационным относятся процессы биосинтеза, в результате которых из ксенобиотиков или их метаболитов и эндогенных продуктов (глюкуроновой кислоты, ацетилсульфата, глицина и др.) образуются сложные вещества.

Схематически реакцию конъюгации можно представить в следующем виде:

                                                                фермент

RX + эндогенное соединение (донорное в-во) ¾¾¾® конъюгат.

Как и большинство биосинтетических реакций, это энергозависимые процессы, подразделяющиеся на две группы. В основу классификации положена природа активных промежуточных продуктов реакций. Первую группу составляют процессы, в результате которых образуются активированные конъюгирующие агенты:

                             энергия                                субстрат

конъюгирующий ¾¾¾¾® активированный ¾¾¾¾® продукт

   агент                        конъюгирующий агент          конъюгации.

Для второй группы характерно образование активированного субстрата:

                    энергия                         конъюгирующий агент

субстрат  ¾¾¾¾® активированный  ¾¾–––––¾¾® продукт

                                           субстрат                                      конъюгации.

К первому типу относятся реакции метелирования, ацетилирования, образование глюкуронидов, гликозидов и сульфатов, к второму – аминокислотная конъюгация.

Реакции конъюгации катализируются ферментами трансферазами, переносящими заместитель в другое соединение. Реакции конъюгации считаются высокоэффективными путями снижения токсичности некоторых ксенобиотиков. Наиболее изучены реакции конъюгации, в которых участвуют следующие молекулы:

1. Ацетат конъюгируется при участии ацетил-КоА с некоторыми ароматическими аминами и сульфонамидами. Ацетилирование катализируется соответствующими ацетил-трансферазами.

2. Глицин. Его конъюгация с бензойной кислотой – одна из первых изученных реакций биотрансформации.

Глицин служит также конъюгирующим агентом при метаболизме никотиновой кислоты.

3. Глутатионовая конъюгация. Трипептид глутатион – эффективный конъюгирующий агент для конденсирования кольцевых систем – нафталина, антрацена, фенантрена. Катализирует реакции глутатион-S-трансфераза.Глутатион принимает участие в реакциях биотрансформации таких устойчивых ксенобиотиков, как нафталин.

4. Алкилирование с участием метионина и этионина.

5. Орнитин используется при детоксикации бензойной кислоты в организме рептилий и птиц, а аргинин – в организме членистоногих.

6. Глутамин у приматов используется для конъюгации фенилуксусной кислоты и некоторых ее гетероциклических аналогов.

7. Рибоза и глюкоза. Оба соединения часто используются для конъюгации; конъюгаты глюкозы особенно широко представлены в растениях, у моллюсков и насекомых. Гликозирование является основным путем детоксикации растениями чужеродных фенолов. Среди млекопитающих глюкозидная конъюгация встречается в организмах кролика, мышей, крыс и человека.

8. Конъюгация ксенобиотиков с глюкуроновой кислотой (образование глюкуронидов) – наиболее важный механизм детоксикации ксенобиотиков. В реакции участвует активная форма

глюкуроновой кислоты – УДФГ. Катализирует процесс уридиндифосфатглюкуронозилтрансфераза (УДФГТ), локализованная в мембранах ЭР гепатоцитов, легких, кожи, кишечника, почек. Конъюгации подвергаются спирты, фенолы, карбокислоты, амины, гидроксиламины, карбамиды, сульфонамиды и тиолы. При переносе глюкуроновой кислоты из донорной молекулы – уридиндифосфоглюкуроновой кислоты (УДФГ) – в акцепторное вещество путем ферментативной реакции образуются глюкурониды.

9. Лигнин. В последнее время в растениях удалось обнаружить новый тип конъюгата – нерастворимые конъюгаты с лигнином. С ним могут ковалентно связываться молекулы пестицидов 2,4-Д (дихлорфеноксиуксусная кислота), пентахлорфенола, а также 3,4-ди-хлоранилина.

10. Сульфатная конъюгация (сульфатирование) – эволюционно один из древних видов биотрансформации. В нее вступают фенолы, спирты, ароматические амины, гидроксиламины, некоторые стероиды. Происходит с участием сульфат-аденилтрансферазы, аденил-сульфаткиназы, возможно, и других ферментов группы сульфотрансфераз, локализованных в цитоплазме гепатоцитов и других клеток. В этом случае донорной молекулой является 3'-фосфоадено-5'-фосфосульфат (ФАФС).

22) Антагонизм, аддитивность и синергизм биологического действия ксенобиотиков. Примеры синергизма и схема антагонистических взаимодействий.

Механизм развития биологической реакции под действием двух ксенобиотиков возможно три ситуации: аддитивность, синергизм и антагонизм.

Аддитивность – отсутствие влияния одного ксенобиотика на характер действия другого, т. е. биологическая реакция является суммой эффектов, вызываемых каждым веществом.

Синергизм – усиление биологического ответа при совместном действии ксенобиотиков по сравнению с эффектами, вызываемыми каждым веществом в отдельности.

Антагонизм – наоборот, ослабление или подавление биологического эффекта при совместном действии по сравнению с влиянием отдельных агентов.

По месту воздействия на цепь событий, начинающихся с применения агониста и заканчивающихся наблюдаемым биологическим эффектом, антагонисты могут быть разделены на несколько классов:

1)Химический антагонизм, или антагонизм через нейтрализацию, проявляется при непосредственном взаимодействии антагониста с агонистом: представим в виде обратимой бимолекулярной реакции образования неактивного комплекса Е:

А + В                                                     Е

с константой диссоциации К_В = С_А · С_В / С_Е,

где С_А, С_В и С_Е – концентрация агониста, антагониста и продукта реакции соответственно. ХА вляется конкурентным взаимодействием, снижающим кажущуюся константу диссоциации агонист-рецепторного комплекса вследствие «конкуренции» между антагонистом и рецепторами за связывание с агонистом.

2)Конкурентный антагонизм проявляется, когда антагонист взаимодействует с теми же сайтами, что и агонист, но в отличие от агониста - антагонист не вызывает биологической реакции.

Z_А =                                 ,                    (3.2)

С_А + (1 + С_В/К_В)К_А

где Q – наличие мест связывания; С_А, С_В – концентрации эффектора; К_А и К_В – константы диссоциации комплексов агониста и антагониста соответственно. Важным частным случаем взаимодействия двух лигандов с одним типом рецепторов являются конкурентные отношения между частичным и полным агонистами. Пусть лиганд А₂ так же, как и агонист А₁, способен вызывать определенную биологическую реакцию, но обладает более низкой внутренней активностью, т. е. равные концентрации лиганд-рецепторных комплексов Z_А1 и Z_А2 вызывают неравные реакции: ρ (Z_А1) > ρ (Z_А2). Очевидно, что образование дополнительных комплексов Z_А2 усиливает реакцию при относительно низких концентрациях агониста А_1.

Однако при высоких концентрациях полного агониста А₁ реакция снижается вследствие вытеснения А₁ с части мест связывания менее эффективным агонистом А₂. Таким образом, частичный агонист проявляет во взаимодействии с полным агонистом конкурентный дуализм: усиливает влияние низких концентраций полного агониста, а высоких – ослабляет.

3)Неконкурентный антагонизм. Взаимодействие неконкурентного антагониста с собственными рецепторами не приводит к независимому биологическому эффекту, а снижает эффект при образовании комплекса агонист-рецептор. Обычно НА уменьшает стимул, вызванный образованием агонист-рецепторных комплексов, или снижает способность эффекторной системы реагировать на данный стимул.

4) Функциональный и физический антагонизмы, между которыми не существует принципиальных различий. Условное разграничение функционального и физического антагонизмов может основываться на изменении знака наблюдаемого эффекта с увеличением концентрации агониста. (при различных сочетаниях концентраций вазодилитатора и сердечного стимулятора может быть в принципе достигнуто как понижение, так и повышение давления крови.) Функционал. характеризуется взаимодействием двух агентов (агонист и антагонист) с независимыми рецепторными системами, причем вызывается противоположное влияние в одной и той же эффекторной системе.Сходным образом определяется понятие физического антагонизма, который вызывается противоположным физиологическим действием эффекторов, активирующих полностью независимые рецептор-эффекторные системы.

Агонист       А + R₁ ¾¾® АR₁ ¾¾® ρ_А

                                                                                         ρ_АВ ¾¾® ρ_АВ , (3.4)

Антагонист В + R₂ ¾¾® ВR₂ ¾¾® ρ_В

где R₁ и R₂ – рецепторы агониста и антагониста; ρ_А и ρ_В – результатирующие субэффекты в рецептор-эффекторных цепях А и В; ρ_АВ – первый субэффект, величина которого зависит от стимула в обоих цепях; ρ_АВ – наблюдаемый эффект.

5) Бесконкурентный антагонизм предполагает инактивацию комплекса агонист-рецептор лигандом, не способным образовывать комплекс с рецептором, не занятым агонистом. Бесконкурентный антагонизм, таким образом, предполагает наличие двух процессов:   

                                        к_А              

                             А +                        АR ¾¾® ρ,                 (3.5)

                                                к_А'

                                              к_В

                      АR + B                        ARB.                               (3.6)

                                              к_В'

Бесконкурентный антагонист в равной мере снижает количество рецепторов, способных образовывать эффективный комплекс с агонистом и снижает константу диссоциации этого комплекса (т. е. увеличивает сродство агониста к рецепторам, оказывая действие, противоположное конкурентному антагонизму).

6) Смешанный антагонизм представляет собой более общую схему взаимодействия агониста А и антагониста В с рецепторами, допускающую комплексообразование рецепторов с обоими лигандами, а также образование тройного комплекса. Смешанный антагонизм формально эквивалентен действию смеси конкурентного и бесконкурентного антагонистов в равных концентрациях.