содержание   ..  1  2  3   ..

 Ведение

    Не секрет, что окружающая среда в наши дни находится под большим стрессом. 

Состояние экосистем ухудшается по мере роста популяции. Синтетические химические 

вещества находят повсеместно, часто в высоких локальных концентрациях. В 70-ые годы 

выяснилось, что так как большинство этих веществ являются новыми, очень сложно 

предугадать их эффект на организм человека и каков будет ответ организма. Многие 

из этих агентов появились из-за использования человеком различных источников энергии. К 

примеру, использование нефтепродуктов в процессе индустриальной революции 

катастрофически возросло. В течение многих лет деятельность человека не проходит 

бесследно, так выработка различных металлов приводит к попаданию в атмосферу различных 

опасных элементов (мышьяк, ртуть, хром и т. д. ). Еще во времена второй мировой войны в 

нашу жизнь вошли изделия из различного пластика, многие их компоненты находят в воздухе 

и в водоемах повсеместно. Экспериментально доказано, что в высоких концентрациях они 

приводят к раку, например фтолатовые эфиры.

    Пестициды – еще один класс синтетических химических веществ, широко используемых  

последние 50 лет. Один из первых пестицидов –ДДТ ныне запрещен в США, но, тем не менее, 

широко применяется во всем мире, особенно в развивающихся странах. 

    Эффекты вредного воздействия новых синтетических веществ могут быть обнаружены не 

сразу, причем к моменту обнаружения бывает уже слишком поздно. К примеру, число курящих 

в США с 1920 г. до 1950 г. росло катастрофически, а предупреждение Минздрава о вреде 

курения появилось лишь в 1964 году. 

    В последние годы прикладная химия добилась больших успехов. Даже малейшие 

загрязнения легко обнаруживаются. С другой стороны, практически все, с чем мы 

соприкасаемся в нашей жизни, содержит те или иные токсичные вещества. К примеру, 

арахисовое масло содержит канцероген Афлатоксин В1. Все это привело к многочисленным 

дебатам о том, что же считать безопасной дозой? На данный момент ученые опираются на 

результаты экспериментов на животных, если нет никакой дополнительной информации о 

данном токсическом агенте. Безопасной считается доза, составляющая 1% от дозы, 

приводящей к видимой реакции на канцероген организма. В такой оценке много 

неточностей, но на данный момент она самая оптимальная.

    Еще один тревожный фактор – быстрый рост популяции, а также количества мусора, 

отходов и различных  загрязнений с еще большей скоростью. Экосистема не имеет 

достаточной емкости, чтобы перерабатывать отходы, производимые в таком объеме. 

    Существенная часть (10%) твердых отходов являются токсичными. Если взять 1980 год, 

всего около 10% этих токсичных отходов хранилось как полагается, остальная же часть 

даже не вывозилась с места производства и хранилась практически на открытом воздухе. 

    Было выявлено 5 миллионов известных веществ, воздействию которыми может 

подвергаться человек. Из них для исследования  было взято около 65.000 и поделено на 

группы (пестициды, фармацевтические препараты, косметика, пищевые добавки, вещества, 

используемые в коммерческих товарах), с целью понять, насколько много известно об их 

свойствах. Для оценки какого либо токсического агента всегда производится сборка 

всей доступной информации, что включает физические и химические свойства (реакционную 

способность, летучесть, устойчивость), оценка воздействия на человека или на экосистему 

в целом, механизмы взаимодействия с объектом влияния и последствия этого влияния.     

    Полезно также знать путь попадания вещества в организм, ткань-мишень, метаболизм 

реакций, способных активировать или инактивировать процесс, насколько вредные 

последствия могут зависеть от возраста, образа жизни, заболеваний и т. п. 

Особый интерес ученых вызывает также зависимость чувствительности к токсичным  агентам 

от генетического полиморфизма. В токсикологических тестах используются специальные 

линии животных, с низкой вариабельностью в ответах, что стало возможным, благодаря 

исключению генетического полиморфизма. 

    Методики по определению степени вреда испытуемого агента включают в себя 

эксперименты над животными, коротковременные тесты (мутагенез бактерий) и эпидемиология 

(полевые наблюдения за последствиями воздействия). Каждый метод имеет свои реимущества, 

но и по-своему ограничен. Последний – наиболее убедительный, так как наблюдает за 

популяциями находящимися под реальным воздействием, хотя дорого наблюдать небольшие 

эффекты в большой популяции в течение долгого времени. Кратковременные эксперименты – 

способ относительно не дорогой и быстрый и дает механистическую информацию, но многое 

об агенте должно быть известно заранее (ткань-мишень, механизмы защиты), чтобы 

результаты были достоверными. Эксперименты с животными показывают воздействия токсичных 

агентов на все органы, но этот вид исследований дорогой и медленный, к тому же 

чувствительность животных к токсинам различна. 

    Исследования продуктов питания, проведенные в США, показали, что многие из них 

являются канцерогенными, но риск заболевания не так велик: примерно 1 из миллиона (10-

6). Если такие продукты запрещать, то пришлось бы запретить, например, горчицу. По тем 

же причинам не был запрещен декафеинированный кофе, но запрещен винил хлорид для 

использования в распылителях. Основная цель токсикологии – выявить риск данной 

популяции или экосистемы при влиянии на них химического агента. Ответ того или иного 

вида на низкие дозы агента сложно проследить, поэтому обычно мы располагаем информацией 

о влиянии больших доз - это приводит к неточностям в анализе. К тому же, в естественных 

условиях происходит множественное воздействие различных агентов. Эксперименты по 

выявлению токсичности комплекса агентов выполнимы, но они сложны и дороги и направлены 

на понимание механизмов действия основных токсичных агентов в зависимости от их дозы и 

комбинации. Рассмотрим основные механизмы действия токсических соединений на живые 

организмы.

Глава 1. Метаболизм чужеродных соединений

   Биотрансформации ксенобиотиков представляет собой принципиальный механизм 

поддержания гомеостаза во время воздействия на организм чужеродных соединений. В 

системе биотрансформации принято выделять две фазы метаболизма . К 1-й фазе относятся 

реакции гидролиза, восстановления и окисления субстрата. Обычно они приводят к 

внедрению или образованию функциональной группы типа –OH, -NH2, -SH, -COOH, что 

несколько увеличивает гидрофильность исходного соединения.

1.1 Ферменты 1-й фазы метаболизма ксенобиотиков

1.1.1. Цитохромы Р450. Структура и функция

   Среди ферментов 1-й фазы ведущее место занимает система цитохрома Р450 (P450 или 

CYP) с точки зрения каталитической активности в отношении огромного числа 

ксенобиотиков. Наибольшая концентрация цитохрома Р450 обнаруживается в 

эндоплазматическом ретикулуме гепатоцитов (микросомах). Печеночные микросомальные 

цитохромы Р450 играют важнейшую роль в определении интенсивности и времени 

действия чужеродных соединений и ключевую - в детоксикации ксенобиотиков, а также в 

активации их до токсичных и/или канцерогенных метаболитов.

    Цитохрома Р450-зависимые монооксигеназы – мультиферментная электрон-транспортная 

система. Все цитохромы Р450 - гемсодержащие белки. Обычно гемовое железо находится в 

окисленном состоянии (Fe3+). Восстанавливаясь до состояния Fe2+, цитохром Р450 способен 

связывать лиганды, такие как кислород или монооксид углерода. Комплекс восстановленного 

цитохрома Р450 с СО имеет максимум поглощения 450 nм, что и явилось основанием для 

названия этих ферментов.

    Основная реакция, которую катализируют цитохромы Р450 – монооксигеназная, в которой 

один атом кислорода взаимодействует с субстратом (RH), а другой восстанавливается до 

Н2О. В качестве восстановителя в реакции участвует НАДФН:

  RH (субстрат)+О2 + НАДФH + H+ --> ROH (продукт) + Н2О + НАДФ+

     Механизм, благодаря которому цитохром получает электрон от НАДФH, зависит от 

внутриклеточной локализации цитохрома Р450. В ЭПР, где расположено большинство 

гемопротеидов, участвующих в биотрансформации ксенобиотиков, электрон передается через 

флавопротеин, называемый НАДФH-Р450 редуктаза. Одна молекула редуктазы может доставлять 

электроны на несколько различных молекул Р450. В митохондриях, где расположены итохромы 

Р450, участвующие в биосинтезе стероидных гормонов и метаболизме витамина D, электрон 

переносится с помощью 2-х белков: ферродоксина или ферродоксин-редуктазы. 

  На рис. 1 показан каталитический цикл цитохрома Р450. 1-я часть цикла заключается 

в активации кислорода, 2-я – в окислении субстрата. Схема действия микросомальной 

монооксигеназной системы впервые была описана Эстабруком с соавт., в настоящее время 

она подтверждена многими исследователями. Эта схема такова: первая стадия состоит во 

взаимодействии субстрата с окисленной формой Р450. При связывании Р450 с субстратами

происходит переход гемового железа из низкоспинового в высокоспиновое состояние. Вторая 

стадия состоит в восстановлении образовавшегося фермент-субстратного комплекса первым 

электроном, который поступает с НАДФН-специфичной цепи переноса от НАДФН через 

флавопротеид I (НАДФН-цитохром Р450 редуктазу). Третья стадия состоит в образовании 

тройного комплекса: восстановленный цитохрома Р450-субстрат-кислород. Четвертая стадия 

представляет собой восстановление тройного комплекса вторым электроном, который, как 

полагают, поступает из НАДН-специфичной цепи переноса электронов, состоящей из НАДН-

цитохром b5 редуктазы или флавопротеида II и цитохрома b5 . Пятая стадия состоит из 

нескольких процессов, включающих внутримолекулярные превращения восстановленного 

тройного комплекса и его распад с образованием гидроксилированного продукта и воды. На 

этой стадии цитохром Р450 переходит в исходную окисленную форму.

      Цитохромы Р450 катализируют следующие типы реакций: гидроксилирование 

алифатического или ароматического атома углерода; эпоксидирование двойной связи; 

окисление атома (S, N, I) или N-гидроксилирование; перенос окисленной группы; 

разрушение эфирной связи; дегидрогенирование. Некоторые реакции, катализируемые 

цитохромом Р450, представлены на рис. 2 и 3. Несколько классов реагентов хорошо 

иллюстрируют реакции фазы 1. Например, алканы гидроксилируются цитохромом Р450. Обычно 

гидроксилируется последний углерод в цепи, так называемое омега- гидроксилирование. Так 

же бывает внутреннее гидроксилирование в нескольких позициях (позиции -1,- 2).

Это приводит к множеству различных вариантов продуктов даже с таким простым алканом, 

как гексан. Заметим, что циклические углеводороды тоже подвергаются гидроксилированию. 

В реакции гидроксилирования сначала образуется полуацеталь, который потом превращается 

в спирт и альдегид. При окислении алкенов цитохромом Р450 образуются двуатомные окиси. 

Они отличаются по своей стабильности и могут являться высоко реакционноспособными. 

Например, винилхлорид метаболически переходит в окись, которая затем превращается в 

хлорацетальдегид – мутаген, действующий непосредственно на ДНК. Эти исследования 

привели к запрету на использование винилхлорида в распылителях. Винильная группа 

стерина (винилбензол) известна своими канцерогенными свойствами, но организм человека 

способен нейтрализовать его, переводя окись с помощью фермента эпоксигидролазы в диол. 

Но эпоксигидролаза помогает не всегда. Например, цитохром Р450 синтезирует эпоксид 

Афлотоксина В1 in vivо. Это соединение – высоко реакционноспособный электрофил, не 

стабилен и быстро формирует аддукт с ДНК. К тому же диол, образующийся из эпоксида, так 

же нестабилен и высоко реакционноспособен. Окисление ароматических соединений 

цитохромом Р450 так же дает эпоксиды, но они быстро переходят в фенол. В  результате 

гидроксилирования бензола, полученный фенол может опять гидроксилироваться, переходя в 

катехол или гидрохинон. Заметим, что катехол и гидрохинон могут реагировать с 

кислородом, подавляя аналогичные реакции с хинонами и супероксидами, которые являются 

токсинами. Такое известное соединение как 2,3,7,8-тетрахлордибензолдиоксин (ТХДД) не 

подвержен гидроксилированию и устойчив (период полураспада в организме человека – год и 

более).

1.1.2. Множественные формы цитохрома Р450

      Цитохром Р450 обнаруживается во всех организмах, начиная от бактерий. Полагают, 

что в процессе эволюции этот фермент появился для конверсии инертных углеводородов 

окружающей среды до продуктов, используемых с энергетической и пластической целью, либо 

для удаления токсичных гидроперекисей у примитивных организмов, использующих кислород в 

клеточном дыхании. В результате процессов дупликации, конверсии, мутации генов 

образовалось множество изоформ цитохрома Р450, осуществляющих окислительный, 

восстановительный метаболизм стероидов, жирных кислот, ретиноидов, желчных кислот, 

биогенных аминов, лейкотриенов, а также экзогенных соединений, в том числе лекарств, 

загрязняющих агентов из окружающей среды, химических канцерогенов.

    В настоящее время известно, что цитохромы Р450 млекопитающих представляют собой 

структурно и функционально различные изоферменты. Они кодируются суперсемейством генов. 

В 1987 г. была разработана классификация Р450, основанная на дивергентной эволюции и 

гомологии нуклеoтид/аминокислотной последовательностей. Суперсемейство разделено на 

семейства, подсемейства и индивидуальные гены. Цитохромы Р450, имеющие более 40% 

гомологии аминокислотных последовательностей объединяют в одно семейство, а имеющие 

более 59% гомологии – в одно подсемейство. При составлении номенклатуры не учитывалась 

каталитическая активность цитохромов, поэтому члены различных подсемейств могут иметь 

перекрывающуюся субстратную специфичность.

    Независимо от структуры и хромосомной локализации, цитохромы P450 подразделяют на 

конститутивные и индуцибельные. Конститутивные изоформы Р450 постоянно продуцируются 

клеткой, независимо от условий роста. В отличие от конститутивных форм, экспрессия 

индуцибельных ферментов может контролироваться химическими соединениями. Специфическая 

индукция отдельных форм Р450 – одно из важнейших свойств этих ферментов, приобретенных 

в процессе эволюции. В настоящее время описано 36 семейств генов Р450, из них 12 

обнаружено у млекопитающих. Некоторые формы цитохрома Р450 человека представлены в 

таблице 1.

Табл. 1. Цитохромы Р450 человека, окисляющие ксенобиотики

Наиболее важными ферментами метаболизма канцерогенов являются представители семейства 1

и 2. Цитохромы Р450 семейства 2 и 3 осуществляют главным образом метаболизм лекарств. В 

настоящее время практически для всех членов суперсемейства цитохрома Р450 извесны 

специфические субстраты, что позволяет использовать их для выявления той или иной формы 

цитохрома Р450.

1.1.3. Способность цитохромов Р450 к индукции

     Одним из важнейших свойств компонентов монооксигеназной системы, в частности 

цитохрома Р-450, является способность к индукции под действием внешнего стимула, в роли 

которого могут выступать ксенобиотики, определенные физические воздействия, стресс. В 

отдельных случаях экзогенные вещества индуцируют ферменты (в том числе цитохромы Р-450) 

своего метаболизма, что важно иметь в виду при приеме лекарств, побочным действием 

которых является индукция ферментов собственного метаболизма. Феномен индукции 

цитохромов Р450 является важнейшей составляющей адаптивного ответа на чужеродные 

соединения, попадающие в клетку. Это приводит к усилению детоксификационной функции 

организма с последующим выведением ксенобиотика. Хроническое введение крысам 

барбитуратов постепенно уменьшало время сна от этих препаратов из-за усиления их 

метаболизма. Отсюда было сделано заключение, что данные метаболические изменения 

вызваны индукцией определенных форм цитохрома Р450. Процесс индукции цитохромов Р450 

синтетическими или природными соединениями зарегистрирован у млекопитающих, птиц, рыб, 

беспозвоночных, растениях, дрожжах и бактериях. Все это свидетельствует о биологической 

важности этого явления.

     Некоторые цитохромы P-450 являются высоко индуцибильными: например, экспрессия Р-

450 1А1 может увеличиваться более чем в сто раз в печени и многих других тканях под 

действием 2,3,7,8,-тетрахлородибензо-р-диоксина, 3-метилхолантрена или других 

полициклических ароматических углеводородов (ПАУ). Экспрессия Р-450 2Е1 в печени 

возрастает под воздействием этанола, ацетона, изониазида, имидазола и других веществ, а 

экспрессия цитохромов подсемейства 4А в печени и почках вызывается клофибратом и 

другими пероксисомальными пролифераторами. Эффективными индукторами Р-450 подсемейства 

3А являются макролидные антибиотики, синтетические стероиды (например, дексаметазон), и 

фенобарбитал (ФБ). ФБ вместе с большой группой структурно различных химических 

соединений, может также увеличивать экспрессию индивидуальных членов подсемейств 

подсемейств цитохромов Р-450 2А, 2В и 2С как у лабораторных животных, так и у людей 

(например, индукция цитохромов Р-450 2С под действием ФБ в культурах человеческих 

гепатоцитов). Параметры индукции некоторых цитохромов Р450 приведены в табл. 2.

Табл. 2 Индукция цитохромов Р450 различными соединениями

Как видно из таблицы, ряд цитохромов Р450 активируется при участии специфичных 

рецепторов. Лишь для Р-450 1А1 и, соответственно, Ah-рецептора известен детальный 

механизм действия. Для остальных Р450, как правило, идентифицирован специфичный 

рецептор, но механизм действия к настоящему времени детально не описан (соответствующие 

ссылки – в табл. 2). Кроме транскрипционного механизма индукции для цитохромов Р450 

известны также посттранскрипционные (стабилизация мРНК) и пострансляционные 

(стабилизация белка, модификация фермента) механизмы. Последние характерны для 

цитохромов Р450 1А2, 2Е1 и 3А1.

1.1.4. Механизм индукции цитохрома Р450 1А1

     Важность изучения цитохромов Р450 1А подсемейства у человека и экспериментальных 

животных обусловлена их ролью в химически индуцированном канцерогенезе. Именно эти 

ферменты осуществляют метаболическую активацию многих кацерогенных соединений, включая 

полициклические ароматические углеводороды, гетероциклические амины, ароматические 

амина и другие соединения. У большинства видов млекопитающих 1А подсемейство состоит из 

2-х членов: 1А1 и 1А2 . CYP1A1 не обнаруживается в нормальной печени, а экспрессируется 

лишь под воздействием ксенобиотиков-индукторов, к которым относятся ПАУ. Цитохромы Р450 

1А1 и 1А2 осуществляют биоактивацию следующих прооксидантов и проканцерогенов: Р450 

1А1 – бенз[а]пирена и других ПАУ, Р450 1А2 – ПАУ, ароматических аминов, нитрозоаминов, 

парацетамола, гетероциклических аминов.

     Для CYP1А1 характерен генетический полиморфизм индуцибельности среди инбредных

 линий мышей. Некоторые линии (например, C57Bl/6) чувствительны к индукции ПАУ-

соединениями, тогда как другие (DBA/2) не отвечают на введение этих соединений.

Такой полиморфизм связан с генетическим локусом AhR (Aryl Hydrocarbon Recеptor), 

который кодирует белок, названный Ah-рецептором. С этим белком связывается химический 

индуктор. Канцерогенные ПАУ соединения, такие как МХ, - типичные индукторы CYP1А1 (см. 

рис. 4).

Рис. 4. ПАУ-соединения - типичные индукторы CYP1А

     Лигандами для AhR яляются планарные молекулы типа ПАУ. Позднее был найден еще 

более мощный индуктор, 2,3,7,8- тетрахлордибензо-р-диоксин (ТХДД), способный из-за 

высокой аффинности к Ah-рецептору вызывать индукцию в дозах, на порядок меньших, чем 

для других ПАУ. Наличие в клетке рецептора для соединения, произведенного человеком 

относительно недавно, остается загадкой для исследователей. Возможно, что ТХДД 

мимикрирует какое-то эндогенное природное соединение, способное связываться с Ah-

рецептором. Такие соединения были найдены в некоторых растениях. Как показали 

эксперименты с нокаутными мышами, возможно также существование и эндогенного лиганда, 

схожего по структуре с ТХДД.

Рис. 5. Схема индукции цитохрома Р4501А1

     Общепринятая на сегодняшний день схема активации гена CYP1А1 приведена на рис. 5. 

В отсутствие индуктора Ah-рецептор связан с белком теплового шока hsp90, который 

представляет собой компонент системы шейперонов, регулирующих стероид - и диоксин-

зависимые пути передачи сигнала. В этом случае взаимодействия белок-белок 

осуществляются через PAS-домен Ah-рецептора. Точная роль hsp90 в индукции CYP1А1 не 

определена, хотя полагают, что он поддерживает конфигурацию Ah-рецептора в состоянии, 

способствующем взаимодействию с лигандом.  В цитоплазме Ah-рецептор и hsp90 также 

взаимодействуют с белком 37-38кД, гомологичным FK506-связывающим белкам, имеющим три 

тетратрикопептидных повтора. Усиление экспрессии этого белка сопровождается почти 2-х 

кратным усилением индукции CYP1А1. Роль этого белка в индукции CYP1А1 также неясна. 

Возможно, он может влиять на взаимодействие Ah-рецептора с лигандом и/или 

способствовать его транслокации в ядро. Ah-рецептор относится к семейству факторов 

транскрипции, названных “helix-loop-helix/PAS”, т.е. спираль-петля-спираль, содержащих 

PAS домен, благодаря которому осуществляется взаимодействие с другим белковым фактором 

ARNT (Ah Receptor Nuclear Translocator), что необходимо для активации транскрипции гена 

CYP1А. В результате гетеродимеризации этих белков, которая происходит в ядре, 

образуется ДНК связывающий фактор транскрипции. ARNT экспрессируется во многих тканях. 

Нокаутные по этому белку мыши погибали на 10-ый день развития, что, возможно, отражает 

участие ARNT как фактора транскрипции в сигнальной трансдукции.

      Гетеродимеризации ARNT и Ah-рецептора осуществляется через HLH и PAS домены, в 

результате чего положительно заряженные области белков могут распознать XRE элементы 

ДНК. Исследование ДНК-белковых взаимодействий показало, что ARNT связывается с 5’ GTG 

3’ областью ХRЕ, а Ah – с соседним нуклеотидом. Промотор содержал несколько сайтов 

связывания для базальных факторов транскрипции, включая ТАТА-связывающие белки (ТВР). 

Анализ мутаций в области промотора показал, что ТВР-связывающие сайты также необходимы 

для транскрипции гена CYP1А1. Когда энхансеры неактивны, промотор не функционирует, 

следовательно, взаимодействие белков с проксимальными элементами гена является 

индуцибельным и зависит от активации Ah-рецептора и ARNT белка. Эти результаты 

представляются интересными, так как из них следует несколько важных выводов: 1. 

Промотор находится под контролем энхансера; 2. Должен существовать механизм, 

поддерживающий промотор в неактивном состоянии; 3. Взаимодействие энхансера с 

промотором является необходимым этапом в активации транскрипции гена CYP1А1. Таким 

образом, Ah-рецептор и ARNT белок усиливают транскрипцию гена CYP1А1. Показано также, 

что с XRE могут взаимодействовать также молекулы, не относящиеся к рецепторам. К 

настоящему времени сформировалось представление о том, что события, следующие после 

связывания комплекса с-Src-Ah-рецептор с лигандом, могут протекать в двух независимых 

направлениях: 1. Этот комплекс может транслоцироваться в ядро, как это уже было описано 

выше, и связываться со специфическими XRE (DRE)-элементами; 2. Активация Ah-рецептора 

усиливает активность тирозинкиназ, в результате чего возрастает транспорт глюкозы, 

усиливаются процессы фосфорилирования, а также активность липопротеинлипазы. Этот, так 

называемый DRE-независимый путь играет существенную роль в развитии токсических 

процессов, вызванных диоксинами и другими ПАУ-соединениями.

     Cуществует также негативная регуляция, в том числе в различных тканях и видах 

животных. Было показано, что некоторые ДНК-связывающие белки могут конкурировать за 

связывание с цис-активными элементами. Обнаружены также цис-активные негативные 

элементы, которые ингибируют конститутивную и индуцируемую транскрипцию гена CYP1А1. 

Молекулярные механизмы этого явления остаются невыясненными.

     Помимо того, что Ah-рецептор регулирует экспрессию генов CYP1А, он также 

определяет токсичность многих ПАУ-соединений. Исследования по изучению зависимости 

структура-активность с использованием инбредных линий мышей, различающихся по 

чувствительности к индукции этими соединениями, показали, что многие галогенированные 

полициклические углеводороды, связываясь с Ah-рецептором, индуцируют не только CYP1А, 

но и проявляют высокую токсичность. Эти данные, дополненные экспериментами с Ah-

нокаутными мышами, которые оказались устойчивыми к токсическому действию ТХДД, 

подтвердили гипотезу, что ксенобиотики, подобные ТХДД, реализуют биохимические и 

токсические эффекты через Ah-рецептор. Наличие этого белка, содержание которого широко 

варьирует для многих видов животных и во многих тканях, а также его способность 

связываться с лигандами и активировать экспрессию многих генов, дало возможность 

предположить, что токсическое действие ПАУ осуществляется через изменение экспрессии 

генов в чувствительных клетках.

1.1.5. Конститутивная экспрессия цитохрома Р450 1А2 и его индукция

      При индукции ПАУ-соединениями в печени экспериментальных животных наряду с CYP1А1 

регистрируется другой белок этого подсемейства – цитохром Р450 1А2. CYP1А2, в отличие 

от CYP1А1, конститутивно экспрессируется в печени экспериментальных животных и человека 

и, следовательно, метаболизирует многие химические соединения без индукции. Cубстратами 

для CYP1А2 являются гетероциклические амины, ариламины и нитрозоамины. В последнее 

время появились доказательства участия этого фермента в метаболизме эндогенных 

соединений, в том числе стероидов.

      Под действием таких индукторов, как ТХДД, МХ или бензантрацен происходит индукция 

CYP1А2, что сопровождалось заметным увеличением уровня мРНК, количества белка, 

определенного иммуноферментным анализом, а также усилением фенацетин-О-деэтилазной 

активности. Показана роль Ah-рецептора и ARNT белка в активации транскрипции гена 

CYP1А2.

      СYР1А2, как и CYP1A1 может быть активирован через Ah-рецептор. В 5’-фланкирующей 

области данного гена найдены элементы, с которыми связывается Ah-рецептор в комплексе с 

Arnt. Для этого гена также были идентифицированы негативные и позитивные элементы. В 

экспериментах с мышами, нокаутными по Ah-рецептору (генотип AhR-/-) показано снижение 

конститутивного уровня мРНК СYР1А2 на 80% . Механизм конститутивной экспрессии остается 

неизвестным. Возможно, существует эндогенный лиганд, взаимодействующий с данным 

рецептором, поскольку в экспериментах in vitro показано, что в отсутствие лиганда Ah-

рецептор не способен связываться с ДНК. С другой стороны, имеются данные о том, что 

ксенобиотики, не являющиеся высокоаффинными лигандами, или вообще не являющиеся 

лигандами, например омепразол, могут изменять экспрессию гена СYР1А2. Возможно, в 

подобных случаях Ah-рецептор активируется без прямого связывания, предположительно 

генерируя метаболиты с очень коротким временем жизни.

      В настоящее время накапливаются доказательства общего сигнального пути запуска 

транскрипции генов CYP1А различными соединениями. Механизм активации конститутивной 

экспрессии этого гена через Ah-рецептор остается неизвестным. Одним из возможных 

объяснений может быть существование эндогенного лиганда, который взаимодействует с 

данным рецептором. С другой стороны, появляется все больше сообщений о том, что 

индукция CYP1А2 может осуществляться не только через Ah-рецептор. Точный механизм этого 

явления остается на сегодняшний день неизвестным. Предполагается, что в таких случаях 

активизируются посттранскрипционные механизмы стабилизации мРНК или пострансляционная 

стабилизация белка через образование комплекса фермент-индуктор.

1.1.6. Механизм индукции цитохромов Р450 2В и 2С барбитуратами

      Цитохромы Р450 2В подсемейства катализируют метаболизм многих лекарственных 

препаратов и других ксенобиотиков с самой разнообразной химической структурой. 

Идентифицированы такие гены этого подсемейства, как: CYР2В1, CYР2В2, CYР2В3, CYР2В8, 

CYР2В14, CYР2В14Р; у кроликов: CYР2В4, CYР2В4Р, CYР2В5; у мышей: Cyр2b-9, Cyр2b-10, 

Cyр2b-13, у человека: CYР2В6 и псевдоген CYР2В7Р.

      В метаболизме ксенобиотиков участвуют главным образом CYР 2В1 и 2В2 белки.

Каталитические свойства этих ферментов и регуляция экспрессии генов существенно 

различаются. CYP2В1 активно метаболизирует широкий спектр липофильных лекарств и 

стероидов. CYP2В2 может метаболизировать те же субстраты, что и CYP2В1, однако, 

скорость метаболизма заметно ниже. Оба белка состоят из N-терминального гидрофобного 

участка порядка 20 аминокислот, который служит для закрепления в мембране; цис/гем  

связующего пептида; субстрат-связующего участка и района, который взаимодействует с 

НАДФН-цитохром Р450 редуктазой.

      Фенобарбитал является прототипом большой группы структурно неродственных 

индукторов (органические растворители, пестициды, хлорированные бифенилы и лекарства), 

которые оказывают влияние на многие клеточные процессы и вызывают усиление экспрессии 

различных генов. Механизм индуцирующего действия ФБ широко дискутируется и пока до 

конца не ясен. Кроме этого, неизвестно, является ли действие индукторов ФБ-типа 

универсальным, как это описано для полициклических ароматических углеводородов (ПАУ), 

которые имеют планарное строение.

       ФБ-подобными индукторами являются изосафрол, транс-стильбен оксид, 

аллилизопропилацетамид, хлордан и другие хлорорганические пестициды, различные 

фенотиазины, неплоские галогенированные бифенилы, и канцерогены, такие как 

ацетиламинофлуорен. При сравнении ФБ с близкими барбитуратами уровень индукции тесно 

коррелирует со временем полураспада барбитурата в плазме; вещества с низким уровнем 

метаболизма и соответственно большим временем полураспада являются более мощными 

индуцирующими агентами. В случае ФБ, именно исходное вещество, а не его основной 

метаболит, р-гидроксифенобарбитал, по-видимому, является индуктором. Фенобарбиталом 

индуцируются следующие подсемейства цитохромов: CYP2A, CYP2B, CYP2C, CYP2H, CYP3A, 

CYP6A, CYP102/106. Индукция цитохрома Р450 барбитуратами напрямую связана со временем 

полужизни лекарства в плазме крови. ФБ индуцирует не только цитохромы Р450, но и другие 

ферменты, участвующие в метаболизме ксенобиотиков: альдегид-дегидрогеназу, 

эпоксидгидролазу, НАДФН-цитохром Р450 редуктазу, УДФ-глюкуронилтрансферазу и некоторые 

глютатион S-трансферазы. При этом усиливается также пролиферация гладкого ЭПР, 

увеличивается вес печени. Кроме того, ФБ является промотором рака. Все перечисленное 

выше говорит о плейотропном действии этого лекарства на многие ферментативные системы 

клетки, но индуцируются наиболее эффективно цитохромы Р450 подсемейства 2В.

Рис. 6. Схема активации генов Р450 фенобарбиталом

       В противоположность генам CYP1А, в механизм индукции генов CYP2В вовлечены так 

называемые орфановые рецепторы, физиологические лиганды для которых остаются 

неизвестными. Эти белки принадлежат к семейству ядерных стероидных рецепторов. Недавно 

был идентифицирован новый орфановый рецептор САR, который участвует в активации генов 

CYP2В. Показано, что этот рецептор связывается с PBRE цис-активными элементами гена 

CYP2В2 лишь в виде гетеродимера с ретиноидным рецептором RXR. Предполагается, что 

активация ДНК-связывающей способности CAR белка может происходить за счет 

фенобарбитала, который может стимулировать транслокацию рецептора в ядро и его 

связывание с PBRE-элементами. Общепринятая на сегодняшний день схема индукции 

фенобарбиталом, разработанная американским ученым Негиши, представлена на рис. 6. 

Возможно также существование другого механизма, согласно которому CAR белок может 

находиться в ядре, а ФБ лишь усиливает его ДНК-связывающую способность. Примеры для 

обоих типов регуляции показаны для других ядерных рецепторов

       Найдены регуляторные участки генов - ФБ-ответственные элементы (PBRs), с 

которыми взаимодействуют факторы транскрипции. Основной принцип этого механизма состоит 

в том, что при ФБ-индукции происходит дерепрессия гена CYP через освобождение белка-

репрессора. Этот белок держит в связанном состоянии участок ДНК размером 17 п.о., 

названный Барби-бокс (Barbie box). Интересен тот факт, что подобная область с 

характерным мотивом АААГ была найдена в генах ФБ-индуцируемых цитохромов Р450 

млекопитающих: CYP 2В1, 2В2, 3А2, 2С1

1.2 II-я фаза метаболизма ксенобиотиков

     Ко второй фазе биотрансформации ксенобиотиков (II фаза) относятся реакции 

глюкуронидации, сульфатирования, ацетилирования, метилирования, конъюгации с 

глютатионом (синтез меркаптуровой кислоты) и конъюгация с аминокислотами, такими как 

глицин, таурин, глутаминовая кислота. Кофакторы этих реакций реагируют с 

функциональными ферментами 1-й фазы. За исключением метилирования и ацетилирования, 

реакции 2-й фазы приводят к значительному увеличению гидрофильности ксенобиотика, что 

способствует их экскреции из организма. Большинство ферментов 2-й фазы локализовано в 

цитозоле, кроме уридиндифосфоглюкуронозилтрансфераз (УДТ), которые являются 

микросомальными. Реакции 2-й фазы обычно протекают намного быстрее, чем реакции 1-й 

фазы, катализируемые цитохромом Р-450. Поэтому скорость элиминирования ксенобиотика в 

большой степени зависит от скорости, с которой протекает реакция 1-й фазы.

1.2.1. Уридин дифосфатглюкуронозил трансферазы (УДT)

     Глюкуронидация является основным путем биотрансформации ксенобиотиков у многих 

видов млекопитающих за исключением семейства кошачьих. Типичная реакция представлена на 

рис.7. В качестве кофактора эта реакция требует присутствия уридиндифосфоглюкуроновой 

кислоты (УДФ-глюкуроновая кислота). УДT локализуется в эндоплазматическом ретикулуме 

клеток печени и других тканей (почки, тонкий кишечник, селезенка, кожа, мозг и т.д.). 

Сайтом глюкуронидации обычно является электрон-богатый нуклеофильный атом кислорода, 

азота или серы. Субстраты для УДТ содержат такие функциональные группы как 

карбоксигруппу, спиртовую или фенольную (в результате реакции формируется О-

глюкуроновый эфир), первичные или вторичные аминогруппы (N-глюкурониды) или свободную 

сульфгидрильную группу (S-глюкурониды). Субстратами для УДТ могут служить эндогенные 

соединения, типа билирубина, стероидных и тиреоидных гормонов. Глюкуроновые конъюгаты 

являются полярными соединениями, которые легко экскретируются с мочой или желчью, что 

зависит от размера агликона. Например, у крыс глюкурониды экскретируются с мочой, если 

молекулярная масса агликона менее 250 Да и с желчью, – если более 350 Да. Кофактор 

-конфигурацию, чтосинтезируется из глюкозо-1-фосфата и глюкуроновой кислоты и имеет  

-глюкуронидазами. В ходе нуклеофильной атаки на электрон-защищает его от гидролиза 

богатый атом кислорода, азота или серы происходит инверсия конфигурации, и разовавшиеся 

-конфигурацию.метаболиты имеют 

      C-конец всех УДT содержит мембранно-связанный домен, который выполняет функцию 

якоря, закрепляя фермент в эндоплазматическом ретикулуме. Поскольку фермент обращен в 

сторону просвета эндоплазматического ретикулума, а синтез  УДФ-глюкуроновой кислоты 

происходит в цитоплазме, то возникает проблема транспорта кофактора через 

эндоплазматический ретикулум. Постулируется, что транспорт УДФ-глюкуроновой кислоты в 

просвет ЭПР и УДФ в цитозоль происходит по челночному механизму. Глюкуронидация 

ксенобиотиков печеночными микросомами может быть стимулирована детергентами, которые 

разрывают липидный бислой, что обеспечивает УДT свободный доступ к УДФ-глюкуроновой 

кислоте. Однако, высокая концентрация детергента может ингибировать УДT, разрушая 

взаимодействия между ферментом и фосфолипидами. Недоступность кофактора может 

ограничить скорость глюкуронидации лекарств, назначаемых в высоких дозах.

      УДТ экспрессируется двумя генными семействами, УДT1 и УДT2, имеющими менее 50% 

гомологии аминокислотной последовательности. Ферменты, принадлежащие к 1-му семейству, 

участвуют в конъюгации фенолов, ариламинов, включая некоторые канцерогены, лекарств 

типа ацетаминофена, и билирубина, а ферменты 2-го семейства – стероидов. Члены 1-го 

семейства формируются путем альтернативного сплайсинга единственного гена. Множество 

ферментов, представляющих собой продукт УДT1-локуса, конструируются путем соединения 

отдельных субстрат-связывающих сайтов (кодируемых множественными копиями 1-го экзона), 

расположенных в N-концевой части, размером примерно в 280 аминокислотных остатков, с 

константной частью фермента, кодируемой экзонами 2-5. Константная область кодирует С-

концевую часть в 245 аминокислотных остатков, которая отвечает за связывание кофактора 

и размещение в мембране. Таким образом, мутация в константной области может привести к 

синтезу абнормальных форм всех УДТ, кодируемых локусом 1. Например, показано, что у 

крыс Gunn мутация кодона 415 локуса 1 может приводить к преждевременному появлению стоп-

сигнала. При этом синтезируются укороченные и функционально неактивные формы УДТ. 

Известно, что у крыс локус 1 кодирует УДT, индуцируемую 3-метилхолантреном и ТХДД. 

УДT1А6 включается в конъюгацию ПАУ, ацетаминофена и ариламинов. В экстрапеченочных 

тканях обнаружена конститутивная экспрессия этого фермента. Регуляция активности этого 

фермента может осуществляться, по крайней мере, двумя способами, включая 

тканеспецифичную и AhR-контролируемую экспрессию. В регуляторной области 1А6 обнаружен 

XRE, который связывается с AhR и Arnt–белками.

      Члены 2-го семейства кодируются двумя отдельными генами, причем 2А 

экспрессируется в кожном эпителии, а 2В – в микросомах печени. Субстратами для них 

являются стероидные гормоны. Кроме того, показано, что УДТ 2В семейства могут 

участвовать в метаболизме ряда ксенобиотиков, включая морфий, а также метаболитов 

канцерогенов, 2-ацетиламинофлуорена и бенз[а]пирена. У крыс 2 фермента из семейства 2В 

индуцируются ФБ.

      Глюкуронидация обычно представляет собой детоксикационный процесс, однако 

стероидные гормоны, которые взаимодействуют с глюкуронидом по Д-кольцу (но не по А-) 

могут приводить к возникновению холестазии. Индукция УДT может влиять на возникновение 

рака щитовидной железы у грызунов. В некоторых случаях глюкуронидация может усилить 

токсичность ксенобиотика. Например, ароматические амины типа 2-аминонафталена и 4-

аминобифенила N-гидроксилируются в печени с последующей N-глюкуронидацией N-гидрокси 

метаболита. N-глюкурониды подвергаются почечной фильтрации, накапливаясь в полости 

мочевого пузыря, где при кислых значениях рН происходит их гидролиз до соответствующих 

канцерогенных N-гидроксиариламинов. В таком случае усиление глюкуронизации может 

способствовать возникновению рака мочевого пузыря.

1.2.2. Глютатион-S-трансферазы (ГSТ)

      Глютатион (ГSH) представляет собой трипептид, состоящий из глицина, цистеина и 

-карбоксильную группу. Вглутаминовой кислоты, которая связана с цистеином через  

результате нуклеофильной атаки глютатион тиолат аниона на электрофильный атом углерода, 

кислорода, азота или серы ксенобиотика, формируется тиоэфир.

Конъюгация ксенобиотиков с глютатионом катализируется суперсемейством глютатион-S-

трансфераз (ГSТ). Эти белки 

обнаружены в большинстве тканей, а именно в печени, почках, тонком кишечнике, легких и 

т.д. 95% от общего содержания фермента локализовано в цитоплазме и около 5% - в 

эндоплазматическом ретикулуме. Субстратами для ГSТ обычно являются гидрофобные 

соединения, содержащие электрофильный атом способные реагировать с глютатионом 

неферментативно. На рис. 8 представлена типичная реакция, катализируемая ГST. Однако, 

из-за стереоселективности реакций с ксенобиотиками, в основном они протекают при 

участии ГST. Механизм, с помощью которого ГST усиливает скорость конъюгации, состоит в 

депротонировании ГSH до ГS- . В этой реакции принимает участие тирозинат Tyr-O- , 

расположенный в активном центре. Субстраты для глютатионовой конъюгации можно разделить 

на две группы: 1) достаточно электрофильные для осуществления прямой конъюгации, 2) 

требующие активации до реакции конъюгации. 2-я группа соединений включает в себя 

оксиарены, эпоксиды алкенов, ионы нитрония, ионы карбония и свободные радикалы. ГST 

представляет собой димер, составленный из комбинации 2-х идентичных или неидентичных 

субъединиц. Описаны следующие генные семейства ГST, кодирующие цитозольные ферменты: 

alpha, mu, theta, pi, zeta. Классификация построена на основе структурных, 

иммунологических и функциональных свойств. Показано, что ГST, принадлежащие к различным 

классам, могут обладать перекрывающейся субстратной специфичностью. Субъединицы, 

принадлежащие к различным классам, имеют менее 50% гомологии аминокислотной 

последовательности. Субъединицы в пределах одного класса имеют около 70% гомологии. 

Гедеродимеры могут формироваться только при участии субъединиц, принадлежащих к одному 

классу. Семейства цитозольных ГST имеют общее эволюционное происхождение, причем 

-классу. Микросомальные формы фермента возникли изпредковый ген наиболее близок к  

отдельной эволюционной ветви.

       ГST представлены суперсемейством мультифункциональных изоферментов, которые 

способствуют процессам детоксикации, используя различные механизмы, включая 1) 

каталитическую инактивацию широкого спектра ксенобиотиков через конъюгацию с ГSH; 2) 

некаталитическое связывание определенных ксенобиотиков; 3) восстановление липид- и ДНК-

гидропероксидов через экспрессию активности ГSH-пероксидазы 2.

       ГST играют важную роль в детоксикации Афлатоксин В1-8,9-эпоксида. Показано, что 

у грызунов отсутствие фермента, отвечающего за катализ этой реакции, связано с 

повышенной чувствительностью к раку печени. Интенсивно изучается метаболизм известного 

ПАУ – бенз[а]пирена (БП). Показано, что ГST печени человека обладают каталитической 

активностью по отношению к реактивному метаболиту БП – БП-4,5-оксиду. Это соединение 

дает позитивный ответ в тесте на мутагенность, хотя и не вовлекается напрямую в 

канцерогенез. Кроме метаболизма канцерогенов, ГST детоксицирует широкий спектр других 

ксенобиотиков, например фосфорорганические инсектициды, гербициды, пестициды, 

химиотерапевтические лекарства. Дополнительно к защитным свойствам, ГST участвует в 

биосинтезе биологически активных молекул, включая лейкотриены и простагландины.

1.2.3. N-ацетилтрансферазы

        N-ацетилирование – основной путь биотрансформации для ароматических аминов или 

ксенобиотиков, в том числе и лекарств, содержащих гидразогруппу (R-NH-NH2), которые 

превращаются в ароматические амиды (R-NH-COCH3) или гидразиды (R-NH-NH-COCH3), 

соответственно. Первичные алифатические амины редко подвергаются N-ацетилированию за 

исключением цистеиновых конъюгатов, образующихся из глютатионовых, которые, в свою 

очередь, путем N-ацетилирования в почках превращаются в меркаптуровую кислоту. Многие N-

ацетилированные метаболиты менее, чем исходные соединения, растворимы в воде. Однако в 

отдельных случаях, например, для изониазида, N-ацетилирование облегчает экскрецию 

метаболитов с мочой.

        Реакция N-ацетилирования катализируется ферментами, называемыми N-

ацетилтрансферазы (NAT) и требует присутствия ацетил-кофермента А (Ац-КоА) в качестве 

кофактора. Реакция протекает в два последовательных шага. Первым этапом ацетильная 

группа Ац-КоА переносится к цистеиновому остатку внутри активного центра фермента с 

высвобождением кофермента А:

   E-SH + КoA-COCH3 →E-S-COCH3 + КoA-SH

        Вторым шагом ацетильная группа Ац-КоА переносится с ацетилированного фермента 

на аминогруппу субстрата. Для сильноосновных аминов скорость N-ацетилирования 

определяется первым шагом , тогда как для слабоосновных – вторым. В определенных 

случаях NAT могут катализировать реакцию О-ацетилирования.

        NAT – цитозольные ферменты, которые были найдены в печени и многих других 

тканях у большинства видов млекопитающих, за исключением лис и собак, неспособных к N-

ацетилированию ксенобиотиков.

        У кроликов, мышей экспрессируется две формы NAT, обозначаемых NAT1 и NAT2. По 

последним данным у человека идентифицировано, кроме этих двух классов, еще 3 класса 

ферментов: арилалкин-N-ацетилтрансфераза (AANAT), L1-протеин-регулятор адгезии клеток 

(L1 CAM) и гомолог Saccharomyces cerevisiae N- ацетилтрансферазы у человека (ARD1).

        NAT1 и NAT2 являются близкими по первичной структуре (79-95% гомологии 

аминокислотной последовательности, в зависимости от вида). У всех белков в активном 

центре присутствует цистеин (Cys68). Оба белка кодируются генами, не содержащими 

интронов. Гены NAT хотя и расположены на одной хромосоме, но регулируются независимо 

друг от друга. NAT1 экспрессируется в большинстве тканей организма, тогда как NAT2, по-

видимому, только в печени и кишечнике. Эти ферменты отличаются по субстратной 

специфичности, хотя и имеется перекрывание. Субстратами, предпочтительно N-

ацетилируемыми человеческой NAT1, являются парааминосалициловая кислота, 

парааминобензойная кислота, сульфаметоксазол. Субстраты, преимущественно N-цетилируемые 

при участии NAT2, включают изониазид, гидралазин, сульфаметазин, дапсон. Некоторые 

ксенобиотики, например, 2-аминофлуорен одинаково хорошо метаболизируются обоими 

ферментами.

        Генетический полиморфизм N-ацетилирования показан у хомяков, мышей, кроликов. 

Вариации в NAT2-локусе отвечают за классический полиморфизм ацетилирования, 

подразделяющий индивидуумов на «быстрых», «средних» и «медленных» ацетиляторов. 

Определенные вариации NAT1-локуса приводят к усилению активностей N-, О- или N,О-

ацетилирования по сравнению с диким типом. Серия клинических наблюдений, проведенных в 

50-х годах, установила существование так называемых ««медленных»» ацетиляторов 

антитуберкулезного лекарства изониазида. Встречаемость этого фенотипа довольно высокая 

на Среднем Востоке (около 70% в Египте и Саудовской Аравии), средняя в Европе, на 

Кавказе, в Америке и Австралии (около 50%), низкая в азиатской популяции (менее 25% в 

Китае, Японии, Корее). В настоящее время варианты по статусу ацетилирования описаны и у 

человека и у животных. Фенотип медленного ацетилирования возникает в результате мутаций 

NAT2 гена, которые приводят либо к снижению активности фермента, либо к снижению его 

стабильности. Например, точковая мутация в 341 нуклеотиде приводит к аминокислотной 

замене Ile114 - Thr и снижает максимальную скорость N-ацетилирования (Vmax) без 

изменения Кm для связывания субстрата или стабильности фермента. Эта мутация часто 

встречается среди кавказской популяции, но редко среди азиатской. Внутри фенотипа 

медленного ацетилирования существуют значительные вариации в скорости ацетилирования 

ксенобиотиков, поскольку различные мутации оказывают различное действие на активность 

и/или стабильность NAT2. У «медленных» ацетиляторов значительным оказывается N-

ацетилирование “NАT2-субстратов” при помощи NAT1.

        Генетический полиморфизм NAT2 оказывает токсикологическое и фармакологическое 

влияние на метаболизм лекарств, которые N-ацетилируются этим ферментом. Например, 

фармакологический эффект антигипотензивного лекарства гидралазина является более 

продолжительным у «медленных» ацетиляторов, тогда как медленные ацетиляторы 

предрасположены к различным лекарственным отравлениям. «Медленные» ацетиляторы, которые 

к тому же дефицитны по глюкозо-6-фосфатдегидрогеназе, особенно склонны к гемолизу под 

действием определенных сульфонамидов. «Быстрые» ацетиляторы предрасположены к 

миелотоксическим эффектам амонафидов, поскольку N-ацетилирование замедляет выведение 

этих антинеопластических лекарств.

1.2.4. Сульфотрансферазы

        Многие ксенобиотики, подвергающиеся О-глюкуронидации, подвергаются и сульфатной 

конъюгации. Сульфатные конъюгаты представляют собой хорошо водорастворимые эфиры серной 

кислоты. Реакция катализируется сульфотрансферазами, группой ферментов обнаруженных в 

печени, почках, кишечнике, легких, мозге. Кофактором реакции служит 3’-фосфоаденозин-5’-

фосфосульфат (PAPS), который в организме синтезируется из АТФ и неорганического 

сульфата. 

     Сульфатная конъюгация алифатических спиртов и фенолов протекает по следующей схеме:

R-OH + фосфоаденозин-ОРО2 SO4 --> ROSO3- + фосфоаденозин-О-РО32- + Н+ 

Сульфатная конъюгация включает перенос SO3- от PAPS к ксенобиотикам. Субстраты для 

реакции не ограничиваются спиртами и фенолами, которые часто являются продуктами 

реакции 1-й фазы. К ксенобиотикам, не требующим предварительной активации ферментами 1-

й фазы относятся первичные и вторичные спирты, желчные кислоты, катехолы, определенные 

ароматические амины, например, анилин и 2-аминонафтален, конъюгирующие с PAPS с 

образованием соответствующих сульфаматов. N-гидроксиариламины также являются 

субстратами для сульфотрансфераз. Во всех случаях реакция включает нуклеофильную атаку 

атомов кислорода или азота на атом серы в PAPS с расщеплением фосфосульфатной связи.

Сульфатные конъюгаты ксенобиотиков экскретируются в основном с мочой. Метаболиты, 

экскретируемые с желчью могут быть гидролизованы арилсульфатазами, присутствующими в 

микрофлоре кишечника, что способствует энтеропеченочной циркуляции ксенобиотика. 

Сульфатазы присутствуют и в эндоплазматическом ретикулуме и в лизосомах, где 

преимущественно гидролизуют сульфаты эндогенных соединений. Некоторые сульфатные 

конъюгаты подвергаются дальнейшей биотрансформации. Например, андростен 3,17-диол-3,17-

-гидроксилируется с участием цитохрома Р450 2С12, специфичного длядисульфат далее 15 

самок крыс фермента. Сульфатирование благоприятствует дейодированию тироксина и 

трийодтирозина и может определять скорость элиминирования тиреоидных гормонов.

       Относительно низкая концентрация PAPS в клетке (около 75мкМ, для сравнения – 

концентрация УДФ-глюкуроновой кислоты составляет около 350мкМ) ограничивает возможности 

сульфатирования ксенобиотиков. В целом этот путь биотрансформации представляется 

высокоспецифичным, но низкоемким. Ряд соединений одновременно являются субстратами и 

для сульфотрансфераз и для УДФ-глюкуронозилтрансфераз, при этом выбор пути метаболизма 

может зависеть от концентрации субстрата, доступности кофакторов и т.д. Например, 

относительное содержание продуктов метаболизма ацетаминофена зависит от дозы препарата: 

при низких дозах преобладают сульфатные конъюгаты, а с увеличением дозы происходит 

насыщение метаболического пути и, возможно, за счет ингибирования активности 

сульфотрансфераз, снижение относительного количества сульфатных конъюгатов по сравнению 

с глюкуроновыми.

        Обнаружены множественные формы сульфотрансфераз, которые являются членами 

одного суперсемейства. Суперсемейство подразделяется на ряд подсемейств: 1А, 1В, 1С, 

1Е, 2А, 2В и 3А исходя из гомологии аминокислотной последовательности. Номенклатура 

индивидуальных форм ферментов не разработана окончательно, поэтому иногда 

сульфотрансферазы подразделяют на 5 классов исходя из субстратной специфичности: 

арилсульфотрансферазы - сульфатируют большое количество фенольных ксенобиотиков; 

алкогольсульфотрансферазы - метаболизируют первичные и вторичные спирты, включая 

неароматические гидроксистероиды; эстрогенсульфотрансфераза – ароматические 

гидрооксистероиды; тирозинсульфотрансфераза – тирозин метиловые эфиры, желчные кислоты. 

У человека в цитозоле печени обнаружено 3 вида сульфотрансфераз: два изофермента 

фенольной сульфотрансферазы и одна стероид/желчная сульфотрансфераза, называемая также 

дегидроэпиандростерон-сульфотрансфераза (DHEA-ST). Фенольные сульфотрансферазы 

отличаются по термостабильности – одна из форм является термостабильной, а вторая – 

термолабильной. Исследование роли сульфотранфераз в биоактивации 4-аминобифенила 

показало, что N-OH-аминобифенилсульфотрансферазная активность в печени и кишечнике 

коррелировала с активностью термостабильной ST, но не с активностями термолабильной ST 

или DHEA-ST.

       Используя арилсульфотрансферазную пробу мРНК (HAST1), была продемонстрирована 

заметная сульфотрансферазная экспрессия в толстом и тонком кишечнике, легком, желудке и 

печени человека.

       В целом, сульфатирование эффективно снижает фармакологическую и оксикологическую 

активность ксенобиотиков. Однако в некоторых случаях сульфатирование увеличивает 

токсичность чужеродных соединений, поскольку отдельные сульфатные конъюгаты химически 

нестабильны и деградируют, формируя сильные электрофильные соединения. Сульфоконъюгация 

является необходимым этапом активации многих проканцерогенов, таких как 

ацетиламинофлуорен, ариламины, эстрадиол и др. Многие N-гидроксиариламины и 

гидроксамовые кислоты обладали мутагенным эффектом в присутствии сульфотрансферазной 

активности. Для детектирования мутагенного эффекта важно, что сульфатирование имеет 

место внутри клеток-мишеней, поскольку сульфатные конъюгаты из-за своего заряда не 

могут проникнуть сквозь клеточные мембраны.

1.2.5. Эпоксидгидролаза

        Эти ферменты катализируют трансформацию многих реактивных и специфических 

эпоксидов в дигидродиолы, которые для многих соединений являются неактивными. Но в 

некоторых случаях, например, для ПАУ, образуются особо опасные эпоксид-дигидродиолы. 

Гидролазная реакция (рис. 9) трансформирует эпоксид в диол. Фермент катализирует 

нуклеофильную атаку водой или ОН- с противоположной стороны эпоксидного кольца. 

Рис. 9. Реакция, катализируемая микросомальной эпоксидгидролазой

         Образующиеся диолы имеют транс-конфигурацию. Фермента много в почках и печени. 

Извесно 5 форм эпоксидгидролазы: холестериновая, лейкотриеновая, гепоксилиновая, 

микросомальная и растворимая. Две последние участвуют в метаболизме ксенобиотиков. 

Микросомальная эпоксидгидролаза гидрирует монозамещенные, 1,1-дизамещенные и цис-1,2- 

дизамещенные эпоксиды и эпоксиды на циклических системах. Она инактивирует эпоксиды 

после ферментов 1-й фазы. Водорастворимая эпоксидгидролаза гидрирует широкий спектр 

эпоксидов, но не циклические системы.

содержание   ..  1  2  3   ..