Eigenschaften und biologische Rolle von Cytochrom p450. P450-Cytochrome

Polunina T.E.

Oksana Michailowna Drapkina

– Wir setzen unser Programm fort. Unsere Vorlesungen und Diskussionen zum Thema Gynäkologie sind zu Ende, wir haben uns vollständig mit den Vorschriften befasst und werden daher versuchen, sie nicht zu verlassen. Professorin Tatyana Evgenievna Polunina eröffnet die Abteilung für Gastroenterologie. Vorträge „Die Rolle der Cytochrom-P450-Familie bei der Pathogenese und Behandlung der nichtalkoholischen Fettlebererkrankung.“

Tatjana Evgenievna Polunina, Professor, Doktor der medizinischen Wissenschaften:

– Cytochrome P450 (CYP 450) ist der Name einer großen Familie universeller Enzyme im menschlichen Körper. Cytochrome P450 spielen eine wichtige Rolle bei der Oxidation zahlreicher Verbindungen, wie endogener Verbindungen (Steroide, Gallensäuren, Fettsäuren, Prostaglandine, Leukotriene, biogene Amine) sowie exogener Verbindungen (Medikamente, industrielle Schadstoffprodukte, Pestizide, Karzinogene usw.). Mutagene), letztere werden Xenobiotika genannt.

Auf dieser Folie können Sie sehen, wo sich die Cytochrome P450 befinden. Sie befinden sich im Hepatozyten, im Zytosol. Grundlage für die Lokalisierung ist das endoplasmatische Retikulum. Und insbesondere die Lipidmembran, die eine Doppelschicht aus Phospholipiden enthält, weist mehrere miteinander verbundene Strukturen auf. Dabei handelt es sich um ein Cytochrom, das Eisenprotein, Nikotinamidadenindinukleotid und Oxidoreduktase umfasst und im Komplex des Metabolismus von Arzneimitteln und den oben vorgestellten Xenobiotika enthalten ist.

Die häufigsten Vertreter dieser Gruppe, an die sich Ärzte wenden, sind die Cytochrome P452 AC, P450 2D, P450 2E1 und P450 3A4. Diese Enzyme katalysieren eine Vielzahl von Stoffwechselreaktionen und ein Cytochrom kann mehrere Medikamente mit unterschiedlichen chemischen Strukturen metabolisieren. Das gleiche Medikament hat unterschiedliche Wirkungen auf Cytochrom P450 und in verschiedenen Organen. Und insbesondere das wichtigste Cytochrom, auf das wir achten, ist Cytochrom P450 2E – das wichtigste Isoenzym von Cytochrom P450, es baut Lipoproteine ​​niedriger Dichte ab.

Derzeit wurden nicht nur Phänotypisierungsmethoden entwickelt, die auf der Substratspezifität bestimmter Cytochrom-P450-Isoenzyme basieren, sondern auch die Aktivität eines bestimmten Enzyms und Stoffwechsels wird durch die Pharmakokinetik des Markersubstrats und Änderungen der Konzentrationen der unveränderten Substanz bestimmt und sein Metabolit. Die Bestimmung der Cytochrom-P450-Isoenzyme durch Identifizierung der Gene für die entsprechenden Isoenzyme erfolgt jedoch mithilfe einer Polymerase-Kettenreaktion. Dies wird als Cytochrom-P450-Isoenzym-Genotypisierung bezeichnet.

Auf dieser Folie sehen wir, dass sich im Hepatozyten der Ort, an dem sich das endoplasmatische Retikulum, Cytochrome P450, von denen es mehr als 50 gibt, und Medikamente befinden, die in einem bestimmten Cytochrom abgebaut werden, in einigen Fällen mit dem Cytochrom verbindet und bildet ein Vesikel, das den Hepatozyten schädigt und gleichzeitig Stress und Zytokine verursacht; führt zur Aktivierung des tumornekrotischen Faktors und ist insbesondere ein Auslöser für die Auslösung von Caspasen, was sich in katalytischen Prozessen äußert.

Die nichtalkoholische Fettlebererkrankung, die später als nosologische Entität identifiziert wurde, wird seit 1980 als nichtalkoholische Fettlebererkrankung (NAFLD) bezeichnet, nachdem bei nichtalkoholischen Patienten ähnliche Veränderungen in der Leber entdeckt wurden wie bei alkoholbedingte Schäden.

Der natürliche Verlauf einer nichtalkoholischen Fettlebererkrankung umfasst Steatose als Anfangsstadium, die, ohne fortzuschreiten, asymptomatisch sein kann, und Steatohepatitis, die mit schrecklichen vegetativen Manifestationen, Zytolysesyndrom und dyspeptischen Manifestationen einhergeht. Mit der Entwicklung einer Fibrose entsteht ein ziemlich ernstes Problem – eine Leberzirrhose und anschließend eine portale Hypertonie und ein Karzinom.

Ich möchte Sie darauf aufmerksam machen, dass Kiernan bereits 1894 eine bestimmte Leberarchitektur vorschlug, die aus einer Balkenstruktur besteht. An der Peripherie der Strahlen, die aus polygonalen Hepatozyten bestehen, befindet sich ein Dreiklang: Gallengang, Pfortader und Arterie. Diese Folie stellt eine normale gesunde Leber und eine fettige Infiltration von Hepatozyten dar. Die Lebersteatose, eine der ersten Phasen der Entwicklung einer nichtalkoholischen Fettlebererkrankung, wird in diesem Diagramm in morphologischer Form dargestellt.

Als nächste Möglichkeit für die Entwicklung des Entzündungsprozesses, der zur Ausbreitung von fibrösem Gewebe in der gesamten Leber führt, sehen wir eine Steatohepatitis und anschließend eine Leberzirrhose mit der Entwicklung einer portalen Hypertonie. Am häufigsten handelt es sich um eine mikronoduläre Leberzirrhose, die sich bereits in den Entwicklungsstadien der nichtalkoholischen Fettleber recht deutlich manifestiert und von portaler Hypertonie, Krampfadern der Speiseröhre, des Magens und typischen Komplikationen begleitet wird Leberzirrhose und Tod.

Bei der nichtalkoholischen Steatohepatitis sind die häufigsten Entwicklungen diejenigen, die am häufigsten als Begleiterkrankungen in Verbindung gebracht werden: Diabetes mellitus, Fettleibigkeit. Bei bis zu 75 % der Patienten entwickelt sich eine nichtalkoholische Steatohepatitis, und wenn Diabetes mellitus und Fettleibigkeit kombiniert werden, leiden 90 % der Patienten an einer nichtalkoholischen Fettlebererkrankung.

Die Leber ist zweifellos das Hauptzielorgan des metabolischen Syndroms. Die Insulinresistenz ist ein Schlüsselmerkmal, das die Grundlage für die Lipidansammlung in den Hepatozyten, die Fettleber, die nichtalkoholische Steatohepatitis und die Leberzirrhose bildet.

Ich möchte darauf aufmerksam machen, dass das metabolische Syndrom nicht nur eine beeinträchtigte Glukosetoleranz, sondern auch Dyslipidämie, abdominal-viszerale Fettleibigkeit, Insulinresistenz und Hyperinsulinämie, arterielle Hypertonie, frühe Arteriosklerose, beeinträchtigte Hämostase, Hyperurikämie und Hyperandrogenismus umfasst. Ich möchte sagen, dass die nichtalkoholische Fettlebererkrankung Steatose Teil des metabolischen Syndroms ist und derzeit ein Quintett darstellt, das früher als „tödliches Quartett“ bezeichnet wurde.

Die auf dieser Folie dargestellten Risikofaktoren variieren manchmal von Land zu Land, wobei sich die Positionen in den USA und in Europa geringfügig unterscheiden. Dennoch sind Taillenumfang, Triglycerid- und Lipoproteinspiegel, Blutdruck, insbesondere 130/85, und Glukosespiegel Indikatoren, die bei einem Patienten mit metabolischem Syndrom überwacht werden müssen.

Mit dem Fettstoffwechsel verbundene Erkrankungen sind: nichtalkoholische Fettlebererkrankung, Diabetes mellitus Typ 2, koronare Lebererkrankung, Bluthochdruck.

Im Pathogeneseschema kommt der Insulinresistenz des Fettgewebes eine besondere Bedeutung zu. Eine Erhöhung der Lipogenese, also eine Erhöhung des Fettsäurespiegels, eine Erhöhung der Triglyceridsynthese und Lipotoxizität führen zur Entwicklung einer Insulinresistenz, und dies führt zu Stoffwechselstörungen, Stress des endoplasmatischen Retikulums, bei dem die Außerdem kommt es zum Stoffwechsel von Fettsäuren und insbesondere Lipoproteinen sowie zur Aktivierung von Entzündungen. Dies sind Kupffer-Zellen und Sternzellen, die nicht nur dazu führen, dass der Spiegel von Lipiden sehr geringer Dichte ansteigt, sondern zweifellos auch zur Entwicklung einer Steatohepatitis mit Fibrose führt, und wir erhalten die Aktivität eines Prozesses, der sich in Richtung Zirrhose bewegt der Leber.

Auf Hepatozytenebene werden Fettsäuren zu Triglyceriden verestert und als Lipoproteine ​​niedriger Dichte exportiert, eine Situation, die im normalen Hepatozyten mit der Oxidation in Mitochondrien, Peroxisomen und Mikrosomen verbunden ist.

Zweifellos spielen im Mechanismus der Insulinresistenz, der hier vorgestellt wird, eine Schlüsselrolle der tumornekrotische Faktor, freie Radikale, Leptin, Fettsäuren und eine erhöhte Lipolyse, die zur Aufnahme von Fettsäuren führt, zu einer Verletzung von β- Oxidation von Fettsäuren in Mitochondrien und auch zur Anreicherung von Fettsäuren in Hepatozyten.

Die Induktion der Cytochrome P450 4A11 und P450 2E1 führt zur Lipidperoxidation, was zweifellos zur Aktivierung von Faktoren führt, die mit der Anreicherung von Triglyceriden verbunden sind. Hyperinsulinämie ist ein Schlüsselfaktor, der zur Insulinresistenz führt. Es führt auch zu einer Steigerung der Glykolyse, der Fettsäuresynthese und der Triglyceridakkumulation in Hepatozyten.

Die nächste Folie zeigt den Mechanismus der Wechselwirkung zwischen mikrosomaler Oxidation und mitochondrialer β-Oxidation. Beachten Sie, dass mitochondriale Ω-Oxidation und mitochondriale β-Oxidation zur Auslösung sogenannter peroxisomaler β-Oxidationsrezeptoren und insbesondere Peroxisomen-Proliferator-aktivierter Rezeptoren führen. Dies führt zum Ausdruck der Akkumulation eines bestimmten Proteins und dementsprechend von Acetyl-Coenzym A, das sich ansammelt und einen Mechanismus auslöst, der zu einer Überladung mit Dicarbonfettsäuren führt.

Auf der nächsten Folie sehen Sie, dass Steatohepatitis und Fibrose vor dem Hintergrund mitochondrialer reaktiver Sauerstoffspezies entstehen. Der Schlüssel zur Auslösung einer Fibrose ist zweifellos die Anreicherung von Malondialdehyd, was zur Bildung entzündlicher Infiltrate, Fibrose und Aktivierung von Sternzellen führt. Stellatzellen lösen die Induktion von Zytokinen wie dem tumornekrotischen Faktor und transformierenden Wachstumsfaktoren aus. Die Erschöpfung des antioxidativen Systems führt zur Freisetzung von Fas-Legand, einer mitochondrialen reaktiven Sauerstoffspezies, es kommt zu einer Nekrose der Hepatozyten und anschließend zur Entwicklung von fibrösem Gewebe, das die Grundlage für die Entwicklung einer Zirrhose darstellt.

Diese Folie zeigt ein Diagramm; Sie sehen überschüssige Lipide, die sich im Hepatozyten ansammeln. Mitochondriale Dysfunktion und Dysfunktion von Cytochrom P450 führen zur Aktivierung der Lipidperoxidation, zur Freisetzung von Kupffer-Zellen, entzündlichen Zytokinen, Aktivierung von Sternzellen und Apoptose, was anschließend zur Entwicklung einer Hepatozytennekrose führt.

Das metabolische Syndrom ist sehr wichtig, da die nichtalkoholische Fettlebererkrankung Teil des metabolischen Syndroms ist. Und das nicht nur auf der Hepatozyten, in der der Spiegel von Lipoproteinen niedriger und sehr niedriger Dichte, Triglyceriden (das ist sehr wichtig), zunimmt, sondern auch auf der Endothelzelle. Es kommt zu einer endothelialen Dysfunktion und es wird auch ein Moment ausgelöst, der mit Lipidperoxidation, der Ansammlung von Substanzen, die Arteriosklerose, plötzlichen Tod und Herzinfarkte beeinflussen, verbunden ist.

Zweifellos hängt der Anstieg der freien Fettsäuren mit Adipozyten zusammen. Und insbesondere eine Abnahme des veresterten Cholesterins führt auch zu verschiedenen Belastungen des Kernrezeptors. Und der sogenannte aktivierte Peroxisomen-Proliferator-Rezeptor ist derzeit besonders wichtig; auf ihn richtet sich die ganze Aufmerksamkeit von Wissenschaftlern, die sich mit Fettleibigkeit, Diabetes und nichtalkoholischen Fettlebererkrankungen befassen.

Ein Monozyten (Makrophagen) löst in manchen Fällen durch die Erhöhung der Menge an Entzündungsreaktionsfaktoren (tumornekrotischer Faktor, Interleukine-6, Membran-Toll-like-Rezeptoren, freie Fettsäuren) auch Ereignisse aus, die speziell mit den pathologischen Wirkungen von Fetten in Zusammenhang stehen Säuren.

Die Kriterien zur Beurteilung der Insulinresistenz sind seit 1985 jedem bekannt. Sie wird durch den HOMA-Index – Homeostasis Model Assessment – ​​und den moderneren QUICKI-Index – Quantitave Insulin Sensitivity – bestimmt. Hier werden Insulinkonzentration, Serumglukose und Normen dargestellt.

Wir möchten darauf hinweisen, dass nicht alle Patienten mit einer nichtalkoholischen Fettlebererkrankung eine Leberbiopsie benötigen. Derzeit verfügen wir über Punkte, die es uns ermöglichen, den Grad der Fettinfiltration der Leber zu bestimmen. Und insbesondere handelt es sich hierbei um einen Fibrotest.

Im Algorithmus zur Diagnose einer nichtalkoholischen Fettlebererkrankung achten wir nicht nur auf spezifische Anzeichen, sondern auch auf die Aktivität der Enzyme Alanin- und Asparagintransaminase, Gamma-Glutamyltranspeptidase, alkalische Phosphatase und achten auf den Alkoholkonsum. was von früheren Kollegen besprochen wurde. Und ich möchte natürlich auf Risikofaktoren aufmerksam machen: metabolisches Syndrom, Insulinresistenz, Diabetes. Zur Behebung dieser Situation wird eine Therapie und gegebenenfalls eine Leberbiopsie verordnet. Zweifellos sind absolute Indikationen für eine Biopsie erforderlich. Und wenn der Body-Mass-Index 35 und 40 überschreitet, werden bereits Maßnahmen im Zusammenhang mit der chirurgischen Behandlung durchgeführt.

Ich möchte Ihre Aufmerksamkeit auf eine Reihe von Medikamenten (nichtsteroidale - entzündungshemmende Glukokortikose und Steroidmedikamente, Tetracyclin-Antibiotika), eine Reihe von Ernährungsfaktoren (Fasten, schneller Gewichtsverlust, chirurgische Eingriffe, metabolische genetische Faktoren usw.) lenken (insbesondere hereditäre Hämochromatose, verschiedene Gifte) und andere Begleiterkrankungen. Dies ist für die Differentialdiagnose sehr wichtig.

Im Stadium der Steatose ist die Behandlung von Fettleibigkeit, Insulinresistenz und Dyslipidämie wichtig. Im Stadium der Steatohepatitis kommt es vor allem auf die Beseitigung von oxidativem Stress, Entzündungen und Fibrose an.

Eine übermäßige Induktion von Cytochrom P450 2E hat aufgrund der Freisetzung freier Radikale schädliche Auswirkungen auf Hepatozyten. Essentielle Phospholipide wirken nicht nur als Antioxidantien, sondern dienen auch als sehr wichtiger Faktor zur Reduzierung der Aktivität von Cytochrom 2E1, wie in den Arbeiten von M. Aleynik gezeigt. Die Ergebnisse einiger Studien legen nahe, dass die Einführung essentieller Phospholipide die Induktion von Cytochrom P450 2E verringern kann (Arbeit von Vladimir Trofimovich Ivashkin, der 2004 in russischen Quellen mit Marina Viktorovna Mayevskaya vorgestellt wurde).

Stellatzellen sind an der Entstehung des Endstadiums einer nichtalkoholischen Fettlebererkrankung beteiligt. Und in Laborexperimenten wurde gezeigt, dass die vollständige Verhinderung der Aktivierung von Sternzellen durch CYP2E1-Inhibitoren die Entwicklung einer Leberzirrhose verhindert.

Ich möchte Sie darauf aufmerksam machen, dass nicht nur der russische Autor M. Aleynik, sondern auch der japanische Autor Akiyama in der Zeitschrift „Hepatology“ im Jahr 2009, basierend auf einem Modell der alkoholischen Leberschädigung, auch auf Cytochrom P450 achtet 2E, Acetyl-CoA-Oxidase und Nicotinamidadenindinukleotidoxidasen, dass essentielle Phospholipide bei dieser Pathologie eine entzündungshemmende, antiapoptotische und antifibrotische Aktivität aufweisen.

Dies ist eine theoretische Version der Annahme der Verwendung von Cytochrom-P450-Inhibitoren und insbesondere des Medikaments „Essentiale“, das als Referenz dient und den wichtigsten Punkt für die Hemmung von Cytochrom P450 2E und dementsprechend P450 4A11 darstellt. Dies verhindert die Lipidoxidation und Glykolyse und reduziert die Fettsäuresynthese.

Die folgenden Medikamente werden bei der Behandlung der nichtalkoholischen Fettlebererkrankung eingesetzt: Insulinsensibilisatoren, Antioxidantien, Hepatoprotektoren, antimikrobielle Mittel.

Aber ich möchte die Aufmerksamkeit auf Membranphospholipide lenken. Sie sind die wichtigsten Lipidbestandteile der Zellmembranen. Schäden an Phospholipidmembranen führen zum Zytolysesyndrom und ein Überschuss an reaktiven Sauerstoffspezies führt zu Schäden an Phospholipidmembranen, die auf mikrosomaler γ-Oxidation und peroxymaler β-Oxidation beruhen. Dementsprechend führt eine Schädigung der Phospholipidmembranen zum Zelltod, was zur Einleitung einer Fibrose und zur Aktivierung von Sternzellen führt.

Eine Schädigung der Leberstruktur ist eine Schädigung der Membranen. In der Version der essentiellen Phospholipide handelt es sich um ein Material, das anstelle von Lipiden Zellmembranen wiederherstellt. Die Wiederherstellung der Leberstruktur ermöglicht die Wiederherstellung der Leberfunktion.

Unsere Patienten leiden nicht nur an einer alkoholischen Fettleber, einer alkoholischen Hepatitis, sondern auch an anderen Lebererkrankungen, das ist eine unbestreitbare Tatsache. Ich möchte Sie darauf aufmerksam machen, dass essentielle Phospholipide laut E. Kunz (Monographie 2008) eine antifibrotische Wirkung haben, also eine stabilisierende Wirkung auf die Galle und die Hepatozytenmembran.

Hierbei handelt es sich um eine Veröffentlichung, die 2008 auf der Grundlage pharmakologischer und klinischer Daten veröffentlicht wurde. Die Therapie mit essentiellen Phospholipiden scheint die bevorzugte Wahl zu sein, um die Manifestationen deutlich zu reduzieren und Fettlebererkrankungen unterschiedlicher Genese zu beseitigen, die sich aufgrund von Alkoholkonsum, Fettleibigkeit und auch dann entwickelt haben, wenn die Ursache nicht erkennbar ist.

Ich möchte darauf hinweisen, dass es mehrere Studien zu Essential gibt. Diese Studien sind jedem bekannt. Aber ich möchte sagen, dass Essentiale auch bei Diabetes mellitus eine Normalisierung des Glukosespiegels, des glykierten Hämoglobins und des Serumcholesterins bei Patienten mit nichtalkoholischer Lebererkrankung ermöglicht.

Abschließend möchte ich sagen, dass Leberschäden, die durch Fettansammlung ohne Alkoholmissbrauch gekennzeichnet sind, als nichtalkoholische Fettlebererkrankung bezeichnet werden. Risikofaktoren sind Fettleibigkeit und Typ-2-Diabetes. Bei der Pathogenese der nichtalkoholischen Fettleber kommt der übermäßigen Aktivität der Cytochrome P450 2E1 besondere Bedeutung zu. Klinische Varianten des Krankheitsverlaufs: Schmerzen im rechten Hypochondrium, asthenovegetative und dyspeptische Störungen, Hepatomegalie. Und unser Diagnosealgorithmus basiert auf dem konsequenten Ausschluss alkoholischer und iatrogener sowie viraler Leberschäden.

Mikrosomale Oxidation ist eine Abfolge von Reaktionen Oxygenasen Und NADPH, was zur Einführung eines Sauerstoffatoms in die Zusammensetzung eines unpolaren Moleküls und zum Auftreten von Hydrophilie führt und dessen Reaktivität erhöht.

Reaktionen mikrosomale Oxidation wird von mehreren Enzymen durchgeführt, die sich auf den Membranen des endoplasmatischen Retikulums befinden (im Fall in vitro sie werden mikrosomale Membranen genannt). Enzyme organisieren kurze Ketten, die mit Cytochrom P 450 enden.

Mikrosomale Oxidationsreaktionen umfassen zu Phase-1-Reaktionen und sollen einem hydrophoben Molekül polare Eigenschaften verleihen und/oder seine Hydrophilie erhöhen, wodurch die Reaktivität von Molekülen zur Teilnahme an Phase-2-Reaktionen erhöht wird. Bei Oxidationsreaktionen kommt es zur Bildung oder Freisetzung von Hydroxyl-, Carboxyl-, Thiol- und Aminogruppen, die hydrophil sind.

Mikrosomale Oxidationsenzyme befinden sich im glatten endoplasmatischen Retikulum und sind Oxidasen mit gemischter Funktion(Monooxygenasen).

Cytochrom P450

Das Hauptprotein der mikrosomalen Oxidation ist Hämoprotein - Cytochrom P 450. In der Natur gibt es bis zu 150 Isoformen dieses Proteins, die etwa 3000 verschiedene Substrate oxidieren. Das Verhältnis verschiedener Cytochrom-P450-Isoformen variiert aufgrund genetischer Merkmale. Es wird angenommen, dass einige Isoformen an der Biotransformation von Xenobiotika beteiligt sind, während andere endogene Verbindungen (Steroidhormone, Prostaglandine, Fettsäuren usw.) metabolisieren.

Cytochrom P450 interagiert mit molekularem Sauerstoff und bindet ein Sauerstoffatom in das Substratmolekül ein, was zum Auftreten (Erhöhung) seiner Hydrophilie beiträgt, und das andere - in das Wassermolekül. Seine Hauptreaktionen sind:

• oxidative Dealkylierung, begleitet von der Oxidation der Alkylgruppe (an den N-, O- oder S-Atomen) zum Aldehyd und dessen Abspaltung,
• Oxidation (Hydroxylierung) unpolarer Verbindungen mit aliphatischen oder aromatischen Ringen,
• Oxidation von Alkoholen zu den entsprechenden Aldehyden.

Die Arbeit von Cytochrom P 450 wird durch zwei Enzyme sichergestellt:

• NADH-Cytochrom-b-5-Oxidoreduktase, enthält MODE,
• NADPH-Cytochrom P 450-Oxidoreduktase, enthält FMN Und MODE.

Schema der relativen Positionen mikrosomaler Oxidationsenzyme und ihrer Funktionen

Beide Oxidoreduktasen nehmen Elektronen aus den entsprechenden reduzierten Äquivalenten auf und übertragen diese auf Cytochrom P 450. Dieses Protein bindet, nachdem es zuvor ein Molekül des reduzierten Substrats gebunden hat, an ein Sauerstoffmolekül. Nach Erhalt eines weiteren Elektrons baut Cytochrom P 450 das erste Sauerstoffatom in das hydrophobe Substrat ein (Substratoxidation). Gleichzeitig erfolgt die Reduktion des zweiten Sauerstoffatoms zu Wasser.

Abfolge von Reaktionen der Hydroxylierung von Substraten unter Beteiligung von Cytochrom P450

Ein wesentliches Merkmal der mikrosomalen Oxidation ist die Fähigkeit, sie zu induzieren oder zu hemmen, d. h. zu einer Änderung der Prozessleistung.

Induktoren sind Substanzen, die die Synthese von Cytochrom P 450 und die Transkription der entsprechenden mRNA aktivieren. Sie sind

1. Weites spektrum Wirkungen, die die Fähigkeit haben, die Synthese von Cytochrom P 450, NADPH-Cytochrom P 450-Oxidoreduktase und Glucuronyltransferase zu stimulieren. Die klassischen Vertreter sind Barbitursäure-Derivate – Barbiturate, Zu dieser Gruppe gehören auch Diazepam, Carbamazepin, Rifampicin usw.

2. Schmales Spektrum und Handlungen, d.h. stimulieren eine der Formen von Cytochrom P 450 – aromatische polyzyklische Kohlenwasserstoffe ( Methylcholanthren, Spironolacton), Ethanol.

Zum Beispiel, Ethanol stimuliert die Synthese der P 450 2E1-Isoform (Alkoholoxidase), die am Stoffwechsel von Ethanol, Nitrosaminen, Paracetamol usw. beteiligt ist.
Glukokortikoide induzieren die P 450 3A-Isoform.

Inhibitoren der mikrosomalen Oxidation binden an den Proteinanteil von Cytochrom oder Hämeisen. Sie sind unterteilt in:

1. Reversibel

• DirekteAktionen- Kohlenmonoxid ( CO), Antioxidantien,
• indirektAktionen, d.h. Einfluss durch Zwischenprodukte ihres Stoffwechsels, die mit Cytochrom P 450 Komplexe bilden - Erythromycin.

2. Irreversibel Inhibitoren – Allopurinol, Aminazin, Progesteron, Oral Verhütungsmittel, Teturam, Fluorouracil,

Auswertung von Phase-1-Reaktionen

Die mikrosomale Oxidation kann auf folgende Weise beurteilt werden:

• Bestimmung der mikrosomalen Enzymaktivität nach Biopsie,
• zur Pharmakokinetik von Arzneimitteln,
• unter Verwendung von Stoffwechselmarkern ( Antipyrin-Test).

Antipyrin-Test

Der Proband nimmt es morgens auf nüchternen Magen ein Amidopyrin in einer Menge von 6 mg/kg Körpergewicht. 4 Portionen Urin werden im Abstand von 1 bis 6 Stunden, 6–12, 12–24 bzw. 45–48 Stunden gesammelt. Die Urinmenge wird gemessen. Spätestens 24 Stunden später wird der Urin zentrifugiert oder filtriert. Anschließend wird die Konzentration von 4-Aminoantipyrin und seinem Metaboliten N-Acetyl-4-aminoantipyrin im Urin untersucht.

Cytochrome P450

Die Cytochrom P-450 (CYP-450)-Superfamilie ist für die mikrosomale Oxidation verantwortlich und ist eine Gruppe von Enzymen mit vielen Isoformen (mehr als 1000), die nicht nur Medikamente metabolisieren, sondern auch an der Synthese von Steroidhormonen, Cholesterin und anderen beteiligt sind Substanzen.

Die größte Menge an Cytochromen kommt in Hepatozyten sowie in Organen wie Darm, Nieren, Lunge, Gehirn und Herz vor. Basierend auf der Homologie von Nukleotid- und Aminosäuresequenzen werden Cytochrom-Isoenzyme in Familien eingeteilt, die wiederum in Unterfamilien unterteilt werden. Vertreter verschiedener Familien unterscheiden sich in der Substratspezifität und der Aktivität der Regulatoren (Induktoren und Inhibitoren). Allerdings können einzelne Familienmitglieder „Kreuz“-Spezifitäten und „Kreuz“-Induktoren und -Inhibitoren aufweisen. So wurde gezeigt, dass das antivirale Medikament Ritonavir durch sieben Enzyme (CYP1A1, CYP2A6, CYP2C9, CYP2C19, CYP2D6, CYP2E1, CYP3A4) metabolisiert wird und Cimetidin vier Enzyme (CYP1A2, CYP2C9, CYP2D6, CYP3A4) hemmt. Die wichtigsten Cytochrome für die Biotransformation von Arzneimitteln sind CYP1A1, CYP2A2, CYP2C9, CYP2C19, CYP2D6, CYP2E1, CYP3A4, CYP3A5. Der relative Beitrag verschiedener Cytochrome und anderer Phase-I-Entgiftungsenzyme zum Arzneimittelstoffwechsel ist in Abbildung 7.2.2 dargestellt.

Jedes Cytochrom P-450-Isoenzym wird von einem eigenen Gen kodiert, das auf verschiedenen Chromosomen lokalisiert ist. In der Nähe einiger dieser Gene befinden sich Pseudogene (nicht exprimierte Kopien), was Gentests erheblich erschwert.

Aufgrund des Polymorphismus metabolischer Gene kann die Aktivität der entsprechenden Enzyme von Individuum zu Individuum erheblich variieren. Abhängig von diesen interindividuellen Merkmalen werden drei Gruppen von Individuen unterschieden, die sich in der Aktivität des einen oder anderen Stoffwechselenzyms unterscheiden. Dies sind die sogenannten „extensiven“ Metabolisierer – Personen mit einer normalen Stoffwechselrate von Arzneimitteln (der Großteil der Bevölkerung), „langsame“ Metabolisierer (Personen mit einer verringerten Stoffwechselrate bestimmter Arzneimittel) und „schnelle“ („schnelle“ Metabolisierer („schnelle“ Metabolisierer). „Überaktive“) Metabolisierer – Personen mit einer erhöhten Biotransformationsrate einiger Medikamente. Der Anteil „langsamer“ und „schneller“ Metabolisierer für einzelne Stoffwechselenzyme zeigt erhebliche Unterschiede zwischen den Populationen. Gleichzeitig besteht bei der Geschwindigkeit des Arzneimittelstoffwechsels nicht immer eine vollständige Korrelation zwischen Genotyp und Phänotyp, was darauf hinweist, dass bei der Genotypisierung von Stoffwechselenzymen eine biochemische Kontrolle erforderlich ist.

Betrachten wir die funktionellen Merkmale des Polymorphismus der Hauptgene der CYP-450-Cytochrom-Superfamilien, die am Arzneimittelstoffwechsel beteiligt sind. Detaillierte Informationen zu den Eigenschaften von Stoffwechselenzymen, ihren Substrateigenschaften und ihrem genetischen Polymorphismus finden sich in einer Reihe inländischer Monographien und Lehrbüchern zur klinischen Pharmakogenetik.

Die P-450-CYP1-Familie verstoffwechselt einen relativ geringen Anteil an Xenobiotika. Die wichtigsten davon sind polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK), die Hauptbestandteile von Tabakrauch.

Eine besonders wichtige Rolle kommt dabei den Genen CYP1A1 und CYP1A2 zu, die auf Chromosom 15 lokalisiert sind. Die Expression beider Gene wird durch einen Komplex reguliert, den der Ah-Rezeptor mit dem induzierenden PAH-Molekül bildet, das in den Zellkern eindringt und dort gezielt die Expression stimuliert diese Gene.

CYP1A1 kodiert für ein Protein mit Arylhydrocarbonathydroxylase-Aktivität, das den anfänglichen Metabolismus von PAK steuert, der zur Bildung von Karzinogenen führt (z. B. Benzopyren, das beim Rauchen entsteht). Der Genpolymorphismus von CYP1A1 wird durch drei Punktmutationen verursacht: C4887A und A4889G im Exon 7 und T6235C in der 3’-flankierenden Region. Die G4889(Val)+C6235-Substitution ist durch das Auftreten des „schnellen“ Allels *2B gekennzeichnet. Es hat eine dreimal höhere Aktivität im Vergleich zum Wildtyp-Allel. *2B kommt bei fast 7 % der Kaukasier vor und gilt als Risikofaktor für Lungenkrebs. Es hat sich gezeigt, dass bei Vorhandensein des *2B-Allels bei Rauchern das Risiko, an Lungenkrebs zu erkranken, im Vergleich zu Nichtrauchern um mehr als das Siebenfache steigt. Noch größer wird das Risiko, wenn der Raucher neben dem *2B-Allel des CYP1A1-Gens auch ein „defizientes“ Allel des GSTM1-Gens besitzt. Die Allele *2A (C6235) und *4 (A4887(Asp) kommen in der Bevölkerung nur mit einer Häufigkeit von 1-3 % vor. Darüber hinaus ist das *2A-Allel mit einer erblichen Veranlagung für Leukämie und einer Resistenz gegenüber einer medikamentösen Therapie dieser Krankheit verbunden .

Das CYP1A2-Genprodukt metabolisiert nur PAKs, aber auch Verbindungen wie Koffein, Theophyllin usw. Es wurde gezeigt, dass das Vorhandensein des *1A-Allels des CYP1A2-Gens den Metabolismus von Arzneimitteln wie Koffein, Deazepam, Verapamil, Methadon, Theophyllin, Östradiol.

Die P-450-CYP2-Familie besteht aus einer Gruppe funktionell bedeutendster Enzyme, die eine Vielzahl unterschiedlicher Medikamente metabolisieren. Ihre Aktivität zeigt eine ausgeprägte Abhängigkeit vom genetischen Polymorphismus.

Die CYP2A-Unterfamilie ist das wichtigste Isoenzym dieser Unterfamilie. Es ist an der Umwandlung von Nikotin in Cotinin, an der Hydroxylierung von Cumarin und Cyclophosamid beteiligt und trägt zum Stoffwechsel von Ritonavir, Paracetamol und Valproinsäure bei. CYP2A6 ist an der Bioaktivierung von Bestandteilen des Tabakrauchs – Nitrosaminen – beteiligt, die Lungenkrebs verursachen. Das CYP1A6-Gen ist auf Chromosom 19 am Locus 19q13.2 lokalisiert. Das Gen wird hauptsächlich in der Leber exprimiert. Es konnte gezeigt werden, dass das *4-Allel des CYP1A6-Gens protektiv ist, also mit einem geringeren Lungenkrebsrisiko verbunden ist. Das Vorhandensein der Allele *2 und *3 ist mit einem verringerten Cumarin-Metabolismus verbunden, was bei der Dosierung dieses Arzneimittels aufgrund einer möglichen Hepatotoxizität wichtig ist.

CYP2B-Unterfamilie. Alle Enzyme dieser Unterfamilie werden durch Phenobarbital induziert. Das bedeutendste Enzym ist CYP2B6, das viele Zytostatika (Cyclophosphamid), Virostatika (Efavirenz und Nevirapin), Antidepressiva (Bupropion), Anästhetika (Propofol) und synthetische Opioide (Methadon) metabolisiert und auch am Metabolismus endogener Steroide beteiligt ist. Das CYP2B6-Gen ist am selben Ort lokalisiert wie das CYP2A6-Gen und wird überwiegend in der Leber exprimiert. Das Vorhandensein langsamer Allele des CYP2B6-Gens (*2, *4, *5, *6) verringert die Metabolisierungsrate antiviraler Arzneimittel, was zu einer verringerten Clearance führt und das Risiko von Komplikationen im Zentralnervensystem erhöht.

Die CYP2C-Unterfamilie spielt eine Schlüsselrolle im Stoffwechsel vieler Medikamente. Eine gemeinsame Eigenschaft dieser Isoenzyme ist das Vorhandensein einer 4-Hydrolase-Aktivität gegen das Antikonvulsivum Mephenytoin.

Besonders wichtig für die klinische Pharmakogenetik ist die Prüfung des Polymorphismus des CYP2C9-Gens im 10q24-Locus. Das Gen wird überwiegend in der Leber exprimiert und ist der Hauptmetabolisierer von Angiotensin-Rezeptor-Inhibitoren (Losartan und Irbersartan). Zu seinen Substraten gehören auch Antikoagulanzien (Warfarin), blutzuckersenkende Medikamente (Glipizid), Antikonvulsiva (Phenytoin, Diazepam), Antidepressiva (Amitriptylin, Clomipramin, Imipramin), Protonenpumpenhemmer (Omeprazol), nichtsteroidale entzündungshemmende Medikamente (Diclofenac, Ibuprofen, Piroxicam), Tolbutamin. Wie bereits erwähnt, war die CYP2C9-Genpolymorphismusanalyse der erste offiziell zugelassene Gentest (siehe oben). Die Zahl der Personen mit verminderter Aktivität dieses Enzyms in der heimischen Bevölkerung beträgt bis zu 20 %. Gleichzeitig muss zur Vermeidung unerwünschter Nebenwirkungen die therapeutische Dosis der oben genannten Arzneimittel bei Trägern der *2- und *3-Allele des CYP2C9-Gens um das 2- bis 4-fache reduziert werden.

Das CYP2C19-Gen ist im 10q24.1-q24.3-Locus lokalisiert und wird in der Leber exprimiert. Sein Proteinprodukt ist das Hauptenzym im Stoffwechsel von Protonenpumpenhemmern (Omeprazol) und Antikonvulsiva (Proguanil, Valproinsäure, Diazepam, Barbiturate). Die Häufigkeit seines „langsamen“ Allels (*2) in der europäischen Bevölkerung liegt zwischen 5 und 200 %.

CYP2D-Unterfamilie. Cytochrom CYP2D6 verstoffwechselt etwa 20 % aller bekannten Medikamente. Das CYP2D6-Gen ist auf Chromosom 22 am Locus 22q13.1 lokalisiert. Der Hauptort seiner Expression ist die Leber. Derzeit wurden im CYP2D6-Gen mehr als 36 Allele identifiziert, von denen einige durch das Fehlen eines Proteinprodukts gekennzeichnet sind, während andere zum Auftreten eines Enzyms mit veränderten Eigenschaften führen. Substrate des CYP2D6-Enzyms sind in der klinischen Praxis weit verbreitete Arzneimittel wie Betablocker, Antidepressiva, antipsychotrope Substanzen, Antiarrhythmika, Antipsychotika, blutdrucksenkende Arzneimittel, Monooxidreduktasehemmer, Morphinderivate, Neurotransmitter (Dopamine), Analgetika und Opiate. Wenn man bedenkt, dass etwa 6–10 % der Kaukasier langsame Metabolisierer dieses Enzyms sind, besteht offensichtlich ein Bedarf an Gentests von CYP2D6, um die Dosen dieser Medikamente anzupassen. Darüber hinaus sind „funktionell geschwächte“ Allele dieses Gens mit einer erblichen Veranlagung für so schwere Krankheiten wie Lungenkrebs, Darmkrebs usw. verbunden.

CYP2E-Unterfamilie. Cytochrom CYP2E1 ist ein Ethanolin-induzierbares Enzym. Seine Substrate sind Tetrachlorkohlenstoff, Dimethylnitrosamin. Es gibt Hinweise darauf, dass CYP2E1 zusammen mit CYP1A2 an der Umwandlung von Paracetamol in N-Acetylbenzochinonimin beteiligt ist, das eine starke hepatotoxische Wirkung hat. Darüber hinaus ist es das wichtigste Isoenzym der Gruppe der Cytochrome, die das Low-Density-Lipoprotein-Cholesterin oxidieren, was wiederum zur Bildung atherosklerotischer Plaques führt. Das CYP2E1-Gen ist am 10q24.3-qter-Locus lokalisiert und wird in der Leber erwachsener Menschen exprimiert. Der Taq1-Polymorphismus im CYP2E1-Gen führt zu einer Abnahme der Aktivität dieses Enzyms. M/M-Homozygote für das geschwächte Allel des CYP2E1-Gens zeigen aufgrund ihrer verzögerten Entgiftung eine erhöhte Empfindlichkeit gegenüber den oben genannten Arzneimitteln.

Cytochrom P-450 CYP3-Familie

Die CYP3A-Unterfamilie ist die zahlreichste. Es macht etwa 30 % aller Cytochrom P-450-Isoenzyme in der Leber und 70 % aller Isoenzyme in der Wand des Magen-Darm-Trakts aus. Die wichtigsten Enzyme sind CYP3A4 und CYP3A5, deren Gene im 7q22.1-Locus lokalisiert sind. Das CYP3A4-Gen wird vorwiegend in der Leber exprimiert, das CYP3A5-Gen im Magen-Darm-Trakt.

Das Enzym CYP3A4 verstoffwechselt über 60 % aller Medikamente und spielt eine wichtige Rolle im Stoffwechsel von Testosteron und Östrogenen. Allelvarianten des CYP3A4-Gens sind sehr zahlreich, die Daten zu ihrer Wirkung auf die Pharmakokinetik der entsprechenden Medikamente sind jedoch widersprüchlich.

Das Enzym CYP3A5 metabolisiert einige der Medikamente, mit denen CYP3A4 interagiert. Es wurde gezeigt, dass das Vorhandensein des *3-Allels des CYP3A5-Gens zu einer Verringerung der Clearance von Arzneimitteln wie Alprazalam, Midazolam und Saquinavir führt.

Paraoxonase ist ein Enzym, das für die Synthese von Paraoxonase, einem Blutplasmaprotein, verantwortlich ist. Darüber hinaus inaktiviert das Enzym Organophosphorverbindungen, Organophosphate, Carbamate und Essigsäureester. Einige dieser Stoffe sind chemische Kampfstoffe – Sarin, Soman, Tabun. Von den drei bekannten Isoformen ist das Enzym PON1 das wichtigste. Sein Gen ist am Locus 7q21.3 lokalisiert. Der bedeutendste und am besten untersuchte Polymorphismus ist der Ersatz von Glutamin durch Arginin an Position 192 (L/M-Polymorphismus). Es wurde gezeigt, dass das M-Allel mit einem verringerten Metabolismus von Organophosphorverbindungen verbunden ist.

Das M-Allel und der M/M-Genotyp erhöhen das Risiko, an der Parkinson-Krankheit zu erkranken, insbesondere in Kombination mit dem GSTP1-Gen-5-Allel, und werden mit der Bildung atherosklerotischer Plaques in Verbindung gebracht.

Alkohol- und Aldehyddehydrogenasen

Alkoholdehydrogenase ist ein Schlüsselenzym beim Abbau von Ethanol und anderen Alkoholen und oxidiert Alkohole zu Aldehyden. Bei Erwachsenen wird das ADH1B-Gen in der Leber exprimiert. Je nach Alter gibt es eine gewisse Dynamik seines Ausdrucksniveaus. Das ADH1B (ADH2)-Gen ist am 4q22-Locus lokalisiert. Der am meisten untersuchte Polymorphismus ist G141A. Es wurde gezeigt, dass Allel A mit einer erhöhten Enzymaktivität verbunden ist, was zu einer übermäßigen Anreicherung von Stoffwechselzwischenprodukten – Aldehyden – führt, die eine ausgeprägte toxische Wirkung haben. Personen mit dem A-Allel des ADH1B-Gens haben eine erhöhte Empfindlichkeit gegenüber Ethanol und sind weniger anfällig für Alkoholismus.

In Leberzellen sind außerdem zwei Aldehyddehydrogenasen vorhanden: ALDH1 (zytosolisch) und ALDH2 (mitochondrial). Das ALDH2-Gen ist im 12q24.2-Locus lokalisiert, sein Produkt spielt eine Schlüsselrolle bei der Umwandlung toxischer Aldehyde in die entsprechenden Carbonsäuren, die leicht aus dem Körper entfernt werden können. ALDH2 spielt eine wichtige Rolle beim Alkoholabbau. Es ist bekannt, dass bei Vertretern der gelben Rasse eine Alkoholvergiftung durch das Fehlen von ALDH2 bei fast 50 % der Bevölkerung verursacht wird. Polymorphismus im ALDH2-Gen führt zum Ersatz von Glu an Position 487 des Proteins (ALDH2*1-Allel) durch Lys (ALDH2*2-Allel). Das ALDH2*2-Allel kodiert für ein Enzym mit reduzierter Aktivität. Bei Heterozygoten ist die Enzymaktivität um das Zehnfache reduziert. Das Enzym ALDH2 ist an der Pathogenese verschiedener Krebsarten beteiligt, die mit übermäßigem Alkoholkonsum einhergehen – Leberzellkarzinom, Krebs der Speiseröhre, des Rachens und der Mundhöhle.

Intensiver Alkoholkonsum bei Personen mit ungünstigen Allelvarianten der ADH1B- und ALDH2-Gene kann zur raschen Entwicklung von Leberkomplikationen führen: Alkoholerkrankungen und Leberzirrhose.

Cytochrom P450-Familie 2 Unterfamilie C-Polypeptid 9 (CYP2C9). Nachweis der Mutation A1075C (Ile359Leu)

Genname -CYP2C9

Lokalisierung des Gens auf dem Chromosom– 10q23.33

• *1/*1
• *1/*3
• *3/*3

Vorkommen in der Population

Allel CYP2C9*3 kommt bei Europäern mit einer Häufigkeit von 6 % vor.

Zusammenhang zwischen Marker und Arzneimittelstoffwechsel

Es wird untersucht, um die physiologische Wirksamkeit des Einsatzes von Medikamenten zu bestimmen: orale Antikoagulanzien aus der Cumarin-Klasse (Warfarin), Sulfonylharnstoff-Derivate, nicht-narkotische Analgetika (Tenoxicam, Flurbiprofen, Lornoxicam, Piroxicam), Losartan und Irbesartan (Angiotensin-II-Rezeptorblocker). ).

Allgemeine Informationen zum Studium

Das am häufigsten zur Vorbeugung und Behandlung thromboembolischer Komplikationen eingesetzte Medikament ist Warfarin (Coumadin). Es wird zur Langzeitanwendung in einer Reihe von Fällen verschrieben, die mit einer erhöhten Blutgerinnung einhergehen, sowie in der postoperativen Phase, um die Bildung von Blutgerinnseln aufgrund einer Operation zu verhindern. Es wird häufig praktiziert, das Medikament Menschen zu verschreiben, die einen Schlaganfall oder einen Herzinfarkt erlitten haben.

Um die Wirkung von Arzneimitteln zu erzielen, müssen sie im Körper in Leberzellen (Hepatozyten) durch das Enzymsystem Cytochrom P450 (CYP) bioaktiviert (in eine aktive Form umgewandelt) werden. Die für diese Enzyme kodierenden Gene sind polymorph, und Allele, die für die Bildung von Enzymen mit verminderter oder fehlender Funktion kodieren, sind häufig.

Die Aktivität von Cytochromen wird zusätzlich zu den Strukturmerkmalen der sie kodierenden Gene durch Faktoren wie Alter, Körpergewicht, Lebensstil, schlechte Gewohnheiten, Ernährung, Begleiterkrankungen und Medikamente beeinflusst. Diese Faktoren sind für die Bildung individueller Merkmale der Arbeit von P450-Enzymen verantwortlich und bestimmen die Art des Stoffwechsels der meisten Medikamente. Das Hauptenzym für die Biotransformation indirekter Antikoagulanzien ist das Cytochrom P450-Isoenzym CYP2C9.

Gen CYP2C9 lokalisiert auf Chromosom 10 in der Region 10q23.33. Es gibt Genvarianten (Allele) CYP2C9, kodierend für die Bildung eines Enzyms mit verminderter oder fehlender Funktion. Die Genvariante, die an Position 1075 (A1075C) einen punktuellen Austausch von Adenin gegen Cytosin trägt, führt zu einer Verringerung der Stoffwechselaktivität des Enzyms und wird als CYP2C9*3 bezeichnet. Eine einzelne Nukleotidsubstitution führt zu einer Substitution der Aminosäure Isoleucin durch Leucin (Ile359Leu) im CYP2C9-Enzym. Somit wird ein Enzym mit veränderter Funktion synthetisiert, dessen Aktivität weniger als 5 % der Aktivität des Enzyms *1 beträgt. Die wichtigste (unveränderte) Variante des Gens wird als bezeichnet CYP2C9*1.

Der häufigste Genotyp verursacht einen normalen Warfarin-Metabolismus und wird als CYP2C9 *1/*1 bezeichnet.

Genetischer Marker CYP2C9*3(Genotypen *3/*3 und *3/*1) ist mit einer Veränderung der funktionellen Aktivität des Cytochrom-P450-Enzyms verbunden, was die Ausscheidungsrate von Warfarin aus dem Körper verringert. Das Vorhandensein des *3-Allels bei einem Patienten führt zu einer signifikanten Abnahme der Aktivität des Cytochrom-Isoenzyms, was die gerinnungshemmende Wirkung der Medikamente um das bis zu Siebenfache erhöht und zur Entwicklung von Komplikationen wie ausgedehnten inneren Blutungen und Episoden führen kann übermäßige Hypokoagulation.

Cytochrome P450. Struktur und Funktion

Unter den Phase-1-Enzymen nimmt das Cytochrom-P450-System (P450 oder CYP) hinsichtlich der katalytischen Aktivität gegenüber einer Vielzahl von Xenobiotika den Spitzenplatz ein. Die höchste Konzentration an Cytochrom P450 findet sich im endoplasmatischen Retikulum von Hepatozyten (Mikrosomen). Hepatische mikrosomale Cytochrome P450 spielen eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung der Intensität und Dauer der Wirkung fremder Verbindungen und spielen eine Schlüsselrolle bei der Entgiftung von Xenobiotika sowie bei deren Aktivierung zu toxischen und/oder krebserregenden Metaboliten. Cytochrom P450-abhängige Monooxygenasen sind ein Multienzym-Elektronentransportsystem. Alle Cytochrome P450 sind Häm-haltige Proteine. Hämeisen liegt normalerweise in einem oxidierten Zustand vor (Fe3+). Durch die Reduktion zum Fe2+-Zustand ist Cytochrom P450 in der Lage, Liganden wie Sauerstoff oder Kohlenmonoxid zu binden. Der Komplex aus reduziertem Cytochrom P450 mit CO weist ein Absorptionsmaximum bei 450 nm auf, das die Grundlage dafür bildete

Namen dieser Enzyme. Die durch Cytochrome P450 katalysierte Hauptreaktion ist eine Monooxygenase-Reaktion, bei der ein Sauerstoffatom mit dem Substrat (RH) interagiert und das andere zu H2O reduziert wird. NADPH ist als Reduktionsmittel an der Reaktion beteiligt:

RH (Substrat) + O2 + NADPH + H+ -> ROH (Produkt) + H2O + NADP+

Der Mechanismus, durch den Cytochrom ein Elektron von NADPH erhält, hängt von der intrazellulären Lokalisierung von Cytochrom P450 ab. Im ER, wo sich die meisten Hämoproteine ​​befinden, die an der Biotransformation von Xenobiotika beteiligt sind, wird das Elektron durch ein Flavoprotein namens NADPH-P450-Reduktase übertragen. Ein Reduktasemolekül kann Elektronen an mehrere verschiedene P450-Moleküle abgeben. In Mitochondrien, wo sich P450-Itochrome befinden, die an der Biosynthese von Steroidhormonen und dem Vitamin-D-Stoffwechsel beteiligt sind, wird das Elektron mithilfe von zwei Proteinen übertragen: Ferrodoxin oder Ferrodoxinreduktase.

In Abb. Abbildung 1 zeigt den Katalysezyklus von Cytochrom P450. Der 1. Teil des Zyklus beinhaltet die Aktivierung von Sauerstoff, der 2. – die Oxidation des Substrats. Der Wirkmechanismus des mikrosomalen Monooxygenasesystems wurde erstmals von Estabrook et al. beschrieben und inzwischen von vielen Forschern bestätigt. Dieses Schema ist wie folgt: Die erste Stufe besteht aus der Wechselwirkung des Substrats mit der oxidierten Form von P450. Wenn P450 an Substrate bindet

Es findet ein Übergang von Häm-Eisen von einem Low-Spin- in einen High-Spin-Zustand statt. Die zweite Stufe besteht in der Reduktion des entstehenden Enzym-Substrat-Komplexes mit dem ersten Elektron, das aus der NADPH-spezifischen Transferkette von NADPH durch kommt

Flavoprotein I (NADPH-Cytochrom-P450-Reduktase). Die dritte Stufe besteht aus der Bildung eines ternären Komplexes: reduziertes Cytochrom P450-Substrat-Sauerstoff. Vierte Stufe

stellt die Reduktion eines ternären Komplexes durch ein zweites Elektron dar, das, wie

Es wird angenommen, dass es aus der NADH-spezifischen Elektronentransportkette stammt, bestehend aus NADH-

Cytochrom-b5-Reduktase oder Flavoprotein II und Cytochrom-b5. Die fünfte Stufe besteht aus mehreren Prozessen, einschließlich intramolekularer Umwandlungen des reduzierten ternären Komplexes und seiner Zersetzung unter Bildung eines hydroxylierten Produkts und Wasser. In diesem Stadium wandelt sich Cytochrom P450 in seine ursprüngliche oxidierte Form um.

Cytochrome P450 katalysieren die folgenden Arten von Reaktionen: Hydroxylierung eines aliphatischen oder aromatischen Kohlenstoffatoms; Epoxidierung der Doppelbindung;

Oxidation des Atoms (S, N, I) oder N-Hydroxylierung; Übertragung der oxidierten Gruppe;

Zerstörung der ätherischen Kommunikation; Dehydrierung. Einige Reaktionen wurden katalysiert

Cytochrom P450 sind in Abb. dargestellt. 2 und 3. Mehrere Klassen von Reagenzien sind gut

Der letzte Kohlenstoff in der Kette wird hydroxyliert, die sogenannte Omega-Hydroxylierung. Also

Die interne Hydroxylierung erfolgt an mehreren Positionen (Positionen -1,-2).

Dadurch ergeben sich bereits mit einem einfachen Alkan wie Hexan viele unterschiedliche Produktvarianten. Beachten Sie, dass auch zyklische Kohlenwasserstoffe einer Hydroxylierung unterliegen. Bei der Hydroxylierungsreaktion entsteht zunächst ein Halbacetal, das dann in einen Alkohol und einen Aldehyd umgewandelt wird. Bei der Oxidation von Alkenen durch Cytochrom P450 entstehen zweiatomige Oxide. Sie variieren in ihrer Stabilität und können sehr reaktiv sein. Beispielsweise wird Vinylchlorid metabolisch in ein Oxid umgewandelt, das sich dann in Chloracetaldehyd umwandelt, ein Mutagen, das direkt auf die DNA wirkt. Diese Studien führten zu einem Verbot der Verwendung von Vinylchlorid in Verneblern. Die Vinylgruppe von Sterol (Vinylbenzol) ist für ihre krebserregenden Eigenschaften bekannt, der menschliche Körper kann sie jedoch neutralisieren, indem er das Oxid mithilfe des Enzyms Epoxyhydrolase in ein Diol umwandelt. Aber Epoxyhydrolase hilft nicht immer. Beispielsweise synthetisiert Cytochrom P450 in vivo Aflotoxin B1-Epoxid. Diese Verbindung ist ein hochreaktives Elektrophil, instabil und bildet schnell ein Addukt mit DNA. Darüber hinaus ist das aus dem Epoxid gebildete Diol ebenfalls instabil und hochreaktiv. Bei der Oxidation aromatischer Verbindungen mit Cytochrom P450 entstehen ebenfalls Epoxide, die jedoch schnell in Phenol umgewandelt werden. Durch die Hydroxylierung von Benzol kann das entstehende Phenol erneut hydroxyliert werden und in Brenzkatechin oder Hydrochinon umgewandelt werden. Beachten Sie, dass Catechol und Hydrochinon mit Sauerstoff reagieren können und ähnliche Reaktionen mit Chinonen und Superoxiden, die Toxine sind, hemmen. Eine so bekannte Verbindung wie 2,3,7,8-Tetrachlordibenzoldioxin (TCDD) ist nicht anfällig für Hydroxylierung und stabil (die Halbwertszeit im menschlichen Körper beträgt ein Jahr oder mehr).