В живой клетке окисление лекарственных средств, как, собственно, и других ксенобиотиков, протекает с участием молекулярного кислорода или в процессе дегидрирования, что напоминает окислительно-восстановительные реакции, характерные для эндогенных веществ.

В связи с обсуждаемой проблемой наибольший интерес представляют реакции неполного внедрения кислорода. В этом случае образуется связь О—О, а кислород входит в состав субстрата в виде гидроксильной группы. Отсюда и название процесса — реакция гидроксилирования. Сам фермент, катализирующий данный процесс, называется монооксигеназой, указывая на то, что в процессе окисления в субстрат вводится один атом кислорода, а второй восстанавливается до воды. При полном внедрении кислорода образуются устойчивые промежуточные радикалы или циклические перекиси и катализируют этот процесс диоксигеназы микроорганизмов.

Основная часть активного кислорода, используемого в реакциях гидроксилирования ксенобиотиков, генерируется гемопротеинами, большинство из которых — ферменты. В качестве простетической группы они содержат железопорфирины (миоглобин, гемоглобин, цитохром Р450, каталаза, пероксидаза, циклооксигеназа и гемоксигеназа).
Железопорфирином для них является гем b. В случае Fe2+ это протогем или гем, a Fe3+ — протогемин или гемин (I).

Взаимодействие простетической группы с апоферментом (белковой частью) гемопротеинов определяет их спектральные, магнитные, химические и функциональные характеристики. В спектрах поглощения гемопротеинов имеются три полосы — а, р и у. Все они, за исключением цитохрома Р450 в восстановленной форме в комплексе с СО поглощают при 420 нм. Для последнего эта величина составляет 420 нм и 450 нм.

Поскольку для иона железа характерно координационное число шесть, по обе стороны от гема два свободных места могут заниматься лигандами железа. Значение химической структуры аксиального (пятого) лиганда гемопротеинов чрезвычайно велико. Он прежде всего определяет окислительно-восстановительные потенциалы пары Fe2+/Fe3+, с которыми, как известно, связаны процессы активации кислорода.

Перекись водорода, образующаяся в процессе двухэлектронного восстановления кислорода или более сложным путем, например, при дисмутации супероксид-анионов разрушается пероксидазами и каталазами.

Пероксидазы катализируют двухэлектронное восстановление Н202 до Н20, используя в качестве донора электронов различные восстановители. Пероксидазы широко распространены в растительных тканях, где они находятся в пероксисомах. В животных организма фермент содержится в слюне, печени, почках, лейкоцитах и других органах и тканях. Несколько изоформ пероксидаз (лактопероксидаза, миелопероксидаза лейкоцитов, цитохром-С-пероксидаза дрожжей, пероксидаза хрена) выделены в кристаллической форме.

Все перечисленные пероксидазы активируют Н202 и ROOH, а также имеют много общего в их свойствах, так как в качестве простетической группы содержат железопорфирин. В отличие от цитохрома Р450 пятым лигандом иона железа является гистидин, а шестое координационное место могут занимать различные лиганды (Н20, CN и др.). По-видимому, обмен лигандов в шестом положении имеет существенное значение для функционирования пероксидаз.

Максимум поглощения фермента в окисленной форме составляет 420 и 541 нм, а в восстановленной — 432, 535 и 565 нм. Пероксидаза в своей структуре содержит высокоспиновое железо (Fe ) и по своим свойствам напоминает метгемоглобин. При восстановлении (Fe ) фермента возможно необратимое присоединение кислорода (оксипероксидаза).

- Читать далее "Механизм действия пероксидаз. Катализ лекарственных препаратов"