<<
>>

РЕАКЦИИ И МЕХАНИЗМЫ КАТАЛИЗА

Процессы N-гидроксилирования ксенобиотиков включает замещение одного атома водорода аминогруппы на гидроксил.

Продуктом реакции первичных, вторичных и ароматических аминов являются соответствующие гидроксиламины (8.9—8.12):

rch2nh2 — rch2nhoh, (8.9)
RCH2NHR‘ — RCH2N(OH)R‘, (8.10)
ArNH2 — ArNHOH, (8.11)
ArNHR1 — ArN(OH)R'. (8.12)
Если субстратами этих реакций, являются или ароматические амиды, то их метаболиты — кислоты (8.13, 8.14): алифатические

гидроксамовые

RCNH2 - RCNHOH,

II II

(8.13)
II II

О О

RCNR1 — RCN(OH)R‘.

II II

(8.14)
II II

О 0

В свою очередь гидроксиламины неферментативно или ферментативно могут окисляться с образованием нитрозосоедине- ний (8.15):
ArNHOH -*• ArN = 0. (8.15)
Известны также случаи метаболического превращения ими- ноазота в соответствующие оксимы (8.16) и нитроны (8.17):
RCH = NH -*• RCH = N-ОН, (8.16)
RCH = N — R1 — RCH = N— R1. (8.17)

СГ

Для третичных алифатических и ароматических аминов наблюдается N-окисление, в котором единственная пара электронов азота распределена между атомами азота и кислорода (8.18, 8.19):

(8.18)

(8.19)

С биохимической точки зрения FMO отдаленно напоминает ксантиноксидазу и альдегидоксидазу (раздел 8.1.3), так как все эти ферменты в качестве простетической группы содержат ФАД.

Однако роль этого кофермента в каталитических реакциях, осуществляемых с одной стороны FMO и с другой молиб- дензависимыми ферментами — различна.

Так, ксантиоксидазная реакция в своем механизме предполагает два каталитических центра. Молибден связывает восстанавливающие его субстраты и в процессе реакции превращается из состояния Мо (6) в состояние Мо (5) и Мо (4). Электрон переходит на конечный акцептор — ФАД, при участии железосодержащих центров (Fe2S2) — I и II.

Отсутствие такой цепи переноса электронов в FMO компенсировано за счет другой более простой реакции, приводящей к генерированию в системе активных форм кислорода. Так доказано, что дигидрорибофлавин реагирует с молекулярным кислородом с образованием флавин-4а-оксипероксида (VII.).

Нуклеофильный субстрат, например, триметиламин атакуется дистальным кислородом гидроперекиси. В результате такого взаимодействия атом кислорода переносится на субстрат и одновременно образуется оксифлавин (VIII.). Лимитирующим звеном FMO катализа является распад оксифлавина.

Отдельные стадии, характеризующие механизм каталитического действия FMO изучены в достаточной степени при использовании фермента печени свиньи [200]. В последствие оказалось, что они практически не отличаются от аналогичных путей других экспериментальных животных.

Так как в процессе восстановления флавина участвует НАДФН очень часто FMO называют НАДФН-зависимой.

Физико-химические свойства флавин-4а-оксипероксида свидетельствуют о том, что это слабый окислитель и поэтому неспособен атаковать атомы азота амидов, карбамидов, иминов, нитронов, оксимов, изоцианатов, нитрилов и гетероциклических ароматических аминов. В тоже время алифатические амины, гидроксиламины и гидразины можно отнести к типичным субстратам FMO [206].

Третичные амины алифатического ряда (промазин, хлорпро- мазин, имипрамин, антитрипталин, бензамфетамин) и циклические (трифлюперазин, флюфеназин, мепередин, атропин, кокаин, морфин, никотин) в процессе окисления образуют полярные, относительно стабильные N-окиси (8.18, 8.19).

Вторичные алифатические (дезипрамин, нортриптилин) и циклические (перазин) амины, в отличие от третичных в FMO катализе образуют несколько продуктов реакции. На первом этапе образуются гидроксиламины (8.10, 8.11). Они в свою очередь являются прекрасными субстратами FMO, поэтому образуют в последствие нитроны (8.17).

Если в реакции окисления FMO участвуют асимметрические вторичные амины (дезипрамин, нортриптилин), то в этом случае образуются нитроны, которые гидролизуются затем до двух различных альдегидов и двух первичных гидроксиламинов

(8.18) .

Гидролиз нитронов катализируется кислотами (донорами протонов). Однако этот процесс может проходить с довольно большой скоростью и в нейтральных растворах при комнатной температуре.

Что касается первичных ариламинов, то их принадлежность к субстратам FMO весьма неопределенная. Только в случае 2-аминофлюоренона и пирролизидиновых алкалоидов в опытах с очищенной свиной FMO были обнаружены N-окисленные продукты реакции [207]. Определение Vmax для большого числа различных азотсодержащих соединений позволило автору разделить их по отношению к FMO на две группы: типичные и атипичные субстраты.

Быстрое окисление первичных гидроксиламинов не предполагает также относить их к субстратам FMO. В тоже время вторичные гидроксиламины в FMO катализе образуют соответствующие оксимы. Этот процесс практически идентичен цитохром Р450-зависимому катализу.

Печеночные FMO некоторых экспериментальных животных катализируют N-окисление различных гидразинов (1,1-Дизаме- щенных, 1,2-дизамещенных и монозамещенных). Предпочтительными субстратами в этом отношении оказались 1,1-дизаме- щенные гидразины [200]. В этой реакции 1,1-дизамещенные гидразины окисляются до гидразонов посредством перегруппировки азоалкинима с образованием N-оксида (8.21).

R R R

I I I

R-N-NH2-R-N+-NH2-^R-N = NH-R-NH-N = R (8.21)

| -н,о

О

В дальнейшем гидразон гидролизуется до 1-замещенного гидразина.

Моно- и 1,2-дизамещенные гидразины окисляются до соответствующих метаболитов митохондриальной аминооксидазой и цитохромом Р450.

К окислительным процессам, происходящим в клетках относятся и реакции деалкилирования ксенобиотиков. Возможность их реализации становится в том случае, когда молекула ксенобиотика содержит у атомов азота, кислорода или серы алкильные заместители. Ферменты, катализирующие эти реакции — разнообразны, но основными в N-деалкилировании участвуют цитохром Р450 и FMO.

В результате N-деалкилирования ксенобиотика происходит разрыв связи углерод—азот, с образованием карбонильного соединения и деалкильного амина (8.22). В этом случае:

(R)2CH • N(R,)2 - R2CO + NH(R,)2 • (8.22)

Мы скорее всего имеем дело с реакцией элиминирования, сопряженной с окислением. При этом активированный ферментом кислород внедряется в алкильный фрагмент.

Рассматривая реакцию 8.22 можно отметить значительное сходство процессов N-деалкилирования и дезаминирования. Так если атом азота содержит более чем один алкил или одну арильную и одну алкильную группы в результате ферментативного окисления образуются соответствующий амин и альдегид. В фармако-токсикологических исследованиях основной интерес представляет амин. Однако, в случае первичного амина (R, = Н) в этой реакции образуется карбонильное соединение и аммиак. Здесь карбонильное соединение подвергается в дальнейшем различным превращениям. Следовательно, в первом случае реакции относятся к N-деалкилазным, а во-втором — к дезаминазным.

Несмотря на абсолютную идентичность, образующихся в цитохром Р450 и FMO катализе продуктов N-деакилирования ксенобиотиков их механизмы реакций — различны.

При двухэлектронном пути гидроксилирования ксенобиотиков, приводящем к разрыву —С—N-связи, предполагают наличие трех возможных механизмов, два из которых — прямое внедрение кислорода [208]. Начальным этапом реакции первого пути является окисление а-углеродного атома с образованием интермедиата — карбиноламина, который после обязательной перегруппировки превращается в соответствующие альдегиды и амины [20].

Карбиноламины могут быть сформированы и в химических реакциях с использованием в качестве окислителя Мп02. Такие реакции характерны для первичных, вторичных и третичных аминов. Так как третичные амины в процессе метаболизма образуют N-окиси, то это вещество и является промежуточным в их N-деалкилировании (второй путь). Эта реакция предполагает радикальный механизм, в котором индуцирующим агентом выступает Fe (III). В последствие N-оксид в результате дегидратации превращается в ион иммониума и, наконец, в карбиноламин. Третий путь предполагает непосредственное превращение амина в ион иммониума. Это реакция дегидрирования; протекает без внедрения кислорода.

В некоторых случаях вместо перегруппировки карбиноламин может в процессе дегидрирования превращаться в амид (8.23), который гидролитическим путем образует деалкильное производное и кислоту:

R2N - СН2 - R1 — R2N - СН(ОН) - R'~2H'~2e»R2N - COR1. (8.23)

Дальнейшее окисление вторичных и первичных гидроксил- аминов осуществляется путем N-деалкилирования. Так вторичные гидроксиламины окисляются до нитронов, а первичные — до оксимов. Оба типа «иммониума N-оксида» способны к гидролитическим превращениям до карбонильного соединения и соответствующего деалкилированного гидроксиламина.

Следовательно, окисление центров молекул ксенобиотиков, содержащих атом азота, катализируемое FMO довольно широко представлено в природе. Основываясь на принципе нуклеофильного механизма катализа и на основании физико-химических свойств субстратов FMO можно предположить, что последние для своего активного каталитического превращения должны обладать незначительным основным свойством. Однако предсказание субстратной специфичности исходя из значений рК*, невозможно [201], так как здесь и другие факторы играют важную роль. Одно можно утверждать с уверенностью, что вещества, содержащие азот в их молекуле в состоянии 5р3-гибриди- зации и имеющие рКа в интервале 5—10 не могут быть субстратами FMO.

Данные по окислению ксенобиотиков, содержащих в качестве функциональных групп серу, с помощью гидроперекиси, образующейся в FMO катализе, послужили основой выяснения механизмов этих реакций. Используя очищенную FMO печени свиньи были установлены [209] экзогенные субстраты, содержащие серу, которые способны окисляться в каталитическом цикле этого фермента. К ним относятся сульфиды и сульфоксиды (8.24), тиолы (8.25), дисульфиды (8.26) и тиокар- бамиды (8.28):

RSR —»• RS(0)R —до физиологических значений pH позволяет определять лишь CYP450.

<< | >>

Еще по теме РЕАКЦИИ И МЕХАНИЗМЫ КАТАЛИЗА:

  1. УЧАСТИЕ КОМПЛЕМЕНТА В МЕХАНИЗМЕ АЛЛЕРГИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ
  2. РОЛЬ ГИСТАМИНА В МЕХАНИЗМЕ АЛЛЕРГИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ
  3. Механизмы противоболевого, противовоспалительного, иммуностимулирующего и иммуномодулирующего действия антигомотоксических препаратов. Иммунологическая вспомогательная реакция.
  4. Часть З КЛАССИФИКАЦИЯ АЛЛЕРГИЧЕСКИХ И ПСЕВДО АЛЛЕРГИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ И МЕХАНИЗМЫ, КОТОРЫЕ ЛЕЖАТ В ИХ ОСНОВЕ
  5. Воспалительные реакции
  6. Реакция Артюса
  7. Реакции I фазы
  8. ОСТРАЯ ТОКСИКО-АЛЛЕРГИЧЕСКАЯ РЕАКЦИЯ НА МЕДИКАМЕНТЫ
  9. АЛЛЕРГИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ НА ВАКЦИНАЦИЮ
  10. Исход воспалительной реакции
  11. ТРОМБОЦИТЫ В АЛЛЕРГИЧЕСКИХ РЕАКЦИЯХ
  12. ПОРЯДОК РЕАКЦИИ
  13. Регуляция хемотаксических реакций
  14. Механизмы адгезии
  15. КИТЕРГИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ
  16. Нежелательные эффекты воспалительных и иммунных реакций