<<
>>

Биосинтез и метаболизм эйкозаноидов. Доступность предшественников жирных кислот

Арахидоновая и другие кислоты, которые служат субстратом для превращения в проста- гландины, поступают непосредственно с пищей или образуются при удлинении цепей и ненасыщении других жирных кислот.

Например, арахидоновая и эйкозапентаеноевая кислоты могут образовываться из линолевой (С 18:2 со-6) и линоленовой (С 18:3, со-3) кислот соответственно. Однако эти превращения не имеют важного значения у человека; следовательно, арахидоновая и эйкозапентаеноевая кислоты обычно поступают в организм непосредственно с пищей. Мясо животных является богатым источником арахидоновои кислоты, а морская рыба содержит относительно большие количества эйкозапентаеноевой кислоты.

Содержание свободных жирных кислот

(в частности, арахидоновои) в клетках достаточно низкое, но сравнительно большое их количество находится в этерифицированной форме. Главным источником арахидоновои кислоты служат фосфолипиды, представляющие собой важный структурный компонент клеточных мембран. Депо жиров (например, адипозная ткань, богатая триглицеридами) относятся к менее важным иточникам арахидоновои кислоты для превращения в простагландины, тромбоксаны и лейкотриены.

Арахидоновая кислота первично этерифи- цируется в 2'-ацильной позиции фосфолипидов (рис. 49). Так как для последующих ферментных реакций образования эйкозаноидов необходима свободная арахидоновая кислота, начальной реакцией бывает высвобождение жирной кислоты из мембранных фосфолипидов. Эта реакция является этапом, лимитирующим скорость биосинтеза эйкозаноидов. Фосфолипазу А2 (ФЛА2) относят к главным ферментам, участвующим в выделении свободных кислот, однако необходимо учитывать и дру-

гие механизмы, например комбинированное действие ФЛС и диглицириллипазы.

В нормальных (базальных) условиях ФЛА2 неактивна, поскольку она связана с ингибиторным белком, например с липокортином (см. главу 24), и активируется под действием различных стимулов-гуморальных, нервных, иммунных и механических (рис. 50), которые вызывают диссоциацию этого комплекса. Фосфолипаза А2 непосредственно выделяет ара- хидоновую кислоту из фосфолипидов (см. рис. 50). Вся активность фермента ФЛА2, за исключением лизосомной фракции, кальций- зависима, а оптимальная скорость реакции отмечается при нейтральных значениях рН. Большинство ферментов ФЛА2 связано с мембраной, поэтому мембранные фосфолипиды представляют как окружение, так и субстрат для фермента. Структурная композиция фосфолипидов и ФЛА2 в мембране оказывает существенное влияние на ферментативную реакцию, и любое событие, разрушающее мембранный фосфолипидный бислой, повышает фосфолипазную активность.

Хотя ФЛА2 действует на разные фосфолипиды (т.е. содержащие разные основания), главным источником выделяющейся арахидо- новой кислоты являются фосфатидилхолин и фосфатидилэтаноламин. Убедительные доказательства существования специфических ара- хидоновых фосфолипаз отсутствуют. Лизо

фосфолипид (например, лизофосфатидилхо- лин), образующийся после отщепления ара- хидоновой кислоты, обычно быстро реаци- лируется КоА-зависимой ацилтрансфера-зой.

Фосфолипаза А2 также имеет важное значение для образования фактора активации тромбоцитов, который является важным медиатором при некоторых патологических состояниях (см. главу 16).

Последующие пути превращения выделенной арахидоновой кислоты были показаны, в частности, у тромбоцитов. Фосфатидилино- зитол гидролизуется специфической фосфолипазой С, а образующийся диглицерол служит субстратом для липазы, расщепляющей арахи- доновую кислоту (см. рис. 50). Фосфоинози- толы, первоначально образующиеся под действием фосфолипазы С, могут быть передатчиками, контролирующими мобилизацию внутриклеточного кальция. Накапливаются данные, указывающие на возможность важной роли фосфоинозитолов во внутриклеточной передаче сигналов.

Диглицерол после быстрого фосфорилирования превращается в фосфатидиловую кислоту, а затем-в фосфатидил- инозитол. Этот повторный цикл называется обменным циклом фосфатидилинозитола. Существуют данные об образовании арахидоновой кислоты из фосфатидиловой кислоты под действием специфической ФЛА2.

Синтез простагландинов

Простагландины и другие метаболиты арахи- доновой кислоты в тканях не депонируются, поэтому их биосинтез должен непосредственно предшествовать их выделению. Как уже отмечалось в предыдущих разделах главы, выделение кислоты-предшественника из фосфолипидного депо является исходным этапом, лимитирующим скорость образования продукта. Свободная арахидоновая кислота в результате согласованных реакций может метаболи-

зироваться циклооксигеназой жирных кислот (простагландинсинтетазой) в простагландино- вые эндоперекиси (ПГ02 и ПГН2). Первым этапом реакции является стереоспецифическое удаление водорода при С13 с последующим выделением кислорода и образованием 11-пе- рокси-5,8,12,14-эйкозатетраеноевой кислоты.

Дальнейшее окисление при С15, изомеризация А13-двойной связи и циклизация путем образования новой С—С-связи между С8 и С12 приводит к образованию ПГС2. Восстановление группы 15-перокси в данной эндоперекиси

с помощью пероксидазы, сопряженной с циклооксигеназой, дает ПГН2 (рис. 51).

Циклооксигеназа обнаруживается в большинстве клеток млекопитающих; только эритроциты лишены этого фермента. Субклеточная локализация циклооксигеназы связана с микросомной фракцией эндоплазматической сети; она представляет собой гемзависимый гликопротеин. Ферментативная реакция стимулируется небольшими количествами перекисей («перекись-затравка»), а избыток перекиси инактивирует фермент.

Так как во время образования ПГН2 генерируются перекисные радикалы, фермент сам себя разрушает (или совершает «самоубийство»). Для циклооксигеназы предпочтительным субстратом является ара- хидоновая кислота, однако дигомо-у-линоле- новая и (в меньшей степени) эйкозапентаеное- вая кислоты могут превращаться в простаглан- дины (см. рис. 48).

Эндоперекиси (ПГ02, ПГН2), лабильные при физиологических значениях рН и температуры, являются центральными молекулами в биосинтезе ряда других арахидоновых метаболитов; они ферментативно или неферментативно превращаются в простациклин (ПП2), ТОА2, «первичные» простагландины (ПГЕ2, ПГР2а, ПГБ2), 17-окси-гептадекатриеноевую кислоту и малондиальдегнд (рис. 52). Образование метаболитов зависит от типа клеток: например, эндоперекиси в тромбоцитах превращаются почти исключительно в ТОА2, а в сосудистом эндотелии-в простациклин. Простациклин и ТОА2 образуются из ПГН2 только ферментативно (контролируются соответ

ствующими синтетазами). Первичные проста

гландины могут образовываться неферментативно, но существуют специфические изоме- разы, которые катализируют превращение ПГН2 в ПГЕ2 и ПГБ2.

Простациклины и ТОА2 нестабильны при физиологических значениях рН и температуры (период полураспада - примерно 5 мин и 30 с соответственно); они гидролизируются в менее активные 6-кето-ПГЕ1а и ТОВ2 соответственно (см. рис. 52).

Метаболизм простагландинов и тромбоксанов

Метаболизм простагландинов в организме происходит быстро. Время их биологической полужизни составляет менее 1 мин, и в нормальной плазме концентрация родительских простагландинов не превышает 100 пкг/мл. Первоначальная метаболическая реакция заключается в окислении группы 15-окси с последующим восстановлением 13,14-диена. Оба процесса катализируются специфическими ферментами- простагландин-15-оксидегидро- геназой и простагландин-А13-редуктазой соответственно. Большинство клеток содержит эти растворимые ферменты, но особенно богаты ими почки и (еще больше) легкие. Например, 90% инфузируемых ПГЕ1, Е2 или F2a метабо- лизируются после единственного прохождения через перфузируемые легкие. В то же время метаболизм зависит и от активного захвата. Ряд простаноидов, в частности простациклин, является плохим субстратом для механизма захвата и вследствие этого «выживает» при прохождении через легкие. Несмотря на это,

простациклин in vivo является короткоживущим.

Концентрация первых метаболитов проста- гландинов (производные 15-кето и 13,14-ди- гидро-15-кето) в плазме обычно выше, чем концентрация родительских простагландинов, но биологическая активность метаболитов заметно ниже. Дальнейшее их окисление происходит на «верхней» и «нижней» боковых цепях (B- и w-окисление соответственно) преимущественно в печени. Окончательно ди-нор и тетра- нор (т. е. удаление двух и четырех углеродов из «верхней» боковой цепочки) метаболиты 20- окси и 20-карбокси легко выделяются с мочой.

Образование гидропероксикислот и лейкотриенов

Вторым (позже обнаруженным) путем арахи- донового метаболизма является окисление, контролируемое липоксигеназными ферментами. Свободные жирные кислоты превращаются в гидроперокси-производные (гидроперок- сиэйкозатетраеноевые кислоты, ГПЭТЕ), которые легко восстанавливаются пероксидазой глутатиона в соответствующие гидроксикисло- ты (ГОЭТЕ). В животном и растительном мире существует несколько липоксигеназ, которые катализируют окисление молекулярным кислородом сІ8,сІ8-1,4-пентадиеновьіе системы. Так, арахидоновая кислота может метаболи- зироваться этими ферментами до нескольких

изомеров ГПЭТЕ. В отличие от циклооксигеназы, которая сравнительно специфически действует на арахидоновую кислоту, липоксигена- зы могут эффективно катализировать окисление других жирных кислот, включая эйкоза- триеновые и эйкозапентаеноевые кислоты.

Впервые липоксигенация арахидоновой кислоты в тканях млекопитающих была описана в тромбоцитах; в результате этого процесса образуется 12-ГОЭТЕ (см. рис. 51). Однако более интересным является образование 5- ГОЭТЕ, поскольку она является промежуточным продуктом при генерировании лейкотриенов.

В то время как циклооксигеназа широко распространена в клетках млекопитающих, 5- липоксигеназа ограничена главным образом нейтрофилами, эозинофилами, моноцитами, макрофагами и тучными клетками. Эти клетки образуются в костном мозге, возможно, из общей стволовой клетки. Все эти клетки участвуют в воспалительных реакциях, и наличие общего фермента (5-липоксигеназа) может иметь функциональное значение. Кроме того, 5-липоксигеназа обнаружена в кератиноцитах, кровеносных сосудах и в головном мозге.

Другое различие между циклооксигеназой и 5-липоксигеназой заключается в избирательной активации последнего фермента кальцием (например, кальциевый ионофор А23187 сильно и избирательно стимулирует биосинтез 5- липоксигеназных продуктов). Напротив, циклооксигеназа всегда находится в активном со-

соон
соон
соон
Тро«бо«с*н А.
соон
соон

Прост вцжл ян

а-квто-пгр.

Рис. 52. Превращение простагландиновой эндоперекиси (ПГН2) в простагландины, простациклин и тромбоксаны.

стоянии и для реакции необходимы лишь субстрат и небольшое количество перекиси.

Начальной реакцией в превращении 5- ГПЭТЕ в леикотриены является потеря воды, которая катализируется дегидразой, с формированием нестабильного 5,6-эпоксида (ЛТА4) (рис. 53). Как и в случае с эндопереки-сями в синтезе простаноидов, ЛТА4 является центральным соединением в образовании других лейкотриенов. ЛТА4 гидролизуется до 5(S), 12(Я)-дигидрокси-6,14-еІ8-8, lO-trans-эйкозате- траеноевой кислоты (ЛТВ4) под действием растворимой гидролазы. ЛТА4 также неферментно гидролизуется до других 5,12- и 5,6-ди- гидроксикислот (см. рис. 53).

Глутатион может взаимодействовать с ЛТА4. Реакция катализируется специфической глутатион-Б-трансферазой, при этом образуется 5(8)гидрокси-6(К)-8-глутатионил-7,94га^- l1,14-сis-эйкозатетраеноевая кислота (ЛТС4). Данный лейкотриен может метаболизировать-ся у-глутамилтранспептидазой и цистеингли- циназой до ЛТD)4 и ЛТЕ4 соответственно. Эти пептидно-липидные леикотриены (ЛТС4, ЛТD4 и ЛТЕ4) являются компонентами «брон- хоконстрикторной активности», генерируемой при анафилаксии; она была описана 50 лет назад, и фармакологи называли ее «медленно действующим веществом анафилаксии» (МДВ- А). Другой лейкотриен, ЛТF4, был идентифицирован как 5(8)-гидрокси-6(Я)-цисте- инилглутамиловый аналог ЛТС4.

Разные леикотриены, как и простагланди-ны, образуются специфическими типами клеток; например, эозинофилы человека синтезируют в основном ЛТС4, а нейтрофилы-ЛТВ4.

Метаболизм лейкотриенов

Метаболизм лейкотриенов не изучен так тщательно, как метаболизм простагландинов. Как описано выше, ЛТС4 может легко превращаться в ЛТD4, а затем в ЛТЕ4 в той же клетке, где происходил его биосинтез, причем все три соединения биологически активны. Эти пептидно-липидные леикотриены инактивируются превращением в 6-trans^TB4, что наблюдается при образовании хлорноватистой кислоты в результате дыхательного взрыва в стимулированных лейкоцитах.

Лейкотриен В4 также инактивируется в той же клетке, где он образуется. Уникальный, связанный с мембраной фермент цитохром Р450 превращает ЛТВ4 в 20-гидрокси-ЛТВ4, который подвергается дальнейшему превращению разными растворимыми ферментами до 20-карбокси-ЛТВ4. Эта реакция легко протекает в полиморфно-ядерных лейкоцитах (ПМЯЛ) человека, а ПМЯЛ других видов и другие лейкоциты человека неспособны к метаболизму ЛТВ4. Метаболиты ЛТВ4 биологически менее активны, чем исходное соединение.

Образование других эйкозаиоидов

Описанные выше эйкозаноиды (т. е. проста- гландины, простациклин, тромбоксаны, моно- гидроперокси- и гидроксикислоты, лейкотрие- ны) в настоящее время считаются наиболее важными в биологическом отношении. Однако стоит отметить, что арахидоновая кислота может превращаться в другие метаболиты, патофизиологическая роль которых пока неизвестна. К ним относятся липоксины, содержащие в своей структуре конъюгированный тетраен, тригидроксиэйкозатетраеноевые и эпокси-гидрокси-эйкозатетраеноевые кислоты.

Биологическая активность эйкозаиоидов

Выделение и очистка эйкозаиоидов из биологических тканей позволили идентифицировать их структуру, что в свою очередь дало возможность синтезировать чистые соединения. Доступность «чистых стандартов» в значительной степени способствовала исследованиям роли различных эйкозаиоидов в физиологических и патофизиологических процессах. Эйкозаноиды обладают сильными и разнообразными биологическими эффектами; многие из известных сейчас эйкозаиоидов были первоначально обнаружены при проведении биологического тестирования.

Простагландины, например, были впервые идентифицированы по вызываемому ими сокращению миометрия, а позднее обнаружилось, что они стимулируют гладкие мышцы сосудов, кишечника и бронхов. Изучение анафилаксии в дыхательных путях позволило выделить вещество, вызывающее медленное и длительное сокращение гладких мышц. Это вещество известно теперь как МДВ-А; впоследствии оно было идентифицировано в виде смеси лейкотриенов (см. выше). На основании гладкомышечной активности предполагается, что эйкозаноиды выполняют важные функции в сердечно-сосудистой системе, дыхательных путях и репродуктивных органах.

Биологические возможности эйкозаиоидов

colspan=2 align=left>
СЮН
Ь-ОСЭТЕ
Цегчдргаа
СООН
Лейкотриен А4
соон
соон
9И,

СН СО NH сн? соон NH

СОСН}СН8 сн соон N Н_

Лейкотриен В (ЛТВ.)
Лейкотриен С
соон
соон
соон
соон
соон
Лейкотриен О
СООН
рн СООН NH.

не ограничены гладкими мышцами. Эйкоза- ноиды также являются мощными активаторами клеток крови, в частности тромбоцитов и лейкоцитов. Тромбоксан А2 индуцирует агрегацию тромбоцитов, а простациклин предупреждает их агрегацию, вызванную различными стимулами. Лейкотриен В4 и некоторые гидроксикислотные продукты арахидоновой кислоты обладают высокой хемотаксической активностью в отношении лейкоцитов. Как уже отмечалось, различные ткани синтезируют характерные профили эйкозаноидов; например, тромбоциты синтезируют в основном ТОА2, а сосудистый эндотелий- простациклин. Поскольку ряд эйкозаноидов обладает противоположными формами биологической активности, профиль метаболизма арахидоновой кислоты в различных тканях имеет важное функциональное значение.

Кроме того, эйкозаноиды участвуют в таких системах, как передача внутриклеточных сигналов, цитопротекция, иммунная система, формирование факторов боли и лихорадки, ввиду чего выдвигаются различные предположения относительно возможных ролей эйкозаноидов в нормальных и пораженных тканях.

<< | >>
Источник: Коллектив авторов. Руководство по иммунофармакологии: Пер. с англ./Под ред. Р84 М.М. Дейла, Дж. К. Формена.-М.: Медицина,1998. 1998

Еще по теме Биосинтез и метаболизм эйкозаноидов. Доступность предшественников жирных кислот:

  1. Биосинтез жирных КИСЛОТ И их производных
  2. Метаболиты жирных кислот
  3. Химические свойства жирных кислот
  4. Жиры и жироподобные производные жирных кислот
  5. Механизм действия на циклооксигеназу жирных кислот
  6. Нарушения митохондриального р-окисления жирных кислот Среднецепочечной ацил-КоА-дегидрогеназы недостаточность
  7. Нарушение метаболизма пропионовой кислоты
  8. Фолиеводефицитные анемии. Метаболизм фолиевой кислоты
  9. Номенклатура эйкозаноидов
  10. Глава 9. ПРЕДШЕСТВЕННИКИ ПГ И ФАРМАЦИЯ НЕКОТОРЫХ ГРАНИЧНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
  11. Роль эйкозаноидов в воспалении
  12. Эйкозаноиды Дж. А. Салмон, Г. А. Хигс (J. A. Salmon, G. A. Higgs)
  13. Эйкозаноиды при анафилаксии дыхательных путей
  14. БИОСИНТЕЗ
  15. Карбоновые кислоты. Аминокарбоновые кислоты и их производные
  16. Липокортин как возможный предшественник нового поколения противовоспалительных препаратов
  17. Биосинтез аминокислот
  18. Глава 6. БИОСИНТЕЗ АНТИБИОТИКОВ