Биохимические механизмы трансформации токсикантов

Р. Т. Уильямс в предисловии к монографии Д. Парка [263] писал: «Теперь мы знаем, что организм обладает защитным биохимическим механизмом, который предохраняет нас от пагубного воздействия этих (чужеродных) веществ, но мы должны знать, как эта защитная система работает и каковы ее возможности» (с. 6). Разработка этих вопросов ведется сегодня биохимиками и токсикологами как у нас в стране, так и за рубежом. Установлено, что чужеродные соединения (ксенобиотики), поступающие в организм млекопитающих, претерпевают сложные изменения, протекающие обычно в два этапа.

На первом из них происходят различного рода метаболические превращения (окисление, восстановление, гидролиз, дегидрохлорирование, десульфироваиие и др.), ведущие к появлению в молекуле ксенобиотика новых функциональных групп, повышающих ее полярность. В результате токсичность вещества может быть либо ослаблена (детоксикация), либо усилена.

Биотрансформания чужеродных соединений катализируется ферментами, локализованными в микросомальной фракции клеток печени и других тканей. У теплокровных животных это — система смешанных оксидаз. Они осуществляют превращения разных по строению органических соединений при участии НАДФ•Н₂ (восстановленный никотинамидадениннуклеотидфосфат) и молекулярного кислорода [263]. Активированный НАДФ•Н₂ кислород в присутствии различных микросомальных лидрокеилаз окисляет ядовитое соединение, изменяя его токсические свойства в сторону ослабления или усиления. Многие фосфорорганичеокие соединения, например, подвергаются в организме биологической активации (летальный синтез или токсификация) в результате окислительной десульфурации, т. е. отщепления серы и замены ее кислородом.

Исследованиями последнего десятилетия [471, 505, 572, 661, 679, 600, 446, 737, 738, 501, 736, 620] доказано, что рыбы имеют все ферменты, необходимые для метаболизма липидорастворимых чужеродных веществ, а реакции, катализируемые этими энзимами, аналогичны таким реакциям у млекопитающих. Приведем некоторые примеры.

Известное для млекопитающих окислительное десульфирование фосфорорганичеоких пестицидов, в частности превращение паратириа в более токсичный параоксон и окисление фосфотионатовых инсектицидов в более токсичные фосфаты, происходит также в печени рыб [749а, 446]. Микросомальные ферменты печени рыб катализируют различные реакции окисления, а также обладают азо- и нитроредуктаздой активностью [409а, 4096]. Микроеомальная гидроксилирующая система печени рыб подобно аналогичной системе млекопитающих включает в себя окоидазы смешанного действия НАДФ•На и цитохром Р-450, представляющий собой кислородактивирующий компонент микросомальных оксидаз [600]. На примере диазинона (базудин) показано его превращение в печени сома с помощью окислительной десульфурации в диазоксон с последующим расщеплением с диазинона и диазоксона до диэтилтиофос-форной и диэтилфосфорной кислот.

Помимо фоефорорганических пестицидов микросомальные ферменты печени рыб катализируют метаболические превращения других ядовитых соединений, в частности различных нефтепродуктов и полициклических ароматических углеводородов, в том числе нафталина 3,4-бензапирена [661, 737, 501].

Акцентируя внимание на принципиальном сходстве ферментных систем, осуществляющих метаболические превращения ксенобиотиков у рыб и млекопитающих, мы должны иметь в виду, что метаболизм чужеродных соединений в организме рыб происходит медленнее [620], чем у млекопитающих. По мнению Д. Парка [263], «количественные различия в метаболизме чужеродных соединений зависят от скоростей реакций альтернативных метаболических путей» (с. 162) и определяются в первую очередь различной относительной активностью детоксицирующих ферментов, различной концентрацией) коферментов и косубстратов.. На примере гидроксилазы углеводородов показано, что микросомальная ферментная система печени у радужной форели в 26 раз активнее, чем у крысы [737]. Однако такие данные пока единичны, и, как правило, активность микросомальных ферментов у рыб заметно ниже, чем у млекопитающих [471, 510, 504]. Так, активность бифенилгидрокеилазы у форели, равная 0,2 мкмоль продукта на 1 г печени в час, в 30 раз ниже, чем у нутрии, в 10 раз ниже, чем у кролика, в 8 раз ниже, чем у кур, и в 5,5 раза ниже, чем у лягушки [504].

Новейшими исследованиями продемонстрировано еще одно принципиальное сходство между рыбами и млекопитающими в их реакции на токсические вещества. Оказывается, ксенобиотики, поступая в организм рыб, способны индуцировать у них образование ферментов, катализирующих метаболические превращения чужеродных соединений. Например, активность гидрокеилаз, метаболизирующих растворенные нефтепродукты и некоторые полициклические ароматические углеводороды, заметно возрастает в тканях рыб (печень, жабры, почки), подвергшихся токсическому воздействию этих веществ как в экспериментальных, так ив естественных условиях [737, 738, 501, 736].

Продукты метаболических превращений, катализируемые микросомальными ферментами печени, могут затем выделяться без каких-либо изменений, вступать в синтетические реакции конъюгации, подвергаться метаболизму с помощью нормальных процессов межуточного обмена и, наконец, аккумулироваться в тканях [263]. Реакцию конъюгации справедливо рассматривают как истинную детоксикацию различных ядов. Это второй этап метаболических превращений многих ксенобиотиков, обладающих токсическими свойствами. «Конъюгация представляет собой биосинтез, при котором чужеродные соединения или их метаболиты соединяются с легкодоступными субстратами (например, глюкуроновая кислота, сульфат, ацетил, метил, глицин), образуя конъюгаты. Конъюгация происходит путем присоединения к функциональной группе чужеродного соединения (например, гидроксильной, аминной, карбоксильной, эпоксидной или атому галогена), и обычно, в результате этого молекула становится более полярной, менее липидорастворимой и поэтому более легко выделяемой из организма животного» [263, с. 92]. Каи и метаболические превращения, реакции синтеза и конъюгации протекают при участии специфических ферментов.

Важнейшим механизмом детоксикации многих чужеродных веществ у млекопитающих и других животных считают глюкуроновую конъюгацию, т. е. соединение ксенобиотика с глюкуроновой кислотой, источником которой являются активированная при участии АТФ глюкоза или ее предшественники.

Специфическим коферментом служит уридинфосфат (УДФ).

В литературе нет единого мнения относительно наличия у рыб этого важнейшего механизма детоксикации глюкуроновой конъюгации. Одни авторы считают [429, 610], что у рыб образуются глюкуронидные конъюгаты. Об атом свидетельствует наличие в гомогенатах печени рыб β-глюкуронидазы и пирофосфатазы УДФ-глюкуроновой кислоты, а также продуктов конъюгации билирубина и аминобензойной кислоты с глюкуроновой кислотой. По мнению других исследователей [263], хотя рыбы и обладают необходимыми ферментами, у них не образуются глюкуронидные конъюгаты из-за недостатка кофермента уридинфосфатглюкуроновой кислоты и неспособности синтезировать УДФ-глюкуроновую кислоту. При этом не учитываются имеющиеся в литературе сведения о «аличии, по крайней мере, у некоторых видов рыб (форель, треска) УДФ-глюкуроновой кислоты. Возможно, расхождения по этому вопросу определяются видовыми особенностями исследованных рыб, и здесь необходимы дальнейшие исследования на экологически различных группах рыб.

В печени рыб протекают и другие реакции конъюгации: ацетилирование, метилирование, образование тиоцианатов, а также пептидные конъюгации [263]. Изучение биохимических механизмов детоксикации и токсификации различных соединений в организме рыб, по существу, только начинается.

Дальнейшая разработка этого раздела токсикологической биохимии рыб позволит понять глубинные механизмы, определяющие видовые и возрастные особенности токсикорезистентности разных по высоте организации и экологии групп рыб.

ГЛАВА VI