Влияние ксенобиотиков на ферменты. Нарушение синтеза белка токсинами
Имеют место также токсические эффекты, связанные с непосредственным действием ксенобиотиков на микросомные монооксигеназы. Типичным здесь является механизм токсического действия четыреххлористого углерода, который растворяется во всех мембранных элементах клеток печени с преимущественным накоплением в микросомной фракции. Здесь он связывается с цитохромом Р-450, и быстро протекающая реакция восстановления приводит к образованию радикала CCl3, который и является пусковым звеном в механизме повреждающего действия этого ксенобиотика.
Радикал резко стимулирует перекисное окисление липидов, вызывая повреждение биомембран, и приводит к деструкции цитохрома Р-450. В итоге эти механизмы, вкупе с другими, менее существенными, вызывают гибель клеток. Для описанного здесь вкратце механизма токсичности А.И.Арчаков ввел термин "летальный распад".
При взаимодействии ксенобиотиков с микросомными монооксигеназами могут образовываться не радикалы, а стабильные высокотоксичные продукты, приводящие к интоксикации. Этот вариант токсического действия называется "летальным синтезом". Например, образование токсичной фторлимонной кислоты из фторацетата, накопление формальдегида и муравьиной кислоты при окислительном превращении метанола и др.
Все химические вещества, повреждающие синтез белка, можно подразделить на 2 группы. Первая из них включает ксенобиотики, оказывающие опосредованное влияние на синтез белка через изменение процессов биоэнергетики, гормонального статуса, проницаемости биомембран и т.д. Нарушение синтеза белка в механизме их токсического действия является вторичным явлением, осложняющим, но не определяющим развитие интоксикации. Примером могут быть хлоруглеводороды. Так, тетрахлоралканы тормозят включение метионина и лизина в сывороточные белки и белки печени.
Имеет место и иной механизм: в процессе метаболизма ксенобиотиков образуются активные радикалы и перекиси, воздействующие на фосфолипиды мембран эндоплазматического ретикулума и повреждающие их, что и способствует нарушению синтеза белка. В частности, ингаляция дихлорэтана ведет к торможению включения лейцина в белки печени мышей и обусловливает повреждение полирибосомных структур гепатоцитов. При силикозе в легких тормозится синтез макрофагального белка; при хроническом бериллиозе нарушаются процессы включения аминокислот в белки легких, Под воздействием свинца угнетается использование метионина для синтеза белка; подавляется этот процесс и ртутьорганическими соединениями.
Вторая группа ксенобиотиков включает соединения, непосредственно ингибирующие белковый синтез либо вмешиваясь в процессы транскрипции, либо в процессы трансляции. Значительная часть ксенобиотиков нарушает процессы транскрипции, повреждая матрицу, т.е. ДНК. Под их влиянием нарушаются ковалентные связи между нуклеотидами и модифицируются их функциональные группы за счет образования комплексов, выпадения или разрушения участков цепи ДНК. Именно так действуют алкилирующие соединения. Блокирует ДНК большая группа антибиотиков. Матричные свойства ДНК повреждает большой класс ксенобиотиков акридинового ряда, интеркалируя между основаниями нуклеиновых кислот.
В результате снижается синтез мРНК (матричная рибонуклеиновая кислота) и угнетается биосинтез белка. Аманитины, продукты ядовитых грибов рода Amanita, нарушают транскрипцию путем угнетения активности РНК-полимеразы, что также приводит к подавлению синтеза белка.
Ксенобиотики, нарушающие трансляцию, могут быть подразделены на группы в зависимости от стадии трансляции, на которую они действуют. Так, например, на стадии инициации процесса трансляции действует дигидроксимасляный альдегид и метилглиоксаль, синтетические анионы — поливинилсульфат, полидекстрансульфат и др., трихотеценовые токсины грибов. При этом механизм их действия может быть различным: алифатические альдегиды блокируют прикрепление мРНК к рибосомам; поливинилсульфат связывается с рибосомами в участке, где прикрепляется мРНК; другие полианионы блокируют взаимодействие рибосомных субъединиц. Ксенобиотики, нарушающие трансляцию на стадии элонгации, также могут иметь разный механизм действия. Например, образование пептидной связи на стадии элонгации блокируется эритромицином и олеандомицином. Дифтерийный токсин нарушает транслокацию. Несколько иным способом нарушают транслокацию циклогексимид и его производные. На стадии терминации процесса трансляции действует тенуазоновая кислота, подавляющая отделение новообразованных белков от рибосом.
В заключении рассмотрения нарушения синтеза белка ксенобиотиками укажем на возможность подавления процессов активирования аминокислот и угнетения активности аминоацил-тРНК-синтетаз. К веществам, действующим именно таким образом, в первую очередь относятся синтетические аналоги природных аминокислот, например 5-метилтриптофан, 2-метилгистидин, метилгомоцистеин, цисфторпролин, фторфенилаланин, этионин, канаванин и др. Эти ксенобиотики тормозят включение в белки природных аминокислот за счет конкурентного ингибирования соответствующих аминоацилсинтетаз.
Общебиологическим механизмом реализации токсических эффектов является также нарушение биоэнергетических процессов, обычно связанное с митохондриальным структурно-метаболическим комплексом.
