In Organismen gibt es immer einige nicht-nährstoffliche Substanzen aus der externen Umgebung oder die vom Körper selbst produziert werden. Sie können weder in Zellbestandteile umgewandelt noch als Energiequelle genutzt werden. Einige von ihnen sind physiologisch oder pathologisch aktive Substanzen, und einige sind sogar schädliche Bestandteile mit toxikologischer Aktivität. Viele dieser Substanzen sind lipophil und müssen oft einige biochemische Umwandlungen im Körper durchlaufen, um ihre Polarität zu erhöhen und ihre Wasserlöslichkeit zu steigern. Daher können sie ausgeschieden oder in physiologische, pathologische oder toxikologische Komponenten umgewandelt werden, um im Körper Wirkung zu zeigen. Die Umwandlungsreaktionen umfassen Oxidation, Reduktion, Hydrolyse und so weiter, die als Reaktionen der ersten Phase bezeichnet werden. Die Polarität einiger Substanzen kann durch Reaktionen der ersten Phase erheblich verändert werden, um die oben genannten Anforderungen zu erfüllen, während andere in die Reaktionen der zweiten Phase überführt werden müssen, damit sie mit einer extrem polaren Verbindung kombiniert werden können, um ihre Löslichkeit zu erhöhen. Die an der Reaktion in zwei Phasen beteiligten Enzyme, insbesondere die Enzyme der Reaktion der ersten Phase, sind überwiegend im endoplasmatischen Retikulum vorhanden.

Eigenschaften

Die Umwandlung und Entgiftung von exogenen Substanzen in vivo durch Enzyme weist zwei charakteristische Merkmale auf. Eines ist die Unabhängigkeit der Reaktion. Zum Beispiel kann das sedierende Medikament Chlorpromazin unabhängig N-Oxidation, N-Dealkylierung, Hydroxylierung und Konjugation unter der Wirkung des entsprechenden Enzyms durchführen. Ein weiteres Merkmal ist die Kontinuität der Reaktion, die durch eine Kombination mehrerer Enzyme erreicht wird.

Teilnahmeart der Enzyme

Das Enzym, das an der Beseitigung und Abwehr arbeitet, kann ein einzelnes Enzym sein, wie Superoxiddismutase, das hochreaktive Superoxidionen direkt entfernt und die Bildung von Lipidperoxiden verhindert. Restriktionsendonukleasen hydrolysieren auch selektiv heterologe DNA von eindringenden Phagen.

Es ist auch möglich, dass an diesem Verfahren in Form eines Komplexes teilgenommen wird, der aus mehreren Enzymen besteht. Zum Beispiel werden lysosomale Hydrolasen, die von Ribosomen produziert werden, von Golgi konzentriert und verpackt, um primäre Lysosomen zu bilden, die dann mit dem Phagosom oder Autophagosom kombiniert werden, um ein sekundäres Lysosom zu erzeugen. Der Begriff "Phagosom" bezieht sich auf ein Partikel, das durch Pinozytose oder Phagozytose einer exogenen Substanz gebildet wird, und ein autophagisches Vesikel bedeutet ein Partikel, das von seinen eigenen Abfällen umhüllt ist.

Ein Enzymsystem kann auch an der Aufgabe beteiligt sein, wie das Thrombin-System, das hämolytische Zellproteasensystem und das Komplementsystem im Immunsystem, die alle ihre Rollen durch eine Kaskade von Enzymen spielen. Es gibt auch medikamentenverändernde Enzymsysteme, die auf dem endoplasmatischen Retikulum basieren.

Klassische Beispiele

Das oxidative Enzymsystem ist repräsentativ. Die meisten exogenen lipophilen Substanzen werden im Allgemeinen durch die Elektronentransportkette, die mit NADPH im endoplasmatischen Retikulum der Hepatozyten verbunden ist, oxidiert. Diese Elektronentransfer-oxidativen Enzyme machen fast ein Fünfzehntel der Zusammensetzung der Membran des endoplasmatischen Retikulums aus, und die Zusammensetzung ist ziemlich kompliziert. Monooxygenase, auch bekannt als Mischfunktionsoxidase, ist ein Hydroxylasesystem, das aus Cytochrom P-450 und Cytochrom b₅ besteht. Es spielt eine sehr wichtige Rolle im Arzneimittelstoffwechsel. Die Trennung dieser Proteine erfordert eine Behandlung mit Detergenzien wie Renex 690 oder Proteasen.

Ein weiteres typisches Beispiel ist Glucuronyltransferase. Es gibt grob sechs Arten von Reaktionen der zweiten Phase in vivo: Glucuronsäurebindung, Thioetherbildung, Sulfatbildung, Hippursäurebildung, Acetylierung und Methylierung. Es ist die Glucuronyltransferase im endoplasmatischen Retikulum, die die Glucuronidkonjugation katalysiert, indem sie die Glucuronylgruppe von Uridin-Diphosphat-Glukose (UDPG) auf verschiedene Rezeptoren überträgt. Diese Reaktion ist irreversibel. Glucuronyltransferase ist in vielen Geweben von Säugetieren wie der Nierenrinde und dem Verdauungstrakt vorhanden. Das endoplasmatische Retikulum der Leber ist jedoch der wichtigste Ort für die Umwandlung und Beseitigung von exogenen Substanzen. Das Enzym hat bestimmte spezifische Anforderungen an die Substituenten des Substrats, die eine Hydroxylgruppe, Carboxylgruppe, Thio-Gruppe, Aminogruppe, Iminogruppe, aromatische Gruppe, Kohlenwasserstoffgruppen und heterocyclische Verbindungen sein können. Daher sind die Glucuronyltransferasen im endoplasmatischen Retikulum eine Familie mit unterschiedlichen Substratspezifitäten. Dieses Enzym ist jedoch sehr instabil und wird oft aufgrund der Zerstörung der Membranstruktur ungültig. Vor seiner Trennung und Reinigung wird es normalerweise mit einem neutralen Tensid behandelt.