生物体内には、常に外部環境からの非栄養物質や体内で生成された物質があります。これらは細胞成分に変換されたり、エネルギー源として利用されたりすることはできません。その中には生理的または病理的に活性な物質もあり、さらには毒性活性を持つ有害成分も含まれています。これらの多くは脂溶性であり、体内での極性を高め、水溶性を増加させるために生化学的変換を受ける必要があります。したがって、これらは排泄されるか、生理的、病理的、または毒性成分に変換されて体内で作用します。変換反応には酸化、還元、加水分解などが含まれ、これらは第一段階反応と呼ばれます。いくつかの物質の極性は第一段階反応を通じて大きく変化し、上記の要件を満たすことができますが、他の物質は第二段階反応に入れられ、極めて極性の高い化合物と結合してその溶解度を高める必要があります。二段階反応に関与する酵素、特に第一段階反応の酵素は、主に小胞体に存在します。

特徴

酵素を介した外因性物質のin vivoにおける変換と解毒には、二つの明確な特徴があります。一つは反応の独立性です。例えば、鎮静薬クロルプロマジンは、対応する酵素の作用下でN-酸化、N-脱アルキル化、水酸化、そして抱合を独立して行うことができます。もう一つは反応の連続性で、これは複数の酵素の組み合わせによって達成されます。

酵素の参加タイプ

排除と防御作業に関与する酵素は、スーパーオキシドジスムターゼのような単一の酵素である場合もあり、これは高反応性のスーパーオキシドイオンを直接除去し、脂質過酸化物の生成を防ぎます。制限内因性ヌクレアーゼも侵入するファージの異種DNAを選択的に加水分解します。

この手続きには、複数の酵素で構成された複合体の形で参加することも可能です。例えば、リボソームによって生成されたリソソーム加水分解酵素は、ゴルジによって濃縮され、包装されて一次リソソームを形成し、その後ファゴソームまたはオートファゴソームと結合して二次リソソームを生成します。「ファゴソーム」という用語は、外因性物質のピノサイトーシスまたはファゴサイトーシスによって形成された粒子を指し、オートファジー小胞は自分の廃棄物で被覆された粒子を意味します。

酵素系も、トロンビン系、溶血細胞プロテアーゼ系、免疫系の補体系などのタスクに関与することがあります。これらはすべて酵素のカスケードを通じて役割を果たします。また、小胞体に基づく薬物変換酵素系も存在します。

古典的な例

酸化酵素系は代表的です。ほとんどの外因性脂溶性物質は、肝細胞の小胞体においてNADPHに関与する電子伝達系によって酸化されます。これらの電子移動酸化酵素は小胞体膜の組成のほぼ15分の1を占めており、その組成は非常に複雑です。モノオキシゲナーゼ、別名混合機能酸化酵素は、シトクロムP-450とシトクロムb₅で構成される水酸化酵素系です。これは薬物代謝において非常に重要な役割を果たします。これらのタンパク質の分離には、Renex 690やプロテアーゼのような界面活性剤による処理が必要です。

もう一つの典型的な例はグルクロン酸転移酵素です。in vivoにおける第二段階反応には大まかに六種類があります：グルクロン酸結合、チオエーテリン形成、硫酸形成、ヒッピュリック酸形成、アセチル化、メチル化です。小胞体内のグルクロン酸転移酵素は、ウリジン二リン酸グルコース（UDPG）のグルクロン酸基をさまざまな受容体に転送することによってグルクロン酸抱合を触媒します。この反応は不可逆的です。グルクロン酸転移酵素は、腎皮質や消化管などの多くの哺乳類の組織に存在します。しかし、肝臓の小胞体は外因性物質の変換と排除において最も重要な場所です。この酵素は基質の置換基に対して特定の要求があります。これには水酸基、カルボキシル基、チオ基、アミノ基、イミノ基、芳香族基、炭化水素基、そして複素環化合物が含まれます。したがって、小胞体内のグルクロン酸転移酵素は異なる基質特異性を持つファミリーです。しかし、この酵素は非常に不安定で、膜構造の破壊に起因して無効になることがよくあります。その分離と精製の前には、通常中性界面活性剤で処理されます。