Электрохимическое окисление в моделировании функции монооксигеназ печени
С точки зрения электрохимии возможны три подхода в моделировании функций монооксигеназ печени.
Первое направление
— это катодное гидромксилирование за счет двухэлектронного восстановления кислорода, растворенного в крови, на подходящем катоде с поставкой электронов от внешнего источника тока по общему уравнению:
О2+ 2H+ + 2e + RH → ROH + H2O. (1)
При этом механизм протекающих процессов может быть очень сложен. Электрод может выступать как замена окислительно-восстановительной ферментной цепи, поставляющей на фермент Р-450 электроны, необходимые для активации молекулярного кислорода, или обеспечить дополнительную электрохимическую активацию молекулярного кислорода, ускоряя работу микросомальной гидроксилирующей системы. На электродах из различных углеродистых материалов, золота и некоторых других в результате двухэлектронного восстановления кислорода будет образовываться перекись водорода, которая может принимать участие в различных реакциях окисления токсинов, катализируемых ферментами в крови.
Второе направление
— это прямое анодное окислительное гидроксилирование различных токсинов по общей реакции:
RH + 2OH— → 2e → ROH + H2O. (2)
Путем увеличения анодного потенциала и правильного подбора материала электрода катализатора можно добиться окисления практически любого органического соединения. Поэтому на сегодняшний день это направление является наиболее перспективным в моделировании функции монооксигеназ печени и полностью независимым от работы ферментативных систем.
Третье направление
— это электрокаталитическое гидроксилирование в короткозамкнутом топливном элементе, на катоде-катализаторе которого происходит восстановление растворенного в крови кислорода, а на аноде-катализаторе окисление (гидроксилирование) по реакции (2). Так как между катодом и анодом происходит обмен электронами, суммарная реакция, протекающая в таком топливномливном элементе, следующая:
2 RH + O2 → 2 ROH
В принципе, это наиболее идеальная система в моделировании функции монооксигеназ печени, так как она не требует притока электронов извне (т. е. не требует внешнего источника тока) и является саморегулирующейся системой. Однако большинство ксенобиотиков и токсинов даже на наиболее активных платиновых электродах-катализаторах окисляется с трудом, при достаточно положительных потенциалах. В тоже время на на менее активных из известных в настоящее время кислородных электродах энергетические потери составляют 0,2—0,3 В. Таким образом современное состояние электрокатализа не может обеспечить на известных катализаторах окисление с достаточной скоростью всех токсинов в таких короткозамкнутых топливных элементах. Поэтому основное внимание было сосредоточено на моделировании монооксигеназ печени прямым электрохимическим окислением.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Проведенные исследования показали возможности электрохимического окисления в моделировании функции монооксигеназ печени, а также в создании электрохимической модели монооксигеназной системы печени. Изучение электрохимического окисления различных токсинов эндогенного происхождения и ксенобиотиков как на стендах, так и на животных показало, что продукты электроокисления идентичны тем, которые образуются при окислении токсинов в печени. Возможность создания искусственных систем, способных осуществлять гидроксилазные реакции, протекающие в эндоплазматическом ретикулуме клеток печени, лимитируется не собственно возможностями электрохимического окисления токсинов, а проблемой белковой защиты, т. е. связыванием токсина альбумином в организме и проблемой совместимости электрохимической ячейки с кровью. Поэтому все предложенные ранее системы оказались неработоспособными в крови и других биологических жидкостях. Подробное изучение электрохимического окисления различных токсинов прямо в крови, и других физиологических жидкостях, исследования совместимости электрохимической ячейки с кровью позволили создать искусственную детоксицирующую систему клинического назначения.