СВОБОДНОРАДИКАЛЬНОЕ ОКИСЛЕНИЕ В ОРГАНИЗМЕ Закиров А.Р., Гареева Ю

СВОБОДНОРАДИКАЛЬНОЕ ОКИСЛЕНИЕ В ОРГАНИЗМЕ
Закиров А.Р., Гареева Ю.М., Лапшин А.В.
Оренбургский Государственный Медицинский Университет
Оренбург, Россия
FREE RADICAL OXIDATION IN THE BODY
Zakirov A.R., Gareeva Y.M., Lapshin A.V.
Orenburg State Medical University
Orenburg, Russia
Окислительное повреждение клетки осуществляющие свободные радикалы, т. е. вещества,
имеющие неспаренные электроны на внешних орбиталях и поэтому обладающие высокой
реакционной способностью. Органические свободные радикалы могут возникать при экзогенных воздействиях, как, например, при ультрафиолетовом, рентгеновском, радиационном
облучениях, при введении в организм сильных окислителей, солей тяжёлых металлов. Но
гораздо чаще инициатором свободно-радикального повреждения органических компонентов
клетки являются так называемые реактивные интермедианты кислорода. Они образуются
или при возбуждении молекулы кислорода (синглентный кислород О2*), или при поэтапном
одноэлектронном его восстановлении. Активные формы кислорода (АФК) могут взаимопревращаться или взаимодействовать с различными компонентами клетки (белками, нуклеиновыми кислотами, углеводами, липидами и др.) индуцирую в них образование свободных радикалов или перекисей, что может быть началом ценных реакций окислительного разрушения. Ионы металлов переменной валентности могут быть … при определенных условиях катализаторами распада перекисей с образованием двух свободных радикалов и разветвлением
цепи, что наиболее полно изучено для процесса перекисного окисления (Приложение 1)
Потенциальная опасность кислорода состоит в том, что клетка содержит ферменты, при
физиологических условиях образующая супероксидный анион (•О2-), пероксид водорода
(H2O2) и перекись арахидоновой кислоты (липоксигеназа). Реактивные интермедианты кислорода играют важную роль в процессе так называемого «Окислительного фагоцитоза»
(Панченко Л.Ф. И др, 1981 г.) благодаря этому фагоцит обладает бактерицидной активно-
стью и способностью к деструкции чужеродных и «отработанных» биополимеров.АФК связаны с функцией тромбоцитов при метаболизме арахидоновой кислоты, приводящего к синтезу простациклинов, тромбоксана, простогландиновлипоксигенеза и циклооксигеназа образуют гидроперекиси, эндоперекиси. Согласно современным представлениям, многие жизненно важные метаболические и физиологические процессы, протекающие в организме, тесно связано со свободно-радикальным окислением (СРО). (Приложение 2)
В то же время избыток свободных радикалов и перекисных продуктов вызывает повреждение биологических мембран, накопление их влияет на физико-химические свойства биологических мембран, их проницаемость, функциональную активность ферментов, нуклеиновых кислот, белков, липидов и т. д. СРО в настоящее время рассматривается как жизненно
важное и необходимое звено метаболизма, нарушение которого является универсальным молекулярным механизмом, причиной и общей закономерностью развития различных этиологии заболеваний. Скорость СРО и содержание свободных радикалов в организме в норме
поддерживается на определенном уровне сложности, многоступенчатой системы регуляции
(Приложение 3)
Участие свободных радикалов во многих физиологических, метаболических и патологических процессах, а также наличии в организме разнообразных способов поддержания скорости СРО на стационарном уровне на различных стадиях окисления позволяет считать этот
процесс необходимым для организма.
Нами рассмотрено теоретические аспекты СРО при гипоксическом состоянии. Недостаточность кислородного снабжения органов и тканей встречается при многих патологических состояниях сердечнососудистых заболеваниях, отравлениях, болезнях крови и т. д. При этом
возникают единые механизмы повреждения при кислородном голодании любого типа.
Основные этапы клеточной альтерации при гипоксии могут развиваться в следующей последовательности (Приложение 4).
Уменьшение содержания кислорода в тканях, в первую очередь, влияет на процессы ферментативного окисления и клеточного дыхания. Наблюдаемый при этом дефицит энергии,
падение уровня макроэргов и дезэнергизация митохондрий является главным патогенетическим звеном любой формы гипоксии.Нарушение процессов аккумуляции, трансформации
энергии ведут к потере активности мембранных ферментов, которые, в частности участвуют
в активном транспорте и упаковке ионов Ca++ в митохондриях. Прекращение работы ионных
насосов, сопровождается, повышением содержания Ca++ в цитоплазме, что способствует активации лизосомальных ферментов и последующему гидролизу жирных кислот, оголение
липидных компонентов мембран и доступность и количество легкоокисляющего субстрата.
Вместе с появлением при гипоксии в избыточном количестве субстрата СРО, в тканях
накапливаются инициаторы реакций. В частности, увеличивается содержание железа Fe+2 в
связи с увеличением проницаемости мембран, повышается содержание АФК, они, например,
образуются при усиленном окислении ксантина до мочевой кислоты. Продукты ПОЛ стимулируют образование хемоаттракитанитов лейкоцитов, усиливающих миграцию нейтрофилов
и выделение или АФК, так называемый порочный круг в патогенезе гипоксических повреждений.В условиях гипоксии создаются благоприятные условия для неполного восстановления кислорода ввиду нарушения митохондриального и микросомального окисления и появления его активных форм, способных инициировать СРО.Существенную роль в ускорении
СРО играет подавление практически всех механизмов, поддерживающих скорость окисления
на постоянном уровне. Отмечается уменьшение антиокислительной активности тканей, снижается активность ферментов антиоксидантной защиты (супероксиддисмутазы, каталазы,
глутатионпероксидазы и т.д.), снижается конкуренция дыхательной цепи за кислород, при
этом происходит разобщение окислительного фосфорилирования и тканевого дыхания, что
становится причиной постишемических расстройств.При использовании лечебного и профилактического действия антиоксидантов во многих случаях наблюдается благоприятный эффект: сохранность энергетических ресурсов и транспортных систем, понижение активности
лизосомальных ферментов, торможение развития необратимых изменений, ускорение регенеративных и сепаративных процессов, предупреждение вторичного ускорения ПОЛ в органах и тканях.Нарушение СРО следует рассматривать не просто как сопутствующую реакцию, а как одну из ведущих причин ишемического повреждения различного происхождения.
Учитывая, что недостаточность кислородного снабжения встречается довольно часто и представляет собой типовую патологическую реакцию, дальнейшее исследование СРО при гипоксии имеет важное теоретическое и практическое значение.
Выражаем благодарность за помощь в консультации работы
руководителям кафедры химии и фармацевтической химии
доцентам М..М. Павловой и Е.И. Шостак
Приложения
Схема образования активных форм кислорода и перекисного окисления
липидов
Основные характеристики
Схема окисления
Восстановление кислорода
O2 + e* → O*2
O2 +2e* → H2O2
O2 + 3e* → H2O + OH
O2 + O*2 → 2H2O
O2 + O*2 → *O2 + H2O
H2O2 + O →*O2 + OH + OH*
миелопероксидаза
H2O2 + CL → CLO + H2O
Инициаторы окисления
Свечение спектр (нм)
Усиливают
Угнетают
Донорные е*, цитохромы,
НАДФ-Н, радиация, металлы переменной валентности,
оксигеназы, оксидазы, пероксидазы и др.
400-420, 560-770, 860-1300
Люминол, люцегенин
Перехватчики активных
форм кислорода (тиомочевина, манит, этанол, азиды,
каротин, гистамин, метионин, и др.), каталаза супероксиддисмутаза
Перекисное окисление липидов
Зарождение цепи
O2
RH → RO*2
Продолжение цепи
+ RH → ROOH + R*
→ RO*2
RO*2
R*+ O2
Разветвление цепи
ROOH → RO* + OH
RO* +
RH → ROH + R* R* + O2 →
RO*2
Обрыв цепи RO*2 + RO*2 →
RO*2 InH →неактивные продукты
Активные формы кислорода,
металлы переменной валентности, облучение, окислители
360-800
Инициаторы перекисного окисления
Антиоксиданты, избыток ионов
двухвалентного железа, недостаток кислорода
Приложение 1
Значение свободно-радикального окисления в норме и при патологии
Значение свободно-радикального окисления
В норме:
При патологии:
необходимое звено метаболизма, обеспечи- универсальная неспецифическая основа павающее нормальную жизнедеятельность
тогенеза различных заболеваний
• Модификация химико-физических
• Нарушение проницаемости, структусвойств биологических мембран;
ры, функции биомембран;
• Защитные функции, окисление чу• Повреждение белков, липидов, нукжеродных соединений, микробицидлеиновых кислот и т.д.;
ное действие;
• Нарушение биоэнергетики, регуляторных и защитных функций;
• Обмен веществ, аккумуляция и биотрансформация энергии;
• Общетоксическое и канцерогенное
• Влияние на иммунитет, передачу
действие.
информации;
Приложение 2
Механизмы, регулирующие процессы свободно-радикального окисления
Регуляция свободно-радикального окисления
Специфические механизмы непосредственно влияющие на скорость окисления in
vitro и in vivo
Неспецифические факторы, создающие
условия для изменения скорости окисления
in vivo
•
Факторы, влияющие на инициаторы
• Механизмы, регулирующие количеокисления, в частности, на состояние
ство и качество субстрата окисления
металлов переменной валентности;
и его доступность;
• Перехватчики активных форма кис• Физико-химические свойства биололорода (метионин, гистамин и т.д.);
гических мембран;
• Ферменты, ответственные за образо• Механизмы, поддерживающие низвание и метаболизм активных форм
кое содержание кислорода (pO2) в
кислорода (суперокиддисмутаза, катканях;
талаза и др.);
• Вещества, вызывающие появление в
• Системы, утилизирующие перекисорганизме других биологически акные продукты (глутатионтивных продуктов, участвующих в
пероксидаза, глутатион-редуктаза и
свободно-радикальном окислении
др.);
или регуляции этого процесса.
• Биоантиоксиданты, действующие на
различных стадиях окисления (токоферол, церулоплазмин, убихинон и
др.);
Скорость окисления поддерживается на постоянном уровне сложной, многоступенчатой
системой регуляции
Приложение 3
ГИПОКСИЯ
ДЕФИЦИТ ЭНЕРГИИ
Нарушение окислительновосстановительных процессов
Активация
реакций, ведущих
к образованию
активных форм
кислорода (АФК)
(окисление
ксантина до
мочевой кислоты и
др.), появление
свободных ионов
двухвалентного
железа, других
инициаторов
свободнорадикального
окисления
Избыток инициаторов
окисления
Подавление дыхательной цепи и её
конкуренции за кислород
Разобщение дыхания и
окисления
Увеличение относительного содержания
свободного кислорода и создание благоприятных условий
для появления активных форм кислорода
Ускоренный расход
антиоксидантов,
снижение активности
ферментов, регулирующих образование
активных форм кислорода
Подавление защитных механизмов
Подавление активного транспорта Ca2+
Увеличение содержания Ca2+ в
цитоплазме клеток
Активизация фосфолипазы А2, лизосомальных ферментов
Ускорение гидролиза жирных кислот
Повышение доступности и количества легкого
окисляющего субстрата (НЖК)
Изменение субстрата
окисления
УСКОРЕНИЕ СВОБОДНО-РАДИКАЛЬНОГО ОКИСЛЕНИЯ
Приложение 4