Форум Евгения Вериго
Мая, 24, 2018, 02:24:34 am *
Добро пожаловать, Гость. Пожалуйста, войдите или зарегистрируйтесь.

Войти
Новости: SMF - Just Installed!
 
   Начало   Помощь Поиск Календарь Войти Регистрация  
Страниц: [1]   Вниз
  Печать  
Автор Тема: Общая характеристика источников образования свободных радикалов  (Прочитано 794 раз)
Евгений Вериго
Moderator
Full Member
*****

Karma: +0/-0
Offline Offline

Сообщений: 235


Куйбышевский ВМФ - выпуск 1983 года


Просмотр профиля Email
« : Июня, 01, 2017, 11:01:18 am »

Общая характеристика источников образования свободных радикалов и антиоксидантных систем
Чеснокова Н.П., Понукалина Е.В., Бизенкова М.Н.


Саратовский Государственный Медицинский Университет, Саратов

В статье представлены различные классификации систем антиоксидантной защиты клеток, в частности, проанализирована возможность 5 уровней защиты клеток от свободнорадикального окисления в интерпретации разных авторов. Дана классификация антиоксидантов с точки зрения их химической природы, молекулярной массы, гидрофильности и гидрофобности, особенностей молекулярно-клеточных механизмов инактивации свободных радикалов.

В процессе длительной эволюции сформировалась выраженная зависимость метаболических систем человека и большинства наземных животных от необходимости достаточного поступления кислорода в клетки. Очевидно, что пределы колебаний между критическими уровнями максимального и минимального поступления кислорода в клетки весьма динамичны, определяются не только спецификой структуры и функции клеток тех или иных тканей, но и активностью клеток в конкретно данный момент.

Значительная часть кислорода подвергается в клетках двух– и тетраэлектронному восстановлению на внутренней мембране митохондрий при участии систем цитохром и цитохромоксидазы. Источником активных форм кислорода могут быть реакции, катализируемые цитохромом Р-450 в микросомальных фракциях клеток, особенно в гепатоцитах. В цитозоле клеток супероксидный анион–радикал генерирует от ксантиноксидазы.

Среди неферментативных путей образования активных форм кислорода (АФК) следует отметить аутоокисление гидрохинонов, лейкофлавинов, катехоламинов, тиолов. В инициации свободнорадикального окисления могут участвовать катион–радикалы молибдена, марганца, кобальта, железосерные кластеры.
Важное место по своей биологической значимости среди первичных радикалов отводится нитроксиду (NO), образуемому из L–аргинина при участии конституциональной NO–синтазы 3-го типа в эндотелии, конституциональной NO–синтазы 1-го типа в структурах центральной и периферической нервной системы, а также индуцибельной NO-синтазы эндотелия и макрофагов.

Последняя экспрессируется лишь в условиях патологии под влиянием таких биологически активных веществ и гормонов, как адреналин, норадреналин, ацетилхолин, гистамин, АДФ, брадикинин, эндотелин и др.

Таким образом, постоянно образующиеся в нашем организме первичные радикалы: супероксид (ОО-), нитроксид (NO), убихинон (Q), а также вторичные радикалы - гидроксильный радикал (ОН) и липидные радикалы являются не только необходимыми участниками многих внутриклеточных метаболических реакций в условиях нормы, но и требуют постоянной стабилизации уровня этих высокореактогенных окислителей за счёт адекватной активации систем антирадикальной, антиоксидантной защиты организма.

Антиоксиданты – соединения, способные уменьшать интенсивность свободнорадикального окисления, нейтрализовать свободные радикалы за счёт обмена своего атома водорода на кислород свободных радикалов. Антиоксиданты могут быть природными и синтетическими, имеют подвижный атом водорода в связи с наличием в молекуле нестойкой связи с углеродом (С - Н) или серой (S - Н). В результате взаимодействия со свободными радикалами возникают малоактивные радикалы самого антиоксиданта, не способные к продолжению цепи.

До настоящего момента нет единой классификации систем антиоксидантной защиты клеток.
Высказывается точка зрения о нескольких уровнях защиты клеток макроорганизма от активных форм кислорода,
которые могут быть представлены следующим образом:

1-й уровень - системная защита клеток за счёт значительного снижения напряжения кислорода в тканях по сравнению с атмосферным воздухом;

2-й уровень - обеспечивается в процессе четырёхэлектронного восстановления основной массы внутриклеточного кислорода при участии цитохромоксидазы без освобождения свободных радикалов;

3-й уровень - ферментативное удаление образовавшихся супероксидного анион-радикала и перекиси водорода;

4-й уровень - наличие ловушек свободных радикалов (антиоксидантов);

5-й уровень - ферментативное восстановление гидроперекисей полиненасыщенных жирных кислот.

Число эндогенных соединений, относимых к антиоксидантам, постоянно возрастает. Некоторыми авторами предпринята попытка классификации антиоксидантов с точки зрения их ММ (молекулярной массы) на 2 группы:

I группа. Высокомолекулярные соединения-ферменты антиоксидантной защиты, а также белки, способные связывать ионы Fe и Cu, являющиеся катализаторами свободнорадикальных процессов. Антиоксидантные ферменты (супероксиддисмутаза (СОД), церулоплазмин, каталаза, глутатионзависимые ферменты) обеспечивают комплексную антирадикальную защиту биополимеров. Для ферментативных антиоксидантов характерны высокая специфичность, строго определённая органная и клеточная локализация, а также использование в качестве катализаторов металлов Cu, Fe, Mn, Zn, Se].

К числу белков, обладающих способностью связывать металлы с переменной валентностью и соответственно обладающих антиоксидантными свойствами, относят альбумины крови, трансферрин, ферритин, лактоферрин. Многие из них весьма эффективны в ингибировании свободно-радикальных процессов, но слабо проникают через мембраны и тканевые барьеры.

II группа. Низкомолекулярные антиоксиданты: некоторые аминокислоты, полиамины, мочевина, мочевая кислота, глутатион, аскорбиновая кислота, билирубин, α-токоферол, витамины группы A, K, P. При этом можно говорить о своеобразных антиоксидантных цепях переноса электронов, эффективность функционирования которых определяется работой всех компонентов. В настоящее время представлена и несколько иная систематизация уровней защиты биосистем от повреждающего воздействия свободных радикалов.

Первая линия защиты – ферменты антиоксидантной системы, ингибирующие инициацию перекисного окисления липидов и предотвращающие окислительную деструкцию нелипидных компонентов;

Вторая линия защиты представлена низкомолекулярными антиоксидантами;

Третья линия защиты – ферментами, метаболизирующими конечные продукты перекисного окисления липидов (альдегидов, эпоксидов, алкенов, алкоголя). К этим ферментам защиты могут быть отнесены эпоксидгидролазы, альдегидредуктазы, цитохром Р-450.

Авторы полагают, что можно выделить и четвертую линию защиты, обеспечивающую репаративную регенерацию повреждённых молекул, в частности восстановление дисульфидных связей белков, регенерацию антиоксидантов.

К пятой линии защиты они относят систему ингибирования перекисных и свободнорадикальных процессов, включающую циклические нуклеотиды, простагландины, лейкотриены.

В качестве линии антиоксидантной защиты рекомендуют выделить и пространственный фактор, определяющий пространственную координацию внутриклеточных кислородтранспортных процессов и метаболизм активированных форм кислорода. Причем антиоксидантный контроль в электрон–транспортных системах обеспечивается за счёт плотной и упорядоченной упаковки мембранных структур.

Как известно, электронный транспорт локализован в гидрофильных зонах, а ненасыщенные жирные кислоты – в гидрофобных участках мембран. В то же время «упаковку» фосфолипидов обеспечивают холестерин, α-токоферол, липидбелковое взаимодействие. На субклеточном уровне пространственный фактор реализуется за счёт сближения прооксидантных и антиоксидантных компонентов и систем.

Одним из примеров реализации структурного и пространственного принципов организации антиоксидантной защиты клеток является наличие пероксисом, включающих оксидазы и каталазы.

Таким образом, рассматривая в общем виде антиоксидантные системы, следует иметь в виду, что организм располагает ферментативными системами, ингибирующими ПОЛ на этапе инициации. Так, СОД инактивирует супероксид анион-радикал, субстратами действия глутатионпероксидазы и каталазы являются перекись водорода и гидроперекиси липидов.

       Супероксиддисмутазы находятся во всех кислородпотребляющих клетках, катализируют реакцию дисмутазы супероксидного анион-радикала, скорость реакции чрезвычайно высока и лимитируется скоростью диффузии О2•-. В организме имеется три формы СОД – медь-, цинк-, и магний–содержащие формы.

Каталитический цикл этих ферментов включает восстановление и окисление иона металла на активном центре фермента. СОД осуществляет инактивацию радикалов, возникающих в процессе окислительно-восстановительных реакций в митохондриях или при воздействии металлов с переменной валентностью, ионизирующего, ультрафиолетового излучения, ультразвука, гипербарической оксигенации.

Супероксиддисмутазной активностью обладает и внеклеточный медьсодержащий белок – церулоплазмин, обеспечивающий нейтрализацию свободных радикалов, образуемых в очаге воспаления, а также в макрофагах и нейтрофилах в процессе фагоцитоза при стрессе, аллергии, гипоксии и ишемии различного генеза. Церулоплазмин окисляет и инактивирует биогенные амины, в частности серотонин, ксенихоламин.

Другой внутриклеточный фермент первой линии антиоксидантной защиты – каталаза предотвращает накопление в клетке перекиси водорода, образуемой при аэробном окислении флавопротеидов и из О2•-:

Н2О2  +  Н2О2  →  2 Н2О +  О2 (эндогенный, кстати - Е.В.)

Каталаза является высокоактивным ферментом, не требующим энергии для активации. Снижение активности каталазы возникает при избытке метионина, цистина, меди, цинка. Инактивация перекиси водорода возможна и при участии пероксидаз, обнаруживаемых в печени, почках, нейтрофильных лейкоцитах:

Н2О2 + Н2О2 → 2 Н2О2 + RО2

Самым распространённым соединением в тканях, содержащим значительное количество сульфгидрильных групп, является глутатион (гамма-глутамил-цистеинглицин). В роли восстановителя в указанном трипептиде выступает тиольная группа цистеинового остатка. Глутатион обеспечивает инактивацию перекиси водорода и гидроперекисей липидов, служит коферментом при восстановлении в нижних дыхательных путях метгемоглобина, нейтрализует озон и NO.

Антиоксидантная и антирадикальная защита клеток обеспечивается глутатионпероксидазой – селенсодержащим ферментом. Активность глутатионпероксидазы усиливается витаминами группы С и А, которые способствуют усвоению селена, его транспорту и утилизации. Глутатионпероксидаза в комплексе с восстановленным глутатионом превращает липоперекиси в менее токсичные оксикислоты, тем самым, предотвращая свободнорадикальную дезорганизацию клетки.

Действие ферментных антиоксидантов дополняется в целостном организме естественными антиоксидантами, в частности, витаминами группы Е, стероидными гормонами, серосодержащими аминокислотами, аскорбиновой кислотой, витаминами группы A, K и P, убихиноном, пептидами, производными γ - аминомасляной кислоты, фосфолипидами, продуктами метаболизма эйкозаноидов, а также тиолами, в частности, эрготионеином, содержащимся в эритроцитах, печени и мозге.

Важную роль в антиоксидантной защите играют карнозин и его производные. Как известно, карнозин является природным дипептидом, способным метаболизироваться в организме человека и животных, обладает стабилизирующим эффектом в отношении pH среды, а также способностью взаимодействия с гидроксильным радикалом, супероксид анион-радикалом и гипохлорид-анионом с последующей их инактивацией.
 
Карнозин регулирует за счёт антиоксидантных свойств поведенческие реакции. Установлено, что комбинация липидного антиоксиданта (α-токоферола) и водорастворимого (карнозина) обладает синергетическим эффектом торможения ПОЛ. Очевиден и тот факт, что липидный антиоксидант (витамин К3) в присутствии восстановленного глутатиона становится источником генерации супероксидного аниона. Таким образом, свойства липидных антиоксидантов определяются биохимическим окружением карнозина, и в случае отсутствия системы регенерации, возможно появление его прооксидантных эффектов.

Образующиеся в организме свободные радикалы антиоксидантов малоактивны и выводятся из организма в виде продуктов взаимодействия с другими антиоксидантами – токоферолами, хинонами, витаминами группы К, серосодержащими соединениями. В зависимости от особенностей структуры различают жирорастворимые биоантиоксиданты (фосфолипиды, токоферолы, витамин А, каротиноиды, убихинон, витамины группы К, стероидные гормоны), а также водорастворимые.

Группа водорастворимых антиоксидантов включает аскорбиновую, лимонную, никотиновую кислоты; серосодержащие соединения – цистеин, гомоцистеин, липоевую и бензойную кислоты, церулоплазмин; фенольные соединения – полифены, флавоноиды, трансферрин, лактоферрин, альбумин, мочевину и мочевую кислоту.

Указанные водорастворимые антиоксиданты проявляют свои эффекты в цитозоле клеток, межклеточной жидкости, плазме, крови и лимфе. Жирорастворимые биоантиоксиданты защищают от свободнорадикальной дезорганизации биоло¬гические мембраны.
Среди жирорастворимых витаминов важная роль отводится α-токоферолу, локализующемуся в значительных количествах на внутренней мем¬бране митохондрий. Витамин Е поддержи¬вает целостность митохондриальных, лизосомальных, цитоплазматических мембран, предо¬храняет их от раздражающего действия процес¬сов липопероксидации.
Витамин А участвует в окислительно-восстановительных реакциях благодаря наличию двойных связей в молекуле, тормозит превращение сульфгидрильных групп в дисульфиды, влияет на процессы клеточной дифференцировки,  пролиферации,  репродуктивные  процессы.
Наиболее активным водорастворимым антиоксидантом является аскорбиновая кислота, способная формировать окислительно-восстановительную систему вместе с дегидроаскорбиновой кислотой. Аскорбиновая кислота стимулирует активность системы цитохром, в частности цито антиоксидантные свойства β-каротина и токоферола, активирует пролиферативную активность лимфоидной ткани и стимулирует иммунные реакции.





 
Записан

Все болезни от нервов, нервы от мыслей, мысли от интуиции, интуиция от недостатка информации.
Страниц: [1]   Вверх
  Печать  
 
Перейти в:  

Powered by MySQL Powered by PHP Powered by SMF 1.1.21 | SMF © 2006-2008, Simple Machines Valid XHTML 1.0! Valid CSS!