Содержание
-
ОБЕЗВРЕЖИВАНИЕ СВОБОДНЫХ РАДИКАЛОВ
-
Свободные радикалы – причина многочисленных нарушений, приводящих к возникновению целого ряда болезней. Свободный радикал - это молекулярная частица (атом или молекула), имеющая на внешней электронной оболочке один или несколько неспаренных электронов. Радикалы обладают высокой реакционной способностью: стремятся вернуть себе недостающий электрон, отняв его от окружающих молекул; или избавляются от «лишнего» электрона, отдавая его другим молекулам.
-
Молекула кислорода (диоксиген) содержит на внешней оболочке два неспаренных электрона. Диоксиген – это бирадикал и, подобно другим радикалам, обладает высокой реакционной способностью.
-
Неспаренный электрон в радикалах принято обозначать точкой. Радикал гидроксила - HO˙, радикал пероксида водорода - HOO˙, радикал супероксида- OO˙- или O2˙-.
-
Все радикалы, образующиеся в организме, можно разделить на: природные и чужеродные; первичные (могут быть полезными), вторичные (чаще повреждающие) и третичные (радикалы антиоксидантов).
-
Классификация биорадикалов
-
Для биологических систем наиболее важны кислородные свободные радикалы, и реактивные молекулы – пероксиды, пероксинитрит и гипохлорит. Около 95% всего потребляемого кислорода в клетке восстанавливается в митохондриях до Н2О в процессе окислительного фосфорилирования. Остальные 5% процентов в результате различных реакций превращаются в активные формы кислорода (АФК):
-
1) в результате «утечки» электрона в электронтранспортной цепи митохондрий (I и III комплексы - НАДН:убихинол-оксидоредуктаза и убихинол:цитохромс-оксидоредуктаза соответственно) с участием КоQ.
-
2) в результате «утечки» электрона в электронтранспортной системе мембран эндоплазматического ретикулума и ядра, включающие в себя цитохромы Р-450 и b5, а также НАДФН- и НАДН-зависимыередуктазы (в том числе НАДФН-цитохром Р-450-зависимую редуктазу в микросомах). 3) при работе ферментов: НАДФН-оксидазы, ксантиноксидазы, оксидазы аминокислот,циклооксигеназы, липоксигеназы, NO-синтазы, моноаминооксидазы и др.
-
4) в процессе функционирования фагоцитов (гранулоцитов, моноцитов крови) и тканевых макрофагов. Для борьбы с бактериями образуют О₂ при активации НАДФН-оксидазного комплекса
-
5) в присутствии ионов Fe²⁺(а также ионов других металлов переменной валентности Cu²⁺, Co²⁺), способствующих образованию гидроксильных радикалов посредством реакции Фентона: 6) при автоокислении гемоглобина Hb(Fe²⁺): 7) при действии на организм УФ, радиации и др.
-
У всех аэробных организмов супероксидный анион-радикал кислорода, гидроксильный радикал, пероксид водорода, монооксид азота и другие являются обычными метаболитами, образующимися в нормально функциони- рующих клетках. Образующиеся радикалы взаимодействуют между собой и с другими молекулами и ионами, это продуцирует новые токсические продукты.
-
Образование биорадикалов в организме можно разделить на две группы: физиологически значимые (полезные) пути; нефизиологические пути. Деление очень относительное. 1. Физиологические пути (). При внедрении в организм патогенов усиливается образование радикалов кислорода и пероксида водорода, происходит т.н. «дыхательный взрыв» (увеличение потребления кислорода нейтрофилами, макрофагами и др.). В пероксисомах оксидазы воостанавливают кислород до пероксида водорода (уратоксидаза, гликолатоксидаза, оксидаза L-аминокислот). Радикалы и активные формы кислорода (АФК) обладают бактерицидным действия.
-
Физиологические механизмы реализации бактерицидного действия АФК: участие в образовании активных оксидантовв реакции Хабера- Вейса. Вносят небольшой вклад.
-
вовлечение пероксида водорода в реакции, катализируемые миелопероксидазой (МПО), в результате образуюся активные формы хлора, в первую очередь, гипохлорит. Гипохлорит является чрезвычайно эффективным бактерицидным агентом, способным разрушить бактериальные стенки, основной бактерицидный агент нейтрофилов. Т.о., образование гипохлорита под действием МПО играет важную роль в процессах неспецифи-ческого иммунитета и, в частности, фагоцитоза.
-
реакция анион-радикала кислорода с моноокисдом азота и образование пероксинитрита. NO образуется из L- аргинина в результате ферментативной реакции, катализируемой NO-синтетазой. Пероксинитрит является важным цитотоксическим агентом, продуцируемым макрофагами и действующим на патоген. К физиологическим механизмам можно также отнести продукцию АФК при работе липоокси-геназ и циклооксигеназ.
-
Кроме бактерицидного действия ˙ОН участвует в сборке и разборке биологических мембран, запуске митогенеза, процессах клеточной пролиферации и дифференцировки, деградации белков. Н₂О₂ принимает участие в действии инсулина и сам обладает инсулиноподобным действием. АФК нужны для протекания ПОЛ в стационарном режиме, выполняют сигнальную и адаптационную функции - являются вторичными последниками в передаче гормональных сигналов.
-
2. Механизмы нефизиологической продукции биорадикалов в оганизме: окисление органических соединений, в первую очередь фенолов и полифенолов; утечка электронов с компонентов электронтранспортных цепей (митохондриальной, ЭПР) при переносе на кислород; биотрансформация и токсификация некоторых ксенобиотиков монооксигеназами и другими оксидоредуктазами; спонтанное окисление нейромедиаторов; при переходе оксигемоглобина в гемоглобин.
-
Образование АФК в организме происходит под действием: ионизирующей радиации; ультрафиолетового излучения; магнитного и электрического полей; гипероксидации и др. Количество АФК возрастает при переломах, ожогах, обморожениях, старении...
-
Окислительный стресс (оксидативныйстресс, от англ. oxidativestress) — нарушение обмена веществ и энергии, накопление активных повреждающих агентов (свободных радикалов, прооксидантов, АФК), инициирующих повреждение клеток и ведущих к развитию различных патологических состояний. Оксидативный стресс, как правило, вызывается и сопровождается массированным образованием свободных радикалов. Окислительный стресс развивается, если равновесие между свободнорадикальными (окислительными) и антиоксидантными реакциями в организме смещается в сторону активации свободнорадикального окисления, а собственные антиоксиданты не могут его компенсировать.
-
В результате окислительного стресса происходит повреждение клеточных мембран, инактивация или трансформация ферментов, подавление деления клеток и накопление инертных полимеров типа липофусцина. Перекисное окисление липидов приводит к повреждению макромолекул и мембран. Это влечет за собой нарушение барьерной функции клеточных мембран, разбалансировку процессов окисления и фосфорилированияв митохондриях. Дефицит энергии отражается на всех процессах, включая пролиферацию, дифференцировку клеток, синтез различных веществ.
-
-
Модификация нуклеиновых кислот АФК
-
Окислительная модификация ДНК
-
Взаимодействие белков, липидов и углеводов при оксидативном стрессе
Продукты Амадори – модифицированные белки (при образовании с углеводами оснований Шиффа формируют более стабильные гликозилированные продукты). Образуются также при неферментативномгликозилировании белков.
-
Шиффово основание (или азометин) —функциональная группа, названная в честь ГугоШиффа. Содержит двойную связь углерод-азот, где азот соединен с арильной или алкильной группой, но не с водородом. Шиффовы основания обладают общей формулой R1R2C=N-R3, где R3 — арильная или алкильная группа, которая делает Шиффово основание стабильной имино-группой.
-
Важное значение играет процесс, протекающий в организме под действием свободных радикалов – процесс перекисного окисления липидов (ПОЛ) В результате ПОЛ образуются гидропероксидылипидов. Подвергаясь дальнейшим превращениям, особенно в присутствии железа (II), они приводят к образованию альдегидов, диальдегидов, кетонов, кислот, эпоксидови др. высокореакционных соединений. При выходе процессов ПОЛ из под контроля продукты ПОЛ способны, реагируя с биомолекулами, привести к полному распаду клеточных мембран и клетки в целом.
-
Классификация ПОЛ: спонтанное, инициированное свободными радикалами и аскорбатзависимое; ферментативное – в результате работы липооксигеназ и циклооксигеназ
-
Повреждающие эффекты продуктов ПОЛ
HNE – гидроксиноненали ( диальдегиды)
-
Потеря контроля над АФК в способствует появлению более 100 различных заболеваний. Начинается разрушительная цепная реакция, которая губительно действует на живые клетки. В результате организм начинает преждевременно СТАРЕТЬ, развиваются патологические изменения, которые могут стать причиной: рака, возникшего из-за экзогенных факторов; гипертонической болезни; ишемической болезни сердца и мозга, артериосклероза ( вызывать коронарные, церебральные, периферические нарушения кровообращения); легочных заболеваний (хронический, обструктивный бронхит, бронхиальная астма); диабета, ослабления зрения, памяти и др. Ученые предполагают, что начальной стадией многих заболеваний – от простого кашля до онкозаболевания – является именно большое количество свободных радикалов в организме, снижение антиоксидантной защиты.
-
Баланс АФК в живых клетках
-
Антиоксидантная система
Природа создала сложную антиоксидантную систему, способную нейтрализовать свободные радикалы, возникающие в результате обмена веществ, иизбежать оксидативного стресса. Биооксиданты обладают способностью реагировать с активными формами кислорода, пероксидными радикалами липидов, инактивировать их и, таким образом, обрывать цепи свободнорадикального окисления.
-
Факторы антиоксидантной защиты клеток
Единой универсальной классификации антиоксидантов нет. Высказывается точка зрения о нескольких уровнях защиты клеток макроорганизма от активных форм кислорода (Петрович Ю.А., Гуткин Д.В.,1986): 1-й уровень - системная защита клеток за счет значительного снижения напряжения O2 в тканях по сравнению с атмосферным воздухом; 2-й уровень - обеспечивается в процессе четырехэлектронного восстановления основной массы внутриклеточного O2 при участии цитохромоксидазы без освобождения свободных радикалов; 3-й уровень - ферментативное удаление образовавшихся супероксидного анион-радикала и H2O2; 4-й уровень - наличие ловушек свободных радикалов (антиоксидантов); 5-й уровень - ферментативное восстановление гидропероксидов полиненасыщенных жирных кислот. Число эндогенных соединений, относимых к антиоксидантам, постоянно возрастает.
-
Некоторыми авторами предпринята следующая попытка классификации антиоксидантов (2 группы). 1.Высокомолекулярные соединения: - ферменты антиоксидантной защиты – СОД, церулоплазмин, каталаза, глутатионзависимые ферменты, обеспечивают комплексную антирадикальную защиту биополимеров. Для ферментативных антиоксидантов характерны высокая специфичность, строго определенная органная и клеточная локализация, а также использование в качестве катализаторов металлов Cu, Fe, Mn, Zn, Se (Меньшикова Б.Е., Зенков Н.К., 1993);
-
белки, способные связывать ионы Fe и Cu, являющиеся катализаторами свободнорадикальных процессов. К их числу относят альбумины крови, трансферрин, ферритин, лактоферрин, церулоплазмин. Белки-восстановители - тиоредоксины и др. Многие из них весьма эффективны, но слабо проникают через мембраны и тканевые барьеры (Белизи С. и соавт., 1997; Синичкин А.Н., 1997; Синичкин А.А., Медведева И.А., Маслова М.Н., 1997; Кошпаева Е.С., 1997). 2. Низкомолекулярные антиоксиданты: некоторые аминокислоты, полиамины, мочевина, глутатион, аскорбиновая кислота, билирубин, -токоферол, витамины группы A, K, Р, убихинон, изофлавоны и др. (Соколовский В.В., 1988, Кения М.В., Лукиш А.И., Гуськов Е.П.,1993).
-
Ферментативная защита Супероксиддисмутаза (СОД; КФ 1.15.1.1.) катализирует реакцию восстановления анион радикала кислорода (·О2-) до пероксида водорода, т.о. она является ключевым ферментом антиоксидантной системы аэробных организмов. 2·О2- + 2H+ → H2O2 + O2
-
В клетках эукариот СОД имеет несколько форм: а) медь и цинксодержащая СОД – локализована в цитозоле, межмембранном пространстве митохондрий, лизосомах и пероксисомах; б) марганецсодержащая СОД – локализована в матриксе митохондрий и у прокариотов; в) позднее был выявлен и железосодержащий фермент, встречающийся только у прокариотов; г) экстрацеллюлярная форма СОД – функционирует в плазме крови, лимфе и синовиальной жидкости.
-
Каталаза (Кат.; КФ 1.11.1.6) обладает свойствами разлагать пероксид водорода по двум путям: каталазному или пероксидазному. В обоих случаях процесс идёт через образование промежуточного фермент-субстратного комплекса (компл.1). Кат.+Fe3+ + Н2О2 к1 (компл.1) Компл.1 + Н2О2 к2 Кат.-Fe3+ + 2Н2О + O2 Компл.1 + AН2 к2Кат.-Fe3+ + 2Н2О + A В первом случае (каталазный путь– реакции 1, 2), разложение 2-х молекул Н2О2 идет с образованием Н2Ои триплетного кислорода. Во втором (пероксидазный путь – реакции 1, 3), одна молекула Н2О2 образует фермент-субстратный комплекс (компл.1) и окисляет донор водорода (АН2). В качестве доноров водорода могут выступать одноатомные спирты, органические доноры водорода, ксенобиотики, например, аминобифенилы и др.
-
Пероксидазы— подкласс геминовых ферментов. Восстанавливают пероксид водорода до H2O, при этом обязательно идет окисление восстановителя. Наиболее активна глутатионпероксидаза (селен содержащий фермент). Донором водорода (вторым субстратом) является глутатион — γ-глутамил-цистеил-глицин. 2Н2О2 + 2Г-SH—> H2O + Г-S-S-Г Г-SH – восстановленный глутатион, Г-S-S-Г – окисленный глутатион. Регенерация глутатиона идет с участием НАДФН+Н+ и глутатион-редуктазы. Г-S-S-Г + НАДФН+Н+ —> 2Г-SH + НАДФ+.
-
Наряду с «классической» селен-зависимойглутатионпероксидазой, в организме присутствует ряд других ферментов, выполняющих сходную функцию, это – глутатионтрансферазы (КФ 2.5.1.18). Они катализируют реакции конъюгации глутатиона с многочисленными электрофильными субстратами и реакции восстановления органических гидропероксидов, включая пероксиды фосфолипидов, эндопероксиды (эпоксиды). Неактивны в отношении гидропероксида водорода.
-
Важную роль в поддержании редокс-баланса в клетке играют - тиоредоксины, глутаредоксины и пероксиредоксины. -
-
Тиоредоксины(TRX)– полифункциональные низкомолекулярные белки, имеющие в своей структуре двухцистеиновый участок и образующие при окислении внутримолекулярную дисульфидную связь. (Таким образом способны окисляться и восстанавливаться). Мощные антиоксиданты, регуляторы апоптоза, метатической активности клеток др. Восстанавливают каталитическую активность пероксиредоксинов и гултатионпероксидаз. Способны восстанавливать Н2О2 и окисленный глутатион, играют роль «ловушки» ˙ОН радикалов.
-
Пероксиредоксины (тиоредоксиновыепероксидазы)— широкораспространенное большое семейство неселеновыхантиоксидантных ферментов. В отличие от тиоредоксинов, не имеют двухцистеиновых участков. Остатки цистеинов, присутствующие в структуре пероксиредоксинов , способны образовывать межмолекулярные дисульфидные связи.
-
Главная функция пероксиредоксинов – восстановление и детоксикация Н2О2, органических гидропероксидов и пероксинитрита. У млекопитающих, например, контролируют уровень цитокин-индуцированныхпероксидов, участвующих в передаче клеточных сигналов.
-
Глутаредоксины – Г-SH-зависимые полифункциональные оксидоредуктазы с низкой молекулярной массой (9-14 kДa). В отличие от тиоредоксинов имеют высокую степень гомологии аминокислотной последовательности, особенно в области активного центра. Функционально сопряжены с работой глутатионредуктазы и с соотношением Г-SH/ГS-SГ. Также как тиоредоксины и пероксиредоксины, играют важную роль в поддержании клеточного редокс-гомеостазиса. Обезвреживают АФК, участвуют в регуляции пролиферации, дифференцировки и апоптоза.
-
Неферментативные компоненты антиоксидантной системы По механизму действия могут быть классифицированы на следующие группы: классические антиоксиданты (обрывающие цепь агенты); ловушки инициаторов свободнорадикальных реакций; хелаторы (железосвязывающие агенты); кофакторы и низкомолекулярные компоненты защитных антиокислительных ферментов и их предшественники.
-
Витамин Е (токоферол) Токоферолы участвуют в процессе разрушения свободных радикалов в клетках и регулируют интенсивность процессов перекисного окисления липидов на различных уровнях организации живых систем. Наиболее активные антиокислители. α-токоферол
-
α-Токоферол способен реагировать с АФК и радикалами жирных кислот. В реакции принимает участие ОН-группа фенольного ядра, способная окисляться, отдавая электрон, с образованием малоактивного свободного радикала: Синергистом является витамин С. Аскорбат восстанавливает токоферол, превращаясь в дегидроаскорбат, последний восстанавливается аскорбатредуктазой.
-
Витамин С (аскорбиновая кислота) Вит.С – наиболее эффективный водорастворимый антиоксидант. В желудке препятствует образованию в кислой среде из нитритов и аминов нитрозоаминов, являющихся канцерогенами. Предотвращает разрушение ферментов свободными радикалами, защищает клетки от окисления. L-аскорбиновая Дегидро-L-аскорбиновая кислота кислота
-
Вит. С участвует в окислительно-восстановительных реакциях, защищая гемоглобин от окисления, способствует синтезу коллагена (реакции гидроксилирования), обеспечивает образование гормонов коры надпочечников, желчных кислот. Его добавляют во многие напитки и пищевые продукты в качестве антиоксиданта и вкусовой добавки.
-
Витамин А (ретинол) Антиоксидантное действие вит.А и каротиноидов направлено на предотвращение кератинизации эпителия. Кератинизация обуславливается окислением SH-содержащих белков с образованием в них поперечных сшивок S-S связей между отдельными аминокислотами. Вит.А способствует поддержанию SH-групп в восстановленном состоянии. Усиливает антиоксидантное действие токоферола.
-
Флавоноиды эффективно нейтрализуют радикалы, благодаря наличию гидроксильных и карбонильных групп. Способны акцептировать свободные радикалы и хелатировать ионы металлов переменной валентности с образованием комплексов. Наиболее известны кверцетин, морин, таксифолин, силибины и др. Стимулируют выработку антиоксидантов самим организмом. Благодаря их присутствию, красное вино – хороший антиоксидант (можно регулярно принимать в небольших количествах), например помогает предотвращать сердечные приступы. В поддержании физиологических значений АФК большой вклад вносят тиолсодержащие молекулы: глутатион, серосодержащие аминокислоты.
-
Убихинон (коэнзим Q) обладает антиоксидантной активностью, образуя окислительно-восстановительную систему убихинол-убихинон. Его важнейшая биологическая роль определяется участием в митохондриальной электрон-транспортной цепи в качестве кофермента. Антиоксидантные свойства: восстановленная форма (убихинол) может реагировать с пероксильным радикалом, препятствуя образованию алкильных радикалов, что ведет к обрыву цепи ПОЛ;
-
обеспечивает эффективную защиту мембранных липидов, белков и ДНК от действия АФК; восстанавливает витамин Е, взаимодействуя с его токофероксильным радикалом; Убихинонвляется единственным липидорастворимым антиоксидантом, который синтезируется в клетках и постоянно регенерируется из окисленной формы с помощью ферментных систем организма.
-
Высокая антиокислительная активность выявлена у некоторых гормонов, в частности, содержащих фенольную группу эстрогенов (женских половых гормонов) - эстрадиола, эстриола и эстрона. Химическая модификация этих соединений и исследование антиокислительного и защитного действия полученных производных при развитии окислительного стресса – перспективное направление по созданию новых антиоксидантов, более эффективных, чем их эндогенные аналоги. Мелатонин - связывает жиро- и водорастворимые радикалы.
-
Выраженной биологической активностью обладают синтетические хиноны, например производные о-бензохинона. Эти соединения оказывают хороший защитный эффект в условиях ишемии головного мозга, сердца, почек. Они легко восстанавливаются компонентами электрон-транспортной цепи митохондрий и микросом в диоксибензолы, способные легко отдавать атомы водорода гидроксильных групп на восстановление радикалов.
-
Эффективными антиоксидантами являются транспортеры металлов переменной валентности (цеоулоплазмин, трансферрины, в частности лактоферрини др.). На их основе разрабатываются новые лекарственные препараты, обладающие антиоксидантными свойствами в сочетании низким токсическим действием.
-
Церулоплазмин - медная оксидаза, медьсодержащий белок плазмы крови, играющий важную роль в метаболизме меди и железа. Полифункционален, обладает антиоксидантными свойствами, способен разрушать супероксидные радикалы кислорода, предотвращая активацию ПОЛ. К внеклеточным антиоксидантам относятся транспортеры железа и железо-связывающие белки – трансферрин, лактоферрин и др. Находясь в составе указанных протеинов, железо не катализирует свободнорадикальные процессы.
-
БЛАГОДАРЮ ЗА ВНИМАНИЕ!
Нет комментариев для данной презентации
Помогите другим пользователям — будьте первым, кто поделится своим мнением об этой презентации.