Гальмування залізоініційованого окиснення фосфоліпідів (стр. 2 из 9)

Рухливість компонентів ліпідного подвійного шару забезпечується як визначеними властивостями молекул фосфоліпідів взагалі, так і властивостями окремих груп в кожній молекулі. Молекула фосфоліпідів в подвійному шарі може робити рухи трьох типів: обертання навколо власної осі, переміщення в площині подвійного шару (латеральна дифузія) і переміщення з одного шару в іншій (фліп-флоп) [13].

Простий фосфоліпідний подвійний шар має товщину ~37Å, що може збільшуватися до 45-50Å, якщо подвійний шар зв'язує холестерин і білок [12].

Основними компонентами біомембран, крім ліпідів, є білки. Білки біомембран в залежності від їхнього розташування можна розділити на дві великі групи: периферичні білки, що розташовуються на поверхні мембран, і інтегральні білки, що або глибоко занурені в гідрофобну область мембрани, або пронизують її наскрізь. Крім білків і ліпідів, в мембранах містяться протеоліпіди, тобто білки, ковалентно зв'язані з залишками ліпіду, чим вони і відрізняються від ліпопротеїнів, в яких комплекси між білком і ліпідом утворюються за рахунок нековалентних зв'язків [10].

Периферичні білки легко екстрагуються з мембрани слабкими розчинами солей і добре розчинюються у воді, вони зв'язані з поверхнею мембрани в основному електростатичними силами. Нерозчинні у воді інтегральні білки виділяють за допомогою детергентів чи органічних розчинників. Основний тип зв'язку між інтегральними білками і ліпідами мембран – це гідрофобні взаємодії. Існують також білки, що обмінюють ліпіди, які здатні здійснювати перенос фосфоліпідів між мембранами [15].

При зв'язуванні з фосфоліпідною мембраною периферичних білків відбувається зміна в їхній структурі. Можливо, часткове проникнення білків в товщу одинарного шару викликає його разупорядкування, що сприяє більш високої проникності іонів [16].

Таким чином, ліпопротеїни – це високомолекулярні водорозчинні частинки, що представляють собою комплекс білків (аполіпопротеїнів) і ліпідів, утворений нековалентними зв'язками, в яких полярні групи ліпідів разом з білком формують поверхневий гідрофільний шар, що оточує і захищає внутрішню гідрофобну ліпідну сферу від водного середовища.

1.2. Механізм залізоініційованого окиснення ліпідів

Окиснення біологічних мембран, основними компонентами яких є фосфоліпіди, що містять у своєму складі залишки ненасичених жирних кислот (НЖК), являє собою складний багатостадійний процес.

Як було раніше [2] доведено, це дійсно ланцюговий процес, який характеризується всіма рисами вільнорадикальної ланцюгової реакції: для його початку необхідна поява в системі вільних радикалів (ініціювання ланцюга), його протікання підкоряється кінетиці ланцюгових реакцій, між реакцією ініціювання споживання кисню і нагромадження гідропероксиду немає простих стехіометричних співвідношень, продукти реакції мають велику складність і інгібітори вільнорадикальних реакцій гальмують процес утворення пероксидів in vitro.

Друга найважливіша особливість процесу пероксидного окиснення ліпідів – це практично абсолютна необхідність іонів негемінового двовалентного заліза для його протікання при фізіологічних температурах. У цьому відношенні ліпідні системи відрізняються від моделей пероксидного окиснення ненасичених жирних кислот, наприклад лінолевої [2], у якій ефективні іони багатьох металів перемінної валентності. Є два шляхи пероксидного окиснення ліпідів біомембран, що принципово розрізняються на стадії ініціювання [17]. У першому випадку іони заліза – центри радикалоутворення – відновлюються ланцюгом переносу електронів ферментативно – НАДФН – специфічна система (НЗП). У неферментній системі (АЗП) відновлення заліза відбувається під дією аскорбінової кислоти й інших відновників з підходящим редокс-потенціалом. Реакції протікають за наступною схемою [1,18,19]:

Прооксидантна дія заліза опосередкована, тобто в цих реакціях залізо бере участь не у вільному, а в зв'язаному виді. З'єднуючись з визначеними функціональними групами білків, іони заліза стають пунктами радикалоутворення – центрами реакції ініціювання. У випадку НЗП ведучу роль у цьому процесі можуть грати сульфгідрильні групи цитохрома Р–450, що входять до складу його активного центра, також ініціює пероксидне окиснення комплекс АДФ-Fе²⁺. В АЗП на роль таких можуть претендувати функціональні групи мембранних білків, локалізовані в гідрофобній частині мембран.

Кінетика і стехіометрія обох процесів підтверджують представлення, відповідно до якого в основі розвитку цих реакцій лежить єдиний механізм – ланцюговий радикальний процес. Основні реакції, зв'язані з пероксидним окисненням ліпідів (ПОЛ) у біологічних мембранах, наступні [2,17]:

Ініціювання ланцюга:

Продовження ланцюга:

Розгалуження ланцюга:

Обрив ланцюга:

Таким чином, пероксидне окиснення ліпідів являє собою типовий ланцюговий процес з виродженим розгалуженням. У живій клітці матеріальним механізмом процесу біологічного окиснення є дихальний ланцюг – система транспорту електронів від відновленого органічного субстрату до кисню. Компоненти дихального ланцюга (близько 40) локалізовані у внутрішній мембрані мітохондрій. Спеціалізовані білки (залізо-сірчані, гемовмісні), у яких іони металів з перемінною валентністю, убіхінони, флавіни виконують роль переносників електронів:

Активні форми кисню (

), що виникли в ході цього процесу в силу можливого “витоку” із системи транспорту електронів можуть ініціювати неферментативне пероксидне окиснення ліпідів [1]. Вирішальну роль в його регуляції в мембранах грають іони заліза [20]. Реагуючи з гідропероксидами, двовалентне залізо різко прискорює процес ланцюгового окиснення ліпідів, розгалужуючи ланцюг. Але, взаємодіючи з вільними радикалами, що ведуть ланцюг, те ж саме двовалентне залізо інгібує реакції ланцюгового окиснення, діючи як антиоксидант.

Що ж визначає співвідношення між цими двома реакціями заліза? Наявні дані говорять про те, що воно визначається співвідношенням концентрації гідропероксиду і заліза в системі. Очевидно, двовалентне залізо набагато швидше реагує з гідропероксидами, чим з вільними радикалами. Спочатку залізо розкладає всі гідропероксиди, а вже потім, якщо воно в надлишку, вступає в реакцію з радикалами.

При окисненні ліпідної фази біомембран велике значення має місце взаємодії гідропероксидів ліпідів з іонами двовалентного заліза і доля вільних радикалів, що утворюються в цій реакції [21]. Деталі даного процесу не вивчені. Припускають, що проникнення іонів Fe²⁺ (де, зважаючи на все, йде ланцюгова реакція окиснення НЖК фосфоліпідів) малоймовірно. Скоріше відбувається “виринання” гідропероксидної групи на поверхню ліпідного шару і зворотне занурення вільного радикала, що утворився в реакції з залізом, в товщу ліпідної фази.

Було встановлено [17], що склад ліпідів і швидкість їхніх окисних перетворень взаємозалежні. Зміна складу ліпідів мембран спричиняє зміну мікров'язкості ліпідного компонента, ліпід-білкових взаємодій і умов для структурних переходів у мембранах. Збільшення антиоксидантної можливості призводить до переходу ліпідів мембран у більш “рідкий” стан, у той час як зниження антиоксидантної активності робить ліпідну фазу більш в'язкою. Жирнокислотні ланцюги з гідрофільними кисневмісними угрупуваннями, що проникли в них, будуть виштовхуватися з гідрофобного оточення і наближатися або входити в контакт із зовнішньою водною фазою. Це призводить до розпушення мембрани, до появи в них гідрофільних “пір” [22]. Ці процеси прискорюють подальше пероксидне окиснення фосфоліпідів у біомембранах.

1.3. Антиоксидантний захист біологічних об'єктів

1.3.1 Регуляторні системи пероксидного окиснення ліпідів

Біологічна значимість того або іншого процесу в живих клітках стає загальновизнаною звичайно після того, як виявляються спеціальні ферментативні системи, що регулюють даний процес.