Перекисне окислення ліпідів (стр. 3 из 5)
Мал. 11
1.3 Фізіологічна антиоксидантна система
1.3.1 Антиоксидантні ферменти клітини
До числа АО-ферментів відносяться супероксиддисмутаза (СОД), що інактивує супероксидний аніон-радикал
; каталаза, що розкладає пероксид водню Н2О2, а також ферменти системи глутатіону (Г-SH): глутатіонпероксидаза (ГПО), що розкладає поряд з Н2О2 також органічні (ліпідні) перекиси, глутатіонредуктаза (ГР), що відновлює глутатіон, окиснений у ході ферментативних (ГПО) і неферментативних реакцій, і сімейство глутатіонтрансфераз (ГТ), що алкілують глутатіоном різноманітні токсичні метаболіти. Нарешті, до числа АО-ферментів відноситься церулоплазмін - головний АО-фермент крові, а також частково трансферрин.Супероксиддісмутаза (СОД) - каталізує реакцію
+ 
+ 2Н+ ® О2 + Н2О2.(9)У результаті реакції утворюється пероксид водню, здатний інактивувати СОД [3]. Тому СОД локалізована й функціонує звичайно в співдружності з каталазою, що швидко й ефективно розкладає Н2О2. Активний центр ферменту містить атоми металів зі змінною валентністю. Наприклад, у матриксі мітохондрій присутня й дисмутує радикали
, що «витікають» з електроно-транспортного ланцюга, СОД, яка містить марганець.Каталаза - каталізує реакцію
Н2О2 + Н2О2® О2 + 2Н2О(10)
Реакція протікає у дві стадії: спочатку утворюється комплекс ферменту з однієї, потім - із другою молекулою пероксиду водню. Каталаза здатна реагувати й з іншими донорами водню, у цьому випадку комплекс ферменту з однією молекулою пероксиду реагує із субстратами подібно пероксидазі:
Каталаза + Н2О2 + RH ® R· + 2Н2О + Каталаза(11)
Основна функція каталази в клітині - розкладання пероксиду водню, що утворюється при дисмутації супероксидного аніон-радикала [7]. Найбільш висока активність каталази відзначена в гепатоцитах.
Гемоглобін й міоглобін, піддаючись окисній атаці й перетворюючись відповідно в метгемоглобін і метміоглобін, вивільняють при цьому СОД і каталаза, що знаходяться в еритроцитах і м'язах усувають його продукцію [3].
Таким чином, АО-ферменти СОД і каталаза, функціонуючи спільно, у більшості випадків вчасно інактивують АФК -
і Н2О2, що утворюються як у процесі нормальної життєдіяльності клітин, так і в умовах значної активації ПОЛ, у тому числі патологічно обумовленої. Однак найбільше ефективно ПОЛ активується в ліпідних (фосфоліпідних) структурах біомембран і супроводжується утворенням ліпідних пероксидів, що слабко усуваються системою СОД - каталаза.1.3.2 Система глутатіону
Глутатіонзалежна антиоксидантна система (АОС) включає три глутатіон-залежних ферменти: ГПО, ГР і ГТ. Центральний метаболіт системи - трипептид глутатіон, (Г-SH) - глутамілцистеїнілгліцин [8, 9], що володіє й власної антиоксидантною активністю й функціонує у якості кофактора, донора водню, метаболіту й субстрату з ферментами системи, а також із СОД і каталазою:
З функціональної точки зору в АОС глутатіону можна виділити чотири ланки:
1) забезпечення функціонування системи - ГР;
2) детоксикації пероксидних сполук - ГПО й каталаза;
3) антирадикального захисту - СОД і Г-SH,
4) детоксикації електрофільних сполук - ГТ [9].
Глутатіонредуктаза (ГР) каталізує реакцію:
2НАД(Ф)Н + ГS-SГ ® 2НАД(Ф) + 2Г-SH(12)
Центральне місце цього ферменту в метаболізмі глутатіону й усієї його системи пов'язане з тим, що він здійснює єдиний відомий механізм відновлення Г-SH з його окисненої форми ГS-SГ Інші ферменти, крім глутатіонсинтетаз, є споживачами відновленого глутатіону [9].
Глутатіонпероксидаза (ГПО) каталізує реакцію:
2Г-SH + Н2О2® ГS-SГ + 2Н2О (13)
ГПО знешкоджує не тільки Н2О2, але й органічні, у тому числі ліпідні пероксиди, що утворюються в організмі при активації ПОЛ.
Глутатіонтрансфераза (ГТ) каталізує реакції типу:
RX + Г-SH ® НХ + ГS-SГ(14)
З віком активність АО-ферментів крові людей суттєво зростає, досягаючи максимуму у віці 61-65 років, що перевищує рівень у молодих на 25-40 %. Найбільше сильно активується ГПО [3], що можна розглядати як непряме підтвердження вільнорадикальної теорії старіння.
1.3.3 Жиророзчинні антиоксиданти
Слідом за цитохром-с-оксидазою і АО-ферментами клітини третю лінію АО- захисту утворюють речовини-антиоксиданти, що володіють антирадикальною й антипероксидною активностями й перебувають там, де розташовані субстрати-мішені атаки вільних радикалів і пероксидів, найбільш уразливі для процесу ПОЛ біологічні структури [3]. До таких структур належать насамперед біологічні мембрани, а найбільш адекватними мішенями в них є поліненасичені (полієнові) жирні кислоти - линолева (2), ліноленова (3), арахідонова (4 подвійних зв'язки).
Із числа жиророзчинних АО-мембранопротекторів найважливішу роль відіграє α-токоферол – вітамін Е. Молекула токоферолу складається з бензольного ядра з гідроксильною групою, що виконує АО-функцію, і бічного ланцюга молекули, що здійснює взаємодію молекули токоферолу з мембранними структурами [3], зокрема, з вуглеводневим ланцюгом арахідонової кислоти, що підвищує ефективність АО-захисту мембран:
Головна АО-функція токоферолу полягає в тому, що він завдяки наявності в молекулі лабільного атома водню взаємодіє з пероксидними радикалами ліпідів, відновлюючи їх у гідропероксиди і перериваючи, таким чином, ланцюгову реакцію пероксидації [10]:
Утворений вільнорадикальний продукт токоферолу є малоактивним і вступає в реакцію рекомбінації з утворенням димерних і тримерних форм α-токоферолу и α-токоферилхінону, які підлягають екскреції. Інакше кажучи, він зупиняє процес утворення перекисів ліпідів у клітинних мембранах, зберігаючи цим їх цілісність і функціональну активність.
Вітамін А (ретинол, ретиналь, ретиноїва кислота) та його провітаміни β–каротин та інші каротиноїди. Під назвою вітамін А об'єднується група похідних рослинних пігментів - каротинів. З хімічної точки зору ретинол являє собою циклічний ненасичений одноатомний спирт, який складається із шестичленного кільця (β-іонона), двох залишків ізопрену та первинної спиртової групи. Вітамін А2 відрізняється від А1 наявністю додаткового подвійного зв'язку в положенні 3-4 кільця циклогексану. Вітаміни А1 і А2 мають однакову біологічну дію і фізико-хімічні властивості, проте вітамін А2 є менш активним. Основною структурною особливістю, обумовлюючою хімічну і біологічну, зокрема, АО-активність є наявність системі спряжених, одинарних і подвійних зв’язків, що чергуються, між атомами вуглецю:
АО-потенціал ретиналя, його здатність до відновлення після світлового імпульсу сприяє захисту фоторецепторів сітківки ока відіграє найважливішу роль у самому сприйнятті зорової інформації. Вітамін А і каротиноїди виступають в якості антиокислювачів не тільки сітківки, вони беруть участь в захисті будь-яких біологічних мембран від пошкодження АФК (зокрема,
, пероксидними радикалами).Коензим Q (убіхінон) – подібно α-токоферолу жиророзчинний і проявляє АО-активність, утворюючи окислювально-відновну буферну систему убіхінол-убіхінон. Молекула убихінону складається з бензохінонової частини (ядра) і бокового ланцюга, що має ізопреноїдну структуру:
Найважливіша біологічна роль убіхінону пов’язана з участю у мітохондріальному ланцюгу електронного транспорту в якості одного з компонентів і коферменту сукцинат-Q-, НАДН-Q-редуктазних і цитохром с-Q-оксидазною систем.
1.3.4 Водорозчинні антиоксиданти
Водні середовища організму (кров, лімфа, міжклітинна і внутрішньоклітинна вода) являють собою природну матрицю життєвих процесів, в якій протікають найважливіші метаболічні процеси, циркулює біологічно активні речовини (гормони, медіатори, метаболіти), за допомогою якої транспортуються у клітини поживні речовини і кисень, усуваються вуглекислота і продукти розкладу. Стабільність складу і властивостей біологічних рідин – найважливіша і необхідна умова гомеостазу організму, зокрема гомеостазу окислювального.
Транспорт молекулярного кисню, надходження в рідинні середовища організму його активних форм як резутат інтенсивної життєдіяльності і патологічних процесів в клітинах і тканинах створюють реальну небезпеку окислювального стресу, зміщення гомеостатичної рівноваги у напрямку інтенсифікації окислювальних, деструктивних процесів. Присутність в рідинних середовищах організму ліпідних утворень, що легко окислюються (ліпопротеїдів крові, а також холестерина, тригліцеридів і фосфоліпідів, адсорбованих і тих, що входять до складу мембран клітин крові)збільшує цю небезпеку. Тому існують спеціалізовані АО-системи, відповідальні за стабільність прооксидантно-антиоксидантної рівноваги рідинних середовищ організму. До них відноситься глутатіон та система аскорбінової кислоти. Кожна з цих АО-систем, в свою чергу, являє собою окислювально-відновну буферну систему, що складається з відновленого і окисленого членів, що переходять один в одного в залежності від найтонших коливань параметрів середовища і напрямку метаболічних процесів. В нормальних умовах рівновага всередині кожної з редокс-ситем зміщена в бік відновленого субстрату. Переважання останніх і створює АО-резерв, буферну ємність систем.