Глава 4. ИНТЕНСИФИКАЦИЯ СВОБОДНО ГО РАДИКАЛЬНОГО ОКИСЛЕНИЯ – ТИПОВОЙ ПРОЦЕСС ДЕЗИНТЕГРАЦИИ КЛЕТОЧНЫХ СТРУКТУР В УСЛОВИЯХ ПАТОЛОГИИ

4.1. ИСТОЧНИКИ ОБРАЗОВАНИЯ СВОБОДНЫХ РАДИКАЛОВ

Свободнорадикальное окисление является одним из универсальных механизмов повреждения клеток, но вместе с тем это и необходимый для нормального функционирования клеток процесс.

Состояние процессов липопероксидации в условиях нормы определяет характер модификации фосфолипидного бислоя биологических мембран, энергетического и пластического обеспечения клеток, активности транспорт-ных и рецепторных систем мембран, возбудимость клетки и многие внутри-клеточные метаболические процессы (Петрович Ю.А, Гуткин Д.В., 1986; Владимиров Ю.А., 1987,1989; Биленко М.В., 1989; Дмитриев Л.Ф., Иванова М.В., Давлетшина Л.Н., 1993; Логинов А.С.,Матюшин Б.Н.,1996).

Свободнорадикальные процессы участвуют в реакциях окислительного фосфорилирования, биосинтеза простагландинов и нуклеиновых кислот, в регуляции липолитической активности, в процессах митоза, метаболизма ка-техоламинов.

В то же время интенсификация свободнорадикального окисления явля-ется закономерным процессом потенцирования патогенных эффектов воз-действия этиологических факторов инфекционной и неинфекционной приро-ды (Иванова О.М., 1998; Налбандян А.Т., Апоян В.Т., Агаджанов М.И., 1998; Скулачев В.Г., 1998).

Активация процессов свободнорадикального окисления описана при ишемии, гипоксиях, стрессорных ситуациях, эндокринопатиях, опухолевом процессе, аутоиммунных заболеваниях, различных бактериальных инфекци-ях и интоксикациях, в частности,при чумной, сальмонеллезной, газовоган-гренозной, ботулинической, стрептостафилококковой (Афанасьева Г.А., 1995; Николаев С.М. и соавт., 1997; Андреев А.А., Давыдов Б.В., 1998; Вла-сенко В.А. и соавт., 1998; Жданов Г.Г., 1998; Щуковский В.В. и соавт., 1998).

Независимо от характера индуктора ключевую роль в развитии окисли-тельного повреждения играют активные формы кислорода, органические ра-дикалы и перекиси.

Как известно, характерной особенностью свободных радикалов являет-ся наличие на высшей энергетической орбитали неспаренного электрона, что придает им высокую реакционную способность к участию во многих биохи-мических реакциях (Меньшикова Е.В.,Зеньков Н.К., 1993).

Инициация свободнорадикального окисления может быть обусловлена различными причинами, но первостепенную роль в этом процессе играют промежуточные продукты восстановления O2. В свою очередь активные формы O2 могут образовываться интрацеллюлярно в сфере действия окси-дазных энзимов, а также экстрацеллюлярно – при участии лейкоцитов (Цеб-ржинский О.И., 1992.)

Большая часть молекул O2, попавших в клетку, подвергается фермента-тивному катаболизму в митохондриях в процессе двухэлектрон-ного и тетра-электронного восстановления, катализируемого цитохромоксидазой.

Однако, наряду с этой основной реакцией может проходить ступенча-тое одноэлектронное восстановление молекулярного кислорода. Возникшие при этом процессе свободные радикалы кислорода инакти-вируются антиок-сидантной системой. Между тем утечка радикалов способна вызвать цепной процесс неферментативного свободнорадикального перекисного окисления липидов, белков, нуклеиновых кислот, углеводов.

Как известно, к активным формам O2 относят диоксид или супер-оксидный анион-радикал, перекись водорода, гидроксильный радикал, гид-ропероксильный радикал, реже включают синглетный кислород.

Использование признанного метода обнаружения свободных ради-калов в биологических системах - электронного парамагнитного резонанса - позволило установить наличие и других парамагнитных центров, создавае-мых ионами Fe2+, Cu2+, Mn2+, семихинонными формами НАД, ФАД, аскор-биновой кислотой, продуктами распада хлорированных углеводов, интерме-диантов, образованных с участием витамина B12.

Стабильным радикалом является NO - оксид азота - вторичный мес-сенжер, образующийся из L-агринина и активирующий гуанилатциклазу (Марков Х.М., 1996; Балашова Т.В., Шумятова В.Б., Дюйзен И.В., 1998).

Обнаружение свободных радикалов в биологических системах чрезвы-чайно затруднено в связи с их нестабильностью, быстрым спонтанным рас-падом и включением в клеточный метаболизм продуктов липопероксидации.

Между тем к настоящему моменту довольно четко определено проис-хождение свободных радикалов в биологических системах и дана оценка их метаболической значимости при различных заболеваниях, в том числе и ин-фекционной природы.

Как указывалось выше, в условиях нормы около 98% молекулярного O2 подвергается тетравалентному восстановлению с образованием H2O в мито-хондриях в биологическом процессе, связанном с генерацией АТФ (Ерюхин И.А., Шляпников С.А., 1997). Между тем, 1-2% общего количества потреб-ляемого O2 подвергается последовательному одновалентному восстановле-нию с образованием так называемых свободнорадикальных соединений, имеющих неспаренный электрон.

В этом процессе молекулярный кислород восстанавливается сначала в супероксидный анион-радикал, который затем может превращаться в Н2О2. Последующее одновалентное восстановление H2O2 приводит к образованию гидроксильного радикала OH и H2O. На заключительном этапе последова-тельного одноэлектронного восстановления кислорода OH присоединяет протон и превращается в H2O. Образующиеся в процессе одновалентного восстановления радикалы представляют собой реакционно-способные акти-вированные формы O2.

Установлено, что супероксидный анион-радикал образуется при одно-электронном переносе от флавинсодержащих оксидаз, цитохрома С, убихи-нона, цитохромоксидазы в митохондриях. В микросомах генерация этого ра-дикала отмечается при образовании метгемоглобина. НАДФ.H-цитохром-С-редуктазная система и цитохром P450 микросом также могут быть источни-ками супероксиданион радикала.

В цитозоле клеток супероксидный анион-радикал генерируется от ксантиноксидазы.

Среди неферментативных путей образования O2 в клетках следует от-метить аутоокисление гидрохинонов, лейкофлавинов, катехоламинов, тио-лов, тетрагидроптеринов. Неферментным путем супероксидный анион-радикал образуется в системах, содержащих катионы переменной валентно-сти (железа, меди).

В инициации свободнорадикального окисления могут участвовать ка-тионрадикалы молибдена, марганца, кобальта, радикал монодегидро-аскорбиновой кислоты, гидроксильный радикал, железосерные класстеры.

Наиболее изучены процессы образования свободных радикалов для производных кислорода и азота, хуже - процессы образования свободных ра-дикалов от углеводородных структур биополимеров.

Касаясь гидроксильного радикала, следует отметить, что он образуется при радиолизе воды в реакции Хабера-Вейса, а также в реакции Фентона ме-жду ионом двухвалентного железа и перекисью водорода (Владимиров Ю.А., 1989).

Пероксид водорода образуется при функционировании ряда флавин-, медь- и гемосодержащих оксидаз, в частности, митохондриальной моно-аминооксидазы, НАД-убихинонредуктазы, убихинонцитохром-С-редуктазы, СОД, а также пероксисомальной уратоксидазы и цитозольной ксантинокси-дазы.

H2O2 не является свободным радикалом, однако обладает способ-ностью инициировать свободнорадикальное окисление, поэтому является ци-тотоксичным соединением. К числу активных форм кислорода отно-сится гидропероксильный радикал, образующийся в процессе взаимодействия O2 с металлом переменной валентности, в частности, с Fe2+.

Супероксидный анион-радикал и H2O2 не могли бы считаться главны-ми инициаторами свободнорадикального окисления в клетке, если бы взаи-модействие этих двух веществ не приводило к возникновению самого актив-ного из известных внутриклеточных инициаторов свободнорадикального окисления - гидроксильного радикала. Гидроксильный радикал представляет собой трехэлектронную форму восстановления O2, быстро атакующую со-единения любой природы, в том числе липиды, белки, нуклеиновые кислоты, углеводы с образованием воды и радикала соответствующей молекулы (Ба-рабой В.А., Орел В.Э., Карнаук И.И., 1991).

Помимо интермедиаторов восстановления O2, в инициации свободно-радикального окисления участвует синглетный кислород. В клетках синглет-ный кислород может образовываться при реакциях, катализируемых перок-сидазами, липоксигеназами, а также в процессе микросомального НАДФ.H-зависимого перекисного окисления липидов (Шинкаренко Н.В., 1986).

Синглетный кислород не является свободным радикалом. Однако, реа-гируя с биомолекулами, он вызывает появление свободных радикалов. Уста-новлено, что синглетный кислород может инициировать перекисное окисле-ние холестерина и ненасыщенных жирных кислот.

Генерация активных форм O2 – обязательный атрибут аэробных про-цессов у эукариотов. Однако функционирование и развитие клеток в кисло-родсодержащем окружении не было бы возможным без существования за-щитных систем, к которым относятся специализированные ферментативные и неферментативные антиоксиданты. Постоянное обра-зование прооксидан-тов в живых системах уравновешено их дезактивацией антиоксидантами, по-этому для поддержания гомеостаза необходима постоянная генерация анти-оксидантов (Бурлакова Е.Б., 1997; Круглякова К.Е., Гендель Л.Я., 1997; Радловcкая З.Т., 1997, 1997; Цебржинский О.И., 1998).

предыдущий раздел | содержание| следующий раздел

Поиск в журналах РАЕ:

Авторы Публикации