Материал: 9. Лекция. Антиоксидантная защита организма

АНТИОКСИДАНТНАЯ ЗАЩИТА

Повреждающие механизмы ПОЛ

Различают первичный и вторичный повреждающий механизмы ПОЛ.

I. Первичный механизм ПОЛ связан с непосредственным действием свободных радикалов или продуктов ПОЛ на клетку.

В результате действие первичного механизма идет деструкция полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК), входящих в состав мембранных фосфолипидов. Из «срезанных хвостов» ПНЖК, имеющих двойную связь, образуются промежуточные продукты ПОЛ: оксикислоты, этилен, кетоны, альдегиды. Из «срезанных хвостов», имеющих две и более двойные связи, образуется вторичный продукт ПОЛ – малоновый диальдегид (МДА).

МДА имеет две реакционно-способные альдегидные группы. Легко взаимодействует с белками, липидами, белково-липидными комплексами, образуя внутри- и межмолекулярные сшивки путём образования ковалентных связей по остаткам аминогрупп (радикалы лизина и концевые аминогруппы белков, аминогруппы фосфатидэтаноламинов).

Полимеризация белков, липидов и белково-липидных комплексов

Полимеризация белков, липидов и белково-липидных комплексов с образование Шиффовых оснований (третичный – конечный продукт ПОЛ). Уровень оснований Шиффа является информативным критерием, отражающим интенсивность ПОЛ.

Реакции образования внутри- и межмолекулярных сшивок можно представить следующим образом:

а) образование внутримолекулярной сшивки в молекуле белка:

образовалось Шиффово основание

В результате ограничивается способность молекулы белка к изменению конформации, что приводит к утрате функции белка.

б) образование межмолекулярной сшивки между молекулами белков:

состоящий из 2-х остатков белковых молекул

в) образование межмолекулярных сшивок между молекулами фосфотидилэтаноламинов:

В результате возрастает микровязкость мембраны, снижается её текучесть, что приводит к изменению функции мембраны. При старении организма этот процесс приводит к образованию ксантоматозных бляшек вследствие накопления липофусцина.

Полимерные белок-липидные комплексы стабильны и легко обнаруживаются флюориметрическими методами.

Все эти изменения приводят к нарушению функции ферментов, ассоциированных в мембране, и мембранных рецепторов. Образование комплексов делает мембрану ригидной (невосприимчивой к внешним сигналам), так как конформационные изменения белковых молекул (ферментов, транспортных систем, рецепторов), лежащие в основе биохимического ответа клетки на внешнее воздействие, осуществляются с трудом.

д) образование межмолекулярных белок-липидных сшивок:

2H2O

Окисление аминокислот и белков, содержащих сульфгидрильные группы

SH-группы входят в состав цистеина и метионина и выступают в качестве восстановителей, взаимодействуя со свободными радикалами:

Pr —SH + RO2˙→PrS˙ + ROOH (гидроперекись ЖК)

Образующиеся радикальные формы очень неустойчивы и легко взаимодействуют друг с другом:

PrS˙ + PrS˙ → Pr —S—S—Pr

В результате такого взаимодействия образуются неполярные ковалентные связи (дисульфидные мостики). Такой тип взаимодействия характерен для радикалов свободных аминокислот.

Радикалы аминокислот также могут подвергаться окислению молекулярным кислородом:

PrS˙ + О2 + Н+ → PrSOOH (белковые сульфопроизводные)

Разрыв гликозидных связей в полисахаридах

Под действием свободных радикалов осуществляется окисление и разрыв гликозидных связей, что приводит к деструкции полисахаридов.

Деструкция и разрушение нуклеопротеинов

Деструкция и разрушение нуклеопротеинов осуществляется: а) по азотистому основанию; б) по углеводному компоненту; в) по белковой части.

В результате деструкции нуклеопротеинов клетка утрачивает генетическую информацию.

II. Вторичный повреждающий механизм ПОЛ

Является следствием первичного свободно-радикального повреждения химической структуры биологически важных молекул.

1.Повышение проницаемости биомембран

Врезультате атаки НО˙ у α-углеродного атома молекулы ненасыщенной жирной кислоты, входящей в состав фосфолипидов биологических мембран, появляется перекисная группировка: сначала - ОО˙, затем - ООН.

Перекисная группа гидрофильна и выталкивается и выталкивается на поверхность мембраны вместе с жирной кислотой, на которой находится. На

поверхности мембраны имеется фермент фосфолипаза А2, которая «выстригает» радикалы ненасыщенных ЖК из фосфолипидов с образованием ОН-групп. Фосфолипиды, утратившие остатки ЖК, превращаются в лизофосфатиды. В результате в мембране появляются ОН-группы, образующие гидрофильные поры. Таким образом, мембрана превращается в «решето» и нарушается её главное свойство – избирательная проницаемость.

OH• атака

Повышение проницаемости биомембран – образование гидрофильных пор

ОН

R – O

ФЛ

Лизофосфатид

Снижение процессов окислительного фосфорилирования.

В физиологических условиях митохондриальная мембрана непроницаема для протонов и ΔμН+ = 0,2В, а Н+ проникают во внутреннюю митохондриальную мембрану по каналу АТФ-синтетазы. При повышении интенсивности ПОЛ и появлении в мембране гидрофильных пор, Н+ имеют возможность возвращаться в мембрану через эти поры, минуя канал АТФсинтетазы. В результате меняется величина ΔμН+. Окисление субстратов в дыхательной цепи не прекращается, но идёт в холостую, так как АТФ не синтезируется. Из-за разобщения окислительного фосфорилирования.

Кроме ионов водорода через гидрофильные каналы проходят Na+. Это приводит к нарушению симпорта аминокислот и глюкозы, которые

проникают в клетку с ионами натрия.

Na+, Ca2+

ОН НО

В результате работы Na+/Ca2+- обменника усиливается поступление в клетку ионов Са2+, при этом активируются Са-зависимые гидролазы, разрушающие собственные структуры клетки.

Также меняется активность мембранных ферментов, меняется микровязкость мембран, конформация рецепторов и нарушается их взаимодействие с лигандами.

Система регуляции ПОЛ

Существуют ферментативные и неферментативные системы регуляции ПОЛ.

Ферментативная система регуляции

Ферментативная система регуляции включает три линии защиты:

1)супероксиддисмутаза (СОД) + каталаза;

2)глутатионпероксидаза (ГПО) + глутатионредуктаза (ГР);

3)церулоплазмин + трансферин.

I. линия антиоксидантной защиты (СОД+катазаза)

СОД - содержится в клетках любого происхождения, считается мембранным ферментом. В активном центре содержится ион Сu2+ или Mn2+ (митохондриальная СОД). Существует также Zn2+-содержащая СОД. Фермент обладает высокой активностью – 1 молекула фермента способна обеспечивать дисмутацию (одновременное окисление и восстановление) 4,8 × 106 молекул супероксид-анион-радикала в минуту.

Каталитическую активность фермента обеспечивает Cu2+, выполняющий роль и акцептора, и донора электрона:

СОД

Каталаза – антиперекисный фермент. Фермент представляет собой олигомерный белок (тетрамер), содержащий атом Fe2+/3+. Каталаза обладает очень высокой активностью и работает при высокой концентрации пероксида водорода. Одна молекула фермента обеспечивает расщепление 5 × 106 молекул Н2О2 в минуту: