Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Перекисное окисление липидов
Введение
Реакции перекисного окисления липидов (ПОЛ) являются свободнорадикальными и постоянно происходят в организме. Свободнорадикальное окисление нарушает структуру многих молекул. В белках окисляются некоторые аминокислоты. В результате разрушается структура белков, между ними образуются ковалентные "сшивки", всё это активирует протеолитические ферменты в клетке, гидролизующие повреждённые белки. Активные формы кислорода легко нарушают и структуру ДНК. Неспецифическое связывание Fe 2+ молекулой ДНК облегчает образование гидроксильных радикалов, которые разрушают структуру азотистых оснований. Но наиболее подвержены действию активных форм кислорода жирные кислоты, содержащие двойные связи, расположенные через СН 2 -группу. Именно от этой СН 2 -группы свободный радикал (инициатор окисления) легко отнимает электрон, превращая липид, содержащий эту кислоту, в свободный радикал.
ПОЛ - цепные реакции, обеспечивающие расширенное воспроизводство свободных радикалов, частиц, имеющих неспаренный электрон, которые инициируют дальнейшее распространение перекисного окисления.
Стадии перекисного окисления липидов
1) Инициация: образование свободного радикала (L*)
Инициирует реакцию чаще всего гидроксильный радикал, отнимающий водород от СН 2 -групп полиеновой кислоты, что приводит к образованию липидного радикала.
2) Развитие цепи
L * + О 2 > LOO *
LOO* + LH > LOOM + LR*
Развитие цепи происходит при присоединении О 2 , в результате чего образуется липопероксирадикал LOO* или пероксид липида LOOH.
ПОЛ представляет собой свободнорадикальные цепные реакции, т.е. каждый образовавшийся радикал инициирует образование нескольких других.
3) Разрушение структуры липидов
Конечные продукты перекисного окисления полиеновых кислот - малоновый диальдегид и гидропероксид кислоты.
4) Обрыв цепи - взаимодействие радикалов между собой:
LOO* + L* > LOOH + LH
L* + vit E > LH + vit E*
vit E* + L* > LH + vit Е окисл.
Развитие цепи может останавливаться при взаимодействии свободных радикалов между собой или при взаимодействии с различными антиоксидантами, например, витамином Е, который отдаёт электроны, превращаясь при этом в стабильную окисленную форму.
Повреждение клеток в результате перекрестное окислении липидов
Активные формы кислорода повреждают структуру ДНК, белков и различные мембранные структуры клеток. В результате появления в гидрофобном слое мембран гидрофильных зон за счёт образования гидропероксидов жирных кислот в клетки могут проникать вода, ионы натрия, кальция, что приводит к набуханию клеток, органелл и их разрушению. Активация перекисного окисления характерна для многих заболеваний: дистрофии мышц (болезнь Дюшенна), болезни Паркинсона, при которых ПОЛ разрушает нервные клетки в стволовой части мозга, при атеросклерозе, развитии опухолей. Перекисное окисление активируется также в тканях, подвергшихся сначала ишемии, а затем реоксигенации, что происходит, например, при спазме коронарных артерий и последующем их расширении.
Такая же ситуация возникает при образовании тромба в сосуде, питающем миокард. Формирование тромба приводит к окклюзии просвета сосуда и развитию ишемии в соответствующем участке миокарда (гипоксия ткани). Если принять быстрые лечебные меры по разрушению тромба, то в ткани восстанавливается снабжение кислородом (реоксигенация). Показано, что в момент реоксигенации резко возрастает образование активных форм кислорода, которые могут повреждать клетку. Таким образом, даже несмотря на быстрое восстановление кровообращения, в соответствующем участке миокарда происходит повреждение клеток за счёт активации перекисного окисления. перекисное окисление липид антиоксидантный
Изменение структуры тканей в результате ПОЛ можно наблюдать на коже: с возрастом увеличивается количество пигментных пятен на коже, особенно на дорсальной поверхности ладоней. Этот пигмент называют липофусцин, представляющий собой смесь липидов и белков, связанных между собой поперечными ковалентными связями и денатурированными в результате взаимодействия с химически активными группами продуктов ПОЛ. Этот пигмент фагоцитируется, но не гидролизуется ферментами лизосом, и поэтому накапливается в клетках, нарушая их функции.
ПОЛ происходит не только в живых организмах, но и в продуктах питания, особенно при неправильном приготовлении и хранении пищи. Прогоркание жиров, образование более тёмного слоя на поверхности сливочного масла, появление специфического запаха у молочных продуктов - всё это признаки ПОЛ. В продукты питания, содержащие ненасыщенные липиды, обычно добавляют антиоксиданты - вещества, ингибирующие ПОЛ и сохраняющие структуру компонентов пищи.
Системы защиты клеток от активных форм кислорода
Ферменты антиоксидантного действия . К ферментам, защищающим клетки от действия активных форм кислорода, относят супероксиддисмутазу, каталазу и глутатионпероксидазу. Наиболее активны эти ферменты в печени, надпочечниках и почках, где содержание митохондрий, цитохрома Р 4 50 и пероксисом особенно велико. Супероксиддисмутаза (СОД) превращает супероксидные анионы в пероксид водорода:
2 + 2H + > H 2 O 2 + O 2 .
Изоферменты СОД находятся и в цитозоле и в митохондриях и являются как бы первой линией защиты, потому что супероксидный анион образуется обычно первым из активных форм кислорода при утечке электронов из дыхательной цепи.
СОД - индуцируемый фермент, т.е. синтез его увеличивается, если в клетках активируется перекисное окисление.
Пероксид водорода, который может инициировать образование самой активной формы ОН*, разрушается ферментом каталазой:
2Н 2 О 2 > 2 Н 2 О + О 2 .
Каталаза находится в основном в пероксисомах, где образуется наибольшее количество пероксида водорода, а также в лейкоцитах, где она защищает клетки от последствий "респираторного взрыва".
Глутатионпероксидаза - важнейший фермент, обеспечивающий инактивацию активных форм кислорода, так как он разрушает и пероксид водорода и гидропероксиды липидов. Он катализирует восстановление пероксидов с помощью трипептида глутатиона (г-глутамилцистеинилглицин). Сульфгидрильная группа глутатиона (GSH) служит донором электронов и, окисляясь, образует дисульфидную форму глутатиона, в которой 2 молекулы глутатиона связаны через дисульфидную группу.
Н 2 О 2 + 2 GSH > 2 Н 2 О + G-S-S-G.
Окисленный глутатион восстанавливается глутатионредуктазой:
GS-SG + NADPH + Н + > 2 GSH + NADP + .
Глутатионпероксидаза, которая восстанавливает гидропероксиды липидов в составе мембран, в качестве кофермента использует селен (необходимый микроэлемент пищи). При его недостатке активность антиоксидантной защиты снижается.
Витамины, обладающие антиоксидантным действием
Витамин Е (б-токоферол) - наиболее распространённый антиоксидант в природе - является липофильной молекулой, способной инактивировать свободные радикалы непосредственно в гидрофобном слое мембран и таким образом предотвращать развитие цепи перекисного окисления. Различают 8 типов токоферолов, но б-токоферол наиболее активен.
Витамин Е отдаёт атом водорода свободному радикалу пероксида липида (ROO*), восстанавливая его до гидропероксида (ROOH) и таким образом останавливает развитие ПОЛ (рис. 1).
Свободный радикал витамина Е, образовавшийся в результате реакции, стабилен и не способен участвовать в развитии цепи. Наоборот, радикал витамина Е непосредственно взаимодействует с радикалами липидных перекисей, восстанавливая их, а сам превращается в стабильную окисленную форму - токоферолхинон.
Витамин С (аскорбиновая кислота) также является антиоксидантом и участвует с помощью двух различных механизмов в ингибировании ПОЛ. Во-первых, витамин С восстанавливает окисленную форму витамина Е и таким образом поддерживает необходимую концентрацию этого антиоксиданта непосредственно в мембранах клеток. Во-вторых, витамин С, будучи водорастворимым витамином и сильным восстановителем, взаимодействует с водорастворимыми активными формами кислорода - , Н 2 О 2 , ОН* и инактивирует их.
в-Каротин, предшественник витамина А, также обладает антиоксидантаьш действием и ингибирует ПОЛ.
Витамин Е (а-токоферол) ингибирует свободнорадикальное окисление путём отдачи электрона, что приводит к инактивации радикала липида, а витамин Е превращается в стабильный, полностью окисленный токоферолхинон.
Рис. 1. Механизм антиоксидантного действия витамина Е
Диета, обогащённая витаминами Е, С, кароти-ноидами, существенно уменьшает риск развития атеросклероза и заболеваний ССС, подавляет развитие катаракты - помутнения хрусталика глаза, обладает антиканцерогенным действием. Имеется много доказательств в пользу того, что положительное действие этих компонентов пищи связано с ингибированием ПОЛ и других молекул и, следовательно, с поддержанием нормальной структуры компонентов клеток.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Анализ перекисного окисления в плазме крови и гомогенате почек у контрольной группы животных и у тех, кто подвергся воздействию тетрахлорметана. Уровень антиоксидантных ферментов в плазме и почках после введения витамина Е до и после его воздействия.
дипломная работа , добавлен 11.05.2014
Активные формы, функции и механизмы возникновения кислорода. Типы окислительных реакций. Антиоксидантная система организма, факторы клеточной защиты. Антиоксидантные ферменты крови. Виды свободных радикалов. Процессы перекисного окисления липидов.
курсовая работа , добавлен 29.09.2015
Окисление органических соединений и органический синтез. Превращение, протекающее с увеличением степени окисления атома. Соединения переходных металлов. Реакции окисления алкенов с сохранением углеродного скелета. Окисление циклических соединений.
лекция , добавлен 01.06.2012
Кинетический анализ схемы перекисного окисления нефтяных сульфидов. Влияние способа приготовления катализатора на кинетику перекисного окисления нефтяных сульфидов. Автокатализ в реакции окисления нефтяных сульфидов в присутствии оксида молибдена.
курсовая работа , добавлен 13.01.2015
Понятие об оксидазном типе окисления. Оксигеназный тип окисления. Роль микросомального окисления. Специфические превращения аминокислот в организме. Обезвреживание чужеродных веществ. Связывание в активном центре цитохрома. Восстановление железа в геме.
презентация , добавлен 10.03.2015
Роль окисление органических соединений в промышленном органическом и нефтехимическом синтезе. Классификация процессов окисления по разным признакам. Синтез винилацетата, димеризация меркаптанов, эпоксидирование олефинов, демеркаптанизации природного газа.
реферат , добавлен 28.01.2009
Высшие жирные кислоты. Биосинтез карбоновых кислот. Сложные эфиры высших одноатомных спиртов и высших жирных кислот. Простые липиды триацилглицерины. Реакции окисления липидов с участием двойных связей. Окисление с расщеплением углеводородного скелета.
реферат , добавлен 19.08.2013
Использование 3,3",5,5"-тетраметилбензидина в аналитической химии. Методика эксперимента и необходимые исходные вещества, посуда, оборудование. Расчет скорости реакций окисления ТМБ методом тангенсов на начальном участке кривых после периода индукции.
курсовая работа , добавлен 04.12.2011
Сущность и виды окисления - химических реакций присоединения кислорода или отнятия водорода. Ознакомление с методами восстановления металлов в водных и соляных растворах. Изучение основных положений теории окислительно-восстановительных реакций.
реферат , добавлен 03.10.2011
Понятие степени окисления элементов в неорганической химии. Получение пленок SiO2 методом термического окисления. Анализ влияния технологических параметров на процесс окисления кремния. Факторы, влияющие на скорость получения и качество пленок SiO2.
Перекисное окисление осуществляется с помощью активных форм кислорода. Его положительное влияние связано с фагоцитозом и разрушением дефектных клеток, но у этого процесса есть и негативное значение.
Кислород является участником множества процессов в организме, необходимых для поддержания жизнедеятельности. Однако его активные формы могут причинять вред. Что такое окисление липидов в организме и в чем его особенности?
Жировые клетки являются самыми энергоемкими, что отличает их от белков и углеводов. В процессе их окисления образуется энергия, которая запасается в виде АТФ. Основные функции липидов – пластическая и энергетическая. Они являются структурным элементом клеток, без которых организма бы не существовало. Липиды накапливаются в жировых депо, тем самым создавая источники энергообеспечения функций организма.
Перекисное окисление
Активные формы кислорода образуются в большинстве клеток организма, благодаря поэтапному присоединению электронов. Основной продукт таких реакций – это вода, но при этом превращении побочно выделяются и химически активные вещества. Процесс происходит не только в липидах, затрагиваются и молекулы белков.
Роль окисления
Участие активных форм кислорода чаще всего ведет к неприятным последствиям в организме – разрушению клеток. Особенно важен процесс окисления липидов мембраны, в ней формируются дефекты. Таким образом, клеточная мембрана перестает выполнять свои защитные функции, и клетка погибает.
Наиболее активным является гидроксильный радикал. Он оказывает более выраженное влияние на органические компоненты клеток. Он способен отнимать электрон у молекул, в результате чего запускается цепь реакций окисления. Для защиты в организме имеется система подавления окисления, которая помогает сохранить целостность в клетке.
Перекисное окисление причиняет не только вред. У этого процесса есть и полезные функции. Без активных форм невозможно представить фагоцитоз, в результате которого гибнут чужеродные для организма вещества. После захвата патогенного агента лейкоцитом его следует уничтожить, за что и отвечает кислород. Кроме того, процессы окисления помогают разрушать и удалять из организма поврежденные клетки, влияя на их мембраны и ДНК.
Реакции
Перекисное окисление липидов протекает в организме всегда и затрагивает не только липиды, но и другие соединения. Этот процесс важен и для разрушения белков. Свободнорадикальное окисление вызывает повреждение некоторых аминокислот. Его активация приводит к изменению структуры, между ними появляются ковалентные связи – «сшивки», что способствует повышению функции протеолитических ферментов – это соединения, участвующие в разрушении поврежденных белков.
Липиды наиболее подвержены окислению, так как имеют специфическую структуру. Они имеют CH2-группу, через которую расположены двойные связи. От этой группы активные формы способны отнимать электрон.
Далее, цепь развивается за счет присоединения кислорода, в результате чего формируется пероксид липида. При дальнейших превращениях образуются конечные продукты. Цепь может обрываться после образования связи с антиоксидантом. Таковы стадии процесса.
Особенности
Активные формы кислорода разрушительно влияют на структуры белков, генетического материала (ДНК), а также компонентов мембраны. В мембранах процесс повреждения запускается следующим образом. Клетки ограничены от окружающей среды двойным слоем липидов. Их молекулы содержат гидрофобную и гидрофильную части. Наружная часть представлена гидрофобными структурами, которые препятствую транспорту ряда веществ.
В процессе окисления в этом слое образуются гидрофильные зоны – это связано с образованием гидропероксидов. Через эти участки спокойно проходит вода, а также ионы кальция и натрия, чего в норме происходить не должно. Они должны транспортироваться лишь при участии специальных систем. После окисления они активно проникают через зоны повреждения, в результате чего клетка набухает, ее органоиды повреждаются и она становится нежизнеспособной.
В норме такие процессы в организме поддерживают баланс, разрушая дефектные клетки. Однако некоторые заболевания сопровождаются избыточной активацией свободнорадикального окисления. Например, при болезни Паркинсона активируется разрушение нервных клеток, расположенных в стволе мозга. При мышечной дистрофии активируется окисление белков.
Реакция окисления активизируется и в зоне ишемии, а затем реваскуляризации (восстановлении сосудов). Это происходит, когда кровоток на время нарушается, а затем снова восстанавливается, например, при спазме или окклюзии просвета сосуда. Ситуацию можно подробно рассмотреть на примере тромбоза коронарной артерии.
В момент перекрытия сосуда тромбом кровь перестает снабжать миокард кислородом и питательными веществами – возникает ишемия.
Если своевременно была оказана помощь, и тромб удалось разрушить, кровоснабжение восстанавливается. Казалось бы, все процессы в клетке должны нормализоваться, но возникает синдром ишемии-реперфузии. Во время реоксигенации (восстановления снабжения кислородом) значительно повышено образование активных форм, из-за чего отмечаются дополнительные поражения клеток миокарда.
Биохимия выяснила, что перекисное окисление липидов протекает не только в организме. Его влияние можно оценить, обратив внимание на изменение свойств продуктов питания. Неверное хранение ведет к прогорканию жиров, потемнению масел, изменение запаха и вкуса молочных продуктов – все это происходит по причине окисления. Эта реакция приводит к изменению первоначальных свойств веществ.
Защита
Процессы окисления не должны быть излишне интенсивными, их активация может привести к пагубным последствиям. Избыточному выделению свободных радикалов препятствует особая защитная система – именно она поддерживает баланс в организме, препятствуя разрушению здоровых клеток. От какого соединения следует ждать защиты?
Важную роль играют ферменты, которые превращают активные формы кислорода в безобидные соединения. Среди таких ферментов можно выделить каталазу, супероксиддисмутазу и глутатионпероксидазу. Наибольшая активность этих ферментов наблюдается в печени и почках.
Витамины
Витамин E относится к природным антиоксидантам. Это липофильная молекула, основная функция которой – подавлять свободные радикалы. Этот процесс проходит в гидрофобном слое клеточной мембраны. Альфа-токоферол более активен, чем бета. Механизм его действия заключается в отдаче атома водорода свободному радикалу, что останавливает пероксидное окисление липидов. Антиоксиданты вызывают снижение функции активных форм.
Витамин C также относится к группе антиоксидантов, поддерживая защиту клеток двумя механизмами. Это соединение способно восстанавливать витамин E, что усиливает свойства последнего. Кроме того, он способен самостоятельно инактивировать водорастворимые формы кислорода, за счет того, что является сильнейшим восстановителем.
Бета-каротин также способен блокировать перекисное окисление липидов. Такое соединение является предшественником витамина A. Активация перекисного окисления становится невозможной, благодаря действию этого соединения.
Таким образом, можно сделать вывод, что поступление необходимого количества витаминов в организм является профилактикой некоторых патологических изменений. Витамины должны преимущественно поступать с пищей – следует придерживаться рационального питания, употреблять в нужном количестве фрукты и овощи. Раз в 6 месяцев рекомендуется принимать курс поливитаминов. В пище должно быть сбалансированное содержание белков, углеводов и жиров.
Заключение
Перекисное окисление липидов имеет как положительные, так и отрицательные аспекты. Этот процесс необходим для организма, так как он защищает от действия чужеродных агентов, а также помогает уничтожать поврежденные клетки, которые уже не способны выполнять свои функции. Однако свободнорадикальное окисление может протекать слишком интенсивно – тогда поражаются здоровые клетки, нарушается их функция, и они погибают.
Многие заболевания связаны с активацией перекисного окисления. Защита от избыточного действия активных форм помогает сохранять баланс в организме. Чрезмерное снижение интенсивности окисления также нежелательно, так как нарушатся процессы фагоцитоза и удаления нежелательных клеток – важно поддерживать равновесие.
ПОЛ называют еще свободно – радикальным окислением липидов. Это окисление протекает в норме на низком следовом уровне (с малой скоростью) в мембранах митохондрий, лизосом, в оболочке эритроцитов, там где имеются ненасыщенные липиды (гл. обр. фосфолипиды).
Процессы ПОЛ играют определенную роль. Они участвуют:
в регуляции проницаемости мембран;
в обновлении клеточных мембран;
в регуляции скорости роста организма;
в пролиферации клеток.
Продуктами перекисного окисления ненасыщенных липидов являются:
эпоксиды.
свободные радикалы – R;
перекисные радикалы – ROO;
гидроперекиси – ROOH; (98% на первых стадиях);
альдегиды (малоновый диальдегид);
К образованию свободных радикалов и ускорению ПОЛ приводят:
облучение ионизирующей радиацией;
металлы переменной валентности (Fe, Cu);
некоторые диазосоединения.
Продукты ПОЛ – реакционноспособные молекулы, которые спонтанно ускоряют цепные реакции перекисного окисления ненасыщенных липидов и реагируют с биомолекулами (белками, нуклеиновыми кислотами), вызывая нарушения их функций. Цепное перекисное окисление сопровождает слабая хемилюминесценция (сверхслабое свечение тканей).
Стабильный уровень ПОЛ, в нормальных физиологически необходимых пределах, обеспечивает антиоксидантная система защиты.
Антиоксиданты (антиокислители) уменьшают концентрацию свободных радикалов.
Антиоксиданты.
Истинные антиоксиданты токоферольного типа (витамин Е, тироксин, селен).
Антиоксиданты – комплексы: моно – ди – трикарбоновые кислоты (лимонная, никотиновая, аскорбиновая, бензойная).
Ферментативные механизмы защиты:
глутатион – редуктаза: глутатион – дегидрогеназа, каталаза, супероксиддисмутаза.
Нервная ткань, легкие обладают наиболее высоким антиокислительным действием. Сердце, почки имеют среднее значение антиокислительной активности. Подкожный жир, мышцы, пожелудочная железа имеют низкую антиокислительную активность.
Антиокислительная активность большинства соединений определяется наличием у них подвижного атома Н с ослабленной связью «С». Происходит замена активных радикалов субстрата RОО. R’ на малоактивный радикал антиокислителя А. Этот радикал не способен к продолжению цепи и превращается в стабильные молекулярные продукты за счет полимеризации.
Глутатион – пероксидаза разрушает гидроперекиси жирных кислот с участием восстановленного глутатиона:
ROOH+2Г – SH R-OH+Г-S-S-Г+Н 2 О
Ферменты каталаза, пероксидаза обезвреживают уже образовавшиеся перекиси и прерывают дальнейшее разветвление.
Токоферолы способны встраиваться своими боковыми цепями между НЖК фосфолипидов мембран, образуя комплексы и увеличивая плотность упаковки мембран. Это препятствует проникновению кислорода и образованию перекисных радикалов. Существует системность ингибирования ПОЛ. Срыв происходит хотя бы при выпадении одного из компоненров антиоксидантного комплекса. Срыв этой физиологической защитной системы, а значит усиление перекисного окисления наступает:
При весеннем дефиците антиоксидантов, токоферола, аскорбиновой кислоты.
При избытке калорийного питания. Нарушается равновесие между темпами биологического окисления и поступлением продуктов, что приводит к сбросу субстрата на свободно – радикальный путь окисления.
Стресс. Приводит к падению антиоксидантной активности, так как происходит несоответствие между поступлением избытка субстрата (жирных кислот), также кислорода в ткани и их реальным расходом.
Гиподинамия. Малая подвижность снижает ферментативное биологическое окисление, сопровождаемое утилизацией кислорода – усиливает свободно – радикальное окисление.
Лучевой фон. Облучение ускоряет ПОЛ.
Длительная терапия антибиотиками снижает ВИТ. С, РР.
Увеличение перекисного окисления липидов приводит к синдрому липидной периоксидации , для которого характерны:
Накопление полимеров.
Поражение мембран.
Поражение ферментов.
Эти явления могут по-разному превалировать при различной патологии.
Перекисное окисление (автоокисление) липидов при контакте с кислородом не только приводит в негодность пищевые продукты (прогоркание), но и вызывает также повреждение тканей in vivo, способствуя развитию опухолевых заболеваний. Повреждающее действие инициируется свободными радикалами , возникающими в период образования перекисей жирных кислот, содержащих двойные связи, чередующиеся с метиленовыми мостиками (такое чередование имеется в природных полиненасыщенных жирных кислотах) (рис. 15.28). Перекисное окисление липидов является цепной реакцией, обеспечивающей расширенное воспроизводство свободных радикалов, которые инициируют дальнейшее распространение перекисного окисления. Весь процесс можно представить следующим образом.
1) Инициация: образование R из предшественника
2) Развитие реакции:
3) Терминация (прекращение реакции):
Поскольку гидроперекись ROOH выступает как предшественник в процессе инициации, перекисное окисление липидов является разветвленной цепной реакцией, потенциально способной вызвать значительное
Рис. 15.27. Долихол (-спирт).
Рис. 15.28. Перекисное окисление липидов. Реакция инициируется светом или ионами металлов. Малоновый диальдегид, образующийся только из жирных кислот с тремя и более двойными связями, используется как показатель перекисного окисления липидов вместе с этаном, образующимся в результате отщепления концевого двухуглеродного фрагмента о -жирных кислот, и пентаном, образующимся при опцеплении концевого пятиуглеродного фрагмента о -жирных кислот.
повреждения. Для регулирования процесса перекисного окисления жиров и человек, и природа используют антиоксиданты. В пищевые продукты с этой целью добавляют пропилгаллат, бутилированный гидроксианизол и бутилированный гидрокситолуол. К природным антиоксидантам относятся жирорастворимый витамин Е (токоферол), а также водорастворимые ураты и витамин С. -Каротин является антиоксидантом только при низких значениях Антиоксиданты распадаются на два класса: 1) превентивные антиоксиданты, снижающие скорость инициации цепной реакции, и 2) гасящие (прерывающие цепь) антиоксиданты, препятствующие развитию цепной реакции. К первым относятся каталаза и другие пероксидазы, разрушающие ROOH, и агенты, образующие хелатные комплексы с металлами -ДТП А (диэтилентриаминпентаацетат) и ЭДТА (этилендиаминтетраацетат). В качестве прерывающих цепь антиоксидантов часто выступают фенолы или ароматические амины. В условиях in vivo главными прерывающими цепь антиоксидантами являются супероксиддисмутаза (см. с. 126), которая в водной фазе улавливает супероксидные свободные радикалы а также витамин Е, улавливающий свободные радикалы ROO в липидной фазе, и, возможно, мочевая кислота.
Перекисное окисление in vivo катализируется также гемовыми соединениями и липокснгеназамн, нахолящимися в составе тромбоцитов, лейкоцитов и т.д.
Рис. 15.29. а-Токоферол.
Витамин E (а-токоферол)
Существует несколько природных токоферолов. Все они являются 6-гидроксихроманами или токолами с изопреноидными заместителями (рис. 15.29). а-Токоферол наиболее широко распространен и имеет наибольшую биологическую активность как витамин.
Витамин Е выполняет по крайней мере две метаболические функции. Во-первых, он служит наиболее сильнодействующим природным жирорастворимым антиоксидантом и, во-вторых, выполняет специфическую, хотя и не до конца понятную, роль в метаболизме селена.
Витамин Е, по всей видимости, является первым эшелоном защиты клеточных и субклеточных мембранных фосфолипидов от перекисного окисления. Фосфолипиды митохондрий, эндоплазматического ретикулума и плазматических мембран обладают специфическим сродством к а-токоферолу, поэтому витамин, по-видимому, концентрируется в составе этих мембран. Токоферолы действуют как антиоксиданты, прерывающие цепи окисления благодаря их способности переносить фенольный водород на пероксидный радикал (рис. 15.30). Феноксирадикал является резонансно-стабилизированной и относительно нереакционноспособной структурой, за исключением его взаимодействия с другими пероксидными радикалами. Таким образом, а-токоферол почти не вовлекается в процесс цепной реакции окисления; при окислении хроманового кольца и боковой цепи а-токоферола образуется продукт, не являющийся свободным радикалом (рис. 15.31). Этот продукт образует конъюгат с глюкуроновой кислотой и экскретируется с желчью. Антиоксидантное действие а-токоферола сохраняется при высоких концентрациях кислорода, поэтому неудивительно, что
Рис. 15.30. Гасящее цепную реакцию антиоксидантное действие токоферолов по отношению к перекисным радикалам
Рис. 15.31. Продукт окисления а-токоферола. Нумерация атомов позволяет сопоставить их положение в продукте и исходном соединении.
витамин накапливается в богатых липидами областях, контактирующих со средой, где поддерживается высокое парциальное давление кислорода, - в мембранах эритроцитов и клеток дыхательных путей.
Однако даже и в присутствии адекватного количества витамина Е происходит образование некоторого количества перекисей. Вторым эшелоном защиты мембран от разрушающего действия перекисей (см. с. 204) служит глутатионпероксидаза, в состав которой входит селен. Таким образом, действие витамина Е и селена состоит, по-видимому, в предохранении клеточных и субклеточных компонентов от повреждения перекисями, обеспечивая целостность органелл и препятствуя тем самым развитию патологических состояний при действии физических, химических или других стрессорных факторов.
Среди первичных механизмов повреждения клеток при окислительном стрессе лидирует окисление жирнокислотных остатков в фосфолипидах мембран. Это снижает их гидрофобность и нарушает устойчивость мембран, изменяет работу мембраносвязанных ферментов, повышает проницаемость мембран для ионов.
Реакции взаимодействия свободных радикалов с жирными кислотами получили широкую известность в связи с их актуальностью в пищевой промышленности. Появление неприятного запаха и прогоркание продуктов – это является проявлением перекисного окисления липидов (ПОЛ).
Основным субстратом для свободно-радикальных реакций являются двойные связи полиненасыщенных жирных кислот. В клеточных мембранах полиненасыщенные жирные кислоты находятся в составе фосфолипидов и гликолипидов. Также большое количество фосфолипидов с полиненасыщенными жирными кислотами локализуется в оболочке липопротеинов высокой, низкой и очень низкой плотности, что имеет значение в патогенезе атеросклероза .
В результате свободнорадикального окисления жирных кислот образуются гидроперекиси и диеновые конъюгаты (первичные продукты), которые очень нестабильны. При участии металлов переменной валентности они быстро метаболизируют во вторичные (альдегиды и диальдегиды ) и третичные (шиффовы основания ) продукты перекисного окисления липидов.
Перекисное окисление липидов включает в себя несколько стадий:
- Инициация.
- Развитие.
- Разветвление.
- Обрыв цепи.
В момент инициации , например, гидроксил- радикалом атакуется метиленовая группа, расположенная между двойными связями, и выбивается атом водорода, восстанавливающий гидроксил-радикал до воды. Далее в жирной кислоте происходит перестановка двойной связи, смещение радикальной группы и взаимодействие ее с кислородом. В результате образуется липопероксильный радикал .
Дальнейшее взаимодействие полученного липопероксильного радикала с соседними жирными кислотами приводит к его нейтрализации и появлению новых липоперекисных радикалов, т.е. к развитию линейной цепной реакции с появлением новых окисленных жирных кислот.
Развитие реакций перекисного окисления липидов
Кроме линейного развития, может происходить ветвление реакции за счет получения гидро перекисью электронов от каких-либо металлов или при воздействии излучения.
Разветвление и обрыв реакций перекисного окисления липидов
Обрыв цепной реакции происходит при взаимодействии радикалов друг с другом или в реакции с различными антиоксидантами, например, витамином Е, который отдаёт электроны, превращаясь при этом в довольно стабильную окисленную форму.
Продукты перекисного окисления липидов
Первичными продуктами ПОЛ являются гидроперекиси жирных кислот , они подвергаются дальнейшему распаду с образованием вторичных продуктов ПОЛ – различных спиртов, кетонов, альдегидов и диальдегидов, эпоксидов и других соединений.
Наиболее реакционноспособным из вторичных продуктов ПОЛ является малоновый диальдегид (МДА), который способен образовывать ковалентные связи с NH 2 -группами белков и иных молекул с образованием шиффовых оснований.
Схема реакций образования малонового диальдегида
Роль малонового диальдегида
(МДА), образующийся при перекисном окислении липидов, способен реагировать с ε-NH 2 -группами лизина или N-концевыми аминокислотами белков, с NH 2 -группами фосфолипидов и гликозаминов . МДА формирует мостики внутри молекул и между ними с образованием шиффовых оснований.
![Результаты поиска по \](/uploads/d344ca71db6d2acd5e22dccfc358aefd.jpg "Результаты поиска по \")
