Кислород - необходимое условие существования аэробных клеток. Реакция восстановления О2 до Н2О составляет основу биоэнергетики человека и животных. Наличие двух неспаренных электронов существенно ограничивает реакционную способность молекулярного кислорода, который обычно не вступает в прямые неферментативные химические реакции с органическими соединениями, входящими в состав живых клеток и тканей. Реакции утилизации О2 в живой клетке чаще протекают с участием оксидаз или оксигеназ, металлопротеинов, в активном центре которых находится один или несколько атомов (ионов) металла переменной валентности (Fe, Cu, Zn, Mn, Co), например, цитохромоксидазы или цитохрома P-450. В ходе этих реакций промежуточные продукты восстановления О2 не выделяются в окружающую среду, а подвергаются превращениям до конечных соединений в реакционном центре этих ферментов. Вместе с тем в биологических системах могут образовываться и промежуточные продукты восстановления молекулы кислорода: перекись водорода, супероксидные и гидроксильные радикалы. Образование радикалов из устойчивых молекул обусловлено появлением на свободной валентной орбитали нового электрона или наоборот - удалением одного электрона из электронной пары (47). Эти соединения обладают высокой реакционной способностью и получили название "активных форм кислорода" (АФК). АФК представляют группу различных соединений радикальной и нерадикальной природы, которые различаются по продолжительности их существования и активности. Все радикалы, образующиеся в организме, можно разделить на 3 категории.
Первичные радикалы образуются из молекул за счет реакций одноэлектронного окисления с участием металлов переменной валентности. Это компоненты дыхательной цепи, такие как радикалы убихинона (коэнзима Q), супероксидный анион-радикал и окись азота.
К вторичным относят радикалы, образующиеся из перекиси водорода, липоперекисей и гипохлорита в присутствии ионов двухвалентного железа, потому что сами эти радикалпродуцирующие молекулы образуются, как правило, из первичных радикалов. Это, прежде всего, гидроксильный радикал и (с некоторыми оговорками) липидные радикалы, участвующие в реакциях цепного окисления ненасыщенных жирнокислотных цепей липидов биологических мембран и липопротеинов плазмы крови.
В качестве третичных можно рассматривать радикалы, которые образуются при действий вторичных радикалов на молекулы антиоксидантов (АО) и других легкоокисляющихся соединений.
Необходимо отметить принципиальную разницу в биологическом действии первичных и вторичных радикалов. Первичные радикалы специально вырабатываются организмом и выполняют жизненно важные функции: переноса электронов в дыхательной цепи (убихинон); защиты от микроорганизмов (супероксидный анион-радикал); регуляции кровяного давления (окись азота), тогда как вторичные радикалы оказывают цитотоксическое действие и, как правило, наносят организму большой вред (15).
Согласно современным представлениям, АФК могут выполнять функции вторичных посредников в процессах жизнедеятельности клеток. АФК участвуют в сигнальной трансдукции, влияя на метаболизм кальция, гидролиз фосфолипидов (ФЛ), фосфорилирование, модуляцию некоторых факторов транскрипции (23).
Супероксидный анион-радикал (О2-).
Одноэлектронное восстановление кислорода, которое происходит в результате взаимодействия О2 и d-металлов (Fe3+, Fe2+, Cu2+, V2+, Mn2+, Co2+) приводит к образованию О2- или его протонированной формы - гидропероксидного радикала (HO2•). О2- более реакционноспособное соединение, чем О2. О2- является слабым окислителем и может выступать в качестве донора электронов, восстанавливая ряд соединений. Так как анион О2- имеет заряд, он плохо мигрирует через мембраны, в противоположность О2-, его протонированная форма HO2• не несёт заряда и поэтому сравнительно легко проникает через биологические мембраны. Время жизни О2- 10-6 с; радиус диффузии 0,3 мкм (48).
TimeBiology