Процессы свободно-радикального окисления (СРО), протекающие в клетке, затрагивают все без исключения клеточные структуры и модифицируют работу многочисленных систем клеточного метаболизма. Наиболее активным процессом, идущим на поверхности клеточных мембран, является ПОЛ. Это сложный, зависящий от множества факторов процесс, который заключается во взаимодействии активных кислородных частиц с ацильными остатками липидов мембраны, липопротеидами различной плотности и свободными ненасыщенными жирными кислотами (ЖК), присутствующими в клетке в свободном состоянии (4, 14).
Биологическая значимость процессов ПОЛ проявляется в обновлении состава и поддержании свойств биомембран, регуляции их проницаемости, активности мембраносвязанных ферментов, участии в энергетических процессах клеточного деления, синтезе биологически активных веществ (БАВ). Через стадию перекисных производных ненасыщенных ЖК осуществляется синтез простагландинов и лейкотриенов, а тромбоксаны, оказывающие мощное влияние на адгезивно-агрегационные свойства форменных элементов крови и микроциркуляцию, сами являются гидроперекисями. Образование гидроперекиси холестерина - одно из звеньев некоторых стероидных гормонов, в частности прогестерона (22). ПОЛ приводит к уменьшению количества жидких гидрофобных липидов в бислойных участках, вследствие этого увеличивается вязкость мембран. Появление поперечных межмолекулярных сшивок и возрастание количества упорядоченных липидов ведет к ограничению подвижности в бислое, также происходит увеличение отрицательного заряда на поверхности мембран, обусловленное появлением вторичных продуктов ПОЛ, содержащих карбоксильные и карбонильные группы. Следствием этих изменений является нарушение барьерных свойств, проницаемости, гормон-рецепторных взаимодействий, трансдукция сигналов в клетку (рис. 3).
Реакции инициации ПОЛ осуществляются путем взаимодействия АФК с полиненасыщенными жирными кислотами (ПНЖК) гидрофобной части мембран. Это сложный многостадийный процесс, которому присуща разнообразная природа промежуточных продуктов.
Рисунок 3.
Токсическое действие продуктов ПОЛ на клетку.
ПОЛ обладает гидроксильный радикал. Радикалы •ОН, реагируя с ПНЖК (RH), инициируют цепную реакцию окисления липидов. На первой стадии происходит образование свободного радикала (СР) липида (R•):
. RH + •ОН → H2О + R• (инициирование цепи)
R• вступает в реакцию с растворенным в среде молекулярным кислородом, при этом образуется новый СР - радикал липоперекиси (ROO•):
. R• + О2 → RОО•
RОО• атакует одну из соседних молекул ФЛ с образованием гидроперекиси липида ROOH и нового радикала R•:
3. RОО• + RH → ROOH + R•
В биологических мембранах цепи могут состоять из десятка и более звеньев, это зависит от состава ФЛ мембран, от количества и прочности двойных связей в ПНЖК, входящих в их состав. Важнейшая особенность ПОЛ в биологических мембранах заключается в том, что по ходу реакции происходит разветвление цепей. Это происходит в присутствии ионов металлов переменной валентности (в частности ионов Fe2+) в результате разложения гидроперекисей:
. ROOH + Fe2+ → RO• + Fe3+ + H2О
ROOH + Fe3+ + •ОН → ROO• + Fe3+ + H2O
Восстановленные и окисленные формы железа вступают в реакции с гидроперекисями по механизму одноэлектронного переноса, обуславливая распад гидроперекисей сразу по двум направлениям с образованием или алкоксильных (RO•), или алкилперекисных (ROO•) радикалов липидов, также способных атаковать непредельные ацилы ФЛ мембран. В условиях клетки скорость разветвления цепей определяется концентрацией и локализацией ионов металлов с переменной валентностью. Экспериментально доказано, что ионы Fe2+ в зависимости от концентрации могут выступать как прооксиданты, так и ингибиторы ПОЛ. В отсутствие реакций обрыва цепи, однажды возникший свободно-радикальный центр потенциально способен окислить весь имеющийся субстрат. ПОЛ может быть инициировано атакой и других радикалов и синглетным кислородом, который образует гидроперекиси и эндоперекиси прямым внедрением О2' в ненасыщенный углеродный скелет ЖК (22).
Цепь обрывается в результате взаимодействия СР R• или ROO• друг с другом или АО.
Продукты, образующиеся в реакциях ПОЛ, условно можно разделить на несколько групп:
. Промежуточные продукты ПОЛ. Имеют радикальную природу и наиболее нестабильны. Алкоксильные и перекисные радикалы представляют собой чрезвычайно гетерогенный класс соединений. Биологический эффект ROO• и RО• реализуется как непосредственно через их повреждающее действие на белки, ферменты, нуклеиновые кислоты (НК), так и через продукты ПОЛ - органические перекиси, альдегиды, кетоны, эпоксиды, некоторые из которых высокотоксичны для клеток, являются очень активными и способны изменить стационарность процессов ПОЛ.
TimeBiology