Токсичные формы кислорода, их образование и воздействие на клетки. Ферменты системы антиоксидантной защиты

Супероксидный анион может действовать в организме как окислитель (акцептор электрона) и как восстановитель (донор электрона).

Действуя как окислитель, получая еще один электрон, в водной среде он превращается в пероксид водорода:

O2- + е- + Н+ HО-ОH

Перекись водорода в свою очередь может восстанавливаться супероксидным анионом с образованием свободного гидроксильного радикала (ОН*):

O2- + HO-OH ОН* + ОН- + О2

Гидроксильный радикал при взаимодействии с супероксидным анионом образует синглетный кислород (" О2), в молекуле которого оба электрона внешней орбиты имеют разнонаправленный спин:

O2- + ОН* " О2 + ОН-

Активные формы кислорода в организме образуются в реакциях самопроизвольного (не ферментативного) окисления ряда веществ, в том числе и лекарств,

а также в реакциях, катализируемых различными оксидазами.

Супероксид (О2-), гидроксильный радикал (ОН*), перекись водорода и синглетный кислород (" О2)

имеют высокую химическую активность и реагируют со многими веществами организма, в том числе с нуклеиновыми кислотами, белками и липидами.

Наибольшее повреждающее действие активные формы кислорода оказывают на липиды, запуская цепную реакцию образования пероксидов ненасыщенных жирных кислот.

Пероксиды не стабильны и распадаются с образованием альдегидов.

Пероксидное окисление липидов уменьшает гидрофобность липидов,

изменяет их конформацию,

приводит к образованию ковалентных сшивок между молекулами липидов или липидов и белков.

Вследствие этого при окислении мембранных липидов резко повреждаются структуры и функции мембран.

А это в свою очередь приводит к гемолизу эритроцитов.

Во всех клетках, в том числе и в эритроцитах, имеются механизмы защиты от токсического действия кислорода.

Так супероксидный анион может под воздействием суперокисддисмутазы превращаться в перекись водорода:

O2- + O2- + 2Н+ Н2О2 + О2

супероксиддисмутаза

Перекись водорода разрушается каталазой с образованием воды и кислорода:

2(Н2О2)

Особо важное значение для сохранения целостности мембран эритроцитов занимают глутатион и ферменты глутатионового цикла: глутатионпероксидаза и глутатионредуктаза.

Фермент глутатионпероксидаза (селен содержащий фермент) восстанавливает перекись водорода за счет восстановленной формы глутатиона (Г-SH), при дегидрировании которого образуется окисленная форма глутатиона (Г-S-S-Г):

Г-S-S-Г



+ 2 (Г-SH)

Н2О2 2 (Н2О)

глутатионперексидаза

Этот фермент восстанавливает также органические пероксиды (гидроперекиси липидов):

Г-S-S-Г

R  R

| + 2 (Г-SH) |

СН-О-ОН СН-ОН

| глутатионперексидаза |

СН2 СН2

| |

Окисленный глутатион восстанавливается под воздействием фермента глутатионредуктазы с использованием НАДФН2, образующимся в пентозном цикле под воздействием фермента глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы:

НАДФ



НАДФН2

Г-S-S-Г 2 (Г-SH)

глутатионредуктаза

Таким образом, антиоксидантное действие глутатиона связано с ферментами глутатионового цикла: глутатионпероксидазы и глутатионредуктазы, сопряженных с функцией глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы.

Антиоксидантное действие оказывает альфа-токоферол (витамин Е), который может служить донором электронов и может прерывать реакции пероксидного окисления жирных кислот.

Обнаружено, что при нарушении функции глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы (наследственное или приобретенное), в эритроцитах снижается уровень восстановленного глутатиона и такие эритроциты быстро гемолизируются.

Гемолитическая готовность эритроцитов связана с уменьшением не только восстановленного глутатиона,

но сульфгидрильных групп белков клеточной мембраны глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа - дефицитных эритроцитов.

Это приводит к снижению активности SН-содержащего фермента - Nа+, К+ АТФ-азы и как следствие, происходит повышение проницаемости мембраны эритроцитов для ионов Na, K и кислорода.

Все это приводит к набуханию эритроцитов и ускоряет гемолиз.