ЦПЭ как источник активных форм кислорода

Утечка электронов из ЦПЭ и непосредственное их взаимодействие с кислородом - основной путь образования активных форм кислорода в большинстве клеток.

Кофермент Q в ЦПЭ принимает от доноров последовательно по одному электрону, превращаясь в форму семихинона - KoQH'.

Этот радикал может непосредственно взаимодействовать с кислородом, образуя суперок-сидный анион О₂^-, который, в свою очередь, может превращаться в другие активные формы кислорода:

АФК - группа стабильных промежуточных продуктов восстановления кислорода, обладающая высокой химической активностью. Эти продукты образуются в клетке как ферментативным (в основном), так и неферментативным путем при неполном (одно-, двух- и трехэлектронном) восстанов-лении кислорода. Доля активных форм кислорода в организме невелика, не более 2-5% потребляемого в сутки кислорода переходит в активные формы.

К активным формам кислорода относят: 'О2 – синглетный кислород, у него, в отличие от молекулярного (представляющего собой бирадикал с двумя неспаренными электронами с параллельными спинами, которые располагаются на разных орбиталях), все электроны спарены. Молекула активна, но неустойчива. О2● – супероксидный анион-радикал (супероксидный кислород), про-дукт одноэлектронного восстановления кислорода; НО● – гидропероксидный радикал; Н2О2 – пероксид водорода; НО● – гидроксидный радикал. Окислительная способность АФК: О2 < 'О2 < О2● < НО2● < Н2О2 < НО● АФК возникают в организме при взаимодействии кислорода с металлопротеинами, содержащими катионы металлов в низших степенях окисления (гемоглобин, цитохромы), получая от них электроны; при радиолизе воды, при переносе электронов по дыхательной цепи (на стадии убихинона).

134. Повреждение мембран в результате перекисного окисления липидов. Механизмы защиты от токсического действия кислорода: неферментативные (витамины Е, С, глутатион и др.) и ферментативные (супероксиддисмутаза, каталаза, глутатионпероксидаза).

Это меняет проницаемость биологических мембран, способствует их обновлению. При усилении процессов ПОЛ нарушается структура и функция белков, нуклеиновых кислот, клетка гибнет. Являясь активными окислителями, АФК представляют серьезную опасность для клетки. От-щепляя электроны от многих соединений, они превращают их в свободные 70

радикалы и инициируют цепные окислительные реакции. С токсическим дей-ствием АФК, прямым или опосредованным через ПОЛ, связано возникнове-ние многих заболеваний и патологических синдромов (атеросклероз, некроз тканей, хронические воспаления, дегенеративные процессы в сетчатке и хру-сталике глаза, в нервной системе). В противовес активным формам кислорода (они образуют оксидантную систему) в организме работает антиоксидантная система (АОС).

ЗАЩИТА!!!

К ферментам, защищающим клетки от действия активных форм кислорода, относят супероксиддисмутазу, каталазу и глутатионпе-роксидазу. Наиболее активны эти ферменты в печени, надпочечниках и почках, где содержание митохондрий, цитохрома Р₄₅₀ и пероксисом особенно велико. Супероксиддисмутаза (СОД) превращает супероксидные анионы в пероксид водорода:

2 О₂^- + 2 Н⁺ → Н₂О₂ + О₂.

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: 2 Н₂О₂ → 2 Н₂О + О₂.

Каталаза находится в основном в перокси-сомах, где образуется наибольшее количество пероксида водорода, а также в лейкоцитах, где она защищает клетки от последствий «респираторного взрыва» (см. раздел 6).

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 (γ-глутамил-цистеинилглицин). Сульфгидрильная группа глутатиона (GSH) служит донором электронов и, окисляясь, образует дисульфидную форму глутатиона, в которой 2 молекулы глутатиона связаны через дисульфидную группу. Н₂О₂ + 2 GSH → 2 H₂O + G-S-S-G.

Окисленный глутатион восстанавливается глутатионредуктазой:

GS-SG + NADPH + H⁺ → 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.