4.4.2. Антиоксидантные системы защищают клетку от афк. Роль аскорбата и глутатиона в нейтрализации перекиси водорода.

Если растения и животные образуют АФК в процессе нормальной жизнедеятельности и при этом остаются живыми, значит они умеют контролировать их содержание, избегая накопления опасных молекул. В хлоропластах нейтрализация О₂* связана с эффективной защитой каротиноидных пигментов (см. «фотосинтез»). В митохондриях действие альтернативной оксидазы и механизма разобщения с помощью UCP-белков снижает вероятность генерации в дыхательной цепи супероксидрадикала ( 4. 3.3.8. и 3.3.11. ). Вторая линия защиты состоит в том, что в клетках аэробных организмов эффективно действуют соединения и ферменты антиоксиданты, работающие на ликвидацию АФК и репарацию возможных повреждений. Важнейшими антиоксидантами являются аскорбиновая кислота (витамин С), глутатион, а также -токоферол ( витамин Е) (рис.4.26.). Последний локализован в мембранах и способен неферментативно взаимодействовать с АФК, предотвращая процесс перекисного окисления липидов (рис.4.27.). Ткани растений в больших количествах содержат аскорбиновую кислоту, которая присутствует во всех клеточных компартментах, включая апопласт. Окисление аскорбата сопровождается образованием моно- или дегидроаскорбата. Глутатион – это небольшой пептид, имеющий активную SH-группу. При окислении две молекулы глутатиона образуют дисульфидную связь: 2ГSН = ГSSГ + 2Н^.. Аскорбиновая кислота и глутатион активно участвуют в защитных ферментативных реакциях.

Содержание О₂^.- и Н₂О₂ в клетке контролируется ферментами - антиоксидантами: супероксиддисмутазой, каталазой, аскорбатпероксидазой, глутатионпероксидазой, а также ферментами аскорбат-глутатионового цикла. Каталаза– это гемсодержащий фермент, локализованный в пероксисомах и, по некоторым данным, в митохондриях, эффективно разлагает перекись в реакции:

2 Н₂О₂  Н₂О + О₂

Пероксидаза - это также гемсодержащий гликопротеид, который в разных изоформах. присутствует практически во всех клеточных компартментах, включая и клеточную стенку. Аскорбатпероксидаза и глутатионпероксидаза используют аскорбат и восстановленный глутатион для удаления перекиси в реакции:

АН₂ + Н₂О₂  А + 2Н₂О ,

где АН₂ – аскорбат или восстановленный глутатион;

Для постоянного удаления перекиси необходимо, что бы уровень восстановленных аскорбиновой кислоты и глутатиона был достаточно высоким. Для этого совместно действуют нескольких ферментов в так называемом аскорбат-глутатионовом цикле, целью которого является ликвидация перекиси. Цикл включает взаимосвязанные окислительно-восстановительные реакции с участием аскорбата, глутатиона и НАДФН. (рис.4.28.) Поддержание пула восстановленных аскорбата и глутатиона, зависит от содержания НАДФН. Последний активно образуется при фотосинтезе в хлоропластах, при работе оПФЦ в цитозоле, а также в митохондриях с участием НАДФН-зависимой изоцитратдегидрогеназы

Аскорбат-глутатионовый цикл активно действует в хлоропластах и цитозоле. Вопрос о наличии цикла в растительных митохондриях, где высока активность глутатионпероксидазы, является дискуссионным.

Таким образом, образование АФК в клетке и их ликвидация системами защиты находятся в состоянии динамического равновесия. Если произойдет серьезная разбалансировка этих процессов, то уровень АФК будет расти, что может привести к окислительному стрессу и повреждению клеточного содержимого. Именно так и происходит в неблагоприятных условиях, при действии на организм стрессов разной природы. Известно, что многие болезни человека сопровождаются увеличением в клетках активных форм кислорода. У растений накопление АФК фиксируется при старении тканей, а также при стрессах, вызванных светом высокой интенсивности, низкой температурой, засухой, внедрением патогена и.т.д. В этих условиях устойчивость растений во многом зависит от содержания аскорбата и активности ферментов аскорбат-глутатионового цикла.