Анаэробное окисление

В некоторых случаях отнятие атомов водорода от окисляемых веществ происходит в цитоплазме и здесь же отщепленный водород присоединяется не к кислороду (как в случае тканевого дыхания), а к какому-то другому веществу. Наиболее часто таким акцептором водорода является пировиноградная кислота, возникающая при распаде углеводов и аминокислот. В результате присоединения ато­мов водорода пировиноградная кислота превращается в молочную кислоту (лактат). Таким образом, при данном типе окисления вме­сто конечного продукта - воды - образуется другой конечный про­дукт - молочная кислота, причем это происходит без потребления кислорода, т. е. анаэробно. За счет выделяющейся при этом энергии в цитоплазме осуществляется синтез АТФ, который получил назва­ние анаэробное, иди субстратное фосфорилирование, или же ан­аэробный синтез АТФ. Биологическое назначение данного типа окисления - получение АТФ без участия тканевого дыхания и кис­лорода.

Окисление

В некоторых случаях при окислении кислород включается в моле­кулы окисляемых веществ. Такое окисление протекает на мембранах цитоплазматической сети и носит название микросомальное окисле­ние. За счет включения кислорода в молекуле окисляемого субстрата возникает гидроксильная группа (-ОН), в связи с чем этот вид окисле­ния часто называют гидроксилированием. В гидроксилировании при­нимает участие витамин С (аскорбиновая кислота).

Микросомальное окисление не сопровождается синтезом АТФ, его биологическая роль заключается в следующем.

Во-первых, за счет микросомального окисления осуществляется включение атомов кисло­рода в синтезируемые вещества (например, при синтезе белка коллаге­на, гормонов надпочечников).

Во-вторых, микросомальное окисление участвует в обезвреживании различных токсичных соединений, посту­пающих в организм извне или образующихся в процессе метаболизма. Включение кислорода в молекулу яда уменьшает его токсичность и де­лает его более водорастворимым, что облегчает его выведение из орга­низма почками.

Свободнорадикальное окисление

0—0

С-С-С-С-С-С-С

Участок молекулы жирной кислоты, подвергшейся СРО

В последние десятилетия установлено, что незначительная часть ки­слорода, поступающего из воздуха в организм, превращается в актив­ные формы (О₂, НО₂~, НО', Н₂О₂ и др.), называемые свободными ра­дикалами, или оксидантами. Свободные радикалы кислорода, обладая высокой химической активностью, вызывают реакции окисления, за­трагивающие белки, липиды и нуклеиновые кислоты. Такое окисление называют свободнорадикальным (СРО). Чаще всего свободноради-кальному окислению подвергаются непредельные жирные кислоты, входящие в состав липоидов, образующих липидный слой биомембран. В процессе свободнорадикального окисления в жирных кислотах по месту двойной связи возникает группировка из двух атомов кислорода (перекись жирной кислоты), аналогичная перекиси водорода:

Н Н 

I I

О —О

Перекись водорода

Далее в этом месте происходит расщепление жирной кислоты.

В связи с возникновением перекисной группировки свободноради-кальное окисление жирных кислот, входящих в состав липоидов, часто обозначают термином перекисное окисление липидов (ПОЛ).

Образование свободных радикалов кислорода в тканях организма; происходит постоянно. За счет этого процесса прежде всего осуществляется обновление липидного слоя биологических мембран.

Считается, что свободные радикалы кислорода выполняют также защитную функцию, окисляя различные чужеродные вещества, посту­пающие в организм извне, в том числе мембранные белки и липоиды патогенных микроорганизмов.

В липидсодержащих системах, таких как биологические мембраны и липопротеины крови, ионы двухвалентного железа образуют радикалы при взаимодействии с гидроперекисями ненасыщенных жирных кислот. Эти радикалы дают начало новым цепям окисления, в присутствие ионов Fe²⁺ реакция цепного окисления становится разветвленной, а ее скорость многократно возрастает.

O₂ RH R^. Fe²⁺ Fe³⁺ RH R^.

HO^.,RO^.,ROO^.

R H R^. ROO^. ROOH RO^. ROH

Вит.Е^. вит.Е вит.Е вит.Е^. (PH)GPO

2GSH GSSG

HA AH₂

AH₂ HA AH₂ +A A AH₂

Развитие цепи процессов ПОЛ (Янковский О.Ю., 2000 г).

В физиологических условиях свободнорадикальное окисление про­текает с низкой скоростью, так как ему противостоит защитная анти-оксидантная система организма, предупреждающая накопление сво­бодных радикалов кислорода и ограничивающая тем самым скорость СРО. Главным компонентом антиоксидантной системы является вита­мин Е (токоферол).

Активные формы кислорода могут возникать в процессе тканевого дыхания. Для нормального течения тканевого дыхания необходимо од­новременное присоединение к молекуле кислорода четырех электро­нов. В этом случае образуются две молекулы воды. Однако же иногда (например, при избытке кислорода) к молекуле кислорода присоеди­няются два или даже один электрон. В этих случаях вместо воды воз­никают соответственно перекись водорода (Н₂О₂) и супероксид-анион кислорода (О₂~)> которые очень токсичны для клеток, так как являются сильными окислителями и повреждают биомембраны.

Для защиты от этих опасных соединений в состав антиоксидантной системы входят специальные ферменты. Под действием фермента супероксиддисмутазы супероксиданион превращается в перекись водо­рода.

Далее перекись водорода разрушается ферментом каталазой.