8.6.1.2. Повреждения нуклеиновых кислот

АФК вызывают окислительную модификацию нуклеотидов и нуклеиновых кислот, особенно ДНК. Наиболее заметное действие оказывает НО , который модифицирует все четыре основания в молекуле ДНК, образуя множество производных форм. ¹О₂ избирательно атакует гуанин, а О и Н₂О₂ не реагируют с основаниями ДНК вообще. Под действием АФК нуклеотиды подвергаются перекисному окислению. Так, из тимина образуется 5-СН₂ООН-урацил:

Дальнейшее превращение образовавшихся перекисей приводит к гидропро­изводным типа ROH или R(OH)₂, главным из которых является 8-гидроксигуанин:

Эта окислительная модификация гуанина приводит к нарушениям фермен­тативного процесса метилирования цитозиновых оснований, которые сосед­ствуют с модифицированными гуанозиновыми основаниями. Модификации оснований, вызванные АФК, становятся причиной разрывов цепей ДНК и повреждений хромосом. АФК являются мощными мутагенными агентами, ин­гибиторами синтеза ДНК и деления клеток.

8.6.1.3. Повреждения белков

Белки, так же как липиды и нуклеиновые кислоты, повреждаются актив­ными формами кислорода. При действии АФК происходит окисление амино­кислот с образованием пероксильных радикалов:

Из пероксильных радикалов образуются гидропероксиды и алкоксильные радикалы. Последние обладают высокой реакционной способностью и сами могут индуцировать образование высокореактивных соединений радикальной природы. Гидропероксиды также генерируют новые радикалы, если имеются ионы металлов переменной валентности. Производными пероксидных групп (—С—О—ОН) являются группы —СОН (о- и м-тирозины), —С(ОН)₂, карбонилы и другие соединения. Образуются также димеры (дитирозины) и проис­ходит окислительное гликозилирование белков. АФК-индуцированные окис­лительные модификации аминокислот приводят к нарушению третичной струк­туры белков, к их денатурации и аггрегации с сопутствующей потерей функ­циональной активности.

8.6.2. Детоксикация продуктов окислительной модификации биомолекул

Наряду с ферментами, осуществляющими ликвидацию АФК (супероксиддисмутазой, аскорбатпероксидазой, глютатионредуктазой и др.) — (см. гл. 4), большое значение в устойчивости растений к окислительному стрессу имеют ферменты, включенные в детоксикацию продуктов взаимодействия АФК с биомолекулами, т. е. продуктов окислительной деградации липидов, белков и нуклеиновых кислот. К таким ферментам относятся глиоксалаза I (Гл I) и глиоксалаза II (Гл II), образующие глиоксалазную систему. Кофактором реак­ций, осуществляемых глиоксалазами, является восстановленный глютатион (Г-SH). Глиоксалазная система осуществляет превращение многих кетоальдегидов в органические кислоты по следующей схеме:

Важная роль в детоксикации продуктов окислительной модификации био­молекул принадлежит также глютатион-S-трансферазам (ГST). Эти ферменты осуществляют превращение самых разнообразных химических соединений, имеющих электрофильную природу, т.е. способных принимать электрон от нуклеофильного донора. Функцию нуклеофильного донора электронов в реак­циях, катализируемых TST, выполняет атом серы восстановленного глутатиона. В

ГST-реакции электрофильные продукты окислительной модификации биополимеров (R—X) взаимодействуют с восстановленным глутатионом, фор­мируя конъюгат:

Здесь X означает химическую группу, которая, восстанавливаясь в ходе ферментативной реакции, отделяется от молекулы токсичного вещества (как это показано на схеме) или остается в его составе. И в том и в другом случае продукты ферментативной реакции подвергаются дальнейшим превращениям с участием других ферментов, образуя в конце концов нетоксичное соедине­ние. Следует отметить важную роль FST в детоксикации не только продуктов окислительной модификации биомолекул, но и ксенобиотиков.