Оглавление
Введение 2
Типы реакций с участием кислорода, перекисное окисление липидов (ПОЛ), антиоксидантные системы организма 3
Физиологические механизмы поддержания прооксидантно-антиоксидантного равновесия организма 8
Участие сродства гемоглобина к кислороду в поддержании прооксидантно-антиоксидантного состояния организма 9
Вывод 11
Источники: 12
2. Зинчук В.В., Борисюк М.В. Роль кислородсвязывающих свойств крови в поддержании прооксидантно-антиоксидантного равновесия организма // Успехи физиологических наук.-1999 12
Введение
Аэробные
организмы не могут существовать без
кислорода, хотя он по своей химической
природе опасен для их существования.
Сопряженность восстановления кислорода
в ферментативной электрон-транспортной
редокс-цепи с образованием воды и
макроэргов можно рассматривать как
величайшее достижение эволюции. Однако
преимущества, связанные с использованием
кислорода, сопряжены с некоторым риском
для функциональной целостности
внутриклеточного метаболического
аппарата. Использование организмом
кислорода имеет ряд негативных для него
последствий, обусловленных образованием
различных свободнорадикальных соединений
типа
,
,
и т.д., ибо чрезмерная активация
свободнорадикальных реакций является
одним из главных факторов повреждения
мембран и ферментов клетки. Для защиты
от них в процессе эволюции сформировались
реакции и системы антиоксидантного
действия. Кислород, несмотря на всю его
важность в эволюции, остается элементом
“чужеродным” для жизни. Сейчас известно,
что протекание многих биологических
процессов и функций организма немыслимо
без участия свободнорадикальных реакций
или образуемых ими продуктов. По данным
прошедших исследований было доказано,
что чрезмерная активация свободнорадикальных
реакций и ПОЛ являются одним из ведущих
механизмов повреждения мембран и
ферментов, что впоследствии приводит
к расстройству жизнедеятельности
клеток. При многих патологических
состояниях и экстремальных условиях
существования наблюдается избыточное
образование в организме свободных
радикалов. В физиологических условиях
существует некое динамическое равновесие
между интенсивностью образования
свободных радикалов и их нейтрализацией,
а также различные по организации
механизмы его поддержания. В связи с
чем стал все чаще использоваться термин
– прооксидантно-антиоксидантное
равновесие организма.
Типы реакций с участием кислорода, перекисное окисление липидов (пол), антиоксидантные системы организма
Все реакции с участием кислорода, протекающие в живом организме, называются биологическим окислением. Почти во всех клетках около 90 % потребляемого кислорода восстанавливается в цепи тканевого дыхания с участием цитохромоксидазы (окисление, сопряженное с фосфорилированием АТФ, выполняет энергетическую функцию). Однако в некоторых тканях содержатся ферменты, катализирующие окислительно-восстановительные реакции, в которых атомы кислорода включаются непосредственно в молекулу субстрата. Хотя в таких специализированных реакциях потребляется лишь небольшая часть кислорода, поглощаемого клетками, эти реакции очень важны для организма.
Выделяют четыре типа реакций с участием кислорода:
• Оксидазный тип окисления
Этот путь окисления осуществляется в процессе функционирования ЦТД. Терминальный фермент ЦТД, переносящий электроны непосредственно на кислород – цитохромоксидаза. Это основной путь потребления кислорода в организме. Он выполняет энергетическую функцию.
• Пероксидазный тип окисления
Окисление субстрата путем дегидрирования. Два атома водорода переносятся на молекулу кислорода с образованием перекиси.
Биологическая роль оксидазного типа окисления:
1) защитная функция – в лейкоцитах и других фагоцитирующих клетках;
2) катаболизм биогенных аминов (фермент – моноаминооксидаза);
3) метаболизм аминокислот (ферменты – оксидазы D- и L-аминокислот);
4) катаболизм пуринов (фермент – ксантиноксидаза);
катаболизм глюкозы в растительных клетках (фермент – глюкозооксидаза)
• Диоксигеназный тип окисления
В процессе диоксигеназного окисления в молекулу субстрата включаются оба атома кислорода.
• Монооксигеназный тип окисления
Монооксигеназы (гидроксилазы) катализируют включение в субстрат одного атома молекулы кислорода. Другой атом кислорода восстанавливается до воды. Для работы монооксигеназной системы необходим кроме неполярного субстрата (SH) донор атомов водорода – косубстрат (НАДФН + Н+, ФАДН2, аскорбиновая кислота).
Монооксигеназные реакции необходимы для:
1) специфических превращений аминокислот, например, для синтеза тирозина из фенилаланина (фермент – фенилаланингидроксилаза);
2) синтеза холестерола, желчных кислот в печени; стероидных гормонов в коре надпочечников, яичниках, плаценте, семенниках; витамина D3 в почках;
3) обезвреживания чужеродных веществ (ксенобиотиков) в печени.
Активные формы кислорода (свободные радикалы)
В организме в результате окислительно-восстановительных реакций постоянно происходит генерация активных форм кислорода (АФК) при одноэлектронном восстановлении кислорода (молекула имеет неспаренный электрон на молекулярной или внешней атомной орбите).
Источники АФК:
1) цепь тканевого дыхания (утечка электронов с восстановленного убихинона KoQH2 на кислород);
2) реакции, катализируемые оксидазами, гемопротеинами, цитохромом Р450;
3) реакции окисления в лейкоцитах, макрофагах и пероксисомах;
4) радиолиз воды;
5) под воздействием ксенобиотиков, пестицидов;
6) реакции самопроизвольного (неферментативного) окисления ряда веществ.
Супероксид-анион – является одним из наиболее широко распространенных в организме свободных радикалов.
Он образуется в клетках болезнетворных бактерий и является повреждающим фактором для мембран клеток паренхиматозных органов человеческого организма. Для лейкоцитов и макрофагов супероксид-анион является фактором бактерицидности, с помощью которого клетки инактивируют патогенные микроорганизмы.
Перекисное окисление липидов (ПОЛ)
Реакции ПОЛ являются свободнорадикальными и постоянно протекают в организме, также как и реакции образования АФК. В норме они поддерживаются на определенном уровне и выполняют ряд функций:
• индуцируют апоптоз (запрограммированную гибель клеток);
• регулируют структуру клеточных мембран и тем самым обеспечивают функционирование ионных каналов, рецепторов, ферментных систем;
• обеспечивают освобождение из мембраны арахидоновой кислоты, из которой синтезируются биорегуляторы (простагландины, тромбоксаны, лейкотриены);
• ПОЛ может выступать в качестве вторичного мессенджера, участвуя в трансформации сигналов из внешней и внутренней среды организма, обеспечивая их внутриклеточную передачу;
• АФК участвуют в клеточном иммунитете и фагоцитозе.
Негативные последствия активации ПОЛ:
• Повреждение липидного бислоя мембран, в результате чего в клетки проникает вода, ионы натрия, кальция, что приводит к набуханию клеток, органелл и их разрушению.
• Преждевременное старение клеток и организма в целом.
• Взаимодействие высокореактивных продуктов ПОЛ с аминогруппами белков с образованием Шиффовых оснований.
• Изменение текучести (вязкости) мембран, в результате чего нарушается транспортная функция мембран (функционирование ионных каналов).
• Нарушение активности мембраносвязанных ферментов, рецепторов.
Активация ПОЛ характерна для многих заболеваний и патологических состояний:
• атеросклероз и другие сердечнососудистого заболевания;
• поражения ЦНС (болезнь Паркинсона, Альцгеймера);
• воспалительные процессы любого генеза;
• дистрофия мышц (болезнь Дюшенна);
• онкологические заболевания;
• радиационные поражения;
• бронхолегочные патологии.
Антиоксидантные системы организма
В организме токсическое действие активных форм кислорода предотвращается за счет функционирования систем антиоксидантной защиты. В норме сохраняется равновесие между окислительными (прооксидантными) и антиоксидантными системами. Антиоксидантная система защиты представлена ферментными и неферментативными компонентами.
Растительная диета, обогащенная витаминами Е, С, каротиноидами, уменьшает риск развития атеросклероза и заболеваний сердечно-сосудистой системы, обладает антиканцерогенным действием. Действие этих витаминов связано с ингибированием ПОЛ и кислородных радикалов и, следовательно, с поддержанием нормальной структуры компонентов клеток.