46

Г осударственное бюджетное образовательное учреждение Высшего профессионального образования «Ростовский государственный медицинский

университет Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации»

кафедра общей и клинической биохимии №2

Шепелев А.П., Шестопалов А.В., Ставиский И.М.

Перекисное окисление липидов в норме и патологии

Учебно-методическое пособие

Ростов-на-Дону

2013

У ДК: 616.24-008.9

ББК: 54.12

Утверждено на заседании Центральной методической комиссии

Государственного бюджетного образовательного учреждения Высшего профессионального образования «Ростовский государственный медицинский университет Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации»

Протокол №8от 2012 г.

Шепелев А.П., Шестопалов А.В., Ставиский И.М.Перекисное окисление липидов /учебно-методическое пособие / Шепелев А.П., Шестопалов А.В., Ставиский И.М.2007. – Ростов-на-Дону: Государственное бюджетное образовательное учреждение Высшего профессионального образования «Ростовский государственный медицинский

университет Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации– 2012. – 46 с.

Составлено на кафедре общей и клинической биохимии №2Государственного бюджетного образовательного учреждения Высшего профессионального образования «Ростовский государственный медицинский университет Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации»

д.м.н., профессором Шепелевым А.П., д.м.н. Шестопаловым А.В. – заведующим

кафедрой общей и клинической биохимии №2 и к.м.н., доцентом Стависким И.М.

Представлены особенности метаболических процессов образования, функциональных эффектов и роли свободных радикалов в норме и в развитии патологических процессов в организме человека.

Рецензенты:

Доктор биологических наук, профессор, директор НИИ биологии Южного Федерального университета Шкурат Т.П.

Кандидат медицинских наукнаук, ассистент кафедры гематологии и трансфузиологии с курсом клинической лабораторной диагностики ФПК и ППСГосударственного бюджетного образовательного учреждения Высшего профессионального образования «Ростовский государственный медицинский университет Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации» Волкова М.С.

© Государственное бюджетное образовательное учреждение Высшего профессионального образования «Ростовский государственный медицинский

университет Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации»

© А.П.Шепелев, А.В.Шестопалов, И.М.Ставиский.

Список сокращений

АО – система антиоксидантной защиты

АОС –антиоксидантная система.

АФК –активные формы кислорода

ЛТ - лейкотриен

5-ЛОГ – 5-липоксигеназа

МПО – миелопероксидаза

МДА – малоновый диальдегид

МРСА -

МТ – металлотионеины.

5-НРЕТЕ - 5-гидроксипероксиэйкозатетраеновая кислота

ONOO^- - пероксинитрил

ПГ - простагландин

ПОЛ – перекисное окисление липидов

Протеинкиназа G – фермент катализирует фосфорилирование киназы легких цепей

миозина

СОД – супероксиддисмутаза.

СРО – свободно радикальное окисление

СРОЛ – свободно-радикальное окисление липидов

ТХ - тромбоксан

ФЭА – фосфатидилэтаноламин

ЦОГ – циклоксигеназа

ЦП – церулоплазмин.

ЦПЭ – цепь переноса электронов

цГМФ – циклическая форма гуанозимонофосфата

ЭПО – пероксидаза эозинофилов.

GSNO - нитрозоглютатион

GSH–восстановленный глютатион

Введение

Перекисное окисление липидов (ПОЛ) относится к типичным свободнорадикальным реакциям.

Свободнорадикальное окисление (СРО) с одной стороны, участвует в регуляции жизненных процессов и обеспечивает защитные и компенсаторные реакции организма на действие повреждающих факторов различной этиологии, с другой стороны, СРО лежит в основе старения организма и является одним из главных механизмов гибели клеток.

СРО в организме противостоит мощная система антиоксидантов (АО). Благодаря сбалансированности систем СРО и АО, все свободнорадикальные реакции находятся под контролем АО и легко регулируются, что позволяет организму в зависимости от конкретных условий использовать СРО для обеспечения многих жизненно важных процессов. Однако нарушение баланса, обусловленное стимуляцией СРО и снижением активности АО, может привести к накоплению продуктов СРО и в силу их высокой реакционной способности вызвать изменение структуры нуклеопротеидов, белков, липидов и других важнейших соединений, что чревато развитием в организме патологических процессов. Нарушение баланса СРО и АО называется окислительным стрессом и лежит в основе развития многих заболеваний как инфекционной, так и неинфекционной природы. СРО протекает, как правило, с обязательным участием кислорода.

Активные формы кислорода образуются во многих клетках в результате последовательного одноэлектронного присоединения 4 электронов к 1 молекуле кислорода.

O ₂ O₂ [ O2 + ]+ ē 2

+H⁺+2H⁺ 3H+ 4H⁺

← ←

HO₂H₂O₂HO 2H₂O

Конечный продукт этих реакций - вода, но по ходу реакций образуются химически активные формы кислорода. Наиболее активен гидроксильный радикал, взаимодействующий с большинством органических молекул. Он отнимает от них электрон и инициирует, таким образом, цепные реакции окисления.

Различают неферментативное и ферментативное образованиеАФК.

При неферментативном механизме образования АФК в основе процесса лежат следующие реакции:

1 .O₂ O₂ 2. O₂ + H⁺HO₂

3. HO₂ HO₂⁻ 4.HO₂⁻ + H⁺H₂O₂

5. H₂O₂ HO + HO⁻ 6.H₂O₂ + O₂ HO + HO⁻ + O₂

К активным формам кислорода (АФК) относят следующие кислородсодержащие радикалы : ОН^• - гидроксильный радикал; О₂^•- супероксидный анион-радикал, NO^•- оксинитрил,а также Н₂О₂ - пероксид водородаи НОСl -гипохлорная кислота. Строго говоря, последние два соединения к свободным радикалам не относятся, однако из перекиси водорода в присутствии атомов восстановленного железа F²⁺ и (или) О₂^•очень быстро образуется одна из наиболее активных форм кислорода – гидроксильный радикал:

Н₂О₂ + Fe²⁺→HO^• + ОН^- + Fe³⁺ –реакция Фентона

Н₂О₂ + О₂^{• Fe++} HO^• + ОН^-+ О₂ -реакция Хабера-Вейса

HOCl + О₂^• → HO^• +Cl^• + О₂

Одним из основных источников образования АФК является митохондриальная цепь переноса электронов (ЦПЭ).

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

Рис. 1. Реакции образования АФК в дыхательной цепи.

Кофермент Q в ЦПЭ митохондрий принимает от доноров последовательно по одному электрону, превращаясь в форму семихинона - KoQH^•. При изменении условий функционирования дыхательной цепи (например, при гипоксии) в ней также возможно одноэлектронное восстановлениекислорода, объясняющееся тем, что его сродство к убихинону выше, чем к цитохромоксидазе. Эти процессы приводят к образованию супероксидного анион-радикала кислорода.

Супероксид-анион радикал является высокореакционным соединением, которое вследствие высокой гидрофильности и наличия заряда не может покидать клетку и накапливается в цитоплазме. Его превращения приводят к образованию ряда активных окислителей.Этот радикал может образовываться и под влиянием ультрафиолетовых лучей, а также путем взаимодействия кислорода с ионамиметаллов переменной валентности (чаще всего с железом) или в ходе спонтанного окисления некоторых соединений, например дофамина. Наконец, он может продуцироваться в клетках и такими ферментами, как ксантиноксидаза или НАДФН-оксидаза.

Он способен активировать NO-синтазу, которая образует в тканяхNO-радикал, обладающий свойствами вторичного посредника (активирует растворимую гуанилатциклазу, продукт которой – цГМФ – проявляет вазодилататорные свойства). С другой стороны, супероксид-анион способен снижать содержание NO-радикала, превращая его в пероксинитрит - ONOOH.

Этот радикал может непосредственно взаимодействовать с кислородом, образуя супероксидный анион , который, в свою очередь, может превращаться в другие активные формы кислорода:

Пероксид водорода химически не очень активен, но способствует образованию наиболее токсичной формы кислорода - гидроксильного радикала (ОН^•) по следующей реакции:

Fe²⁺ + Н₂О₂ → Fe³⁺ + ОН^- + ОН^•.

Наличие в клетках Fe²⁺ или ионов других переходных металлов увеличивает скорость образования гидроксильных радикалов и других активных форм кислорода. Например, в эритроцитах окисление иона железа гемоглобина способствует образованию супероксидного аниона.