2) Развитие цепи:
L • + О2 → LOO • LOO• + 1LH → LOOН + 1L•
Развитие цепи происходит при присоединении О2, в результате чего образуется липопероксирадикал LOO• или пероксид липида LOOH.
ПОЛ представляет собой свободнорадикальные цепные реакции, т.е. каждый образовавшийся радикал инициирует образование нескольких других.
3) Обрыв цепи - взаимодействие радикалов между собой:
LOO• + L• → LOOH + LH L• + vitE → LH + vitE• vitE• + L• → LH + vit Еокисл.
Развитие цепи может останавливаться при взаимодействии свободных радикалов между собой или при взаимодействии с различными антиоксидантами, например, витамином Е, который отдаёт электроны, превращаясь при этом в стабильную окисленную форму.
4) Разрушение структуры окисленных липидов
Конечными продуктами перекисного окисления ненасыщенных жирных кислот являются гидроперекиси жирных кислот, которые подвергаются дальнейшей деструкции с образованием различных спиртов, кетонов, альдегидов и диальдегидов, эпоксидов и др. соединений. Наибольший интерес представляет малоновый диальдегид.
Малоновый диальдегид способен образовывать ковалентные связи с со свободными аминогруппами различных молекулярных соединений по типу шиффовых оснований с образованием стабильных продуктов. Кроме этого, до настоящего времени используется цветная реакция малонового диальдегида с тиобарбитуровой кислотой для оценки интенсивности перекисных процессов в биологических системах
Повреждение клеток в результате перекисного окисления липидов
Активные формы кислорода повреждают структуру нуклеопротеидов, белков, фосфолипидов, входящих в различные мембранные структуры клеток. В результате появления в гидрофобном слое мембран гидрофильных зон за счёт образования гидрофильных каналов, образованных гидропероксидами жирных кислот, в клетки могут проникать вода, ионы натрия, кальция, что приводит к набуханию клеток, органелл и к последующему их разрушению. Активация перекисного окисления характерна для многих заболеваний: дистрофии мышц (болезнь Дюшена), болезни Паркинсона, при которых ПОЛ разрушает нервные клетки в стволовой части мозга, атеросклерозе, развитии опухолей. Перекисное окисление активируется также в тканях, подвергшихся сначала ишемии, а затем реоксигенации, что происходит, например, при спазме коронарных артерий и последующем их расширении. Такая же ситуация возникает при образовании тромба в сосуде, питающем миокард. Формирование тромба приводит к окклюзии просвета сосуда и развитию ишемии в соответствующем участке миокарда (гипоксия ткани). Если принять быстрые лечебные меры по разрушению тромба, то в ткани восстанавливается снабжение кислородом (реоксигенация). Показано, что в момент реоксигенации резко возрастает образование активных форм кислорода, которые могут повреждать клетку. Таким образом, даже несмотря на быстрое восстановление кровообращения, в соответствующем участке миокарда происходит повреждение клеток за счёт активации перекисного окисления.
Изменение структуры тканей в результате ПОЛ можно наблюдать на коже: с возрастом увеличивается количество пигментных пятен на коже, особенно на дорсальной поверхности ладоней. Этот пигмент называют липофусцин, представляющий собой смесь липидов и белков, связанных между собой поперечными ковалентными связями и денатурированными в результате взаимодействия с химически активными группами продуктов ПОЛ. Этот пигмент фагоцитируется, но не гидролизуется ферментами лизосом, и поэтому накапливается в клетках, нарушая их функции.
ПОЛ происходит не только в живых организмах, но и в продуктах питания, особенно при неправильном приготовлении и хранении пищи. Прогоркание жиров, образование более тёмного слоя на поверхности сливочного масла, появление специфического запаха у молочных продуктов - всё это признаки ПОЛ. В продукты питания, содержащие ненасыщенные липиды, обычно добавляют антиоксиданты - вещества, ингибирующие ПОЛ и сохраняющие структуру компонентов пищи.
МЕХАНИЗМ ПОВРЕЖДАЮЩЕГО ДЕЙСТВИЯ ПРОДУКТОВ ПОЛ
В организме свободно радикальному окислению в первую очередь подвергаются полиненасыщенные жирные кислоты, входящие в структуру мембранных фосфолипидов. Поэтому активация ПОЛ, которая может быть вызвана самыми различными факторами,прежде всего вызывает структурно-функциональные изменения в клеточных мембранах.
А. Повышение проницаемости Наиболее характерным и ранним признаком активации ПОЛ является повышение проницаемости мембран. Конкретный механизм увеличения проницаемости биологических мембран различен:
1) изменение заряда на поверхности раздела мембрана- раствор;
2) изменение конформации мембранного липопротеидного комплекса;
3) образование молекул - переносчиков ионов, и, наконец, появление гидрофильных зон всплошном гидрофобном слое мембраны (лизофосфолипидов)
Последняя причина обычно рассматривается в качестве наиболее вероятной. Действительно, жирные кислоты определяют малую проницаемость гидрофобной зоны мембран для полярных соединений. Появление в этой гидрофобной зоне гидрофильных полярных группировок может привести к образованию водных пор, резко нарушить стабильность мембраны вплоть до её полного разрыва.
Повышению проницаемости способствует образование лизофосфатидов вследствие отщепления окисленных радикалов полиеновых жирных кислот от молекул фосфолипидов под действием фосфолипазы А2.
В лаборатории Ю.А. Владимирова было, показано, что соединениями, ответственными за изменение проницаемости бимолекулярной фосфолипидной мембраны являются не гидроперекиси, а продукты их дальнейшего превращения, по-видимому, карбонильной природы. Можно полагать, что эти соединения снижают поверхностный заряд на мембране –за счет шиффовых оснований, образованных малоновым диальдегидом с фосфатидилэтаноамином.
Повышением проницаемости и снятием мембранного электрохимического потенциала ионов водорода объясняется и резкое разобщение окислительного фосфорилирования в митохондриях, которое всегда имеет место при стимуляции ПОЛ в организме.
Б.Образование комплексов. ПОЛ влияет и на белковые молекулы. Наиболее важные изменения в белковых молекулах, вызываемые окисленными липидами, заключается в образовании комплекса белок-окисленный липид , полимеризации белковых молекул и полимеризации фосфолипидов.
Образование белок-липидных комплексов может быть обусловлено возникновением прочной химической связи между свободными аминогруппами аминокислот и альдегидными или карбоксильными группами окисленных липидов, либо за счёт гидрофобных взаимодействий. Наиболее важную роль в образовании комплексов играет малоновый диальдегид (МДА) – О=СН-СН2-НС=О -один из конечных продуктов ПОЛ.
В образовании шиффовых оснований могут принимать участие фосфолипиды, например, ФЭА.
МДА образует шиффовы основания, взаимодействуя с ε-аминогруппами лизина или N-концевыми остатками аминокислот в молекуле белка. Реакцию образования внутримолекулярных и поперечных межмолекулярных сшивок можно представить следующим образом:
Таким образом МДА может образовывать межлипидные, межбелковые и белок-липидные комплексы. Если такие комплексы образуют функциональные белки (ферменты,рецепторы), активность их резко изменяется. Кроме того, образование комплексов делает клеточные мембраны более ригидными, что резко затрудняет работу ферментов, т.е. активные центры оказываются как бы замурованными, и конформационные изменения, лежащие в основе изменения активности ферментов осуществляются с трудом.
Ригидность мембраны ограничивают и конформационные изменения рецепторных белков, что приводит к нарушению передачи сигналов из окружающей мембрану внешней среды.
Полимерные липид-белковые комплексы могут быть легко обнаружены флуориметрически, так как эти полимеры стабильны. Флуориметрия считается наиболее адекватным методом исследования ПОЛ. Примером подобных стабильных липид-белковых комплексов может служить старческий пигмент липофусцин.
В.Окисление аминокислот и белков, содержащих сульфгидрильные группы.
Полагают, что повреждение сульфгидрильных групп происходит не за счет действия гидроперекисей, а в результате реакций со свободными радикалами:
1) RO2•- HS-Pr → ROOH+.SРr
2) PrS• + .SPr → PrSSPr
3) PrS• + O2 → PrSO2 → PrSO2H → (PrSO2)
В низкомолекулярных соединениях преобладает реакция димеризации (2), в белковых молекулах - реакциях с растворенным кислородом (3).
Ясно, что если окислению подвергаются SН-содержащие молекулы белков-ферментов, активность их резко нарушается, вплоть до полного ингибирования,в ДНК происходит разрыв нитей и т.п.