7.2. Неферментативная антиоксидантная защита
Помимо ферментативного звена система антиоксидантной защиты (АОЗ) организма включает в себя неферментативное звено, играющее не менее важную роль и состоящее из низкомолекулярных эндогенных антиоксидантов. Существует точка зрения, что при окислительном стрессе ферментативная АОС может оказываться иногда менее эффективной по сравнению с защитным действием низкомолекулярных соединений. (Кения М.В. и др., 1993; Зенков Н.К. и др., 2001).
Это связано с тем, что, во-первых, при развитии оксидативного стресса происходит инактивация ферментов свободными радикалами, а для индукции их синтеза de novo требуется определенное время; и, во-вторых, антиоксидантные ферменты имеют внутриклеточную локализацию, а в биологических жидкостях обнаруживаются в следовых количествах. Поэтому в условиях окилительного стресса усиливается роль неферментативных антиоксидантов, способных снижать интенсивность СРО. Причем, часто при этом они выполняют в клетке важные метаболические функции.
Низкомолекулярные антиоксиданты способны проникать через гематоэнцефалический барьер и понижать уровень гидрофильных (гидроксильные радикалы) и гидрофобных (пероксид-радикалы) окислителей. К такими соединениям могут быть отнесены витамины (витамин Е, А, К), каротиноиды, таурин, глутатион, цистеин, селен, мочевая и аскорбиновые кислоты, стероидные гормоны, тиоловые белки. Эффективными «перехватчиками» свободных радикалов являются фенольные антиоксиданты, в частности, простые фенолы, нафтолы и оксипроизводные других ароматических соединений. В настоящее время выделено несколько тысяч фенольных соединений, среди которых наиболее выраженным антиоксидантным эффектом обладают витамины Е и К, убихиноны, триптофан, фенилаланин, а также большинство растительных и животных пигментов, в частности, каротиноиды, флавоноиды, фенокарбоксильные кислоты (Balz F., 1999; Чеснокова Н.П. и др., 2006). Фенольные антиоксиданты служат ингибиторами супероксидного анион-радикала, синглетного кислорода, гидроксильного радикала (Лукьянова Л.Д. и др., 1982; Ляхович В.В. и др., 2005). Кроме того, к низкомолекулярным антиоксидантам относятся мочевина и мочевая кислота. Антиоксидантный эффект мочевины связан со стабилизацией мембран и модификацией ферментов, а также уменьшением числа железосодержащих центров ПОЛ (Гершенович З.С. и др., 1970). Окислительно-восстановительные реакции мочевой кислоты тесно связаны с аскорбиновой кислотой. Мочевая кислота, как и аскорбат, способна вступать в обменные реакции с АФК, ингибировать ПОЛ, оказывает выраженный протективный эффект по отношению к жлезо- и рН-индуцированному окислению аскорбата в сыворотке крови (Гаспарян С.А. и др., 1970).
Ниже рассмотрим наиболее важные низкомолекулярные антиоксиданты.
7.2.1. Глутатион
Глутатион (GSH) – небелковый тиол, трипептид, образованный аминокислотами: цистеином, глутаминовой кислотой и глицином:
O O
Н3N+-CH-CH2-CH2-C-NH-CH-C –NH-CH2-COO-
COO- CH2
SH
Рис. 7.4. Стуктурная формула восстановленного глутатиона (GSH)
В присутствии глутатионпероксидазы и Н2О2 (реакция 38) сульфгидрильные группы двух молекул глутатиона взаимодействуют с образованием дисульфида глутатиона (GSSG):
H2O2 + 2GSH→ + GSSG + 2H2O (38)
O O
Н3N+-CH-CH2-CH2-C-NH-CH-C –NH-CH2-COO-
COO- CH2
S
S
O CH2 O
Н3N+-CH-CH2-CH2-C-NH-CH-C –NH-CH2-COO-
COO-
Рис. 7.5. Структурная формула дисульфида глутатиона (GSSG).
Глутатион имеет почти универсальное распространение в тканях животных, растений и микроорганизмов. Он присутствует в организме как в восстановленной, так и в окисленной форме и представляет собой основной клеточный фонд мобильных сульфгидрильных групп.
Данный тиол обладает полифункциональными свойствами и играет важную роль во многих внутриклеточных процессах, включая синтез белка, регуляцию и экспрессию генов клеточного цикла, детоксикацию различных ксенобиотиков (DeLeve L. et al., 1991; Горожанская Э.Г. и др., 2001). Глутатион также участвует в транспорте аминокислот, обмене дисульфидов, связывании тяжелых металлов, поддержании сульфгидрильных групп белков в восстановленном состоянии (Дубинина Е.Е., 1992).
Уровень GSH поддерживается как синтезом de novо, так и восстановлением окисленного глутатиона с помощью глутатионредуктазы, использующей в качестве восстановителя НАДФН (Hwavg C. et al., 1992). Cкорость образования восстановленного глутатиона в реакции, катализируемой глутатионредуктазой, зависит в основном от уровня НАДФН. Концентрация GSH в клетках достигает у млекопитающих до 12 мМ.
Глутатион является хорошим акцептором ОН - радикалов. Кроме непосредственного взаимодействия с радикалами кислорода глутатион, являясь косубстратом глутатионпероксидазы, участвует в удалении клеточных пероксидов. (Осипов А.Н. и др., 1990). Обеспечивая обезвреживание перекисей и гидроксильных радикалов, GSH является одним из важнейших компонентов системы антиоксидантной защиты клетки (Ookhtens M. et al., 1998).
GSH играет существенную роль в повышении резистентности клеток и повышении адаптивных возможностей метаболизма при воспалении и иммунных реакциях (Woods J.S. et al., 1995). Эфиры глутатиона увеличивают концентрацию GSH в результате проникновения в клетки многих органов, где они подвергаются гидролизу под действием эстераз (Колесниченко Л.С. и др., 2003). В частности, глутатион вносит важный вклад в формирование антиоксидантного потенциала в эритроцитах, кроветворных клетках, поддержание пула восстановительного аскорбата (Reed D.J. et al., 1980; Poot M. et al., 1995; Ghibelli L. et al., 1995).