1.4. Пероксидне окислення ліпідів

Окислення ліпідів призводить до структурної модифікації білково-ліпідних комплексів, таких як біомембрани та ліпопротеїди, що призводить до порушення функціонування клітини [Sevanian and Ursini, 2000; Benzie, 1996]. Протягом окислення ліпідів гідропероксидні групи (полярні кисневі частини) вводяться до складу гідрофобних хвостів ненасичених жирних кислот. Наявність гідропероксидних груп призводить до зміни ліпід/ліпідних та ліпід/білкових взаємодій, в результаті чого відбуаються структурні зміни біомембран та ліпобілків. Гідропероксиліпіди є джерелом формування вільних радикалів, які можуть викликати вторинну модифікацію інших мембранних та/або ліпопротенових компонентів. Коли біліпідний шар біомембран оксилений, він може втрачати свою бар’єрну функцію, що ставить під загрозу цілісність субклітинних органел або цілісність всієї клітини. Однак, якщо процес перекисного оксилення ліпідів (ПОЛ) контрольований і обмежується в певних клітинних компартментах, він може мати позитивний ефект для клітини і цілого організму.

Локальні деструктивні процеси є невід’ємною частиною нормального метаболізму клітин. Клітинна диференціація або/та старіння характеризуються розпадом субклітинних органел та трансформацією клітинних та субклітинних мембран [Rapoport, 1986]. Невід’ємною передумовою потенційного сприятливого впливу ПОЛ на клітину є його чітка регуляція, тобто інтенсифікація цього процесу, коли потрібно, або його термінація при необхідності. Така тісна регуляція неможлива без ферментативних реакцій. В аеробних умовах функціонують різні ферментативні та неферментативні антиоксидантні механізми захисту живих організмів від окислення клітинних компонентів [Halliwell, 1995; Diplock, 1994]. Однак, неферментативні системи є непридатні до багаторазового формування комплексів з активними формами. Ферментативні системи ПОЛ можуть бути активовані або інгібовані на рівні транскрипції, трансляції та посттрасляції, що добре пристосовано до фізіологічних потреб рослинного організму [Kühn and Borchert, 2002].

Гідроксильний радикал здатний ініціювати ланцюгові реакції окислення ненасичених жирних кислотних залишків (НЖК) фосфоліпідного бішару мембран з утворенням органічних радикалів, запускаючи таким чином процеси перекисного окислення ліпідів [Зенков и Меньщикова, 1993].

Перебіг ПОЛ розділяють на кілька стадій [Gill and Tuteja, 2010].

Перша стадія – ініціація ланцюга (рівняння 1.5):

-СH₂-СН=СН-СН₂- + ОН ^• → -СН-СН=СH-СН₂- + Н₂O (1.5)

RH R^*

Друга стадія – розвиток та галуження ланцюга (рівняння 1.6-1.7):

R^* + О₂ → RОО^* (1.6)

пероксидний радикал

RОО^* + RH → RООН + R^* (1.7)

гідропероксид

Третя стадія – обрив ланцюга (рівняння 1.8-1.9)

RОО^* + RОО^* → Кетон^* (синглетний стан) (1.8)

R^* + R^* → R-R (1.9)

У фосфоліпідному бішарі мембран переважно окислюються такі НЖК, як олеїнова (18:1), лінолева (18:2) та ліноленова (18:3). Мішенями атаки АФК є їх метиленові групи, в результаті чого спочатку виникають первинні продукти окислення – гідропероксиди, пероксидні радикали ліпідів, дієнові кон’югати, які мають систему спряжених подвійних зв’язків, та епоксиди. Подальше окислення НЖК призводить до утворення вторинних продуктів – спиртів, кетонів, альдегідів, диальдегідів та газоподібних продуктів окисної деградації НЖК (етан, пентан). Збільшення їхнього рівня у клітині викликає вторинні пошкодження, які, в свою чергу, можуть супроводжуватися появою вільних радикалів і посиленням перекисного окислення біомолекул [Колупаєв, 2001]. Так, тіобарбітурат-активні продукти (ТБКАП), зокрема, малоновий диальдегід (МДА) і транс-4-гідрокси-2-ноненаль, які з’являються в результаті пероксидації лінолевої та ліноленової кислот, є цитотоксичними, мутагенними та генотоксичними [Esterbauer, 1991]. Мутагенні процеси можуть бути викликані утворенням аддуктів між ДНК та транс-4-гідрокси-2-ноненалем [Nair, 2006]. Конденсація МДА з вільними аміногрупами білків, амінокислот, нуклеїнових кислот або ліпідів може призводити до утворення шифових основ із структурою 1-аміно-3-імінопропану, які мають характерні флуоресценцентні властивості [Мерзляк,1989; Elstner, 1991].