78.Биохимические основы защиты клеток от повреждающих воздействий

79. Антиоксидантная система.

Для обеспечения максимальной защиты от окислительного стресса клетки имеют хорошо развитую антиоксидантную систему, которая содержит разные низко- и высокомолекулярные соединения, способные “перехватывать” свободные радикалы или нейтрализовать источник из возникновения.

К высокомолекулярным антиоксидантам относят мембраносвязанные и цитозольные ферменты (супероксиддисмутаза, каталаза, глутатионзависимые пероксидазы и трансферазы).

Низкомолекулярные антиоксиданты разделяют на жирорастворимые (токоферолы, каротиноиды, убихинон) та водорастворимые (аскорбиновая кислота, глутатион, тиоредоксин, билирубин, ураты). Следует отметить, что антиоксиданты бывают внутри и внешнеклеточные.

Постоянное образование прооксидантов в организме уравновешено их дезактивацией антиоксидантной системой. В результате происходит непрерывная регенерация антиоксидантов, необходимая для постоянного поддержания гомеостаза.

При действии разных эндогенных и экзогенных факторов, которые являются причиной окислительного стресса, баланс между антиоксидантной системой и активными формами кислорода в клетках может нарушаться либо в результате снижения уровня антиоксидантов, либо вследствие гиперпродукции активных форм кислорода. Такое состояние нарушенного окислительно-восстановительного статуса клеток, когда активные формы кислорода не могут быть нейтрализованы антиоксидантной системой, называется окислительным стрессом.

При восстановлении кислорода меньшим 4 электронов образуются нестабильные метаболиты – активные формы кислорода. Продукция активных форм кислорода в клетках может увеличиваться в результате действия на них физиологических (гормонов, цитокинов, др.) и нефизиологических стимулов (ионизирующего излучения, ксенобиотиков и т.д.). Среди активных форм кислорода наиболее значимыми являются: супероксидный радикал, пероксид водорода, гидроксильный радикал, синглетний кислород, пероксид.

Ферменты антиоксидантной системы

Все ферменты антиоксидантной системы содержат в активном центре ионы металлов с переменной валентностью, которые в зависимости от условий выступают как окислитель, так и восстановитель.

Супероксиддисмутаза катализирует реакцию дисмутации супероксидных анион – радикалов:

О2.- + О2.- = О2 + Н 2О2

В ходе реакции образовался пероксид водорода, он способен инактивировать СОД, поэтому супероксиддисмутаза всегда «работает» в паре с каталазой, которая быстро и эффективно расщепляет пероксид водорода на абсолютно нейтральные соединения.

Каталаза (КФ 1.11.1.6) – гемопротеин, который катализирует реакцию обезвреживания пероксида водорода, образующегося в результате реакции дисмутации супероксидного радикала:

2H2O2 = 2H2O + O2

Система глутатиона – ферменты антиоксидантной системы

Система глутатиона включает в себя три глутатионзависимых фермента: глутатионпероксидазу (ГПО), глутатионредуктазу (ГР), глутатионтрансферазу (ГТ).

Центральный метаболит системы – трипептид глутатион (GSH) – глутамилцистеинилглицин. GSH-глутатион восстановленный обладает собственной антиоксидантной активностью и выступает в роли кофактора антиоксидантных ферментов, донора водорода, метаболита и субстрата с ферментами системы, а также с супероксиддисмутазой и каталазой, а также ферментов, содержащих тиоловую группу. Глутатион постоянно синтезируется в печени и выделяется в кровь, откуда поступает ко всем тканям, кроме эритроцитов. Выделяется глутатион восстановленный в желчь. Он принимает участие в синтезе белков и нуклеиновых кислот; защищает от активных форм кислорода; восстанавливает и изомеризует дисульфидные связи; влияет на активность ферментов и других белков; поддерживает функции мембран; выполняет некоторые коферментные функции; принимает участие в обмене эйкозаноидов; является резервом цистеина; принимает участие в метаболизме ксенобиотиков; повышает резистентность клеток к вредным воздействиям; влияет на пролиферацию. Система GSH-глутатиона принимает участие в транспорте аминокислот, влияет на функции почечных мембран и резистентность клеток. Считают, что система GSH-глутатиона – один из защитных механизмов против старения организма.

Глутатионпероксидаза катализирует реакции, в которых фермент восстанавливает пероксид водорода до воды, а также восстановление органических гидропероксидов (ROOH) до гидроксипроизводных, и в результате переходит в окисленную дисульфидную форму GS-SG :

2GSH + H2O2 = GS-SG + H2O

2GSH + ROOH = GS-SG + ROH +H2O

Глутатионпероксидаза обезвреживает не только H2O2, но и разные органические липидные пероксилы, которые образуются в организме при активации ПОЛ.

Глутатионредуктаза (КФ 1.8.1.7) – флавопротеин с простетической группой флавинадениндинуклеотидом, состоит из двух идентичных субъединиц. Глутатионредуктаза катализирует реакцию восстановления глутатиона из окисленной его формы GS-SG, а все другие ферменты глутатионсинтетаз используют его: 2NADPH + GS-SG = 2NADP + 2 GSH

Это классический цитозольный фермент всех эукариот.

Глутатионтрансфераза катализирует реакцию:

RX + GSH = HX + GS-SG

Различают глутатионтрансферазы, которые взаимодействуют с катионами (в печени, кишечнике, почках) и анионами (головной мозг, селезенка, легкие, плацента, эритроциты).

Таким образом, для защиты клеток от свободных радикалов организм имеет хорошо развитую антиоксидантную систему.