2. Процессы свободнорадикального окисления

1. Свободные радикалы в живых организмах

Свободные радикалы в организме человека – это высокореакционные частицы, нестабильные молекулы кислорода (имеющие неспаренные электроны), стремящиеся забрать недостающий электрон у полноценных молекул, которые сами при этом становятся нестабильными. Механизм их действия - агрессивное окисление, сопровождающееся повреждением клеток организма, прежде всего клеточных мембран (разрывается передача клеточных импульсов, клетки теряют способность «общаться» друг с другом), нарушается течение нормальных биохимических процессов.

Интерес к свободным радикалам обусловлен тем, что они являются участниками важнейших физиологических процессов в живых организмах, процесса старения организма, а также различных патологических процессов при многих заболеваниях. Они вызывают дегенеративные изменения и злокачественное перерождение соединительной и других тканей, повреждают стенки кровеносных сосудов (окисление холестерина в крови стимулирует его налипание на стенки сосудов), являются причиной неправильного функционирования систем организма, возникновения воспалительных процессов во всех тканях, включая ткани нервной системы и клетки мозга. А самое главное — нарушают ДНК (провоцируют изменения наследственной информации, появление «мутированных клеток»), дестабилизируют функцию иммунной системы, ускоряют старение организма.

Современную медицинскую и биологическую науку сегодня трудно представить без исследований механизмов свободно-радикальных реакций в физиологических и патологических процессах. Действительно, сегодня уже никто не сомневается, что свободнорадикальное перекисное окисление липидов биологических мембран и липопротеинов - один из основных механизмов повреждения липидного бислоя, который лежит в основе многих заболеваний.

Рассматривая различные аспекты свободнорадикального окисления, необходимо помнить, что активные формы кислорода и свободные радикалы, участвующие в процессах перекисного окисления биомолекул, играют в организме человека двоякую роль: с одной стороны, при неконтролируемом течении реакций свободнорадикального окисления, они могут стимулировать развитие окислительного стресса [1; 2; 3; 4] с его негативными последствиями, а с другой стороны активные формы кислорода обеспечивают регуляцию ряда важных физиологических процессов, часть из которых представлена далее [5; 6; 7; 8; 9; 10; 11; 12; 13]:

– активные формы кислорода и свободные радикалы участвуют в неферментативном метаболизме биомолекул (белков, липидов, нуклеиновых кислот, углеводов);

– обеспечивают регуляцию физико-химического состояния мембраны;

– принимают участие в регуляции апоптоза;

– играют роль в обезвреживании ксенобиотиков;

– с их помощью осуществляется биосинтез биологически активных соединений (простагландинов, лейкотриенов, тромбоксана);

– они обеспечивают естественный гемолиз эритроцитов и окисление гемоглобина;

– при их участии происходят процессы фагоцитоза, так называемый окислительный взрыв в макрофагах (рис. 1),

– играют роль в синтезе биогенных аминов;

– активные формы кислорода являются вторичными мессенджерами, регулирующими процессы фосфорилирования, метаболизм ионов Ca²⁺ и другие сигнальные механизмы;

– принимают участие в резорбции кости остеокластами.

Откуда берутся свободные радикалы в организме человека? Эти гипер-активные соединения постоянно образуются в результате важнейших процессов жизнедеятельности клеток и должны находится под неусыпным «надзором» собственной антиоксидантной системы организма. Свободные радикалы могут возникать в организме в избыточном количестве вследствие радиоактивного и ультрафиолетового облучения, курения, избыточного потребления жиров и углеводов при недостаточном их расходовании, при гиподинамии с ее низким уровнем биологического ферментативного окисления, сопровождающейся снижением восстановления пиридиннуклеотидов, а также под воздействием электромагнитного поля, различных внешних химических веществ, загрязнения воздуха, гипероксии и др. Наша защита не справляется и стремительные цепные реакции окисления выходят из-под ее контроля.

Поддержание естественных концентраций активных форм кислорода и свободных радикалов, а также физиологическое течение свободнорадикальных процессов обеспечивается в организме благодаря наличию мощной системы антирадикальной защиты.

Вместе с тем при многих патологических процессах и ряде особых физиологических состояний наблюдается повышение образования продуктов свободнорадикального окисления, что обусловлено избыточной генерацией свободных радикалов и реактивных молекул и/или снижением функциональной активности антиоксидантной системы.

Такая ситуация приводит к развитию в организме типового патологического процесса, называемого в научной литературе термином «окислительный стресс», который является одним из наиболее распространенных видов стресса у прокариот и эукариот, представляет собой реакцию на многие экстремальные факторы и возникает в ответ на воздействие активных форм кислорода и свободных радикалов, обладающих высокой реакционной способностью, на структурные элементы клеток и биомолекулы, что характеризуется срывом системы антиоксидантной защиты, интенсификацией перекисных процессов и сопровождается накоплением в органах и тканях токсичных продуктов окислительной модификации биомолекул (белков, жиров, углеводов, нуклеиновых кислот).

Проявляется негативное действие свободных радикалов целым рядом изменений в организме: от нарушений структуры липопротеидов мембран, торможением процессов биосинтеза белков, нуклеиновых кислот и других, до разрушения мембран эритроцитов, развития гемолиза, ослабления дыхания, накопления молочной кислоты и других процессов.

Вещества, способные переводить свободные радикалы в реактивную форму, называются антиоксидантами, и знание их активности чрезвычайно важно для медицинской науки и практики [1–8]. (из 187)