Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Перспективы использования метода гальваностатической кулонометрии для оценки интегральной антиоксидантной активности молока и кисломолочной продукции.
.pdf
Восстановленный глутатион (ВГ) является основным водорастворимым антиоксидантом в организме человека, существующим
в двух формах: окисленной (GSSG) и восстановленной (GSH) [162].
Восстановленный глутатион как антиоксидант способен химически взаимодействовать с синглетным кислородом, супероксидом и радикалами гидроксила или на прямую разрушать свободные радикалы, стабилизировать мембранную структуру перемещением ацилпероксидов,
образующихся путем перекисного окисления липидов (ПОЛ) [161]. Разнообразные и очень важные функции глутатиона связаны с наличием в
молекуле SH-группы, принадлежащей остатку цистеина. Окисляясь по
SH-группе, он становится участником многих важных процессов. Так,
глутатион является ключевым участником процессов, связанных с детоксикацией поглощенных тяжелых металлов, а также продуктов, выводимых из метаболизма. Глутатион-S-трансфераза катализирует реакцию конъюгации GSH с разнообразными токсическими соединениями
как экзогенного, так и эндогенного происхождения.
Восстановленный глутатион во многих реакциях является донором атомов водорода, при этом две молекулы при окислении образуют
димер через дисульфидную связь, который является окисленной формой глутатиона [160–161]:
2GSH→GSSG+2H•
Окисленный глутатион (GSSG) – низкомолекулярный тиол, выявляемый во всех типах клеток и внеклеточном пространстве. Содержание GSSG в клетках и вне их невелико и жестко регулируется относительно сопряженного с ним соединения – восстановленного глутатиона (GSH), составляя
против
GSH [163].
Роль окисленного глутатиона в физиологических процессах рассматривается преимущественно в аспекте клеточных реакций глутатиона.
В норме содержание GSSG в тканях и плазме крови млекопитающих
поддерживается на уровнях, во много раз более низких, чем для GSH
[164], что также характерно для молока [161].
Восстановление окисленного глутатиона катализируется ферментом глутатионредуктазой (GR) при использовании HADP-H:
GSSG+NADP-H+→2GSH+NADP-.
51
Кроме того, есть ферменты, активность которых подвержена
редокс-регуляции: окисление или восстановление по дисульфидной
связи влияет на их активность. Как правило, прямо или косвенно восстановление таких ферментов обеспечивается восстановленным глутатионом. Соотношение GSH/GSSG в клетке контролирует редокс-состояние этих соединений и, следовательно, их активность.
И наконец, одна из важнейших функций глутатиона связана с его
участием в антиоксидантных процессах. Глутатион необходим для поддержания реакций аскорбат-глутатионового цикла, связанного с нейтрализацией перекиси водорода [165].
GSH является коферментом ряда ферментов [161], таких как глутатионредуктаза, глутатионпероксидаза, глутатионтрансфераза, гаммаглутамилтрансфераза и др. [164].
Водорастворимый антиоксидант-глутатион и его ферментная
редокс-система играют важную роль в этих процессах и в метаболизме
клеток. Восстановленный глутатион и глутатионзависимые ферменты
(глутатионредуктаза, глутатионпероксидаза, глутатионтрансфераза и
др.) выполняют важную функцию в интегральной системе организма,
способствуя клеточной адаптации к окислительному стрессу [166–169]
Таким образом, глутатион, глутатионпероксидаза, глутатионтрансфераза, гутатионредуктаза и NADP-H образуют глутатионовую
антиоксидантную систему, в которой глутатионредуктаза и NADP-H
необходимы для восстановления окисленного глутатиона и его рециклирования [161].
Во всех животных тканях содержится тиоловый трипептид глутатион. Низкая молекулярная масса определяет его мобильность, а наличие сульфгидрильной связи – активность. Восстановленный глутатион
участвует во многих клеточных процессах: детоксикации перекиси водорода и гидроперекисей, которые возникают при реакции АФК с полиненасыщенными жирными кислотами мембран; нейтрализация гидроксильного радикала, образующегося в реакции Фентона, или в результате
радиолиза воды под действием ионизирующих излучений [46].
Глутатион, а также другие низкомолекулярные тиолы, такие как
тиоредоксин и глутаредоксин, объединяют в тиоловую систему, поскольку соотношение восстановленных и окисленных SH-групп в биосредах (редокс-пар) определяет их потенциальную способность к окислительной модификации и играет важную роль в поддержании внутреклеточного редокс-гомеостаза [170].
52
Наличие в организме многочисленных антиоксидантных соединений обеспечивают высокую базальную буферную емкость АОС, которая может быть существенно увеличена, например, за счет протеолитической деградации. АФК и АОС образуют редокс-гомеостатическую
систему, обеспечивающую возможность функционального ответа на
сигнал [46].
Аминокислоты. Среди аминокислот к наиболее важным антиокси-
дантам относятся цистеин, цистин и метионин благодаря наличию в их
молекулах тиоловых групп (рис. 2.22).
1 2 3
Рис. 2.22. Стуктура цистеина (1), цистина (2) и метионина (3)
Как показано в экспериментальных исследованиях [26], при
наличии в среде SH-содержащих соединений они подвергаются окислению в первую очередь, что предохраняет от окисления другие функциональные группы и молекулы. По некоторым оценкам, на SHсодержащие соединения приходится более 50 % ингибирования синглетного кислорода в плазме [11, 13, 50], процессов ПОЛ в сыворотке [27] и связывания НОСl [28]. SH-содержащие соединения также
могут вовлекаться в ферментативное восстановление фенольных антиоксидантов, в частности, витамина Е. Механизм действия следующий.
При различных стрессовых воздействиях и патологических состояниях
наблюдается обратимая окислительная модификация SH-групп, приводящая к увеличению количества дисульфидных связей, что является неспецифической реакцией организма на экстремальное воздействие [29,
30, 171, 173, 174]:
ОН· + ХSH → XS· + H2O;
XS· + XS· → XSSX.
53
Такая модификация изменяет состояние клеточных мембран, их
проницаемость и адгезивные свойства, влияет на активность ферментов
и клеточную пролиферацию [30, 31], вызывает нарушения структуры
цитоскелета, способствует высвобождению цинка из металлотионеинов. Поэтому соотношение восстановленных и окисленных SH-групп и
их способность к окислительной модификации (буферная емкость) являются важными критериями неспецифической резистентности организма [13].
Наряду с перечисленными аминокислотами гистидин (рис. 2.23),
согласно [175], также способен проявлять антиоксидантные свойства,
что связывают с наличием в его молекуле имидазольной группы, способной образовывать стабильные радикалы [50].
Рис. 2.23. Структура гистидина
В процессе обмена веществ возникают определенные взаимоотношения между [11] серосодержащими аминокислотами, витамином Е
и селеном, обязательным компонентом важнейшего антиоксиданта –
фермента глутатионпероксидазы [10]. Взаимосвязь этих трех незаменимых факторов питания особенно четко проявляется при их дефиците в
рационе животных.
Функциональную взаимосвязь антиокислительного действия Sе,
витамина Е и серосодержащих аминокислот можно представить в виде
следующей схемы (рис. 2.24).
Витамин Е ингибирует образование липопероксидов и прерывает
цепь СРО, нейтрализуя свободные радикалы в момент их возникновения.
Восстановленный глутатион и селеносодержащая ГПО превращают образующиеся при ПОЛ липопероксиды в менее токсичные оксикислоты,
предотвращая повреждение биоструктур. При этом пополнение фонда
глутатиона осуществляют серосодержащие аминокислоты [11].
54
Рис. 2.24. Функциональная взаимосвязь антиокислительного действия
Sе, витамина Е и серосодержащих аминокислот
Кроме того, радиоизотопным методом установлено, что 75Se
включается в различные клеточные и внеклеточные структуры. Больше
всего меченого Sе обнаруживается в белках с высоким содержанием
цистина. Полагают, что при этом происходит образование селенотрисульфидов, которые, подобно SН-группам мембранных белков, регулируют стабильность и проницаемость биомембран [10].
Мочевая кислота. Мочевую кислоту называют кислотой, потому
что она существует в аутомерных формах, способных ионизироваться
и образовывать ураты. По своим антирадикальным свойствам мочевая
кислота близка к енольным антиоксидантам и в то же время является
эффективным хелатором ионов железа и меди [176]. В физиологических условиях при рН 7,4 мочевая кислота находится преимущественно
в форме аниона урата и образует стабильные радикалы с локализацией
неспаренного электрона в пятичленнике пиримидиновой структуры [177] (рис. 2.25).
Рис. 2.25. Стабильные радикалы атома урата
По-видимому, антиоксидантные свойства гистидина и его производных определяются наличием аналогичной имидазольной группы [175].
Мочевая кислота обладает целым спектром антиоксидантных свойств,
55
−
она способна ингибировать ОNОО− [82], О
1
, О
, гемовые оксиданты, эф-
2
2
фективно взаимодействует с ОН-радикалами (к = 7,2 · 109 М−1 с−1 при рН 6–
7 [177]), аминогруппы связывают ионы металлов переменной валентности, образуя стабильные комплексы [177, 178]. Кроме того, мочевая кислота может выступать синергистом с радикалами токоферола и аскорбиновой кислоты, что усиливает их антиоксидантное действие [178].
Реакция мочевой кислоты с ОН-радикалами приводит либо к отрыву Н и образованию радикала мочевой кислоты (в дальнейшем –
гидроперекиси), либо, в случае присоединения ОН, к конформационной перестройке молекулы с последующим образованием аллантоина
(рис. 2.26) [11], который может дальше окисляться до парабановой
кислоты.
Высокая антиоксидантная активность мочевой кислоты, также
как и ее предшественника – гипоксантина, необходима для защиты тканей с активным катаболизмом, в частности кроветворных тканей костного мозга и селезенки, в которых содержание урата в 5–10 раз выше,
чем в сыворотке крови. Поэтому мочевую кислоту можно рассматривать как своеобразный метаболический антиоксидант [10].
Рис. 2.26. Возможные механизмы окисления мочевой кислоты
ОН-радикалами
56
В организмах урикотелических животных мочевая кислота является
продуктом, в форме которого удаляется азот аминогрупп. Только один
фермент, ксантиноксидоредуктаза, существующий в дегидрогеназной или
оксидазной форме, может образовывать мочевую кислоту (рис. 2.27) [50].
Рис. 2.27. Образование и превращение молочной кислоты
Хлорогенная кислота. К хелаторам ионов железа в последнее
время относят также хлорогенную кислоту (рис. 2.28) – пищевой антиоксидант, эффективно ингибирующий Fе-индуцированное перекисное окисление липидов.
Рис. 2.28. Структура хлорогенной кислоты
57
С помощью ЭПР, ЯМР и спектроскопических методов показано,
что это соединение предотвращает появление ОН-радикала в микросомах печени в реакции фентоновского типа, образуя комплексы с ионами
железа [13, 121].
Лимонная кислота (2-гидрокси-1,2,3,-пропантрикарбоновая, или
3-гидроси-3-карбоксипентандиовая кислота). Она относится к слабой
трехосновной кислоте[50] (рис. 2.29).
Рис. 2.29. Структура лимонной кислоты
Лимонная кислота, являясь главным промежуточным продуктом
метаболического цикла трикарбоновых кислот, играет важную роль
в системе биохимических реакций клеточного дыхания множества организмов. Как антиоксидант лимонная кислота путем повышения кислотности тормозит некоторые ферментативные процессы, в том числе
окисление аскорбиновой кислоты. И как синергист усиливает воздействие антиоксидантов. В настоящее время лимонная кислота широко
используется как консервант (антиоксидант) при производстве растительных масел, маргаринов, майонеза, салатных соусов, кондитерских,
пекарских и кулинарных жиров, а также кондитерской выпечки [10].
2 . 4 . Г о р м о н ы
Гормоны представляют собой широкий класс агентов, которые
выделяются в малых количествах тканью одного типа и доставляются
кровью в другую ткань-мишень, где индуцируют специфическую биохимическую и физиологическую активность. Помимо своей основной
функции, некоторые гормоны обладают выраженным антиоксидантным действием, что может влиять на активность свободнорадикальных
58
окислительных процессов, протекающих в физиологических условиях,
а также на развитие окислительного стресса при патологических процессах [13]. В молоко из крови переходят эндогенные гормоны (гормоны,
выделяемые эндокринными железами животного) и экзогенные гормоны
(гормональные препараты, применяемые для стимулирования молочной
продуктивности, усвоения кормов, развития животных и т. д.) [10].
По химическому строению они могут быть пептидами и белками
(пролактин, окситоцин, инсулин), стероидами (половые гормоны) и
производными аминокислот (тироксин и др.) [45].
Из них представляют интерес следующие гормоны: пролактин –
гормон, стимулирующий развитие молочных желез, образование молока; окситоцин – гормон, стимулирующий отделение молока; тироксин – йодсодержащий гормон щитовидной железы [48] (рис. 2.30).
пролактин тироксин
окситоцин
Рис. 2.30. Гормоны молока
На сегодняшний день о содержании этих гормонов в молоке известно очень мало [10].
59
В сложной многокомпонентной антиоксидантной системе молока имеется собственное гормональное звено, влияющее на активность ПОЛ, что связано в первую очередь с гормонами, определяющими половой цикл, периоды беременности и лактации [44]. Это эстрогены 17 α- и 17 β-эстрадиол, эстрон и прогестерон (рис. 2.31).
Рис. 2.31. Строение половых гормонов
В серии работ, выполненных в лаборатории П. В. Сергеева [179]
на различных модельных системах, показано, что эстрогены, в молекуле которых имеется ароматическое кольцо с гидроксильной группой
в С3-положении, являются сильными ингибиторами ПОЛ. Механизм их
действия подобен фенольным антиоксидантам (α-токоферолу и др.) и
обусловлен антирадикальной активностью, и, очевидно, при патологических состояниях, сопровождающихся чрезмерным усилением процессов ПОЛ, эстрогены могут противодействовать повреждению биомембран, и в частности предупреждать нарушение микросомального
окисления стероидных гормонов, холестерина и многих других веществ. Вместе с тем половые гормоны могут также влиять на активность монооксигеназных ферментов опосредованно, включаясь в
нейроэндокринные механизмы регуляции их деятельности [11].
Содержание экстрогенов в молозиве составляет (1–2) 10−3 мкг/мл,
в нормальном молоке оно в 10–20 раз ниже. Количество прогестерона
в молоке коррелирует с содержанием жира и колеблется от 5·10−3 до
12,5·10
−3
мкг/мл [44, 48].
Представленная информация однозначно подтверждает, что молоко – один из редчайших сельскохозяйственных продуктов, содержащих мощную полифункциональную антиокислительную систему, что
обеспечивает его пищевую ценность и высокие антиоксидантные свойства и обусловливает перспективность и обязательность использования
60
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]