патофизиология_1-680 Книга

нальных) участков интрона (зон перехода интрона в экзон) возможно нарушение процесса созревания мРНК в результате ошибок сплайсинга.

Конечным элементом оперона является ген-терминатор, содержащий бессмысленный триплет. Мутация гена-терминатора, приводящая к «осмыслению» бессмысленного триплета, может приводить к синтезу удлиненной полипептидной цепи с нарушенной функцией.

В результате транскрипции в ядре синтезируется гигантская молекула промРНК (дРНК), являющаяся копией всего структурного гена и предшествующих регуляторных участков. Молекула про-мРНК здесь же в ядре подвергается созреванию (сплайсингу). Суть этого процесса заключается в вырезании несмысловых участков (копий регуляторных участков и интронов) и соединении кодирующих последовательностей, считанных с экзонов. Выполняет эту функцию особая кате- горияферментов—ферментысозревания.Врядеслучаеввозможенаутосплайсинг, заключающийся в том, что сама про-мРНК, изменяя свою конформацию, вырезает из себя «ненужные» участки. Такие РНК, выполняющие функции эндонуклеаз, получили название «рибозимы».

При ошибках сплайсинга изменяется первичная структура матричной РНК, что ведет к изменению первичной структуры белка. Выявляемый при этом клинически (фенотипически) дефект будет полным аналогом соответствующего генетического нарушения. Следовательно, нарушение процесса созревания мРНК дает новый класс фенокопий.

Наличие сплайсинга как промежуточного этапа между транскрипцией и появлением «зрелой» мРНК заставляет критически отнестись к одной из ключевых догм молекулярной биологии, постулирующей принцип: один ген — один белок (пептид). Оказывается, что из одного и того же первичного транскрипта ферменты созревания и рибозимы в различных клетках и в разных условиях могут вырезать разные районы и, следовательно, один ген в принципе может кодировать несколько белковых молекул.

Образующаяся в результате созревания молекула мРНК в неподготовленном виде не может поступить в цитоплазму. После сплайсинга в ядре идет процесс посттранскрипционной модификации мРНК. Он заключается в том, что с одного конца к молекуле мРНК прикрепляется метилгуанозин, обеспечивающий поступление мРНК на рибосому. С другого конца присоединяется фрагмент поли А (около 200 адениловых нуклеотидов), который стабилизирует мРНК, препятствуя ее разрушению нуклеазами. Все внутриядерные преобразования про-мРНК претерпевает будучи связанной с особыми белковыми частицами — информоферами. Последние участвуют и во внутриядерном транспорте мРНК. При переносе зрелой мРНК из ядра в цитоплазму информоферы остаются в ядре, а мРНК соединяется с цитоплазматическими белками, в результате чего образуются новые частицы — информосомы, представляющие собой форму транспорта мРНК на рибосомы.

Патология может касаться любого этапа формирования зрелой мРНК и ее транспортировки на рибосому. Результатом изменения этих процессов будет нарушение биосинтеза белка в клетке.

Мутации могут происходить как в соматических, так и в половых клетках. Мутация соматических клеток может привести к активации механизмов канцеро-

31

генеза, стимуляции процессов клеточного старения, изменению антигенной структуры клетки, прекращению синтеза или синтезу измененного клеточного белка, а также к гибели клетки вследствие выключения ключевого фермента метаболизма или активации механизмов апоптоза. Мутация половых клеток приводит к развитию наследственного заболевания или наследственного предрасположения. В основе наследственного заболевания лежит генетический дефект, проявляющийся

вобычных (в любых) условиях среды. В основе наследственного предрасположения лежит генетический дефект, для проявления которого необходимы определенные условия (гипоксия, вирусная или бактериальная инфекция, действие лекарственных препаратов и т.п.).

Впроцессе эволюции сформировались мощные механизмы защиты генетического аппарата и повышения надежности путей реализации генетической программы. К механизмам защиты генома относятся: работа ДНК-репарирующих ферментов, исправляющих ошибки в молекуле ДНК, функция продуктов ряда антионкогенов, например белка р53, контролирующего целостность генома, амплификация генов — многократное дублирование некоторых локусов ДНК, полиплоидия соматических клеток, действие антимутагенов, а также способность гистонов «гасить» излишек энергии, получаемой молекулой ДНК в ходе фотохимических реакций. Недостаточность любого механизма защиты, возникающая под влиянием различных патогенных факторов, способствует нарушению структуры и функции генетического аппарата клетки.

Особую роль в патологии, в частности, при взаимодействии клетки с онкогенными вирусами, играет присутствующий в ядре фермент обратная транскриптаза, осуществляющая синтез ДНК на матрице РНК.

Вгенетическом аппарате клетки запрограммировано определенное число делений, которые может претерпевать дифференцированная соматическая клетка (ограничение Хейфлика). Данное ограничение обеспечивается работой особого счетчика митозов, фиксирующего укорочение теломерных районов хромосом в результате их недорепликации при каждом клеточном делении. При достижении критического уровня укорочения, который генетически детерминирован, запускается процесс апоптоза. Вместе с тем, во всех ядросодержащих клетках организма имеется фермент теломераза, способный достраивать укороченные теломерные районы и тем самым выключать счетчик митозов. В дифференцированных клетках этот фермент неактивен, однако, он работает в стволовых и раковых клетках, обеспечивая их потенциальное бессмертие. Работа данного фермента в стволовых клетках тонко регулируется. Избыточная активация теломеразы в соматических клетках и нарушение регуляции ее активности являются существенным моментом

вмалигнизации клетки. Кроме того, активность теломеразы может регулировать темп клеточного старения.

Важным контролирующим механизмом, участвующим в поддержании гомеостаза в клеточной популяции, служит апоптоз — генетически детерминированная (запрограммированная) гибель клетки. В литературе обычно противопоставляются два механизма клеточной смерти: некроз (случайная, «насильственная» смерть) и апоптоз (естественная, управляемая гибель клетки). Однако «некроз» есть понятие

32

не клеточного, а тканевого уровня. При некрозе гибель клетки сопровождается вы- раженнойсосудисто-тканевойреакцией,освобождениембольшогоколичествавну- триклеточных ферментов, ионов, активацией или новообразованием биологически активных веществ, которые участвуют в формировании воспалительной реакции, вторичной альтерации здоровых клеток и увеличении площади очага повреждения. Этот механизм насильственной клеточной гибели, который противопоставляется апоптозу, более логично обозначать как «цитолиз», поскольку этот термин отражает суть явления и фиксирует внимание лишь на изменениях, происходящих с клеткой, — а цитолиз и апоптоз — клеточные события. Апоптоз не сопровождается развитием воспалительной реакции: разрушенные клеточные структуры определенным образом организуются и подвергаются фагоцитозу.

Для реализации апоптотической гибели клетки эволюционно сформировались сложные, тонко организованные и точно регулируемые внутриклеточные механизмы, позволяющие в ответ на внешние или внутренние сигналы, «выбраковывающие» определенную клетку в многоклеточной популяции, запустить каскад процессов, ведущих к ее самоуничтожению.

Апоптоз — многоэтапный процесс. Он может запускаться внешним сигналом, который воспринимается рецепторами цитоплазматической мембраны: Fas рецептором (CD-95, APO-1) или рецептором фактора некроза опухоли (ФНО). Fas-белок экспрессируется на клетках тимуса, печени, почек и сердца. Fas-лиганд (FasL) экспрессируется Т-киллерами и NK-клетками. Fas-зависимый апоптоз регулирует гомеостаз в системе Т- и В-лимфоцитов. Некоторые опухолевые клетки способны экспрессировать FasL и атаковать Т-киллеры и NK-клетки, вызывая их апоптоз.

Другим внешним сигналом, запускающим апоптоз, является воздействие на клетку-мишень белка перфорина, вырабатываемого Т-киллерами. Под влиянием перфорина в мембране клетки образуются каналы, по которым поступают ферменты, выделяемые Т-киллером, в частности гранзим В — специфическая протеаза, активирующая ключевой фермент апоптоза — каспазу-3.

При определенных условиях в клетке формируется эндогенный сигнал запуска апоптоза. Его источником могут служить внутриклеточные органоиды. Так, из митохондрий при их набухании и повышении проницаемости наружной мембраны освобождаются цитохром С, прокаспаза-2, -3, -9, белкиAIF и SMAC, которые инициируют процесс апоптоза. При избыточном накоплении ионов кальция

впузырьках СПР активируется прокаспаза-12, которая активирует каспазу-3 и запускает программу гибели клетки. Показана связь между ЭПР-зависимым апоптозом и разрушением нейронов мозга при болезни Альцгеймера. Сигналом для инициации апоптоза является нарушение баланса между продуктами клеточных протоонкогенов и антионкогенов, свидетельствующее о повреждении клеточного генома. Антионкогенный продукт — белок р53 контролирует движение клетки

вклеточном цикле, работу ДНК-репарирующих ферментов и апоптоз. При появлении нерепарируемого генетического дефекта клетка выключается из митоза и направляется в апоптоз, чем обеспечивается поддержание целостности генома

вклеточной популяции.

33

Многочисленные начальные сигнальные механизмы ведут в конечном итоге к активации ферментов — каспаз, ответственных за основные этапы апоптоза. Известны 14 ферментов семейства каспаз. Различают инициаторные и эффекторные каспазы (соответственно, каспазы 1-го и 2-го эшелона). К каспазам 1 го эшелона относятся каспазы-2, -8, -9, -10, -12; к каспазам 2-го эшелона — каспазы-3, -6, -7. Каспазы 1-го эшелона активируют каспазы 2-го эшелона. Субстратами эффекторных каспаз являются более 60 различных белков. В результате действия эффекторных каспаз:

1)подвергается протеолизу ингибитор ДНКазы, и активирующийся фермент вызывает межнуклеосомные разрывы хроматина с образованием фрагментов ДНК размером 180–200 пар нуклеотидов;

2)инактивируются ферменты, участвующие в репарации ДНК, сплайсинге мРНК и репликации;

3)разрушаются белки цитоскелета;

4)модифицируются белки-регуляторы клеточного деления;

5)разрушаются антиапоптозные белки семейства Bcl-2;

6)модифицируются белки, участвующие в межклеточной сигнализации, и ядерные факторы транскрипции.

Процесс апоптоза находится под антагонистическим контролем многих внутриклеточных факторов: имеются антиапоптозные белки семейства Bcl-2, IAP и проапоптозные белки семейства Bax.

В роли внешних модификаторов апоптоза могут выступать оксид азота и супероксид, каждый из которых обладает проапоптотическим эффектом, который однако может сменяться на цитопротекторный при их взаимодействии. Физиологическими активаторами апоптоза являются ФНОα, дефицит ростовых факторов, ионы Са, глюкокортикоиды. В качестве индукторов апоптоза при клеточном повреждении могут выступать белки теплового шока, вирусы, оксиданты, свободные радикалы, продукты ПОЛ, бактериальные токсины, ультрафиолетовое и рентгеновское излучение. Ингибиторами апоптоза являются ростовые факторы, экстраклеточный матрикс, нейтральные аминокислоты, ионы цинка, эстрогены, андрогены, ИЛ-9, ряд цитокинов.

Патология апоптоза может приводить к нарушению:

1)запрограммированного удаления клеток в процессе эмбриогенеза;

2)гормонозависимой инволюции клеток у взрослого организма, например отторжения клеток эндометрия в процессе менструального цикла, атрезии фолликулов в яичниках во время менопаузы и т. п.;

3)элиминации клеток в быстро пролиферирующих клеточных популяциях (например, эпителия крипт тонкой кишки);

4)противоопухолевого иммунитета;

5)формирования иммунологической толерантности, основанной на селекции

иуничтожении аутореактивных клонов Т-лимфоцитов, и развитию аутоиммунных заболеваний;

6)реакции тимико-лимфатического аппарата на действие глюкокортикоидов;

7)реализации реакций клеточного иммунитета и ГЗТ;

34

8)элиминации клеток, пораженных вирусами;

9)репарации мутационных изменений в геноме клетки.

Равновесие между клеточным обновлением и апоптозом обеспечивает баланс в клеточной популяции и нарушение этого равновесия ведет к гиперпластическим процессам или атрофии тканей.

Важное место в обеспечении клеточного гомеостаза занимают механизмы подавления репродукции в клетке чужеродного генома. Эту функцию выполняет семейство полифункциональных гликопротеидов — интерферонов (ИФН). На основании антигенных различий у человека выделяют три класса ИФН: α, β и γ. ИФНα продуцируется лейкоцитами при вирусных инфекциях. ИФНβ образуется фибробластами и дифференцированными клетками соединительной ткани. ИФНγ синтезируется Т-лимфоцитами в ходе иммунного ответа. Гены, ответственные за синтез ИФН, локализованы во 2-й и 9-й хромосомах. Пятая хромосома содержит регуляторные гены системы ИФН. Индукцию синтеза ИФН вызывают самые раз- нообразныефакторы:вирусы,бактерии,риккетсии,простейшие,экзо-иэндотокси- ны, искусственные РНК-полинуклеотиды, полифосфаты, полисульфаты. Действие ИФН направлено на подавление различных этапов внутриклеточной репродукции вирусов. Кроме того, ИФН могут ингибировать рост опухолей за счет торможения пролиферации, цитолиза раковых клеток, активации натуральных киллеров и макрофагов, иммуномодуляции и гормоноподобных эффектов. Синтезированный в клетке ИФН освобождается в среду и вовлекает в ответ соседние клетки, на мембране которых имеются соответствующие рецепторы.

В условиях патологии возможно нарушение синтеза ИФН в результате мутационных изменений в структурных генах или в регуляторных участках. Для проявления эффектов ИФН необходим полноценный метаболизм клетки и прежде всего синтез белка и нуклеиновых кислот, поскольку сами ИФН являются лишь сигнальными молекулами, запускающими каскад реакций, осуществляемых при участии клеточного генома.

При повреждении генетического аппарата, внутриклеточных структур или частичной денатурации клеточных белков включаются аварийные механизмы репарации, включающие выработку группы шаперонных белков, важнейшими представителями которых являются белки теплового шока (БТШ). Экспрессия данной группы белков возрастает при различных клеточных повреждениях (воспаление, инфекция, гипоксия, оксидативный стресс и т. п.). Шаперонные белки способны обеспечивать работу репаразной системы, восстанавливать измененную конформацию белковых молекул, а также исправлять поломки внутриклеточных органоидов. При мутации генов, кодирующих БТШ, или нарушении трансляции и посттрансляционных событий уменьшается цитопротекторное действие шаперонов, снижается порог апоптоза и цитолиза.

35

Глава 3

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ СВОБОДНОРАДИКАЛЬНОГО ОКИСЛЕНИЯ — ТИПОВОЙ ПРОЦЕСС ДЕЗИНТЕГРАЦИИ КЛЕТОЧНЫХ СТРУКТУР В УСЛОВИЯХ ПАТОЛОГИИ

3.1. Источники образования свободных радикалов

Свободнорадикальное окисление является одним из универсальных механизмов повреждения клеток, но вместе с тем это и необходимый для нормального функционирования клеток процесс.

Состояние процессов липопероксидации в условиях нормы определяет характермодификациифосфолипидногобислоябиологическихмембран,энергетического и пластического обеспечения клеток, активности транспортных и рецепторных систем мембран, возбудимость клетки и многие внутриклеточные метаболические процессы.

Свободнорадикальные процессы участвуют в реакциях окислительного фосфорилирования, биосинтеза простагландинов и нуклеиновых кислот, в регуляции липолитической активности, в процессах митоза, метаболизма катехоламинов.

В то же время интенсификация свободнорадикального окисления является закономерным процессом потенцирования патогенных эффектов воздействия этиологических факторов инфекционной и неинфекционной природы.

Активация процессов свободнорадикального окисления описана при ишемии, гипоксиях, стрессорных ситуациях, эндокринопатиях, опухолевом процессе, аутоиммунных заболеваниях, различных бактериальных инфекциях и интоксикациях, в частности при чумной, сальмонеллезной, газовогангренозной, ботулинической, стрептостафилококковой.

Независимо от характера индуктора ключевую роль в развитии окислительного повреждения играют активные формы кислорода (АФК), органические радикалы и перекиси.

Как известно, характерной особенностью свободных радикалов является наличие на высшей энергетической орбитали неспаренного электрона, что придает им высокую реакционную способность к участию во многих биохимических.

Инициация свободнорадикального окисления может быть обусловлена различными причинами, но первостепенную роль в этом процессе играют промежуточные продукты восстановления O2. В свою очередь АФК могут образовываться интрацеллюлярно в сфере действия оксидазных энзимов, а также экстрацеллюлярно — при участии лейкоцитов.

Большая часть молекул O2, попавших в клетку, подвергается ферментативному катаболизму в митохондриях в процессе двухэлектронного и тетраэлектронного восстановления, катализируемого цитохромоксидазой.

Однако наряду с этой основной реакцией может проходить ступенчатое одноэлектронное восстановление молекулярного кислорода. Возникшие при этом процессе свободные радикалы кислорода инактивируются антиоксидантной системой.

36

Между тем утечка радикалов способна вызвать цепной процесс неферментативного свободнорадикального перекисного окисления липидов (ПОЛ), белков, нуклеиновых кислот, углеводов.

Как известно, к АФК относят диоксид или супероксидный анион-радикал, перекись водорода, гидроксильный радикал, гидропероксильный радикал, реже включают синглетный кислород.

Использование признанного метода обнаружения свободных радикалов биологических системах — электронного парамагнитного резонанса — позволило установить наличие и других парамагнитных центров, создаваемых Fe2+, Cu2+, Mn2+, семихинонными формами НАД, ФАД, аскорбиновой кислотой, продуктами распада хлорированных углеводов, интермедиантов, образованных с участием ви-

тамина B12.

Стабильным радикалом является NO — оксид азота — вторичный мессенжер, образующийся из L-агринина и активирующий гуанилатциклазу.

Обнаружение свободных радикалов в биологических системах чрезвычайно затруднено в связи с их нестабильностью, быстрым спонтанным распадом и включением в клеточный метаболизм продуктов липопероксидации.

Между тем, к настоящему моменту довольно четко определено происхождение свободных радикалов в биологических системах и дана оценка их метаболической значимости при различных заболеваниях, в том числе и инфекционной природы.

Как указывалось выше, в условиях нормы около 98 % молекулярного O2 подвергается тетравалентному восстановлению с образованием H2O в митохондриях в биологическом процессе, связанном с генерацией АТФ. Между тем, 1–2 % общего количества потребляемого O2 подвергается последовательному одновалентному восстановлению с образованием так называемых свободнорадикальных соединений, имеющих неспаренный электрон.

Вэтом процессе молекулярный кислород восстанавливается сначала в супе-

роксидный анион-радикал, который затем может превращаться в H2O2. Последующее одновалентное восстановление H2O2 приводит к образованию гидроксильного радикала OH· и H2O. На заключительном этапе последовательного одноэлектронного восстановления кислорода OH присоединяет протон и превращается в H2O. Образующиеся в процессе одновалентного восстановления радикалы представляют собой реакционноспособные АФК.

Установлено, что супероксидный анион-радикал образуется при одноэлектронном переносе от флавинсодержащих оксидаз, цитохрома С, убихинона, цитохромоксидазы в митохондриях. В микросомах генерация этого радикала отмечается при образовании метгемоглобина. НАДФ·H-цитохром-С-редуктазная система и цитохром P-450 микросом также могут быть источниками супероксиданион радикала.

Вцитозоле клеток супероксидный анион-радикал генерируется от ксантиноксидазы.

Среди неферментативных путей образования O2 в клетках следует отметить аутоокисление гидрохинонов, лейкофлавинов, катехоламинов, тиолов, тетрагидроптеринов. Неферментным путем супероксидный анион-радикал образуется в системах, содержащих катионы переменной валентности (железа, меди).

37

В инициации свободнорадикального окисления могут участвовать катионрадикалы молибдена, марганца, кобальта, радикал монодегидроаскорбиновой кислоты, гидроксильный радикал, железосерные кластеры.

Наиболее изучены процессы образования свободных радикалов для производных кислорода и азота, хуже — процессы образования свободных радикалов от углеводородных структур биополимеров.

Касаясь гидроксильного радикала, следует отметить, что он образуется при радиолизе воды в реакции Хабера-Вейса, а также в реакции Фентона между ионом двухвалентного железа и перекисью водорода.

Пероксид водорода образуется при функционировании ряда флавин-, медь- и гемосодержащих оксидаз, в частности митохондриальной моноаминооксидазы, НАД-убихинонредуктазы,убихинон-цитохром-С-редуктазы,супероксиддисмутаза (СОД), а также пероксисомальной уратоксидазы и цитозольной ксантиноксидазы.

H2O2 не является свободным радикалом, однако обладает способностью инициировать свободнорадикальное окисление, поэтому является цитотоксичным соединением. К числу АФК относится гидропероксильный радикал, образующийся в процессе взаимодействия O2 с металлом переменной валентности, в частности с Fe2+.

Супероксидный анион-радикал и H2O2 не могли бы считаться главными инициаторами свободнорадикального окисления в клетке, если бы взаимодействие этих двух веществ не приводило к возникновению самого активного из известных внутриклеточныхинициаторовсвободнорадикальногоокисления—гидроксильно- го радикала. Гидроксильный радикал представляет собой трехэлектронную форму восстановления O2, быстро атакующую соединения любой природы, в том числе липиды, белки, нуклеиновые кислоты, углеводы с образованием воды и радикала соответствующей молекулы.

Помимо интермедиаторов восстановления O2, в инициации свободнорадикального окисления участвует синглетный кислород. В клетках синглетный кислород может образовываться при реакциях, катализируемых пероксидазами, липоксигеназами, а также в процессе микросомального НАДФ·H-зависимого ПОЛ.

Синглетный кислород не является свободным радикалом. Однако, реагируя с биомолекулами, он вызывает появление свободных радикалов. Установлено, что синглетный кислород может инициировать перекисное окисление холестерина и ненасыщенных жирных кислот.

Генерация АФК — обязательный атрибут аэробных процессов у эукариотов. Однако функционирование и развитие клеток в кислородсодержащем окружении не было бы возможным без существования защитных систем, к которым относятся специализированные ферментативные и неферментативные антиоксиданты. Постоянное образование прооксидантов в живых системах уравновешено их дезактивацией антиоксидантами, поэтому для поддержания гомеостаза необходима постоянная генерация антиоксидантов.

3.2. Факторы антиоксидантной защиты клеток

Высказывается точка зрения о нескольких уровнях защиты клеток макроорганизма от АФК, которые могут быть представлены следующим образом:

38

1-й уровень — системная защита клеток за счет значительного снижения напряжения O2 в тканях по сравнению с атмосферным воздухом;

2-й уровень — обеспечивается в процессе четырехэлектронного восстановления основной массы внутриклеточного O2 при участии цитохромоксидазы без освобождения свободных радикалов;

3-й уровень — ферментативное удаление образовавшихся супероксидного анион-радикала и H2O2;

4-й уровень — наличие ловушек свободных радикалов (антиоксидантов); 5-й уровень — ферментативное восстановление гидроперекисей полинена­ ­

сыщенных­ жирных кислот (ПНЖК).

Число эндогенных соединений, относимых к антиоксидантам, постоянно возрастает. Нет единой универсальной классификации антиоксидантов.

Некоторыми авторами предпринята попытка классификации антиоксидантов в зависимости от их молекулярной массы на 2 группы:

I группа. Высокомолекулярные соединения — ферменты антиоксидантной защиты, а также белки, способные связывать ионы Fe и Cu, являющиеся катализаторамисвободнорадикальныхпроцессов.Антиоксидантныеферменты(СОД,церулоплазмин, каталаза, глутатионзависимые ферменты) обеспечивают комплексную антирадикальную защиту биополимеров.

Для ферментативных антиоксидантов характерна высокая специфичность, строго определенная органная и клеточная локализация, а также использование в качестве катализаторов металлов — Cu, Fe, Mn, Zn, Se.

К числу белков, обладающих способностью связывать металлы с переменной валентностью и соответственно обладающих антиоксидантными свойствами, относят альбумины крови, трансферрин, ферритин, лактоферрин. Многие из них весьма эффективны в ингибировании свободнорадикальных процессов, но слабо проникают через мембраны и тканевые барьеры.

II группа. Низкомолекулярные антиоксиданты: некоторые аминокислоты, полиамины, мочевина, мочевая кислота, глутатион, аскорбиновая кислота, билирубин, α токоферол, витамины группыA, K, P.

При этом можно говорить о своеобразных антиоксидантных цепях переноса электронов, эффективность функционирования которых определяется работой всех компонентов.

Эффекты антагонизма установлены в действии смеси α-токоферола с природными хинонами (убихиноном, филлохиноном). Напротив, фосфолипиды усиливают активность всех антиоксидантов, независимо от их природы.

Таким образом, рассматривая в общем виде антиоксидантные системы, следует иметь в виду, что организм располагает ферментативными системами, ингибирующими ПОЛ на этапе инициации. Так, СОД инактивирует супероксидный анион-радикал, субстратами действия глутатионпероксидазы (ГПО) и каталазы являются перекись водорода и гидроперекиси липидов.

Действие ферментных антиоксидантов дополняется в целостном организме естественными антиоксидантами, в частности витаминами группы Е, стероидными гормонами, серусодержащими аминокислотами, аскорбиновой кислотой, вита-

39

минами группыA, K и P, убихиноном, пептидами, производными γ аминомасляной кислоты, фосфолипидами, продуктами метаболизма эйкозаноидов, а также тиолами, в частности эрготионеином, содержащимся в эритроцитах печени, мозге.

Важную роль в антиоксидантной защите играют карнозин и его производные. Как известно, карнозин является природным дипептидом, способным метаболизироваться в организме человека и животных, обладает стабилизирующим эффектом

вотношении pH среды, а также способностью взаимодействия с OH, супероксидным анион-радикалом и гипохлорит-анионом с последующей их инактивацией. Карнозин регулирует за счет антиоксидантных свойств поведенческие реакции.

Касаясь особенностей функционирования ферментного звена антиоксидантной системы следуетотметить, чтореакциидисмутации супероксидногоанион-радикала

и разложения H2O2 экзотермичны, а катализирующие эти реакции СОД и каталаза не нуждаются в кофакторах, что делает их активность не зависящей от функционирования других клеточных структур. СОД ускоряет спонтанную реакцию в 200 раз.

Полагают, что уровень активности внутриклеточных ферментативных антиоксидантных систем генетически детерминирован, причем избыточное накопление

вклетках супероксидного анион-радикала или перекиси водорода сопровождается депрессией участков генома, ответственного за активность внутриклеточных ферментативных антиоксидантных систем. У человека ген, кодирующий синтез СОД, локализован в 21-й хромосоме.

Обнаружено несколько изоэнзимных форм СОД, отличающихся строением активного центра. У эукариотов Cu-, Zn-содержащая СОД локализуется в основном в цитозоле эритроцитов, в межмембранном пространстве митохондрий, в цитоплазме и ядре нервных клеток. Фермент чувствителен к цианиду, представляет собой металлопротеид с ММ 32–33 кДа, состоит из двух субъединиц, каждая из которых связывает 1 атом Cu и 1 атом Zn.

Mn-СОД локализована в митохондриях печени и миокарда эукариот, вблизи анионных каналов. Для микроорганизмов характерны железосодержащий и марганецсодержащий изоферменты. Mn-СОД состоит из 4 субъединиц с ММ 20 кДа каж- дая,механизмдействияэнзима,вероятно,подобендействиюCu ,Zn-СОД-фермента, т.е. металл в активном центре попеременно меняет свою валентность: Mn3+, Mn2+.

Супероксиддисмутазную активность могут проявлять комплексы меди с аминокислотами и пептидами, а также многие медьсодержащие белки.

Описанные выше изоферментные формы СОД являются внутриклеточными ферментами, в межклеточной жидкости (плазма крови, лимфа, синовиальная жидкость) они разрушаются в течение 5–10 минут. В то же время обнаружена экстрацеллюлярная высокомолекулярная форма СОД (ММ 120 кДа), хорошо связывающаяся гепаринсульфатом гликокаликса эндотелиоцитов, локально защищает их от свободных радикалов. Экстрацеллюлярная СОД не связывается с лейкоцитами и эритроцитами, не участвует в регуляции продукции АФК гранулоцитами в процессе киллинга.

СОД существенно ускоряет дисмутации супероксидного анион-радикала. Однако, несмотря на высокую специфичность фермента, при определенных условиях Cu-СОД может взаимодействовать с H2O2 и выступать в качестве прооксиданта.

40