5.2. Перекисное окисление липидов

Процессы окисления липидов протекают как в живых клетках (in vivo), так и при хранении выделенных липидов (in vitro). Кислород, необходимый для функционирования клеток, является одновременно и токсичным для них веществом. В процессе метаболизма в клетках аэробных организмов постоянно образуются активные формы кислорода, которые при нарушении работы защитных систем организма могут оказывать токсическое действие и приводить к окислительному повреждению тканей и органов. Активными они являются потому, что представляют собой высокореакционные формы, чаще всего свободные радикалы (или их источники), и способны реагировать со многими соединениями клетки или запускать в клетке неконтролируемые свободнорадикальные реакции, которые приводят к повреждению липидов. При окислении жирных кислот образуются перекиси, поэтому такое окисление называют перекисным окислением липидов (ПОЛ). В результате реакций ПОЛ образуется широкий спектр продуктов – промежуточные (алкильные, алкоксильные и гидропероксидные радикалы, гидропероксиды), вторичные (эпоксиды, эндопероксиды, конъюгированные диены и триены, карбонильные соединения) и конечные (продукты рекомбинации радикалов, аддукты альдегидов с биополимерами, спирты, простые эфиры, углеводороды).

Наиболее чувствительны к действию активных форм кислорода полиеновые жирные кислоты, которые в основном локализованы в фосфолипидах биомембран. Свойства мембран изменяются, в них появляются гидрофильные зоны, через которые проникает вода, вызывая набухание клеток и изменение их внутреннего состава. Продукты ПОЛ обладают способностью непосредственно увеличивать ионную проницаемость липидного бислоя. Ионы Са²⁺ и Na⁺ входят в клетки, что приводит к разрушению субклеточных структур. Свободные радикалы проникают в ядро и митохондрии, окисляя ДНК, что ведет к разрыву цепей ДНК и потере митохондриями способности осуществлять синтез АТФ, в результате клетка оказывается в условиях энергетического голода.

Результатом перекисного повреждения мембран клеток является также уменьшение стабильности липидного бислоя, что может привести к электрическому пробою мембраны собственным мембранным потенциалом и, как следствие, к разрыву мембраны и полной потере ею своих барьерных функций.

Активные формы кислорода. Прооксиданты. Молекулы кислорода могут принимать по одному электрону из различных реакций и последовательно превращаться в активные формы кислорода (АФК). К ним относятся супероксид-анион-радикал ^•О₂^–, гидроксильный радикал ^•ОН, гидропероксидный радикал ^•ООН, пероксид водорода Н₂О₂:

е⁻ е⁻, 2Н⁺ е⁻, Н⁺

^••О₂ → ^•О₂^– → Н₂О₂ → Н₂О + ^•ОН

Супероксид-анион-радикал ^•О₂^– способен непосредственно повреждать большинство биомолекул – липиды, белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, низкомолекулярные метаболиты, практически всегда действует поблизости от места своего образования, не способен проникать через биомембраны.

Гидроксильный радикал ^•OH является одной из наиболее токсичных АФК. Он способен взаимодействовать практически со всеми классами органических соединений.

Пероксид водорода Н₂О₂ практически не может сам по себе индуцировать ПОЛ и окислительное повреждение белков. Токсичность Н₂О₂ для клеток связана с его участием в образовании гидроксильного радикала.

АФК могут образовываться как ферментативным, так и неферментативным путем (табл. 5.2).

Таблица 5.2