- •ЛЕКЦИЯ № 7
- •Свободнорадикальные процессы
- •Метаболизм, обусловленный реакциями радикального окисления
- •Строение биологических мембран
- ••Радикалы вступают в реакцию с липидами мембраны клетки, в результате происходит нарушение ее
- •Патогенетическое значение процессов свободнорадикального окисления
- •Элементарные реакции (стадии), через которые проходят свободные радикалы в период своей жизни (
- •В 1954 г. Борис Николаевич Тарусов - зав. кафедрой биофизики МГУ установил, что
- •Впервые мысль о патогенетическом значении свободных радикалов в жизнедеятельности человека высказал в 1956
- ••Денхам Харман (Denham Harman)
- •Академики Семенов Николай Николаевич и Эмануэль Николай Маркович
- ••В 1956 г. Н.М. Эмануэль выдвинул гипотезу о том, что свободные радикалы могут
- •Реакции зарождения свободных радикалов
- ••Зарождение радикалов in vivo происходит при окислении гемоглобина, миоглобина, а также в результате
- ••Н2О2 может быть использован фагоцитами для синтеза гипогалогенидов:
- •Н2О2 способен генерировать гидроксильные радикалы по реакция Габера-Вейса:
- •Гидроксильный радикал атакует липиды (R-H)
- •Наряду с ОН● радикалами к повреждающим агентам относят оксид азота NO●.
- •Молекулярный распад гидропероксидов
- •Как оказалось, АФК, возникают в результате случайных
- •8-гидрокси гуанин – маркер превращений ДНК, возникающих в результате активации процессов свободнорадикального окисления
- •Ферментативные ингибиторы окисления
- •Процессы с участием глутатиона
- •Антиоксиданты
- •Механизм действия антиоксидантов - фенолов
- •Широкое трактование понятия антиоксидантов в популярной литературе
- •Показано, что витамин Е и другие антиоксиданты снижают интенсивность дыхания. Это связано с
- •В организме
Академики Семенов Николай Николаевич и Эмануэль Николай Маркович
Семенов Н.Н. в 1956 г. получил Нобелевскую премию за открытие и обоснование возможности взрыва топлива, обусловленного ускорением окисления за счет реакции гомолитического распада гидропероксидов
ROOH RO. + OH .
•В 1956 г. Н.М. Эмануэль выдвинул гипотезу о том, что свободные радикалы могут играть роль в онкогенезе и росте опухолей. Он исходил из опыта многолетних исследований pеакций окисления углеводоpодов, которые проводились в Институте химической физики АН СССР под его pуководством, а также из аналогии между закономерностями роста опухолей и кинетикой разветвленных цепных реакций.
•Н.М. Эмануэль и его сотрудники первыми в СССР
успешно применили ингибиторы свободно- радикальных реакций для замедления старения экспериментальных животных и в медицинской практике - в онкологии, для лечения ожогов, в травматологии и военной медицине.
Реакции зарождения свободных радикалов
(инициирование процесса)
•Главным источником АФК в условиях организма являются митохондрии, при этом лишь 2% расходуется в реакциях образования активных форм кислорода (АФК) . Их продукция может значительно возрастать при усиленном поступлении О2 в клетки или нарушении работы электронотранспортной цепи митохондрий.
•К АФК относят синглентный кислород О*2, оксид азота (NO●), супероксид-анион-радикал гидроксильные (ОН●), гидродиоксильные (НО2●), алкоксильные (RO●), пероксильные (RO2●) радикалы и их предшественники: пероксид водорода (Н2О2) и гидропероксиды (ROОН).
•Зарождение радикалов in vivo происходит при окислении гемоглобина, миоглобина, а также в результате одноэлектронного восстановления О2 с участием ферментных систем (НАД(Ф)Н-оксидаза, (НАД(Ф)Н- цитохром с-редуктаза, глутатиона, убихинона, гидроксилазы, флавинов, ксантиноксидазы, аминооксидазы, липоксигеназы:
•Протонирование супероксидного анион-радикала сопряжено с образованием гидродиоксильного радикала .
•При диспропорционировании О2● с участием супероксиддисмутазы (СОД) образуется пероксид водорода, судьба которого в дальнейшем может быть разной:
(супероксидный анион-радикал открыт Фридовичем в 1969 г.)
•Н2О2 может быть использован фагоцитами для синтеза гипогалогенидов:
•
•Гипогалогениты в реакции с гемоглобином или супероксид-анионрадикалом образуют гидроксильные радикалы.
Н2О2 способен генерировать гидроксильные радикалы по реакция Габера-Вейса:
Образование ОН● радикала возможно в результате восстановления Н2О2:
Источником гидроксил-радикалов ОН● считают реакцию Фентона:
Радикал ОН● является короткоживущей частицей с временем
существования около 100х10-9 сек (100 нс), однако, он чрезвычайно активен, может с высокой скоростью реагировать с фосфолипидами, гемоглобином, белками, ДНК (гуанином, тимином).
Цитотоксическое действие радикалов на 50% обусловлено ОН●
Гидроксильный радикал атакует липиды (R-H)
Гидроксильные радикалы, образующиеся по указанным выше реакциям, способны взаимодействовать с О2● , что приводит к образованию синглентного кислорода О*2 .
Наряду с ОН● радикалами к повреждающим агентам относят оксид азота NO●.
Парамагнитная молекула NO● образуется при окислении L-аргинина с участием NO-синтазы. NO● генерируется эндотелиоцитами,
фагоцитами, нервными и др. клетками.
Цитотоксическое действие NO● связывают с образованием пероксинитрита (ONOO¯), нитритов (NO2¯) и нитратов (NO3¯), синглентного кислорода (при взаимодействии NO● с Н2О2)
Наибольшей токсичностью обладает пероксинитрит, образующийся в ходе реакции:
Константа скорости этой реакции составляет от Среднее время жизни пероксинитрита составляет 1-2 сек, поэтому он
может мигрировать в ткани и легко проникать в мембраны. Вклад в повреждающее действие пероксинитрита вносит гидроксильный радикал, образующийся при понижении рН:
• |
Реакции в липидном бислое биологических мембран |
|
|
1 - инициирование |
2- рост (продолжение ) цепей
Процесс приобретает цепной характер, в котором участвуют радикалы, не контролируемые ферментными системами организма.
Молекулы ROOH способны к гомолитическому разрыву О-О связей, что приводит к вторичному инициированию:
• |
3- вырожденное |
|
разветвление |
3 реакция способствует резкому ускорению ПОЛ. В условиях in vivo гидропероксиды разрушаются с участием ферментов (глутатионпероксидазы).
•
Цитотоксическое действие ионизирующих излучений на организм связано
с генерацией OH● радикалов в процессе радиолиза воды:
•При этом образуются и другие продукты: Н2О2, О*2, О2● , однако их выход значительно меньше, чем ОН●
|
Свободнорадикальное окисление липидов |
|
|
|||||||||||
|
2. Рост цепей |
RH+ OH. |
|
|
R. + H O |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
H2C |
|
H |
H |
|
OH |
|
H2C |
HC CH |
|
H |
CH CH R |
|
|
R |
HC C |
C C |
CH R |
R |
|
C |
|
|||||||
|
|
H |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
|
|
· |
|
|
H |
H |
H |
H |
H |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
R |
H2C HC |
HC |
HC |
CH |
CH R |
R |
H2C |
C |
C |
C C |
C |
R |
|
|
O2 |
|
H |
|
|
|
|
(RO.2) |
|
|
(R.) |
|
|
|
|
|
R H2C |
C HC HC CH |
CH |
R |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
OO. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R. + O2 |
|
RO2. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
R-H + RO2. |
|
ROOH + R. |
|
|
|
|
|
|
|