Реакции образования активных форм О2, значение в физиологии и патологии клетки, ферментативная и неферментативная антиоксидантная защиты, особенности детского возраста

Реакции образования активных форм кислорода:

a. О₂ + 1е^- → О^∙₂

b. О^∙₂ +1е^- → О^2-₂ он быстро протонируется с образованием перекиси водорода О^2-₂ + 2Н⁺ → Н₂О₂

c. Н₂О₂ + 1е^- → НО^∙ + ОН^- ОН^- протонируется с образованием воды ОН^- + Н⁺ → Н₂О

d. ОН^∙ + 1е^- → Н₂О

1) Ферментативные:

Электроны, необходимые для образования АФК могут давать цепи переноса электронов. Утечка е^- из ЦПЭ на кислород является основным путем образования АФК в большинстве клеток:

a. В цепи окислительного фосфорилирования Q принимая 1 е^- превращается в свободный радикал семихинон НQ^∙, который может непосредственно взаимодействовать с кислородом, образуя супероксидный анион-радикал: HQ· + O₂ → Q+ О^∙₂ + H⁺;

b. В монооксигеназных реакциях е^- с цитохрома Р₄₅₀ переходит на кислород с образованием супероксидного анион-радикала, который иногда теряется с активного центра.

c. Аэробные дегидрогеназы (ФАД-зависимые оксидазы) переносят е^- и Н⁺ с субстрата на кислород с образованием перекиси водорода. Примеры таких оксидаз — оксидазы амино­кислот, супероксид дисмутаза, оксидазы, лока­лизованные в пероксисомах.

2) Неферментативные:

Электроны, необходимые для образования АФК могут давать:

a. Металлы переменной валентности. Наличие в клетках Fe²⁺ или ионов других переходных металлов катализирует образования АФК. Например, в эритроцитах окисление иона железа гемоглобина способствует образованию супероксидного анион-радикала.

Hb(Fe²⁺) + O₂ → MetHb(Fe³⁺) + О^∙₂

b. Радикалы. АФК, обмениваясь электроном, легко переходят друг в друга: О^∙₂ + Н₂О₂ → О₂ + НО^∙ + ОН^-

Так же при гомолитическом разрыве связей под действием ионизирующего излучения. Этот процесс обычно происходит на поверхности тела - в коже.

Значение активных форм кислорода в физиологии клеток:

1) Иммунная система. АФК используются фагоцитарными клетками - тканевыми макрофагами, моноцитами и гранулоцитами крови для разрушения бактерий, вирусов и онкоклеток.

2) Поддержание гомеостаза.

3) Внутриклеточное пищеварение.

Значение активных форм кислорода в патологии клеток:

Вызывают повреждение белков, нуклеиновых кислот и липидов мембран клеток. Инактивируют многие ферменты. Могут повреждать ДНК. Нарушают физико-химические свойства мембран - проницаемость, рецепторная функция и работа мембранных белков. Повреждение барьера приводит к нарушению регуляции внутриклеточных процессов и тяжелым расстройствам клеточных функций. Часто вызывают гибель клеток, следовательно, ускоряют процесс старения организма.

Антиоксидантная защита:

Прооксидантыусиливают процессы свободно-радикального окисления. Это высокие концентрации кислорода, ферментные системы, ионы двухвалентного железа.

Антиоксидантытормозят свободно-радикальное окисление. Они образуют ферментативную и неферментативную антиоксидантную систему.

1) Ферментативная антиоксидантная система

Ферменты, защищающие клетки от действия активных форм кислорода: супероксиддисмутаза, каталаза и глутатионпероксидаза.

Органы, где их активность наивысшая: печень, надпочечники и почки (там особенно велико содержание митохондрий, цитохрома Р₄₅₀ и пероксисом).

Супероксиддисмутаза: 2О^∙₂ + 2H⁺ → H₂O₂+ O₂

Его (это же фермент. Он) изоферменты находятся и в цитозоле и в митохондриях и являются первой линией защиты.

Синтез этого фермента увеличивается, если в клетках активируется свободно-радикальное окисление.

Каталаза: 2Н₂О₂ → H₂O+ O₂

Находится в пероксисомах, в лейкоцитах и в эритроцитах.

Глутатионпероксидаза: Н₂О₂ + 2 GSH → 2 Н₂О + G-S-S-G. (участвует глутатион. Видимо GSH – глутатион, а G-S-S-G – окисленный глутатион)

Кофермент: селен.

Глутатионредуктаза: GS-SG + НАДФН₂ → 2 GSH + НАДФ⁺.

2) Неферментативная антиоксидантная система

"Липидные антиоксиданты" - производные фенола, способны инактивировать свободные радикалы в гидрофобном слое мембран и предотвращать развитие перекисного окисления липидов.

К ним относится витамин Е, коэнзим Q, тироксин и синтетические соединения.

Витамин Е самый распространённый, обеспечивает защиту мембран от свободно-радикального окисления. Отдаёт атом водорода радикалу липида ROO^∙, восстанавливает его до гидропероксида (ROOH), а сам превращается в малоактивный свободный радикал, что прерывает перекисное окисление липидов:

(витамин Е = токоферол)

Регенерацию витамина Е осуществляет витамин С.

Витамин С ингибирует свободно-радикальное окисление с помощью двух механизмов:

a. Восстанавливает в мембранах витамин Е:

b. Взаимодействует с активными формами кислорода — О^∙₂, Н₂О₂, НО^∙ и инактивирует их.

Соединения, связывающие железо. Большинство из них не просто связывают железо, но и не дают ему возможности приникнуть в липидную фазу мембран, поскольку образующиеся комплексы, в силу своей полярности, не проникают в гидрофобную зону.