Перекисное окисление (автоокисление) липидов при контакте с кислородом не только приводит в негодность пищевые продукты (прогоркание), но и вызывает также повреждение тканей in vivo, способствуя развитию опухолевых заболеваний. Повреждающее действие инициируется свободными радикалами , возникающими в период образования перекисей жирных кислот, содержащих двойные связи, чередующиеся с метиленовыми мостиками (такое чередование имеется в природных полиненасыщенных жирных кислотах) (рис. 15.28). Перекисное окисление липидов является цепной реакцией, обеспечивающей расширенное воспроизводство свободных радикалов, которые инициируют дальнейшее распространение перекисного окисления. Весь процесс можно представить следующим образом.

1) Инициация: образование R из предшественника

2) Развитие реакции:

3) Терминация (прекращение реакции):

Поскольку гидроперекись ROOH выступает как предшественник в процессе инициации, перекисное окисление липидов является разветвленной цепной реакцией, потенциально способной вызвать значительное

Рис. 15.27. Долихол (-спирт).

Рис. 15.28. Перекисное окисление липидов. Реакция инициируется светом или ионами металлов. Малоновый диальдегид, образующийся только из жирных кислот с тремя и более двойными связями, используется как показатель перекисного окисления липидов вместе с этаном, образующимся в результате отщепления концевого двухуглеродного фрагмента о -жирных кислот, и пентаном, образующимся при опцеплении концевого пятиуглеродного фрагмента о -жирных кислот.

повреждения. Для регулирования процесса перекисного окисления жиров и человек, и природа используют антиоксиданты. В пищевые продукты с этой целью добавляют пропилгаллат, бутилированный гидроксианизол и бутилированный гидрокситолуол. К природным антиоксидантам относятся жирорастворимый витамин Е (токоферол), а также водорастворимые ураты и витамин С. -Каротин является антиоксидантом только при низких значениях Антиоксиданты распадаются на два класса: 1) превентивные антиоксиданты, снижающие скорость инициации цепной реакции, и 2) гасящие (прерывающие цепь) антиоксиданты, препятствующие развитию цепной реакции. К первым относятся каталаза и другие пероксидазы, разрушающие ROOH, и агенты, образующие хелатные комплексы с металлами -ДТП А (диэтилентриаминпентаацетат) и ЭДТА (этилендиаминтетраацетат). В качестве прерывающих цепь антиоксидантов часто выступают фенолы или ароматические амины. В условиях in vivo главными прерывающими цепь антиоксидантами являются супероксиддисмутаза (см. с. 126), которая в водной фазе улавливает супероксидные свободные радикалы а также витамин Е, улавливающий свободные радикалы ROO в липидной фазе, и, возможно, мочевая кислота.

Перекисное окисление in vivo катализируется также гемовыми соединениями и липокснгеназамн, нахолящимися в составе тромбоцитов, лейкоцитов и т.д.

Рис. 15.29. а-Токоферол.

Витамин E (а-токоферол)

Существует несколько природных токоферолов. Все они являются 6-гидроксихроманами или токолами с изопреноидными заместителями (рис. 15.29). а-Токоферол наиболее широко распространен и имеет наибольшую биологическую активность как витамин.

Витамин Е выполняет по крайней мере две метаболические функции. Во-первых, он служит наиболее сильнодействующим природным жирорастворимым антиоксидантом и, во-вторых, выполняет специфическую, хотя и не до конца понятную, роль в метаболизме селена.

Витамин Е, по всей видимости, является первым эшелоном защиты клеточных и субклеточных мембранных фосфолипидов от перекисного окисления. Фосфолипиды митохондрий, эндоплазматического ретикулума и плазматических мембран обладают специфическим сродством к а-токоферолу, поэтому витамин, по-видимому, концентрируется в составе этих мембран. Токоферолы действуют как антиоксиданты, прерывающие цепи окисления благодаря их способности переносить фенольный водород на пероксидный радикал (рис. 15.30). Феноксирадикал является резонансно-стабилизированной и относительно нереакционноспособной структурой, за исключением его взаимодействия с другими пероксидными радикалами. Таким образом, а-токоферол почти не вовлекается в процесс цепной реакции окисления; при окислении хроманового кольца и боковой цепи а-токоферола образуется продукт, не являющийся свободным радикалом (рис. 15.31). Этот продукт образует конъюгат с глюкуроновой кислотой и экскретируется с желчью. Антиоксидантное действие а-токоферола сохраняется при высоких концентрациях кислорода, поэтому неудивительно, что

Рис. 15.30. Гасящее цепную реакцию антиоксидантное действие токоферолов по отношению к перекисным радикалам

Рис. 15.31. Продукт окисления а-токоферола. Нумерация атомов позволяет сопоставить их положение в продукте и исходном соединении.

витамин накапливается в богатых липидами областях, контактирующих со средой, где поддерживается высокое парциальное давление кислорода, - в мембранах эритроцитов и клеток дыхательных путей.

Однако даже и в присутствии адекватного количества витамина Е происходит образование некоторого количества перекисей. Вторым эшелоном защиты мембран от разрушающего действия перекисей (см. с. 204) служит глутатионпероксидаза, в состав которой входит селен. Таким образом, действие витамина Е и селена состоит, по-видимому, в предохранении клеточных и субклеточных компонентов от повреждения перекисями, обеспечивая целостность органелл и препятствуя тем самым развитию патологических состояний при действии физических, химических или других стрессорных факторов.

Болит все тело, мало кто задумывается о таких понятиях, как перекисное окисление липидов и окислительный стресс. Это слова из области физиологии, а мы не хотим изучать физиологию, мы хотим худеть, приводить в тонус или наращивать мышцы и поменьше сталкиваться с негативными последствиями. Тем не менее, если понять, какие процессы происходят в организме, становится ясно, какие меры принимать, чтобы не было мучительно больно.

Механизмы окислительного стресса: почему так больно после тренировок?

Когда мы выполняем физическую работу, клеткам нужно больше энергии. Основной метод её получения для клеток – окисление глюкозы в присутствии кислорода. Под нагрузкой потребность в живительном газе возрастает, но тот объем, который может быть разнесен по телу, ограничен: количеством вдыхаемого воздуха, мощностью , её способностью перегнать определенное количество крови, состоянием кровеносных , которые могут быть повреждены или забиты (атеросклероз).

Во время интенсивной тренировки организм переживает состояние гипоксии – недостатка кислорода. Ферменты, участвующие в дыхательной цепи клетки, при понижении концентрации кислорода переводят его в так называемые активные формы (АФК) с неспаренным электроном, которые в широких массах известны как свободные радикалы в организме.

Эти атомы способны взаимодействовать с жирами (фосфолипидами) клеточной оболочки, как бы ударяя их тем самым электроном и, в свою, очередь, превращая в переокиси – еще один вид свободных радикалов. Те делятся электроном с соседями, и изменение структуры затрагивает все больше и больше молекул мембраны, перекидываясь и на соседние клетки. Это и есть перекисное окисление липидов и окислительный стресс – цепная реакция, нарушающая структуру клеточных оболочек.

Почему перекисное окисление липидов несет негативные последствия?

Самое неприятное с точки зрения физиологии спорта последствие перекисного окисления липидов – упомянутое нарушение мембран. Они становятся более проницаемыми, а это порождает:

1. Отток питательных веществ из клеток, а значит, поврежденные мышечные волокна лишатся стройматериала для своего ремонта. В местах концентрации возникают воспалительные реакции, сопровождающиеся концентрацией жидкости, а следовательно, сдавливанием нервных окончаний и болью. Кроме того, в целом замедляется после тренировки.
2. Затруднение передачи нервных импульсов (большую роль в этом играет кальций, а его концентрации в клетке и вне её нарушаются), а с ними – сократимость мышцы. Нарушается нейромышечная связь, способность развивать максимальное усилие, что снижает спортивные результаты.
3. Повреждение мембран не только клеток, но и их внутренних органелл, в том числе, митохондрий – энергетических субстанций клетки. Они могут усвоить меньше кислорода, что ведет к усугублению гипоксии и нарастанию процессов ПОЛ.

Как победить свободные радикалы в организме?

Чтобы предотвратить избыточное перекисное окисление липидов (в норме оно дает материал для синтеза простагландинов и тромбоксанов), необходимо:

• нейтрализовать образующиеся свободные радикалы в организме,
• увеличивать максимально возможный перенос кислорода, чтобы избежать гипоксии.

С первой задачей справляются антиоксиданты, например, один из самых мощных – . Вторая – комплексная, но для достижения каждой из тех целей, что она подразумевает, существуют натуральные средства:

• для укрепления сердечной мышцы и перекачки наибольшего количества крови – ;
• для увеличения количества гемоглобина в крови и переноса наибольшего количества кислорода – ;
• для защиты мелких кровеносных сосудов от повреждений – ;
• для прочищения сосудов от холестерина, очищения крови – , .

Перекисное окисление (автоокисление) липидов при контакте с кислородом не только приводит в негодность пищевые продукты (прогоркание), но и вызывает также повреждение тканей in vivo, способствуя развитию опухолевых заболеваний. Повреждающее действие инициируется свободными радикалами , возникающими в период образования перекисей жирных кислот, содержащих двойные связи, чередующиеся с метиленовыми мостиками (такое чередование имеется в природных полиненасыщенных жирных кислотах) (рис. 15.28). Перекисное окисление липидов является цепной реакцией, обеспечивающей расширенное воспроизводство свободных радикалов, которые инициируют дальнейшее распространение перекисного окисления. Весь процесс можно представить следующим образом.

1) Инициация: образование R из предшественника

2) Развитие реакции:

3) Терминация (прекращение реакции):

Поскольку гидроперекись ROOH выступает как предшественник в процессе инициации, перекисное окисление липидов является разветвленной цепной реакцией, потенциально способной вызвать значительное

Рис. 15.27. Долихол (-спирт).

Рис. 15.28. Перекисное окисление липидов. Реакция инициируется светом или ионами металлов. Малоновый диальдегид, образующийся только из жирных кислот с тремя и более двойными связями, используется как показатель перекисного окисления липидов вместе с этаном, образующимся в результате отщепления концевого двухуглеродного фрагмента о -жирных кислот, и пентаном, образующимся при опцеплении концевого пятиуглеродного фрагмента о -жирных кислот.

повреждения. Для регулирования процесса перекисного окисления жиров и человек, и природа используют антиоксиданты. В пищевые продукты с этой целью добавляют пропилгаллат, бутилированный гидроксианизол и бутилированный гидрокситолуол. К природным антиоксидантам относятся жирорастворимый витамин Е (токоферол), а также водорастворимые ураты и витамин С. -Каротин является антиоксидантом только при низких значениях Антиоксиданты распадаются на два класса: 1) превентивные антиоксиданты, снижающие скорость инициации цепной реакции, и 2) гасящие (прерывающие цепь) антиоксиданты, препятствующие развитию цепной реакции. К первым относятся каталаза и другие пероксидазы, разрушающие ROOH, и агенты, образующие хелатные комплексы с металлами -ДТП А (диэтилентриаминпентаацетат) и ЭДТА (этилендиаминтетраацетат). В качестве прерывающих цепь антиоксидантов часто выступают фенолы или ароматические амины. В условиях in vivo главными прерывающими цепь антиоксидантами являются супероксиддисмутаза (см. с. 126), которая в водной фазе улавливает супероксидные свободные радикалы а также витамин Е, улавливающий свободные радикалы ROO в липидной фазе, и, возможно, мочевая кислота.

Перекисное окисление in vivo катализируется также гемовыми соединениями и липокснгеназамн, нахолящимися в составе тромбоцитов, лейкоцитов и т.д.

Рис. 15.29. а-Токоферол.

Витамин E (а-токоферол)

Существует несколько природных токоферолов. Все они являются 6-гидроксихроманами или токолами с изопреноидными заместителями (рис. 15.29). а-Токоферол наиболее широко распространен и имеет наибольшую биологическую активность как витамин.

Витамин Е выполняет по крайней мере две метаболические функции. Во-первых, он служит наиболее сильнодействующим природным жирорастворимым антиоксидантом и, во-вторых, выполняет специфическую, хотя и не до конца понятную, роль в метаболизме селена.

Витамин Е, по всей видимости, является первым эшелоном защиты клеточных и субклеточных мембранных фосфолипидов от перекисного окисления. Фосфолипиды митохондрий, эндоплазматического ретикулума и плазматических мембран обладают специфическим сродством к а-токоферолу, поэтому витамин, по-видимому, концентрируется в составе этих мембран. Токоферолы действуют как антиоксиданты, прерывающие цепи окисления благодаря их способности переносить фенольный водород на пероксидный радикал (рис. 15.30). Феноксирадикал является резонансно-стабилизированной и относительно нереакционноспособной структурой, за исключением его взаимодействия с другими пероксидными радикалами. Таким образом, а-токоферол почти не вовлекается в процесс цепной реакции окисления; при окислении хроманового кольца и боковой цепи а-токоферола образуется продукт, не являющийся свободным радикалом (рис. 15.31). Этот продукт образует конъюгат с глюкуроновой кислотой и экскретируется с желчью. Антиоксидантное действие а-токоферола сохраняется при высоких концентрациях кислорода, поэтому неудивительно, что

Рис. 15.30. Гасящее цепную реакцию антиоксидантное действие токоферолов по отношению к перекисным радикалам

Рис. 15.31. Продукт окисления а-токоферола. Нумерация атомов позволяет сопоставить их положение в продукте и исходном соединении.

витамин накапливается в богатых липидами областях, контактирующих со средой, где поддерживается высокое парциальное давление кислорода, - в мембранах эритроцитов и клеток дыхательных путей.

Однако даже и в присутствии адекватного количества витамина Е происходит образование некоторого количества перекисей. Вторым эшелоном защиты мембран от разрушающего действия перекисей (см. с. 204) служит глутатионпероксидаза, в состав которой входит селен. Таким образом, действие витамина Е и селена состоит, по-видимому, в предохранении клеточных и субклеточных компонентов от повреждения перекисями, обеспечивая целостность органелл и препятствуя тем самым развитию патологических состояний при действии физических, химических или других стрессорных факторов.

Характеристика, продукты, биологическая
и патофизиологическая роль

Перекисное окисление липидов – свободнорадикальный цепной
процесс,
протекающий
в
биомембранах
и
липопротеинах,
сопровождается окислительной деградацией полиненасыщенных
жирных кислот (ПНЖК) с образованием свободнорадикальных и
молекулярных продуктов.
Свободнорадикальные реакции ПОЛ постоянно протекают во всех
организмах– от микроорганизмов до животных и человека.
Роль ПОЛ:
- обновление мембранных липидов
- поддержание структурного гомеостаза
- биосинтез биологически активных соединений (простагландинов,
тромбоксанов, лейкотриенов)
- функционирование мембранных ферментов
- экспрессия генов
- деление клеток
- регуляция апоптоза
- Чрезмерная активация ПОЛ приводит к развитию патологических
процессов (окислительный стресс).

В 1956 г. Н.Н.Семёнов совместно с С.Хиншелвудом получили Нобелевскую
премию по химии «За исследования механизма химических реакций, в
особенности за создание теории цепных реакций».
Сирил Норман Хиншелвуд
Академик Н.Н.Семёнов

Тарусов Б.Н.
Автор гипотезы о ведущей
роли свободнорадикальных
реакций ПОЛ в развитии
патологических процессов в
клетке
Владимиров Ю.А.
Бурлакова Е.Б.

Эмануэль Н.М.
Тарусов Б.Н.
Выдвинули идею о роли ПОЛ в происхождении и патогенезе
различных болезней. Это легло в основу концепции о СРО как
универсальном механизме в повреждении мембранных структур
клетки, а также окислительной модификации биомолекул при
различных патологических состояниях, действии экстремальных
факторов, а также при старении.

Общее уравнение свободнорадикального
ПОЛ имеет следующий вид:
(L + LO ) + LH + O2 → (L + LO ) +
LOOH + H2O
L , LO - липидные радикалы
LH полиненасыщенная
кислота (ПНЖК)
LOOH – гидроперекись липида
жирная

Важнейшие особенности ПОЛ:

1. О2 - зависимый процесс. О2 необходим для образования
АКМ, для инициации процесса, реакций продолжения и
разветвления цепи;
2. скорость процесса зависит не только от концентрации
исходных и конечных веществ, но и от содержания
промежуточных соединений – липидных радикалов;
3. большая зависимость ПОЛ от температуры среды
(Q10 > 5);
4.
скорость
ПОЛ
сильно
зависит
от
степени
ненасыщенности липидов;
5. ПОЛ инициируется путем отрыва атома водорода от атома
углерода в α-положении, т.е. соседнего с двойной связью;
6. по типу утилизации кислорода ПОЛ относится к
диоксигеназному пути окисления.

Схема участия молекулярного кислорода в
окислительных превращениях субстратов (S) в клетке
S восст
О2
S окисл
оксидазный путь О2
Н 2О
SH
монооксигеназный путь SOH Н 2О
SH
диоксигеназный путь SOOH

Активаторы и ингибиторы продукции АФК

Основными "фабриками" по производству свободных радикалов в нашем
организме служат маленькие продолговатые тельца внутри живой
клетки - митохондрии, самые главные её энергетические станции.

В физиологических условиях более
95% молекулярного кислорода
вовлекается в процесс окислительного
фосфорилирования в митохондриях.
Однако молекула кислорода способна
к неполному восстановлению, что
приводит к возникновению
чрезвычайно реакционно-способных
кислородных радикалов.

неспаренный электрон
спаренные электроны
Свободные радикалы - это высокоактивные
молекулы или атомы, имеющие один или несколько
неспаренных электронов на внешней орбитали, что
делает их особенно активными и «агрессивными».
Свободные радикалы стремятся вернуть себе
недостающий электрон, отняв его от окружающих
молекул.

Восстановление кислорода в биосистемах и
образование активных форм кислорода (АФК)

Активированные кислородные метаболиты (АКМ)
- высокореакционные, преимущественно
радикальные кислородные соединения,
образующиеся в живых организмах в результате
неполного восстановления молекулярного
кислорода или изменения спина одного из его
электронов, находящихся на внешних орбиталях.
Обнаружено от 300 до 800 различных органических
радикалов: радикалы липидов, белков,
низкомолекулярных пептидов, нуклеиновых
кислот, фенолов, неорганических молекул

Меньщикова Е.Б. и др., 2006

Владимиров Ю.А., 2000

Метаболизм природных свободных радикалов
(Владимиров Ю.А., 1998)
Образование радикалов
Первичные
NO , KoQ
радикалы:
Удаление радикалов
О2‾ ,
Восстановители, СОД, гемоглобин, альбумин
Радикалообразующие
Каталаза, пероксидаза, глутатионмолекулы: Н2О2, LOOH, HOCl, пероксидаза,
церулоплазмин,
ионы Fe2+
ферри-тин, комплексоны
Вторичные радикалы: ОН , L ,
LO , LO2
Ловушки радикалов
Третичные радикалы: радикалы Антиоксиданты и ингибиторы
антиоксидантов и др.
свободнорадикальных процессов

Свободные радикалы разделяют на
третичные (Владимиров Ю.А.).
первичные,
вторичные и
Первичные свободные радикалы постоянно образуются в процессе
жизнедеятельности организма в качестве средств защиты против
бактерий, вирусов, чужеродных и опухолевых клеток. Так, фагоциты
выделяют и используют свободные радикалы в качестве оружия
против микроорганизмов и раковых клеток.
Вторичные радикалы, в отличие от первичных, не выполняют
физиологически полезных функций.
Напротив, они оказывают разрушительное действие на клеточные
структуры, стремясь отнять электроны у «полноценных» молекул,
вследствие чего «пострадавшая» молекула сама становится
свободным радикалом (третичным), но чаще всего слабым, не
способным к разрушающему действию.

Классификация АКМ
1. Активные формы кислорода (АФК) – продукты одно, двух- и трехэлектронного восстановления молекулярного кислорода (О2 ‾, НО2 , Н2О2, ОН ) или
изменения спина одного из электронов внешней орбитали (1О2).
2. Гипогалогениты - активные формы галогенов (АФГ) - (HOCl, HOBr, HOI,
HOSCN) – продукты ферментативной реакции перекиси водорода и галогенов,
которая катализируется миелопероксидазой, эозинпероксидазой,
лактопероксидазой. Маркеры воспаления.
3. Оксид азота NO и его метаболиты - активные формы азота (АФА) - (NO2 ,
NO+, NO‾,ONOO‾, S-нитрозотиолы). Физиологические функции NO : регуляция
тонуса сосудов (эндотелиальный фактор расслабления), медиатор нового типа,
бактерицидное и противораковое действие.
4. Липидные радикалы (L , LO , LO2 ) - образуются при протекании ПОЛ, при
высоких концентрациях - цитотоксическое действие, при стационарных
концентрациях - регуляторы биологических процессов.

Окислительный стресс (ОС) - состояние сдвига
динамического равновесия в системе
прооксиданты↔антиоксиданты (ПОЛ↔АО) в сторону
усиления свободнроадикального окисления (СРО) на фоне
нарушения работы антиоксидантной системы.
В механизмах ОС выделяют:
- собственно ОС (АФК);
- нитрозильный стресс (АФА);
- галогенирующий стресс (АФГ)
- карбонильный стресс (АКС – альдегиды, кетоны )

Различные уровни АФК индуцируют различные
клеточные процессы:
низкие уровни АФК являются сигнальными молекулами,
митогенами или промоторами дифференциации и
пролиферации, высокие уровни АФК блокируют рост,
гиперпродукция АФК вызывает ОС, активирует апоптоз

АФК → ПОЛ → окислительный стресс → гибель клетки

Источники супероксидного анион-радикала (О2●▬)
в клетке
1. Аутоокисление органических соединений (например,
гемоглобина).
2. Ксантиноксидаза, которая катализирует окисление
ксантина (гипоксантина) в мочевую кислоту.
3. ЭТЦ митохондрий (5-6% АФК).
4.ЭТЦ микросом (75% АФК)
5. НАДФН-оксидаза
Пути удаления О2●▬ в клетке
1. Супероксиддисмутазы
2.Низкомолекулярные антиоксиданты - α-токоферол,
аскорбат, мочевая кислота и др.

Ксантиноксидоредуктаза – источник
супероксида и перекиси водорода в клетке
Ксантиноксидоредуктаза представлена двумя
изоформами: ксантиндегидрогеназой (КД) и
ксантиноксидазой (КО).
КД КО – это группа из двух близких по структуре Mo6+
и Fe2+-содержащих ферментов, локализованы в
большинстве органов, обладают широкой субстратной
специфичностью. Они окисляют пурины (через
гипоксантин и ксантин до мочевой кислоты), пиримидины,
адреналин, дегидрируют НАДН, НАДФН.

Схема катаболизма пуринов, катализируемого
ксантиноксидоредуктазой. Ксантиноксидаза –
источник супероксида и перекиси водорода

ЭТЦ митохондрий – источник АФК. Два лика митохондрий как «силовых станций клетки» и важнейших продуцентов АФК

Продукция супероксида и перекиси водорода в митохондриях

Роль митохондрий в индукции апоптоза. Открытие апоптоз-индуцирующегл фактора (AIF) Гвидо Крэмером (1994)

Образование митоптического тельца и митоптоз

.

Конформационные болезни (КБ) – это заболевания,
связанные с нарушнием механизмов нативной укладки
клеточных белков (фолдинг) в процессе их созревания и
выполнения ими физиологических функций.
При всех этих заболеваниях наблюдается
митохондриальная дисфункция, приводящая к
повышенной продукции АФК, которые способствуют
нарушению нормального фолдинга белков и накоплению
молекул с аномальной конформацией.

Роль ЭТЦ митохондрий в развитии нейродегенеративных заболеваний – болезни Паркинсона (PD), бокового амиотрофического склероза

(ALS), болезни Гентингтона (HD),
болезни Альцгеймера (AD)

Болезнь Паркинсона – впервые описана Джеймсом Паркинсоном в 1817 году в «Эссе о дрожжательном параличе». Основу клинической

Болезнь Паркинсона – впервые описана Джеймсом Паркинсоном
в 1817 году в «Эссе о дрожжательном параличе». Основу
клинической картины БП составляет классическая триада:
акинезия (гипокинезия), мышечная ригидность и тремор покоя.

Нарушение метаболизма при болезни Паркинсона
(Крыжановский и др., 2000):
1. митохондриальная дисфункция - нарушение I
ферментативного комплекса ЭТЦ (I ФК ЭТЦ);
2. энергетический дефицит нейрона;
3. усиление ПОЛ с образованием токсичных
продуктов;
4. Са-перегрузка нейронов, гибель клетки;
5. мутации в гене α-синуклеина → изменение
структуры белка α-синуклеина → его накопление
в нейроне → агрегация белка с образованием
телец Леви. В настоящее время α-синуклеин ключевой молекулярный маркер БП.

Механизмы болезни Альцгеймера

Наиболее признанной гипотезой развития
БА является гипотеза патологического
амилоидного каскада и связанного с ним
гиперфосфорилирования тау-протеина
.

Болезнь
Альцгеймера
(сенильная
деменция)
-
нейродегенеративное заболевание, впервые описанное в 1906
году немецким психиатром Алоисом Альцгеймером. Как
правило, обнаруживается у людей старше 65 лет.
Общемировая заболеваемость на 2006 г. оценивалась в
26,6 млн. человек, а к 2050 году число больных может вырасти
вчетверо.
Патоморфологические и биохимические механизмы БА
связаны с:
- митохондриальной дисфункцией (нарушение IV ФК
ЭТЦ);
- накоплением β-амилоидного пептида и образованием
внеклеточных амилоидных
бляшек;
- гиперфосфорилованием тау-белка, ассоциированного с
микротрубочками,
и образованием
внутриклеточных
нейрофибриллярных клубочков. Гибель нейронов.

Боковой амиотрофический склероз (болезнь Лу Герига, болезнь мотонейронов, нарушение II и IV ФК ЭТЦ)

Белковое скопление в нейроне при болезни Лу Герига

Генри Луи Гериг, прозванный за выносливость
«Железный конь» - выдающийся бейсболист. В
возрасте 36 лет он заболел боковым
амиотрофическим склерозом, который широко
известен в США и Канаде как «болезнь Лу
Герига».
Эксперт по черным дырам, Хокинг –
один из самых выдающихся
астрофизиков. Его достижения еще
более значимы потому, что ученый
страдает дегенеративным
генетическим заболеванием, которое
диагностировали, когда Стивену был
21 год; тогда будущему ученому врачи
обещали всего несколько лет. Но
Хокинг не только прожил более
полувека, но и сделал множество
фундаментальных открытий в
области теоретической астрофизики.

Митохондриально-направленная терапия нейродегенеративных заболеваний

Структура и механизм действия
митохондриально-направленного антиоксиданта
SkQ1С сохданного в МГУ

ЭТЦ микросом – источник АФК
Образование О2‾ и Н2О2 в системе микросомального
окисления (75% АФК)
Главной функцией монооксигеназ является детоксикация
ксенобиотиков путем гидроксилирования:
ХН + О2 + АН2 → ХОН + Н2О + А

НАДФН-оксидаза фагоцитов – источник АФК
Образование супероксида и гидропероксида
НАДФН-оксидазой фагоцитов

Образование АФК при респираторном
взрыве фагоцитов.

Структура НАДФН-оксидазы.

1) Состоит из 6 гетерогенных субъединиц: 2 мембраносвязанных (gp 91, p 22) и 4 цитозольных (p47, p40, р67,
Rac), которые под влиянием стимуляторов объединяются в
ферментативный комплекс, генерирующий О2‾ .
2) Важнейший компонент НАДФН-оксидазы – цитохром b558
состоит из гликопротеина - -субъединицы (gp91) и αсубъединицы (р22). -субъединица (gp91) содержит 6
трансмембранных α-спиралей на N-конце и участки
гликозилирования. С-конец имеет сайты связывания ФАД и
НАДФН, в состав цит b558 входит 2 гема

Строение флавоцитохрома b558
НАДФН → ФАД → ФАДН → гем(внутр) → гем(внеш) → О2 → О2‾

Роль НАДФН-оксидазы в патогенезе заболеваний.

Хронический гранулематоз («детский фатальный
хронический гранулематоз»; 1:200-250 тыс.) –
генетические дефекты субъединиц НАДФН-оксидазы,
невозможность развития дыхательного взрыва лейкоцитов.
Лимфогранулематоз (болезнь Ходжкина, злокачественная гранулема) – злокачественное заболевание
лимфоидной ткани, характерным признаком которого
является наличие гигантских клеток БерезовскогоШтернберга и ингибирование НАДФН-оксидазы.

Микропрепарат: биоптат лимфоузла. Характерная клетка
Рид - Березовского - Штернберга при болезни
Ходжкина

Супероксиддисмутазы
Супероксиддисмутазы (СОД) – суперсемейство ферментов, относящихся
к классу оксидоредуктаз и катализирующих реакцию дисмутации
супероксидного анион-радикала с образованием перекиси водорода и
кислорода:
О2‾ + О2‾ → Н2О2 + 3О2
СОД присутствуют у всех аэробных организмов.
СОД (эритрокупреин) была открыта Мак-Кордом и Фридовичем в 1969 г.
СОД классифицируют по строению активного центра и структурной
организации молекулы.
Выделяют 3 семейства СОД:
- Cu,Zn-СОД (эукариоты, хлоропласты растений, бактерии)
- Fe-СОД, Mn-СОД (прокариоты, митохондрии эукариот, хлоропласты)
- Ni-СОД (Streptomyces, цианобактерии)

Структура различных изоферментов СОД

Источники перекиси водорода в клетке:

1.
2.
3.
4.
5.
НАДФН-оксидаза
Электрон-транспортная цепь митохондрий
Электрон-транспортная цепь микросом
Ксантиноксидоредуктаза (КОР)
Супероксиддисмутаза
Пути удаления перекиси водорода:
1. Каталаза
2. Глутатионпероксидаза
3. Пероксиредоксины

Элиминация перекиси водорода в клетке осуществляется ферментативным путем:

1.Каталаза – гемсодержащий внутриклеточный фермент (тетрамер):
2Н2О2 → 2Н2О + О2
2. Глутатионпероксидаза – конститутивное семейство ферментов,
которые способны восстанавливать органические и неорганические
гидропероксиды до гидроксисоединений или других восстановленных
эквивалентов. Имеются селеновые и неселеновые ГПО. Селеновые
ГПО содержат в активном центре селеноцистеин, который
вовлекается в каталитический цикл.
2GSH + H2O2 → GSSG + 2 H2O
3. Пероксиредоксины – цитозольные белки, обладающие перксидазной
активностью, которые имеют фиксированные цистеиновые остатки на
концах молекул, восстанавливают Н2О2

Индукция ПОЛ

1.Самый эффективный индуктор ПОЛ – гидроксильный радикал
ОН , который образуется в реакциях Фентона, Осипова, в
реакции оксида азота и супероксида. Первичные продукты ПОЛ

Структура карбонильных соединений – вторичных продуктов ПОЛ

Липофусцин (пигмент старения) - гликолипопротеид, в котором
преобладают фосфолипиды. Он представлен зернами золотистого или
коричневого цвета в цитоплазме клеток печени, почек, миокарда, скелетных
и гладких мышц, симпатических ганглиев и коры надпочечников. По
химической природе образован по типу шиффовых оснований – конечных
продуктов ПОЛ.

Изопростаны –стабильные продукты ПОЛ
Изопростаны – группа простагландинподобных
компонентов, образующихся при свободнорадикальном
окислении арахидоновой кислоты, не зависимо от
ЦОГ-пути

Влияние ПОЛ на липидный бислой мембран

Рост проницаемости для протонов – нарушение работы дыхательной цепи.
Дыхательная цепь – электрон-танспортная цепь (ЭТЦ) митохондрий содержит 5
ферментативных комплексов
NADH – дегидрогеназа (NADH-убихинол-редуктаза)
2) Сукцинатдегидрогеназа
3) Убихинон-цитохром-с-редуктаза
4) Цитохром-С-оксидаза
5) АТФ-синтетаза
1)
ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и
микробиологии

Окислительное повреждение ДНК
Виды повреждений ДНК:
1) одно и двунитевые разрывы ДНК
2) образование АП-сайтов (т.е. потеря пуринов или
пиримидинов)
3) окислительная модификация оснований и сахаров в
составе ДНК (тиминовые гликоли, тимин-тиминовые сшивки,
8-оксогуанозин)

Перекисное окисление осуществляется с помощью активных форм кислорода. Его положительное влияние связано с фагоцитозом и разрушением дефектных клеток, но у этого процесса есть и негативное значение.

Кислород является участником множества процессов в организме, необходимых для поддержания жизнедеятельности. Однако его активные формы могут причинять вред. Что такое окисление липидов в организме и в чем его особенности?

Жировые клетки являются самыми энергоемкими, что отличает их от белков и углеводов. В процессе их окисления образуется энергия, которая запасается в виде АТФ. Основные функции липидов – пластическая и энергетическая. Они являются структурным элементом клеток, без которых организма бы не существовало. Липиды накапливаются в жировых депо, тем самым создавая источники энергообеспечения функций организма.

Перекисное окисление

Активные формы кислорода образуются в большинстве клеток организма, благодаря поэтапному присоединению электронов. Основной продукт таких реакций – это вода, но при этом превращении побочно выделяются и химически активные вещества. Процесс происходит не только в липидах, затрагиваются и молекулы белков.

Роль окисления

Участие активных форм кислорода чаще всего ведет к неприятным последствиям в организме – разрушению клеток. Особенно важен процесс окисления липидов мембраны, в ней формируются дефекты. Таким образом, клеточная мембрана перестает выполнять свои защитные функции, и клетка погибает.

Наиболее активным является гидроксильный радикал. Он оказывает более выраженное влияние на органические компоненты клеток. Он способен отнимать электрон у молекул, в результате чего запускается цепь реакций окисления. Для защиты в организме имеется система подавления окисления, которая помогает сохранить целостность в клетке.

Перекисное окисление причиняет не только вред. У этого процесса есть и полезные функции. Без активных форм невозможно представить фагоцитоз, в результате которого гибнут чужеродные для организма вещества. После захвата патогенного агента лейкоцитом его следует уничтожить, за что и отвечает кислород. Кроме того, процессы окисления помогают разрушать и удалять из организма поврежденные клетки, влияя на их мембраны и ДНК.

Реакции

Перекисное окисление липидов протекает в организме всегда и затрагивает не только липиды, но и другие соединения. Этот процесс важен и для разрушения белков. Свободнорадикальное окисление вызывает повреждение некоторых аминокислот. Его активация приводит к изменению структуры, между ними появляются ковалентные связи – «сшивки», что способствует повышению функции протеолитических ферментов – это соединения, участвующие в разрушении поврежденных белков.

Липиды наиболее подвержены окислению, так как имеют специфическую структуру. Они имеют CH2-группу, через которую расположены двойные связи. От этой группы активные формы способны отнимать электрон.

Как окисляются липиды? Стадии включают запуск, развитие цепи и обрыв. Реакция перекисного окисления начинается с инициации. Ее запускает обычно гидроксильный радикал, который отнимает водород от группы CH2, содержащейся в молекуле полиеновой кислоты. Так образуется липидный радикал.

Далее, цепь развивается за счет присоединения кислорода, в результате чего формируется пероксид липида. При дальнейших превращениях образуются конечные продукты. Цепь может обрываться после образования связи с антиоксидантом. Таковы стадии процесса.

Особенности

Активные формы кислорода разрушительно влияют на структуры белков, генетического материала (ДНК), а также компонентов мембраны. В мембранах процесс повреждения запускается следующим образом. Клетки ограничены от окружающей среды двойным слоем липидов. Их молекулы содержат гидрофобную и гидрофильную части. Наружная часть представлена гидрофобными структурами, которые препятствую транспорту ряда веществ.

В процессе окисления в этом слое образуются гидрофильные зоны – это связано с образованием гидропероксидов. Через эти участки спокойно проходит вода, а также ионы кальция и натрия, чего в норме происходить не должно. Они должны транспортироваться лишь при участии специальных систем. После окисления они активно проникают через зоны повреждения, в результате чего клетка набухает, ее органоиды повреждаются и она становится нежизнеспособной.

В норме такие процессы в организме поддерживают баланс, разрушая дефектные клетки. Однако некоторые заболевания сопровождаются избыточной активацией свободнорадикального окисления. Например, при болезни Паркинсона активируется разрушение нервных клеток, расположенных в стволе мозга. При мышечной дистрофии активируется окисление белков.

Реакция окисления активизируется и в зоне ишемии, а затем реваскуляризации (восстановлении сосудов). Это происходит, когда кровоток на время нарушается, а затем снова восстанавливается, например, при спазме или окклюзии просвета сосуда. Ситуацию можно подробно рассмотреть на примере тромбоза коронарной артерии.

В момент перекрытия сосуда тромбом кровь перестает снабжать миокард кислородом и питательными веществами – возникает ишемия.

Если своевременно была оказана помощь, и тромб удалось разрушить, кровоснабжение восстанавливается. Казалось бы, все процессы в клетке должны нормализоваться, но возникает синдром ишемии-реперфузии. Во время реоксигенации (восстановления снабжения кислородом) значительно повышено образование активных форм, из-за чего отмечаются дополнительные поражения клеток миокарда.

Биохимия выяснила, что перекисное окисление липидов протекает не только в организме. Его влияние можно оценить, обратив внимание на изменение свойств продуктов питания. Неверное хранение ведет к прогорканию жиров, потемнению масел, изменение запаха и вкуса молочных продуктов – все это происходит по причине окисления. Эта реакция приводит к изменению первоначальных свойств веществ.

Защита

Процессы окисления не должны быть излишне интенсивными, их активация может привести к пагубным последствиям. Избыточному выделению свободных радикалов препятствует особая защитная система – именно она поддерживает баланс в организме, препятствуя разрушению здоровых клеток. От какого соединения следует ждать защиты?

Важную роль играют ферменты, которые превращают активные формы кислорода в безобидные соединения. Среди таких ферментов можно выделить каталазу, супероксиддисмутазу и глутатионпероксидазу. Наибольшая активность этих ферментов наблюдается в печени и почках.

Витамины

Витамин E относится к природным антиоксидантам. Это липофильная молекула, основная функция которой – подавлять свободные радикалы. Этот процесс проходит в гидрофобном слое клеточной мембраны. Альфа-токоферол более активен, чем бета. Механизм его действия заключается в отдаче атома водорода свободному радикалу, что останавливает пероксидное окисление липидов. Антиоксиданты вызывают снижение функции активных форм.

Витамин C также относится к группе антиоксидантов, поддерживая защиту клеток двумя механизмами. Это соединение способно восстанавливать витамин E, что усиливает свойства последнего. Кроме того, он способен самостоятельно инактивировать водорастворимые формы кислорода, за счет того, что является сильнейшим восстановителем.

Бета-каротин также способен блокировать перекисное окисление липидов. Такое соединение является предшественником витамина A. Активация перекисного окисления становится невозможной, благодаря действию этого соединения.

Таким образом, можно сделать вывод, что поступление необходимого количества витаминов в организм является профилактикой некоторых патологических изменений. Витамины должны преимущественно поступать с пищей – следует придерживаться рационального питания, употреблять в нужном количестве фрукты и овощи. Раз в 6 месяцев рекомендуется принимать курс поливитаминов. В пище должно быть сбалансированное содержание белков, углеводов и жиров.

Заключение

Перекисное окисление липидов имеет как положительные, так и отрицательные аспекты. Этот процесс необходим для организма, так как он защищает от действия чужеродных агентов, а также помогает уничтожать поврежденные клетки, которые уже не способны выполнять свои функции. Однако свободнорадикальное окисление может протекать слишком интенсивно – тогда поражаются здоровые клетки, нарушается их функция, и они погибают.

Многие заболевания связаны с активацией перекисного окисления. Защита от избыточного действия активных форм помогает сохранять баланс в организме. Чрезмерное снижение интенсивности окисления также нежелательно, так как нарушатся процессы фагоцитоза и удаления нежелательных клеток – важно поддерживать равновесие.