Перекисное окисление липидов в норме и патологии

Кроме неферментативного пути образования АФК в организме человека и животных возможно и ферментативное образование супероксидного анион-радикала и перекиси водорода при окислении органических субстратов различными оксидазами. Примерами могут служить супероксиддисмутаза, трансформирующая супероксидные анион-радикалы в перекись водорода и ксантиноксидаза, образующая супероксидный анион-радикал при окислении ксантина в мочевую кислоту.

В клетках животных организмов ферменты, образующие перекись водорода, локализованы преимущественно в пероксисомах. Кроме ксантиноксидазы в пероксисомах обнаружены уратоксидаза, оксидазы аминокислот, гликолатоксидаза, оксидаза α-гидрооксикислот и ряд других ферментов. Все ферменты пероксисом являются индуцибельными, их активность значительно возрастает при повышении в организме соответствующих субстратов.

Микросомальные монооксигеназы.В микросомах образование супероксидного антион-радикала осуществляется с участием цитохрома Р-450 и цитохрома b_5.

Наиболее многочисленными реакциями являются монооксигеназные реакции, протекающие с участием цитохрома Р450. Монооксигеназы участвуют в синтезе и метаболизме многих физиологически важных соединений, таких как стероидные гормоны, желчные кислоты, витамины, простагландины и др. Кроме этого, важной функцией микросомальных монооксигеназ является детоксикация гидрофобных ксенобиотиков посредством гидроксилирования. НАДФН-цитохром-Р-450-зависимая система гидроксилирования ксенобиотиков содержится, главным образом, в эндоплазматическом ретикулуме большинства органов, за исключением саркоплазматических ретикулумов миокарда и скелетных мышц.

Наряду с монооксигеназной активностью, Р450 может проявлять и оксидазную актиность, генерируя супероксидный анион-радикал, перекись водорода и гидроксильный радикал.

Рис.2. Образование активных форм кислорода в процессе микросомальных Р_45О – зависимых монооксигеназных реакций (по Е.Б.Меньщиковой с соавт.,2006)

При биотрансформации гидрофобных веществ продукция супероксидных анионов может резко возрастать и возникает реальная угроза токсического поражения организма. Этому противостоит мощная система молекулярных антиоксидантных механизмов, обеспечивающих поддержание гомеостаза.

Ксантиноксидоредуктаза.В нормальных условиях ксантиноксидоредуктаза находится в дегидрогеназной форме и катализирует окисление ксантина с участием НАД в качестве акцептора электронов с образованием мочевой кислоты. Однако при некоторых патологических состояниях, в частности при ишемии органов, в результате активирования внутриклеточных кальцийзависимых протеаз ксантиндегидрогеназа подвергается протеолизу с отщеплением короткого пептида и необратимо превращается оксидазную форму. Акцептором электронов в оксидазной реакции выступает кислород (рис. 3):

Рис.3. Образование мочевой кислоты и супероксидного анион-радикала при окислении пуринов в ксантиноксидоредуктазной реакции.

В организме человека ксантиноксидоредуктаза представлена в наибольшем количестве в клетках печени и тонкого кишечника.

НАДФ-оксидаза. Наряду с ксантиноксидазой мощным продуцентом супероксидного анион-радикала является НАДФН-оксидаза фагоцитирующих клеток. НАДФН-оксидаза представляет собой мультикомпонентную систему, состоящую из цитозольных и мембраносвязанных ферментов. При стимуляции фагоцитов происходит быстрая самосборка этих цитозольных и мембранных компонентов в НАДФН-оксидазный комплекс, осуществляющий перенос электронов с цитозольного НАДФ на молекулярный кислород с образованием супероксидного анион-радикала

Генерация супероксидного анион-радикала при активации фагоцитов играет важную роль в реализации их микробицидного, цитотоксического и иммунорегуляторного действия. В результате дисмутации супероксидный анион-радикал образует перекись водорода, которая используется миелопероксидазой фагоцитов для производства гипохлорит-ионов, обладающих высокой реакционной способностью; перекись водорода при взаимодействии с ионами двухвалентого железа дает гидроксильный радикал, а при реакции с оксидом азота образуется пероксинитрит. Таким образом, супероксидный анион-радикал, генерируемый активными фагоцитами, служит основой для образования других активных свободных радикалов, обеспецивающих микробицидное действие.

NО-синтаза. Ферментативным путем образуется и азотсодержащий радикал кислорода - оксид азота (NO^*). Синтез оксида азота в организме человека и животных происходит при ферментативном окислении L-аргинина. Процесс является довольно сложным и катализируется специфическими ферментами NO-синтазами (NOS), кофакторами выступают НАДФН, тетрагидробиопротеин, флавинадениндинуклетотид и флавинмононуклеотид.

Оксид азота обладает широким спектром биологического действия:

1.Играет ключевую роль в регуляции сосудистого тонуса.

2.Расслабляет гладкую мускулатуру.

3.Предотвращает агрегацию тромбоцитов и адгезию нейтрофилов к эндотелию.

4.Является важным нейромедиатором.

5.Обладает цитотоксической и микробицидной активностью.

Неслучайно поэтому оксид азота называют «сигнальной молекулой жизни».

Действие оксида азота на сердечно-сосудистую систему обусловлено в основном активацией гуанилатциклазы, образованием цГМФ и активацией протеинкиназы G. В гладкомышечных клетках протеинкиназа G фосфорилирует киназу легких цепей миозина, снижая ее сродство к Ca²⁺- кальмодулиновому комплексу. Дефосфорилирование легких цепей миозина препятствует образованию актомиозиновых мостиков, уменьшая силу сокращения гладкомышечных клеток и сосудистый тонус.

При стимуляции рецепторов эндотелиальных клеток некоторыми медиаторами или гормонами происходит повышение внутриклеточной концентрации ионов кальция, активируется эндотелиальнаяNO-синтаза, образующийся оксид азота диффундирует в гладкомышечные клетки и вызывает вазодилятацию. Вазодилятация при физической нагрузке, частично, объясняется тем, что увеличение скорости кровотока повышает концентрацию ионов кальция в эндотелиальных клетках, следовательно, и активность NO-синтазы.

Снижение или отсутствие эндогенной продукции оксида азота при эндотелиальной дисфункции считают одной из ключевых причин развития ишемических и атеросклеротических изменений в коронарных сосудах.

В качестве необходимого компонента оксид азота участвует:

1. В работе желудочно-кишечного тракта и мочеполовой системы.

2. Функционировании секреторных клеток и тканей, в частности, в выработке

инсулина.

3.В работе органов дыхания.

4. Вобеспечении нормального состояния кожного покрова.

5.В развитии болевой реакции.

6.В регуляциитромбообразования и адгезии тромбоцитов на поверхности сосудов в

качестве ингибирующего фактора.

Установлен факт функционирования оксида азота в работе репродуктивной системы животных и человека.

В центральной нервной системе оксид азота обеспечивает выделение нейромедиаторов, участвует в синаптической передаче и формировании длительно функционирующих связей между нейронами – постсинаптической потенциации, лежащей в основе памяти, обучения и творческой деятельности человека в целом. Регуляторные функции оксида азота проявляются при его чрезвычайно низкой концентрации, составляющей всего лишь микро- и даже наномоли на 1 кг ткани. При больших концентрациях оксида азота проявляется цитотоксическое действие, что лежит в основе клеточного иммунитета, обеспечивающего его действие на клетки – мишени. При повышенной генерации оксида азота, которое обнаруживается при разнообразных патологиях в гладкой мускулатуре сосудов, миокарде, нервной ткани и ткани секреторных органов, токсическое действие азота приводит к существенным негативным последствиям. Так, усиленный синтез оксида азота в сосудах при бактериальных инфекциях может вызвать эндосептический шок, обусловленный резким снижением периферического сопротивления кровеносных сосудов из-за их значительного расслабления и быстрым падением давления крови. Эндотоксин стимулирует активность индуцибельной NO-синтазы. Интенсивная и продолжительная активация индуцибельной синтазы оксида азота при септическом шоке сопровождается мощным усилением биосинтеза оксида азота, который играет двойственную роль в патогенезе септического шока. Так, он оказывает защитный антибактериальный эффект, но в то же время проявляет и неблагоприятное действие, включая устойчивую вазодилятацию, гипотензию и гипореактивность по отношению к сосудосуживающим агентам.

Образование оксида азота с участием индуцибельнойNO-синтазы в макрофагах, лимфоцитах и нейтрофилах играет важную роль в иммунных реакциях и в развитии воспаления. Повышение уровня оксида азота в крови больных с выраженной общей воспалительной реакцией играет важную роль в высвобождении интерлейкина-1, интерлейкина-6, интерлейкина-8 и других индукторов воспаления. Бактерицидная, фунгицидная, антипаразитарная, противовирусная и противоопухолевая активности макрофагов могут быть частично обусловлены интенсивной секрецией оксида азота.

NO• нестабилен в физиологических средах, однако он может взаимодействовать с глутатионом с образованием нитрозоглутатиона (GSNO), который значительно более устойчив. GSNO может транспортироваться из клетки в клетку, сохраняться в клетках и выступать в качестве донора NO-радикалов. Так как в клетках млекопитающих концентрации GSH могут достигать 10 мМ, то GSNO может служить одним из главных либераторов NO• в организме и вносить определенный вклад в цитотоксическое действие NO• в отношении внутриклеточных микроорганизмов, в том числе M. Tuberculosis.

Оксид азота при взаимодействии с супероксидным анион-радикалом образует пероксинитрит – ONOO^-, обладающий цитотоксическим и бактерицидным действием. В свою очередь, пероксинитрит под влиянием двухвалентного иона железа превращается в диоксид азота с образованием гидроксильного радикала (реакция А.Н.Осипова). В общем, синтез и окислительные превращения оксида азота могут быть представлены в виде следующей схемы:

Аргинин → NO* + О₂* → ONOO ^- → NO₂ + HO*

Оксид азота способен стимулировать ангиогенез, что чрезвычайно важно в условиях ишемии миокарда. Оксид азота играет существенную роль в модуляции апоптоза клеток интимы как физиологического процесса. Усиление этого явления ассоциировано с атерогенезом, который замедляется при восстановлении нормального уровня оксида азота. Оксид азота параллельно препятствует адгезии и миграции моноцитов в сосудистую стенку, являясь, таким образом, одним из ведущих антисклеротических факторов. Описанные функции рассматриваются как цитопротекторные, особенно на фоне имеющихся кардиоваскулярных нарушений.

В физиологических концентрациях оксид азота выступает преимущественно в роли антиоксиданта, который тормозит развитие радикальных окислительных реакций, связывая свободные и входящие в состав гема ионы двухвалентного железа и ингибируя разложение перекиси водорода и гидроперекисей. Кроме этого, взаимодействуя с гидроперекисными радикалами (ROO* + NO* → ROONO), оксид азота ингибирует развитие цепей свободнорадикальных реакций.

Таким образом, оксид азота как активный биологический агент может оказывать как положительное (регуляторное) действие, так и существенное негативное патологическое действие, лежащих в основе развития многих заболеваний человека.

В практическом здравоохранении широко используются нитратсодержащие противоангинальные препараты (нитроглицерин, нитросорбид, амилнитрит и др.), лечебный эффект которых обосновано связывают с их способностью высвобождать в организме оксид азота. Нитроглицерин входит в клетку, где он трансформируется тиолзависимой ферментной системой в оксид азота и близкородственные соединения. Продолжительное введение нитроглицерина индуцирует состояние толерантности. Показано, что нитроглицерин быстро истощает сульфгидрильные группы, необходимые для его биотрансформации в оксид азота. Введение N-ацетилцистеина обращает толерантность нитроглицерина.

Миелопероксидаза. При взаимодействии перекиси водорода с ионами хлора образуется высокоактиный гипохлорит ион. Реакция катализируется миелопероксидазой (МПО), которая локализуется в азурофильных гранулах нейтрофильных гранулоцитов. МПО (Н₂О₂-оксидоредуктаза) представляет собой гемопротеин, состоящий из двух тяжелых (β) и двух легких (α) субъединиц; β-субъединицы соединены одной дисульфидной связью и содержат 2 ковалентно связанные железосодержащие простетические группы.

Первичным продуктом, образующимся при окислении хлоридов миелоперксидазой, является хлорноватистая (гипохлорная) кислота ((HOCl), которая находится в равновесии с гипохлорит-ионом (OCl^-):

Н₂О₂ + Cl^−МПОHOCl + OH^-

HOCl → H⁺ + OCl^-

Стимуляция фагоцитоза, сопровождающаяся дегрануляцией нейтрофилов, приводит к высвобождению МПО и образованию гипохлорит иона, являющего важным микробицидным фактором полиморфноядерных лейкоцитов. Гипохлорит-ион является сильным окислителем и поэтому накапливается и хранится в нейтрофилах в специальных гранулах, мембрана которых предохраняет клеточные структуры от повреждающего воздействия гипохлорит-иона.

Гипогалоиды представляют собой мощные токсины, чрезвычайно реакционоспособные в химическом отношении и взаимодействуют с органическими молекулами, либо галогенируя их, либо окисляя. При взаимодействии с гипогалоидами в первую очередь окисляются сульфгидрильные и тиоэфирные группы белков, поэтому наличие в среде белковых молекул, содержащих подобные группы, существенно снижает цитотоксическое действие гипогалоидов. Так, основным сывороточным ингибитором гипогалоидов считается альбумин.

Гипогалоиды способны окислять железосерные центры и гемовые группы ферментов. Гипогалоиды могут как индуцировать, так и ингибировать процессы перекисного окисления липидов. Индукция ПОЛ может быть вызвана освобождением железа в каталитически активной форме (Fe²⁺), одновременно гипохлорит может взаимодействовать с Fe²⁺ с образованием гидроксильного радикала:

Fe²⁺ + OCl^- + H⁺ Fe³⁺ + OH^* + Cl^-

Установлено, что гипохлорит-ион легко проникает в поверхностный фосфолипидный слой циркулирующих в крови липопротеидов низкой плотности и, вызывая их окисление, индуцирует тем самым эффективный захват окисленных липопротеинов макрофагами через «скэвэнджер»-рецепторы.

ПЕРЕКИСНОЕ ОКИСЛЕНИЕ ЛИПИДОВ

Реакции перекисного окисления липидов являются свободнорадикальными и постоянно происходят в организме. Наиболее подвержены действию активных форм кислорода жирные кислоты, содержащие изолированные двойные связи, расположенные через СН₂-группу. Именно от этой СН₂-группы свободный радикал (инициатор окисления) легко отнимает электрон, превращая липид, содержащий эту кислоту, в свободный радикал. ПОЛ характеризуют цепные реакции, обеспечивающие расширенное воспроизводство свободных радикалов, частиц, имеющих неспаренный электрон, которые инициируют дальнейшее развитие перекисного окисления.

Зарождение цепи СРОЛ начинается с образования свободного радикального соединения. Этот радикал образуется в акте одноэлектронного окисления при отрыве гидроксильным радикалом атома водорода от молекулы ненасыщенной жирной кислоты. Наименьшую энергию нужно затратить при отрыве водородного атома от углерода, находящегося в альфа- положении по отношению к двойной связи. Олеиновая, линолевая, линоленовая и арахидоновая кислоты содержат соответственно 1,2,3,4, таких альфа углеродных атома:

αα

СН - (СН ) - СН – СН = СН – СН – СН = СН – СН – (СН ) – СООН

Этим и объясняется увеличение реакционной способности ненасыщенных жирных кислот с увеличением числа двойных связей.

Свободнорадикальная атака НО^• альфа- углеродного атома, сопровождающаяся отрывом от него одного атома водорода, приводит к появлению свободного π- электрона в системе сопряженных двойных связей:

Стадии перекисного окисления липидов

1. Инициация: образование свободного радикала (L•)

Инициирует реакцию чаще всего гидроксильный радикал, отнимающий водород от СН₂-групп полиеновой кислоты, что приводит к образованию липидного радикала.

2) Развитие цепи:

L • + О₂ → LOO •
LOO• + ¹LH → LOOН + ¹L•

Развитие цепи происходит при присоединении О₂, в результате чего образуется липопероксирадикал LOO• или пероксид липида LOOH.

ПОЛ представляет собой свободнорадикальные цепные реакции, т.е. каждый образовавшийся радикал инициирует образование нескольких других.

3) Обрыв цепи - взаимодействие радикалов между собой:

LOO• + L• → LOOH + LH
L• + vitE → LH + vitE•
vitE• + L• → LH + vit Е_окисл.

Развитие цепи может останавливаться при взаимодействии свободных радикалов между собой или при взаимодействии с различными антиоксидантами, например, витамином Е, который отдаёт электроны, превращаясь при этом в стабильную окисленную форму.

4) Разрушение структуры окисленных липидов

Конечными продуктами перекисного окисления ненасыщенных жирных кислот являются гидроперекиси жирных кислот, которые подвергаются дальнейшей деструкции с образованием различных спиртов, кетонов, альдегидов и диальдегидов, эпоксидов и др. соединений. Наибольший интерес представляет малоновый диальдегид.

Малоновый диальдегид способен образовывать ковалентные связи с со свободными аминогруппами различных молекулярных соединений по типу шиффовых оснований с образованием стабильных продуктов. Кроме этого, до настоящего времени используется цветная реакция малонового диальдегида с тиобарбитуровой кислотой для оценки интенсивности перекисных процессов в биологических системах

Повреждение клеток в результате перекисного окисления липидов

Активные формы кислорода повреждают структуру нуклеопротеидов, белков, фосфолипидов, входящих в различные мембранные структуры клеток. В результате появления в гидрофобном слое мембран гидрофильных зон за счёт образования гидрофильных каналов, образованных гидропероксидами жирных кислот, в клетки могут проникать вода, ионы натрия, кальция, что приводит к набуханию клеток, органелл и к последующему их разрушению. Активация перекисного окисления характерна для многих заболеваний: дистрофии мышц (болезнь Дюшена), болезни Паркинсона, при которых ПОЛ разрушает нервные клетки в стволовой части мозга, атеросклерозе, развитии опухолей. Перекисное окисление активируется также в тканях, подвергшихся сначала ишемии, а затем реоксигенации, что происходит, например, при спазме коронарных артерий и последующем их расширении. Такая же ситуация возникает при образовании тромба в сосуде, питающем миокард. Формирование тромба приводит к окклюзии просвета сосуда и развитию ишемии в соответствующем участке миокарда (гипоксия ткани). Если принять быстрые лечебные меры по разрушению тромба, то в ткани восстанавливается снабжение кислородом (реоксигенация). Показано, что в момент реоксигенации резко возрастает образование активных форм кислорода, которые могут повреждать клетку. Таким образом, даже несмотря на быстрое восстановление кровообращения, в соответствующем участке миокарда происходит повреждение клеток за счёт активации перекисного окисления.

Изменение структуры тканей в результате ПОЛ можно наблюдать на коже: с возрастом увеличивается количество пигментных пятен на коже, особенно на дорсальной поверхности ладоней. Этот пигмент называют липофусцин, представляющий собой смесь липидов и белков, связанных между собой поперечными ковалентными связями и денатурированными в результате взаимодействия с химически активными группами продуктов ПОЛ. Этот пигмент фагоцитируется, но не гидролизуется ферментами лизосом, и поэтому накапливается в клетках, нарушая их функции.

ПОЛ происходит не только в живых организмах, но и в продуктах питания, особенно при неправильном приготовлении и хранении пищи. Прогоркание жиров, образование более тёмного слоя на поверхности сливочного масла, появление специфического запаха у молочных продуктов - всё это признаки ПОЛ. В продукты питания, содержащие ненасыщенные липиды, обычно добавляют антиоксиданты - вещества, ингибирующие ПОЛ и сохраняющие структуру компонентов пищи.

МЕХАНИЗМ ПОВРЕЖДАЮЩЕГО ДЕЙСТВИЯ ПРОДУКТОВ ПОЛ

В организме свободно радикальному окислению в первую очередь подвергаются полиненасыщенные жирные кислоты, входящие в структуру мембранных фосфолипидов. Поэтому активация ПОЛ, которая может быть вызвана самыми различными факторами,прежде всего вызывает структурно-функциональные изменения в клеточных мембранах.

А. Повышение проницаемости Наиболее характерным и ранним признаком активации ПОЛ является повышение проницаемости мембран. Конкретный механизм увеличения проницаемости биологических мембран различен:

1) изменение заряда на поверхности раздела мембрана- раствор;

2) изменение конформации мембранного липопротеидного комплекса;

3) образование молекул - переносчиков ионов, и, наконец, появление гидрофильных зон всплошном гидрофобном слое мембраны (лизофосфолипидов)

Последняя причина обычно рассматривается в качестве наиболее вероятной. Действительно, жирные кислоты определяют малую проницаемость гидрофобной зоны мембран для полярных соединений. Появление в этой гидрофобной зоне гидрофильных полярных группировок может привести к образованию водных пор, резко нарушить стабильность мембраны вплоть до её полного разрыва.

Повышению проницаемости способствует образование лизофосфатидов вследствие отщепления окисленных радикалов полиеновых жирных кислот от молекул фосфолипидов под действием фосфолипазы А₂.

В лаборатории Ю.А. Владимирова было, показано, что соединениями, ответственными за изменение проницаемости бимолекулярной фосфолипидной мембраны являются не гидроперекиси, а продукты их дальнейшего превращения, по-видимому, карбонильной природы. Можно полагать, что эти соединения снижают поверхностный заряд на мембране –за счет шиффовых оснований, образованных малоновым диальдегидом с фосфатидилэтаноамином.

Повышением проницаемости и снятием мембранного электрохимического потенциала ионов водорода объясняется и резкое разобщение окислительного фосфорилирования в митохондриях, которое всегда имеет место при стимуляции ПОЛ в организме.

Б.Образование комплексов. ПОЛ влияет и на белковые молекулы. Наиболее важные изменения в белковых молекулах, вызываемые окисленными липидами, заключается в образовании комплекса белок-окисленный липид , полимеризации белковых молекул и полимеризации фосфолипидов.

Образование белок-липидных комплексов может быть обусловлено возникновением прочной химической связи между свободными аминогруппами аминокислот и альдегидными или карбоксильными группами окисленных липидов, либо за счёт гидрофобных взаимодействий. Наиболее важную роль в образовании комплексов играет малоновый диальдегид (МДА) – О=СН-СН₂-НС=О -один из конечных продуктов ПОЛ.

В образовании шиффовых оснований могут принимать участие фосфолипиды, например, ФЭА.

МДА образует шиффовы основания, взаимодействуя с ε-аминогруппами лизина или N-концевыми остатками аминокислот в молекуле белка. Реакцию образования внутримолекулярных и поперечных межмолекулярных сшивок можно представить следующим образом:

Таким образом МДА может образовывать межлипидные, межбелковые и белок-липидные комплексы. Если такие комплексы образуют функциональные белки (ферменты,рецепторы), активность их резко изменяется. Кроме того, образование комплексов делает клеточные мембраны более ригидными, что резко затрудняет работу ферментов, т.е. активные центры оказываются как бы замурованными, и конформационные изменения, лежащие в основе изменения активности ферментов осуществляются с трудом.

Ригидность мембраны ограничивают и конформационные изменения рецепторных белков, что приводит к нарушению передачи сигналов из окружающей мембрану внешней среды.

Полимерные липид-белковые комплексы могут быть легко обнаружены флуориметрически, так как эти полимеры стабильны. Флуориметрия считается наиболее адекватным методом исследования ПОЛ. Примером подобных стабильных липид-белковых комплексов может служить старческий пигмент липофусцин.

В.Окисление аминокислот и белков, содержащих сульфгидрильные группы.

Полагают, что повреждение сульфгидрильных групп происходит не за счет действия гидроперекисей, а в результате реакций со свободными радикалами:

1) RO₂^•- HS-Pr → ROOH+^.SРr

2) PrS^• + ^.SPr → PrSSPr

3) PrS^• + O₂ → PrSO₂ → PrSO₂H → (PrSO₂)

В низкомолекулярных соединениях преобладает реакция димеризации (2), в белковых молекулах - реакциях с растворенным кислородом (3).

Ясно, что если окислению подвергаются SН-содержащие молекулы белков-ферментов, активность их резко нарушается, вплоть до полного ингибирования,в ДНК происходит разрыв нитей и т.п.

ПЕРЕКИСНАЯ ГИПОТЕЗА ГИБЕЛИ КЛЕТОК. СИСТЕМЫ АНТИОКСИДАНТНОЙ ЗАЩИТЫ. РОЛЬ ПОЛ В НОРМЕ И ПРИ ПАТОЛОГИИ

Суммируя данные литературы по повреждающемудействию окисленных препаратов ПЖК на субклеточные структур , искусственные мембраны и белковые молекулы, а также об участии процессов ПОЛ в развитии патологических состояний Ю.А. Владимиров и А.И. Арчаков (1972) выдвинули гипотезу перекисной гибели клеток.

Повреждение мембран наиболее вероятная причина необратимых нарушений, приводящих к биологической гибели клеток.

Гипотезу Ю.А. Владимиров и А.И. Арчаков можно проиллюстрировать следующей схемой (Рис.9)

Существует 3 причины, говорящие в пользу правильности такого представления: во первых: в биологических мембранах или в их непосредственном окружении содержатся субстраты перекисного окисления – ненасыщенные жирные кислоты и главный инициатор процесса – негеминовое железо, а также вещества, способныерегенерировать активную двухвалентную форму железа (аскорбиновая кислота, Н-соединения) или, наоборот, катализировать его окисления с превращением и образовании радикалов (например, фосфаты). В нормально функционирующей клетке скорость перекисного окисления ограничено структурным фактором и действием природных антиоксидантов. Нарушение молекулярной организации мембран или разрушение антиоксидантов, равно как и ряд других, не до конца еще изученных факторов, могут приводить к усилению реакций перекисного окисления.

Во-вторых: процесс ПОЛ имеет автокаталитический, самоускоряющийся характер. Причины такого механизма различны в модельных системах и в клетке, в первом случае он обусловлен ценной природой процесса с выраженным разветвлением цепей, во втором к атому добавляется разрушение антиоксидантов и повреждение структуры мембран, вызванное образованием липидных перекисей и в свою очередь ускоряющее их накопление. Так или иначе процесс перекисного окисление липидов, раз начавшись, идет со все возрастающей скоростью и остановить его чрезвычайно трудно.

И, наконец, в третьих, очень существенна высокая токсичность продуктов перекисного окисления. Вызывая полимеризацию белков, разрушение сульфгидрильных групп ферментов и изменение проницаемости липидного бислоя и биологических мембран, эти продукты приводят в первую очередь к нарушению функций и разрушению тех самых структур, в которых идет этот процесс, т.е. мембран клеток.

ПОВРЕЖДАЮЩИЙ

ФАКТОР

система генерирования антиоксидантная

свободных радикалов ==== система

активирование ПОЛ

деструкция деструкция

белков фосфолипидов

нарушение функции

биомембран

повышение нарушение нарушение проницаемости рецепции активностиферментов

Na⁺ Сa²⁺ активирование дезинтеграция метаболизма

гидролаз

гибель клетки

Рис.4. Схема гибели клетки вследствие активирования ПОЛ.