Практическое занятие № 7

Тема Свободнорадикальное окисление. Системы антиоксидантной защиты.

Цели занятия: сформировать представление о свободнорадикальных процессах, протекающих в организме человека, повреждающем действии свободных радикалов и системах антиоксидантной защиты.

Актуальность проблемы: согласно современным представлениям, многие жизненно важные метаболические и физиологические процессы тесно связаны со свободнорадикальным окислением. Скорость окисления и содержание свободных радикалов в биологическом материале поддерживается на определенном уровне сложной и многоступенчатой системой регуляции. При различных заболеваниях, при действии ряда физических и химических факторов, при стрессе и т.д. отмечено изменение интенсивности процессов свободнорадикального окисления, что сопровождается структурно-функциональными повреждениями биологических мембран. Поэтому, есть серьезные основания рассматривать изменение свободнорадикального окисления как типовую, неспецифическую ответную реакцию на различные воздействия, которая при определенных условиях может стать патогенетической.

На занятии рассматриваются виды свободных радикалов, пути образования и взаимодействия с субстратами окисления, также механизмы защиты от их повреждающего действия на субклеточном, клеточном и органном уровнях.

Хронометраж практического занятия:

1. Вводная беседа. Тестирование исходного уровня знаний-15 мин.

2. Собеседование по теме занятия, в том числе обсуждение информации , представленной на 2-х электрифицированных стендах, обсуждение видеофрагмента и анимации, решение ситуационных задач- 100 мин.

4. Контроль усвоения темы 15 мин.

5. Подведение итогов и задание к следующему занятию- 5 мин.

Продолжительность занятия 3 академических часа (135мин.).

Методическое и материально-техническое оснащение: схема путей образования активированных кислородных метаболитов и механизмов антиоксидантной защиты (2 электрифицированных стенда по свободнорадикальному окислению), видеофрагменты и анимации.

Содержание темы:

СВОБОДНОРАДИКАЛЬНОЕ ОКИСЛЕНИЕ

1. Свободные радикалы, образование, виды.

2. Регуляция свободнорадикального окисления. Антиоксиданты.

3. Значение свободных радикалов в жизнедеятельности организма.

4. Способы профилактики и коррекции свободнорадикального окисления.

5. Методы исследования свободных радикалов.

6. Хемилюминесценция биологических систем.

7. Хемилюминесцентный анализ в биологии и медицине.

Базисные знания: из курса биологии, биофизики и органической химии студент должен знать строение биологических мембран, физико-химические реакции, протекающие внутри и вне клетки, непосредственно на биомембране; что такое свободный радикал, кислородные радикалы, липидные радикалы, вещества не являющиеся радикалами, но участвующие в свободно-радикальном окислении; субстраты окисления; вещества, обладающие антиоксидантными свойствами.

Студент должен уметь: наглядно показать наиболее распространенные формы радикалов в организме человека, содержание и некоторые характеристики кислорода и АКСС в интактной клетке, ферментативные и неферментативные окислительные реакции в ходе которых образуются различные виды свободных радикалов, последовательность реакций образования: кислородных радикалов, липидных радикалов, образование свободных радикалов при фагоцитозе, итоговое уравнение реакции перекисного окисления липидов (ПОЛ), первый, второй и третий возможных механизма образования липидных радикалов, механизм лечебного и профилактического действия антиоксидантов при некоторых заболеваниях.

Учебная карта занятия:

Вводная беседа: Ознакомить студентов с классификацией свободных радикалов по Ю.А. Владимирову.

Напомнить отличительные особенности свободных радикалов, наиболее распространенные формы свободных радикалов,

… Остановиться на механизмах образования свободных радикалов в организме:

Известно множество ферментативных и неферментативных окислительно-восстановительных реакций, в ходе которых образуются различные виды свободных радикалов. Наиболее часто встречаются следующие:

• последовательное присоединение электронов к кислороду в присутствии металлов переменной валентности;

• микросомальное и митохондриальное окисление, фагоцитоз;

• ферментативные реакции с участием гидролаз, оксидаз, дегидрогеназ;

• реакции авто окисления (глутатион, оксигемоглобин, тиолы, катехоламины, цитохромы и т.д.);

• реакции биосинтеза (простагландины, лейкотриены из арахидоновой кислоты и др.)

• окисление чужеродных соединений – ксенобиотиков, некоторых лекарственных препаратов;

• действие негативных факторов среды (физические и химические инициаторы окисления);

• фотохимические процессы;

• перекисное окисление липидов;

органических молекул, в первую очередь, ненасыщенных жирных кислот, входящих в состав липидов (перекисное окисление липидов [ПОЛ]).

.. Дать краткую характеристику о значении свободнорадикального окисления в норме и при патологии (Таблица):

ЗНАЧЕНИЕ СВОБОДНО- РАДИКАЛЬНОГО ОКИСЛЕНИЯ
В норме:	При патологии:
необходимое звено метаболизма, обеспечивающее нормальную жизнедеятельность	универсальная неспецифическая основа патогенеза различных заболеваний
модификация физико-химических свойств биологических мембран; защитные функции, окисление чужеродных соединений, микробицидное действие; обмен веществ, аккумуляция и биотрансформация энергии; формирование воспалительного и иммунного ответа организма; участие в образовании биологически активных веществ- хемоатрактантов, простагландинов, простациклинов, тромбоксанов, лейкотриенов, цитокинов и т.д.; влияние на передачу информации экспрессию генов и деление клеток; регуляторные функции, способствуют накоплению в клетках вторичных мессенджеров;	нарушение проницаемости, структуры, функции биомембран; повреждение белков, ферментов, липидов, нуклеиновых кислот, коллагеновых структур, деполимеризация гликозаминогликанов, кислых полисахаридов и т.д.; ингибирование пролиферации и созревания клеток; нарушение биоэнергетики, регуляторных и защитных функций; общетоксическое, мутагенное и канцерогенное действие; повреждение клеток эндотелия, нарушение регуляции кровяного давления; индукция апоптоза; развитие аутоиммунных процессов;

…….

Дать краткую характеристику механизмов защиты от действия свободных радикалов: роль ферментов (каталаза, супероксиддисмутаза, глутатионпероксидаза, глутатионредуктаза), естественных антиоксидантов, в частности, витамины А, Е, С; β-Каротин, синтетических антиоксидантов (на примере Ионола).

Теоретическая часть.

1. Какая из представленных реакций носит название Габера-Вейса:

а) *О₂ +^*ОН ---^Н+---Н₂О + ¹О₂

б) *О₂ + Н₂О₂ ------ОН^- + *ОН + ¹О₂

в) 2NO^* + O₂ ------NO₂

г) О₂ + 4е*→ 2Н₂О

2. Какая частица является наиболее токсичной из активированных кислородных метаболитов:

а) Синглетный кислород

б) Супероксидный анион-радикал

в) Перекисный радикал

в) Гидроксильный радикал

3. Какой витамин способен восстанавливать железо:

а) Е

б) В₁

в) С

г) Д

3. Какой из антиоксидантов является «ловушкой липидных радикалов:

а) α-Токоферол

б) Тиомочевина

в) Гидрохинон

г) Витамин D

4. Какой из ферментов является одновременно Ферроксидазой,Аскорбатоксидазой и Аминооксидазой:

а) Каталаза

б) Супероксиддисмутаза

в) Церулоплазмин

г) Глутатионпероксидаза

5. Какие ферменты разлагают перекись водорода:

а) Супероксиддисмутаза

б) Пепсин

в) Каталаза, Пероксидаза

г) Ренин

6. Радикал окиси азота появляется в результате:

а) окислительного метаболизма аминокислоты L-аргинина под действием фермента NO-синтазы.

б) при взаимодействии Глутатиона и других Тиолов, содержащие сульфгидрильные группы с углерод-, азот- и кислородсодержащими радикалами.

в) В результате реакции Цистеина с супероксидным анион-радикалом

г) при взаимодействии Fe²⁺ с полиненасыщенной жирной кислотой

Разбор ситуационных задач:

1. При воздействии сигаретного дыма происходит генерация перекиси водорода и супероксидного анион-радикала /NakayamaTsutomuetol 1984/. Доказано, что активные формы кислорода /АФК/обладают коканцерогенным действием в механизме возникновения рака у курящих и в некоторой степени у «пассивных» курильщиков. Как можно объяснить образование АФК в сигаретном дыме»?

Ответ: источником перекиси водорода, супероксидного анион-радикала и гидроксильного радикала является автоокисление полифенолов и взаимодействие NO₂ и NO сигаретного дыма с Н₂О₂. Ароматические углеводороды добавляют в табак для улучшения вкуса сигарет, также как и пчелиный мед и другие вещества.

2.Чем обусловлена токсичность кислорода в биологических системах?

Ответ: токсичность кислорода обусловлена образованием реакционно-способных интермедиантов при одноэлектронном ее восстановлении до воды

О₂ + е-------О₂^* /супероксидный радикал/ возможно образование

*О₂ + Н ₂ О₂----¹О₂ + ОН^- +^* ОН/гидроксильный радикал/ в биологической системе

¹О₂ - сингленная форма кислорода

^* О₂ образуется:

1.При фагоцитозе

2.Ферментативных реакциях с участием гидроксидаз, оксидаз,

дегидрогеназ.

Опасность ^*О₂ - взаимодействие с ДНК, деполимеризация полисахаридов, инициирование перекисного окисления липидов.

Н₂ О₂ -

1.Окисляет сульфгидрильные соединения

2.Ускоряет ПОЛ

3.Приводит к образованию^*ОН-радикала, который является самым сильным окислителем.

Система защиты:

а) Дисмутазы приводят:

1. К дисмутации супероксидов.

2.Образуют кислород в малоактивной форме. Имеются в митохондриях печени. Любая клетка использующая кислород имеет какую-нибудь форму Супероксиддисмутазы.

б) Пероксид водорода разрушается под действием КАТАЛАЗЫ и ПЕРОКСИДАЗЫ.

Задание на следующее занятие:

Обзор: белки, ферменты, биологическое окисление.

Темы реферативных сообщений: «Методы исследования свободнорадикального окисления»

Вопросы по теме для самостоятельного изучения их студентами:

1. Свободные радикалы. Отличительные особенности свободных радикалов. Наиболее распространенные в организме формы.

2. Образование свободных радикалов в организме. Природные и чужеродные радикалы. Первичные и вторичные.

3. Активные формы кислорода. Виды. Образование. Значение в жизнедеятельности и при патологии.

4. Липидные радикалы. Образование. Значение в жизнедеятельности и при патологии.

5. Значение свободнорадикального окисления в норме и при патологии.