Глутатион и аномалии эритроцитов

Аэробные клетки получают энергию в ходе многостадийного процесса окисления органических соединений, где конечным акцептором электронов служит молекулярный кислород. В то же время О2 является источником, так называемых активных форм кислорода – АФК (ROS – от англ. Reactive oxygen species). АФК, в свою очередь, являются весьма сильными окислителями или крайне реакционноспособными свободными радикалами, которые разрушают клеточные структуры и функциональные молекулы. Особенно подвержены негативному действию АФК-частиц эритроциты, для которых вследствие их особой функции, характерна весьма высокая концентрация молекулярного кислорода.

Молекула кислорода содержит два неспаренных электрона и, таким образом, представляет собой бирадикал. Однако неспаренные электроны расположены так, что молекула О2 в целом остается относительно стабильной. Тем не менее, если молекула О2 присоединяет дополнительный электрон происходит образование высоко реакционноспособного супероксид-радикала (О2·¯) - процесс, который может катализироваться, например, ионами железа. Это означает, что сам гемоглобин способен продуцировать О2·¯-частицы. Действительно, теоретические и экспериментальные данные показывают, что электронная структура оксигенированного гемоглобина - Hb(О2)4 наилучшим образом описывается как низкоспиновый ферри-супероксидный комплекс (см. схему):

При нормальной диссоциации кислорода от молекулы гемоглобина продуктами этого процесса являются дезокси-гемоглобин и О2. В случае аномальной диссоциации кислорода происходит образование метгемоглобина и супероксидного аниона. В свою очередь, супероксид-дисмутаза катализирует диспропорционирование двух супероксид-радикалов на О2 и менее опасный Н2О2. В противном случае при спонтанном диспропорционировании супероксидных радикалов образуется чрезвычайно опасный синглетный кислород. Далее Н2О2 снова диспропорционируется под действием каталазы эритроцитов на О2 и Н2О.

33

Восстановление молекулярного кислорода двумя электронами приводит к пероксид-аниону (О22-), который легко связывает протоны водной фазы и превращается в пероксид водорода - Н2О2.

Еще одним источником накопления избыточных количеств Н2О2 в эритроцитах может быть аутоокисление ряда лекарственных препаратов, таких как противомалярийное средство памахин, аспирин, сульфаниламиды. У некоторых людей накопление Н2О2 отмечается при употреблении в пищу бобов (Vicia faba). В любом случае накопление в эритроцитах Н2О2 служит причиной сокращения времени жизни этих клеток, что сопровождается их гемолизом.

Избыток Н2О2 повреждает эритроциты двумя путями. Во-первых, происходит энергичное окисление атома железа гемоглобина с образованием его ферри-формы (Fe3+) – метгемоглобина (выше указывалось, что метгемоглобин может образовываться самопроизвольно в процессе переноса кислорода гемоглобином). Следует, однако, указать, что образовавшийся метгемоглобин способен снова восстанавливаться до ферро-формы (Fe2+) под действием NADH-метгемоглобин-редуктазы. Определенная часть метгемоглобина восстанавливается также под действием сходного, но NADPH-зависимого фермента.

Вторым повреждающим эффектом Н2О2 является атака двойных связей остатков ненасыщенных жирных кислот в составе фосфолипидов эритроцитарных мембран. Образующиеся гидроперекиси жирных кислот инициируют дальнейшие реакции, приводящие к разрыву С-С-связей и, как следствие, к разрушению мембраны эритроцита. Именно этот эффект считают главной причиной перекисного гемолиза эритроцитов, а также индуцированной лекарствами гемолитической анемии.

Важным компонентом антиоксидантной системы клеток вообще и эритроцитов, в частности, является восстановленный глутатион (γ-Glu-Cys- Gly), который обладает как прямым, так и непрямым антиоксидантным действием.

Разрушение Н2О2 и перекисей жирных кислот в эритроцитах катализируется селен-содержащей глутатион-пероксидазой:

34

В указанной реакции в роли восстановителя выступает тиольная группа цистеинового остатка глутатиона, при этом сам глутатион окисляется с образованием дисульфидной формы. В отличие от большинства пероксидаз глу- татион-пероксидаза не является гемопротеидом, но содержит один атом селена на полипептидную цепь с молекулярной массой ~ 22.000. Нативный фермент представляет собой тетрамер, состоящий из четырех идентичных цепей. Существует точка зрения, что глутатион-пероксидаза является основным средством защиты от накопления в клетках Н2О2 и органических гидроперекисей.

Обнаружено, что снижение уровня восстановленного глутатиона в эритроцитах характерно для ишемической болезни сердца и инфаркта миокарда, причем снижение уровнявосстановленного глутатиона коррелирует со степенью выраженности некротичского процесса в миокарде.

Поскольку процессы детоксикации Н2О2 и органических гидропероксидов требуют постоянного расходования восстановленной формы глутатиона, должны существовать механизмы, обеспечивающие его регенерацию. Одним из важнейших ферментов пентозофосфатного пути в красных кровяных клетках является глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназа, которая играет важную роль в поддержании целостности плазматических мембран эритроцитов. Поэтому неудивительно, что отсутствие или дефект глюкозо-6-фосфат- дегидрогеназы может служить причиной гемолитической анемии. В некоторых случаях в эритроцитах присутствует одна из генетически детерминированных форм фермента, которая в обычных условиях характеризуется активностью, достаточной для поддержания целостности красных кровяных клеток. Однако, в случае, например, окислительного стресса ее активность оказывается недостаточной. Недостаточность глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназы может служить причиной развития лекарственной гемолитической анемии.

Первичное нарушение связано с дефектами глюкозо-6-фосфат- дегидрогеназы в эритроцитах. Дело в том, что единственным источником NADPH в этих клетках является пентозофосфатный путь, поэтому при дефекте глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназы в эритроцитах существенно обедняется пул восстановленного NADP (NADPH). Главная же функция NADPH в

эритроцитах состоит в восстановлении дисульфидной формы глютатиона в сульфгидрильную форму. Данная реакция катализируется глютатионредуктазой:

35