- •Кафедра биохимии
- •Современные представления о биологическом окислении
- •Этапы унифицирования энергии пищевых веществ и образования субстратов тканевого дыхания
- •Цикл Кребса
- •Реакции цтк
- •Энергетический баланс одного оборота цтк
- •Оксидазный путь использования кислорода в клетке
- •Хемиосмотическая теория Митчелла
- •Современные представления о механизме окислительного фосфорилирования
- •Механизм окислительного фосфорилирования
- •Процесс окисления
- •Процесс фосфорилирования
- •Сопряжения и разобщения окислительного фосфорилирования
- •Коэффициент окислительного фосфорилирования
- •Транспорт веществ через мембрану митохондрий
- •Теплопродукция
- •Дыхательный контроль
- •Лекция № 6
- •2. Митохондриальные монооксигеназные системы
- •Диоксигеназные реакции
- •Пероксидазный и радикальный пути использования кислорода
- •Образование активных форм кислорода
- •Свойства активных форм кислорода
- •Использование активных форм кислорода в организме
- •Повреждающее действие активных форм кислорода в организме
- •Антиоксидантная система
- •1. Ферментативная антиоксидантная система
- •2. Неферментативная антиоксидантная система
Свойства активных форм кислорода
Кислородные радикалы, обладая высокой активностью, разрушают органические молекулы в реакциях свободно-радикального окисления (СРО). Большая часть этих реакций протекает сполиненасыщенными жирными кислотамилипидов, и называется перекисным окислением липидов (ПОЛ). Реакции ПОЛ являются цепными.
Наиболее химически активным соединением является гидроксильный радикал - сильнейший окислитель. Время его жизни очень короткое (1 миллиардная доля секунды), но за это время он мгновенно вступает в цепные окислительные реакции в месте своего образования.
Супероксидный анион-радикал и перекись водорода более стабильные вещества, могут диффундировать от места образования, проникать через мембраны клеток. Однако, перекись водорода способствует образованию гидроксильного радикала по следующей реакции:
Fe2++ Н2О2→ Fe3++ НО∙ + ОН-
Использование активных форм кислорода в организме
1.Иммунная система.АФК используются фагоцитарными клетками - тканевыми макрофагами, моноцитами и гранулоцитами крови для разрушения бактерий, вирусов и онкоклеток.
Фагоциты с участием НАДФН2-оксидазы выделяют супероксидный анион-радикал: НАДФН2 + 2O2 → НАДФ+ + 2О∙2+ 2Н+
Под действием супероксиддисмутазы (СОД) супероксидный радикал превращается в перекись водорода: 2О∙2 + 2H+ → H2O2+ O2
Под действием миелопероксидазы H2O2, превращается в гипохлорит – соединение, разрушающее стенки бактериальных клеток: H2O2 + Cl- → H2O + ClO-.
При дефиците в клетках СОД, ферритина, а в плазме церулоплазмина, трансферрина активируются альтернативные реакции:
Fe3+ + О∙2 →Fe2+ + O2
Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + НО∙ + ОН-
Fe2+ + ClO- + H+ → Fe3+ + Cl- + НО∙
Фактор некроза опухоли
2. Внутриклеточное пищеварение. В пероксисомах образуются АФК. Когда пероксисомы сливаются с фагосомами, АФК обеспечивают внутриклеточное пищеварение.
Повреждающее действие активных форм кислорода в организме
Радикалы гидроксила химически исключительно активны и вызывают повреждение белков, нуклеиновых кислот и липидов биологических мембран. В белках происходитнеферментативное окисление аминокислотных остатков гистидина, цистеина, триптофана. Таким образом, инактивируют многие ферменты.Особенно тяжелые последствия имеют повреждение ДНК и липидов. Радикалы НО∙ вызывают разрыв нитей ДНК, обладая, в зависимости от ситуации, мутагенным, канцерогенным или цитостатическим действием. Радикалы гидроксила инициируют цепную реакцию ПОЛ, при этом нарушаются физико-химические свойства мембран - проницаемость, рецепторная функция и работа мембранных белков.Повреждение барьера приводит к нарушению регуляции внутриклеточных процессов и тяжелым расстройствам клеточных функций. Свободно-радикальные реакции часто вызывают гибель клеток и целом ускоряют процесс старения организма.
Антиоксидантная система
В нормальных условиях процесс СРО находится под строгим контролем ферментативных и неферментативных систем клетки, от чего скорость его невелика. Химические соединения и физические воздействия, влияющие на скорость СРО, делят напрооксиданты и антиоксиданты.
Прооксиданты усиливают процессы СРО. Это высокие концентрации кислорода (например, при длительной гипербарической оксигенации больного), ферментные системы, генерирующие супероксидные радикалы (например, ксантиноксидаза, ферменты плазматической мембраны фагоцитов и др.), ионы двухвалентного железа.
Антиоксиданты тормозят СРО. Антиоксиданты, находящиеся в организме, образуют его ферментативную и неферментативную антиоксидантную систему.