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• + LH → LOOM + LR•

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) Разрушение структуры липидов

Конечные продукты перекисного окисления полиеновых кислот - малоновый диальдегид и гидропероксид кислоты.

4) Обрыв цепи - взаимодействие радикалов между собой:

LOO• + L• → LOOH + LH L• + vit E → LH + vit E• vit E• + 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.

Повреждение клеток в результате ПОЛ

Активные формы кислорода повреждают структуру ДНК, белков и различные мембранные структуры клеток. В результате появления в гидрофобном слое мембран гидрофильных зон за счёт образования гидропероксидов жирных кислот в клетки могут проникать вода, ионы натрия, кальция, что приводит к набуханию клеток, органелл и их разрушению. Активация перекисного окисления характерна для многих заболеваний: дистрофии мышц (болезнь Дюшенна), болезни Паркинсона, при которых ПОЛ разрушает нервные клетки в стволовой части мозга, при 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.

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.

Системы защиты клеток от активных форм кислорода

Ферменты антиоксидантного действия:

- супероксиддисмутаза,

- каталаза,

- глутатионпероксидаза.

Наиболее активны эти ферменты в печени, надпочечниках и почках, где содержание митохондрий, цитохрома Р₄₅₀ и пероксисом особенно велико.

1. Супероксиддисмутаза (СОД) превращает супероксидные анионы в пероксид водорода:

2+ 2H⁺ → H₂O₂ + O₂

Изоферменты СОД находятся и в цитозоле и в митохондриях и являются как бы первой линией защиты, потому что супероксидный анион образуется обычно первым из активных форм кислорода при утечке электронов из дыхательной цепи.

СОД - индуцируемый фермент, т.е. синтез его увеличивается, если в клетках активируется перекисное окисление.

2. Пероксид водорода, который может инициировать образование самой активной формы ОН•, разрушается ферментом каталазой:

2Н₂О₂ → 2 Н₂О + О₂.

Каталаза находится в основном в пероксисомах, где образуется наибольшее количество пероксида водорода, а также в лейкоцитах, где она защищает клетки от последствий "респираторного взрыва".

3. Глутатионпероксидаза - важнейший фермент, обеспечивающий инактивацию активных форм кислорода, так как он разрушает и пероксид водорода и гидропероксиды липидов. Он катализирует восстановление пероксидов с помощью трипептида глутатиона (γ-глутамилцистеинилглицин). Сульфгидрильная группа глутатиона (GSH) служит донором электронов и, окисляясь, образует дисульфидную форму глутатиона, в которой 2 молекулы глутатиона связаны через дисульфидную группу.

Н₂О₂ + 2 GSH → 2 Н₂О + G-S-S-G.

Окисленный глутатион восстанавливается глутатионредуктазой:

GS-SG + NADPH + Н⁺ → 2 GSH + NADP⁺.

Глутатионпероксидаза, которая восстанавливает гидропероксиды липидов в составе мембран, в качестве кофермента использует селен (необходимый микроэлемент пищи). При его недостатке активность антиоксидантной защиты снижается.

Витамины, обладающие антиоксидантным действием

Витамин Е (α-токоферол) - наиболее распространённый антиоксидант в природе - является липофильной молекулой, способной инактивировать свободные радикалы непосредственно в гидрофобном слое мембран и таким образом предотвращать развитие цепи перекисного окисления. Различают 8 типов токоферолов, но α-токоферол наиболее активен.

Витамин Е отдаёт атом водорода свободному радикалу пероксида липида (ROO•), восстанавливая его до гидропероксида (ROOH), и таким образом останавливает развитие ПОЛ. Витамин Е превращается в стабильный, полностью окисленный токоферолхинон.

Витамин С (аскорбиновая кислота) также является антиоксидантом и участвует с помощью двух различных механизмов в ингибировании ПОЛ. Во-первых, витамин С восстанавливает окисленную форму витамина Е и таким образом поддерживает необходимую концентрацию этого антиоксиданта непосредственно в мембранах клеток. Во-вторых, витамин С, будучи водорастворимым витамином и сильным восстановителем, взаимодействует с водорастворимыми активными формами кислорода - , Н₂О₂, ОН• и инактивирует их.

β-Каротин, предшественник витамина А, также обладает антиоксидантаьш действием и ингибирует ПОЛ. Показано, что растительная диета, обогащённая витаминами Е, С, каротиноидами, существенно уменьшает риск развития атеросклероза и заболеваний ССС, подавляет развитие катаракты - помутнения хрусталика глаза, обладает антиканцерогенным действием. Имеется много доказательств в пользу того, что положительное действие этих компонентов пищи связано с ингибированием ПОЛ и других молекул и, следовательно, с поддержанием нормальной структуры компонентов клеток.

Продукты, богатые антиоксидантами

Антиоксиданты в первую очередь содержатся в различных свежих фруктах, а также продуктах, изготовленных из них: черника, виноград, клюква, рябина, черноплодная рябина, смородина, гранаты, мангостин, асаи. Все они имеют кислый или кисло-сладкий вкус и красный (красновато-синий, синий) цвет. Среди других продуктов, содержащих антиоксиданты выделяют какао, красное вино, зелёный чай и в меньшей степени чёрный чай.

Антиоксиданты, используемые как пищевые добавки:

• Пектин

• Аскорбиновая кислота

• Лимонная кислота и др.

Современные антиоксиданты применяются в составе комбинированной терапии при лечении рака молочной железы, рака легких, рака печени, рака мозга, рака половых органов, рака органов пищеварения. При проведении лучевой и химиотерапии у больных с различными злокачественными новообразованиями на фоне действия некоторых антиоксидантов отмечено значительное снижение токсических и иных нежелательных эффектов. Длительный прием антиоксидантов продлял сроки жизни онкологических больных, предотвращал развитие и прогрессирование отдаленных метастазов, ослаблял болевой синдром, способствовал улучшению качества жизни этих больных. Использование протекторных свойств антиоксидантов позволяло проводить в полном объеме антибактериальное и противотуберкулезное лечение, так как при этом существенно уменьшалось побочное действие лекарственных препаратов. Доказана их высокая эффективность при лечении интоксикаций любой этиологии: при пищевых, алкогольных, наркотических отравлениях, ожоговых и лекарственных токсикозах. Систематическое применение некоторых антиоксидантов приводило к устранению угнетения функциональной активности иммунокомпетентных клеток, повышало устойчивость иммунной системы и приводило к полному подавлению многих хронических инфекций. Таким образом, антиоксиданты вызывают нормализацию важнейших биохимических показателей крови, обладает гепато-протекторными, противовоспалительными, противоопухолевыми, иммуностимулирующими свойствами.

Синтетические антиоксиданты

Ионол (2,6-дитретбутил-4-метилфенол, бутилгидрокситолуол, дибунол) является жирорастворимым фенолом. Его окисленная форма представляет радикал, стабилизированный двумя боковыми третбутильными группировками, а поэтому более стабильный, чем у токоферолов. Ионол успешно применяется для профилактики острых ишемических повреждений органов и постишемических расстройств. Препарат высоко эффективен при лечении лучевых и трофических поражений кожи и слизистых оболочек, успешно используется в терапии больных дерматозами, способствует быстрому заживлению язвенных поражений желудка и двенадцатиперстной кишки.

Фенозаны (К⁺- или Li⁺-соли 4-гидрокси-3,5-дитретбутилфенилпропионовой кислоты) синтезированы в ИХФ РАН, являются водорастворимыми производными ионола.

Оксипиридины - группа азотсодержащих гетероциклических фенолов, синтетических аналогов витамина В⁶. Существенным удобством препаратов является их растворимость в воде. К группе синтетических антиоксидантов относятся так же селен-неорганические и селен-органические соединения, механизм антирадикального действия которых связан, в основном, с активацией селен-зависимой глутатионпероксидазы, являющейся первой линией защиты клеток организма от накопления токсических гидропероксидов и свободных радикалов.

Структурные аналоги природных антиоксидантов

В последние годы предпринимаются многочисленные попытки добиться повышения эффективности действия антиоксидантов путем той или иной их структурной модификации. Так, например, имеются сведения о более эффективном действии ферментного препарата СОД в соединении с дериватным носителем, синтезирована большая группа водорастворимых производных витамина Е и бета-каротина.

Самое пристальное внимание уделяется соединениями, близким к витамину Е. Так, наряду с самим витамином Е антиоксидантными свойствами обладают его водорастворимые аналоги: тролокс-С и альфа-токоферола полиэтиленгликольсукцинат (ТПГС). Тролокс-С действует как эффективный тушитель свободных радикалов по тому же механизму. что и витамин Е, а ТПГС даже превосходит витамин Е по эффективности.