1.1.3. Система ферментов глутатиона.

- селенсодержащая глутатионпероксидаза - локализована в цитозоле и митохондриях;

эффективно разлагает гидрофильные гидроперекиси липидов и перекись водорода;

катализирует реакцию восстановленного глутатиона с гидроперекисями липидов, при этом последние превращаются в жирные оксикислоты;

восстанавливает перекиси белкового и нуклеиновокислотного происхождения.

- глутатионтрансфераза – содержится преимущественно в цитозоле клеток; не взаимодействует с перекисью водорода;

восстанавливает гидрофобные гидропероксиды с большим объемом молекулы: гидроперекиси полиненасыщенных жирных кислот – линоленовой и арахидоновой, а также фосфолипидов;

восстанавливает гидроперекиси мононуклеотидов и ДНК, участвуя в их репарации.

- глутатионредуктаза – позволяет быстро пополнить пул восстановленного глутатиона, тем самым поддерживая нормальную работу глутатионзависимых ферментов

Ферментные АО практически все всегда выполняют свою функцию внутри клетки. Их синтез и внутриклеточное содержание, как и большинства белков, находится под генетическим контролем и интенсифицируется под влиянием ряда внешних воздействий, к которым относятся и фармакологические (введение лекарственных препаратов). Большая молекулярная масса молекул энзимов препятствует их выходу за пределы клеток, одновременно это же и является препятствием для проникновения внутрь клетки и введенным в организм в виде лекарственных препаратов экзогенных ферментов и белков (например, СОД, церебролизин, актовегин и др..). В случае же попадания ферментных АО и белков в кровь (цитолиз клеток, введение извне в виде лекарств), они не могут рассматриваться в качестве ключевых механизмов в антирадикальной и антиперекисной защите крови, так как очень быстро, в течение 5 – 10 минут разрушаются под действием протеаз крови или выводятся в неизмененном виде почками. В результате уровень ферментных АО крови крайне низок и суммарно определяет менее 1% ее антирадикальной и антиперекисной активности.

Среди гидрофильных соединений в первую очередь следует выделить супероксиддисмутазу (СОД), представляющую первое звено защиты. Этот фермент переводит супероксидный радикал в электронейтральную форму Н2О2. Судьба последней зависит от активности двух ферментов, разрушающих молекулу, – каталазы, образующей Н2О и О2, и глутатионпероксидазы, образующей глутатион. Кроме того, Н2О2 в качестве нейтральной молекулы может покинуть клетку.

Неферментные соединения АО системы.

Ферментные АО выполняют свою функцию внутри клетки; в сыворотке крови и лимфе обнаруживается только их следовое количество. Вместе с этим, радикальные окислительные процессы активно протекают во всех водных и липидных фазах организма.

Ингибирование СРО во внеклеточном секторе путем прямого захвата и нейтрализации радикалов выполняют неферментные низкомолекулярные жиро- и водорастворимые АО.

2.1. Жирорастворимые соединения АО системы:

вещества группы витамина Е;

витамины А и К, стероидные гормоны, флавоноиды;

полифенолы – убихинон, витамин Р.

2.2. Водорастворимая система АО включает:

- низкомолекулярная небелковая тиодисульфидная система на основе глутатиона;- - аскорбатная окислительно-восстановительная система;

- растворимые в воде ароматические соединения.

2.1. Жирорастворимые соединения АО системы.

2.1.1. Витамин Е (а-токоферол) – является основным антиоксидантом биологических мембран липопротеиновых комплексов, защищает геном при перехвате АФК в клеточном ядре (антимутагенное действие); Участвует в АО-защите липопротеидов сыворотки крови, образуя токоферольный радикал, который восстанавливается до токоферола с участием аскорбиновой кислоты и глутатиона; одновременно осуществляется перенос радикалов из гидрофобной фазы липидного бислоя в водную фазу, что и обеспечивает постоянную нейтрализацию АФК в биологических мембранах.

Молекула токоферола эффективно взаимодействует с большинством АФК и продуктов ПОЛ, находящихся в липидной фазе.

2.1.2. Витамины А, К, стероидные гормоны. Витамин А и его провитамины- бета-каротин и другие каротиноиды также относятся к жирорастворимым фенольным АО. В организме содержится в одной из 3-х форм – ретинол, ретиналь, ретиноевая кислота.

Витамин А и его производные проявляют выраженное АО-действие и обеспечивают разрушение основных видов АФК; участвуют в обеспечении и регуляции процессов микросомального окисления, ингибируют метаболическую активацию канцерогенов.

Основными точками приложения физиологического действия витамина А в организме являются защита биологических мембран, синтез и метаболизм гликопротеинов, хроматина, биотрансформация ксенобиотиков, а также АО-защита фоторецепторов сетчатки и самого процесса восприятия зрительной информации.

Витамин А и другие каротиноиды взаимодействуют с другими АО соединениями, усиливая и пролонгируя при этом защитные эффекты друг друга:

с селеном – способствует реактивации тиоловых групп сыворотки крови, оказывает выраженное антитоксическое действие;

с токоферолом – резко снижает содержание мембраноагрессивных липопероксидов сыворотки крови и препятствует последующему отложению продуктов ПОЛ в интиме аорты и других сосудов;

в комплексе со специфическим цитозольным белком стимулирует процессы клеточного роста и пролиферации; в ядре – усиливает экспрессию генов, биосинтез РНК и белков.

Витамин А необходим для роста тканей в детском возрасте, осуществлении фоторецепции, функционировании иммунной системы, повышения барьерных свойств и нормальной дифференцировке эпидермиса и эпителия слизистых оболочек.

Способностью противостоять избыточному ПОЛ и, соответственно, стабилизировать структуру биомембран обладают стероидные гормоны – эстрогены и глюкокортикоиды, которые из-за этого иногда называют структурными АО.

Наибольшим АО-эффектом обладает 2-оксиэстрадиол. 17-бета-эстрадиол обладает защитным действием на эндотелий сосудов от повреждения липопротеидами низкой плотности (ЛПНП) или лизофосфаттидилхолином. Кроме этого, эстрогены эффективно ингибируют НАДФН- и аскорбат-зависимые системы ПОЛ в микросомах, повышают активность каталазы в клетках почек. В высоких дозах гидрокортизон уменьшает ПОЛ, а дезоксикортикостерон в больших дозах интенсифицирует его.

2.1.3. Убихинон (кофермент Q) – (вездесущий)- структурно близок к витамину Е, по действию и активности схож с ним. Образует окислительно-восстановительную систему убихинон-убихинол. Основная часть внутриклеточного убихинона содержится в митохондриях, ядре, эндоплазматическом ретикулуме и лизосомах.

Важнейшая роль внутриклеточного убихинона связана с участием в митохондриальной цепи транспорта электронов в дыхательной цепи, что предопределяет его действие как регулятора АО-гомеостаза в клетке.

Убихинон и его аналоги эффективно ингибируют супероксиданион-радикал, гидроксильный радикал, перекисные и алкоксильные радикалы и, кроме того, перехватывают радикалы токоферола (вит. Е); являются одним из основных сывороточных ингибиторов синглетного кислорода.

Жирорастворимые гидрофобные АО-соединения играют главенствующую роль в защите основных структурных компонентов биологических мембран, фосфолипидов или погруженных в липидный слой белков.

Водорастворимые АО защищают от кислородных радикалов гидрофильные биополимеры. Двойной фосфолипидный слой, формирующий биологические мембраны внутри и снаружи клеток, является идеальной средой для протекания процессов ПОЛ. Хотя эти реакции в нормальных (физиологических) условиях являются необходимым условием обновления структурных элементов мембран и протекают постоянно, однако их неконтролируемый избыточный ход, причиной которого может быть избыток АФК, разрушает структуру мембраны и приводит к гибели клетки. В этих условиях оборвать процессы ПОЛ могут лишь липофильные молекулы с небольшой молекулярной массой, способные проникать внутрь мембраны, а также гидрофильные соединения, функционирующие на границе раздела сред.

Водные (гидрофильные) среды организма – кровь, лимфа, ликвор, межклеточная и внутриклеточная вода являются местом постоянного протекания окислительно-восстановительных процессов, обеспечивающих все виды обмена клеток. Постоянство состава и свойств этих биологических жидкостей – важнейшее и необходимое условие гомеостаза организма, в частности, окислительного.

Транспорт молекулярного кислорода, аспирация радикалов гидрофобными АО из липидного слоя, поступление в гидрофильные среды организма АФК как результат интенсивной жизнедеятельности и патологических процессов – все эти постоянно протекающие процессы создают реальную опасность возникновения окислительного стресса.

Присутствие в водных средах легкоокисляющихся липидных образований, таких как липопротеиды, хиломикроны, холестерин, триглицериды и фосфолипиды, значительно увеличивает эту опасность. Для предотвращения этого существуют специализированные АО-системы, ответственные за стабильность прооксидантно-антиоксидантного равновесия жидкостных сред организма.

2.2. Водорастворимые соединения АО системы.

2.2.1. Тиодисульфидная система.

Глутатион – трипептид, образованный аминокислотами: цистеином, глутаминовой кислотой и глицином. Существует в 2-х формах – восстановленной и окисленной. Является ингибитором АФК и стабилизирует клеточные мембраны. Ему принадлежит ведущая роль в нейтрализации гидроксильного радикала, образующегося в реакции Фентона или в результате радиолиза воды под действием ионизирующих излучений.

Является основным агентом, защищающим тиоловые ферменты ( многие оксидоредуктазы, трансферазы, гидролазы, лиазы и лигазы) от окисления: глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа, лактатдегидрогеназа, сукцинатдегидрогеназа, АТФ-аза, каталаза и др…

Глутатион участвует в структурных изменениях мембран эритроцитов; уменьшение его содержания создает условия для окисления SH-групп гемоглобина, что резко нарушает его кислородтранспортную функцию.

Снижение концентрации глутатиона ослабляет устойчивость организма к гипоксии как за счет инактивации ферментов пентозомонофосфатного цикла, так и за счет ингибирования тиоферментов тканевого дыхания. Из-за дефицита восстановленного глутатиона нарушается механизм переноса электронов в рамках тканевого дыхания. При этом уменьшается утилизация кислорода тканями, что усугубляет метаболические нарушения в клетках.

Тиодисульфидная система (вещества, содержащие SH- и SS- группы) принимает участие в регуляции окислительно-восстановительных процессов в клетках. Сульфгидрильные и дисульфидные группы регулируют клеточные рецепторы. Снижение количества или реактивности SH-групп приводит к ослаблению, а увеличение - к активации адренэргической стимуляции. Напротив, окисление SH-групп повышает, а восстановление – снижает чувствительность рецепторов к парасимпатическим влияниям.

Сдвиги в тиолдисульфидном обмене обуславливают патохимические механизмы нарушения синтеза, транспорта и инактивации биологически активных веществ и медиаторов воспаления, таких как гистамин, серотонин, катехоламины, ацетилхолин. Соотношение восстановленных и окисленных SH-групп в биосредах, их способность к окислительной модификации (так называемая «антирадикальная емкость») является важными критериями неспецифической резистентности организма.

Сдвиги в тиолдисульфидном обмене могут составить реальную основу механизмов разобщения процессов окисления и фосфорилирования, результатом чего является нарушение использования кислорода в процессах биологического окисления, избыточная продукция АФК и неконтролируемая активация процессов ПОЛ.

2.2.2. Аскорбиновая кислота (витамин С) – основной АО среди низкомолекулярных водорастворимых соединений. Наличие в структуре 2-х фенольных групп позволяет ей выступать в качестве донора и акцептора водорода.

Обладает чрезвычайно широким набором АО-свойств: снижает уровень супероксиданион-радикала, синглетного кислорода, гидроксильного и перекисного радикала, органических радикалов, гипогалоидов, восстанавливает окисленную форму витамина Е и глутатиона, принимает участие в синтезе коллагена и эластина, в обмене холестерина, гистамина и ацетилхолина.

Аскорбиновая кислота с трудом проходит через мембраны; ее окисленная форма – дегидроаскорбиновая кислота является ее транспортной формой. В клетке она способна окислять сульфгидрильные группы многих тиоловых соединений небелковой и белковой природы, в том числе АО и, таким образом, инактивировать ферментные и неферментные компоненты АО системы, что является предпосылкой для прооксидантного действия высоких доз аскорбиновой кислоты.

Показано, что аскорбиновая кислота проявляет выраженные прооксидантные свойства и активно инициирует реакции ПОЛ в присутствии ионов железа и меди, при колебаниях Рн, а также при изменении оксигенации крови.

АО-свойства любых химических соединений во многом зависят от характера протекания окислительных реакций в организме. Практически для любого АО, за исключением энзимов, можно создать условия, при которых он будет выступать в качестве прооксиданта. Наиболее неустойчивыми в этом отношении являются именно аскорбиновая кислота и токоферол. Их передозировка или введение в малых дозах зачастую приводит к обратному эффекту и выраженной индукции процессов ПОЛ.

Исходя из этого, одним из важных условий применения препаратов, содержащих низкомолекулярные антиоксиданты, в частности, витамины, является строгое соблюдение рекомендованных доз и кратность их введения.

Б. Неспецифическая АО-система организма.

Неспецифическая АО-система организма предотвращает условия и возможности утечки электронов и генерации АФК в ходе окислительно-восстановительных реакций (в рамках окислительного фосфорилирования) или в процессе аутоокисления субстратов (микросомальное окисление).

Неспецифическая АО-система включает в себя ряд белков плазмы, играющих важную роль в АО-защите жидких сред организма, таких как церулоплазмин (ЦП), трансферрин (ТФ), лактоферрин (ЛФ). АО свойства этих соединений связаны с их способностью образовывать хелатные комплексы и, таким образом, связывать ионы металлов переменной валентности, которые, как известно, входят в состав активных центров оксидоредуктаз и выполняют каталитическую роль при синтезе АФК. Соответственно, связывание ионов металлов ингибирует синтез радикалов и снижает выраженность ПОЛ.

Церулоплазмин (ЦП) – медьсодержащий гликопротеин, относится к альфа-2-глобулиновой фракции сыворотки крови. Белок представляет собой полипептидную цепь, способную к спонтанному протеолизу с образованием каталитически активных фрагментов, содержащих два атома меди и два атома кальция.

Церулоплазмин совместно с трансферрином образуют прооксидантно-антиоксидантную буферную систему крови, участвующую в поддержании окислительного гомеостаза гидрофильных сред. В этой системе ЦП выполняет роль восстановленного компонента, т.е. антиоксиданта, а ТФ – прооксидантную функцию. Соотношение ЦП/ТФ крови является достаточно точным критерием окислительного гомеостаза и характеризует направленность его сдвигов при различной патологии. Подобную функцию выполняет и лактоферрин – белок, который содержится в молоке и продуцируется при стимуляции фагоцитов.

Гемовые белки (гемоглобин, миоглобин), содержащие двухвалентное железо, также могут при определенных обстоятельствах катализировать реакцию разложения перекиси водорода до гидроксильного радикала.

ЦП обладает ферроксидазной, аскорбатоксидазной и аминооксидазной активностью и является одним из основных АО крови. Он обеспечивает защиту липопротеидов плазмы и липидов клеточных мембран от пероксидации и воздействия гидроксильных радикалов. Связывание ионов железа с молекулой ЦП приводит к снижению участия металла в генерации гидроксильного радикала в ходе реакции Габер-Вейса (разложение перекиси водорода до гидроксильного радикала в присутствии ионов двухвалентного железа).

Особенностью данного механизма АО защиты является сильная зависимость его от условий среды; в частности, при Рн ‹ 5,5 ЦП, ТФ и ЛФ выделяют металлы в каталитически активной форме. С одной стороны, это усиливает микробицидное действие фагоцитирующих клеток в области воспалительной реакции, а с другой – может служить важным патогенетическим фактором при ишемии, при ряде хронических воспалительных и аутоиммунных заболеваний (например, ревматоидном артрите), когда содержание свободных ионов железа прямо коррелирует с тяжестью заболевания.

Кроме этого, нейтрализуя супероксиданион-радикал и таким образом оказывая СОД-подобное действие, ЦП выступает в качестве внеклеточной СОД; его способность улавливать радикал носит стехиометрический, а не некаталитический характер. Важная роль ЦП как антиоксиданта-перехватчика супероксиданион-радикала реализуется в очаге воспаления, где огромное количество радикалов выделяется фагоцитирующими клетками. ЦП относят к числу «белков острой фазы», в острую фазу воспаления его количество и активность в крови быстро возрастает.

Молекула ЦП прочно связывает ионы меди и усиливает связывание ионов трехвалентного железа с трансферритином, ферритином и лактоферрином.

ЦП осуществляет более 98% транспорта меди в организме, циркулирующей в крови, доставляя его в ткани для синтеза медьсодержащих энзимов (цитохром-С-оксидазы, Cu-Zn-СОД и др.). Наряду с транспортом меди и окислением ионов железа, ЦП выступает также как полисубстратная оксидаза катехоламинов и других биогенных аминов, участвуя в регуляции их функций и метаболизме.

Эффективными синтетическими антиоксидантами, проявляющими неспецифическое АО действие, являются синтетические аналоги витаминов, ароматических и гетероароматических фенолов. Наиболее перспективными АО являются производные 3-оксипиридина, являющиеся структурными аналогами группы витаминов В6 (пиридоксоль, пиридоксаль, пиридоксамин), играющих важную роль в жизнедеятельности организма и выполняющих в нем роль неспецифических физиологических антиоксидантов.

Доказано, что действие комбинации АО с их синергистами значительно увеличивают силу и продолжительность АО-эффекта препарата. Для фенольных антиоксидантов и производных 3-оксипиридина такими свойствами обладают вещества-доноры протонов, такие как лимонная и янтарная кислота.

Антиоксиданты, входящие в состав АО-системы, работают не изолированно, а совместно, при участии друг друга, образуя единую защиту организма от неблагоприятных воздействий внешней среды. Это касается как спектра их действия, так и эффективности работы в зависимости от состояния содружественной системы.

Многочисленные экспериментальные исследования свидетельствуют о большей АО-широте и выраженности эффекта у нескольких антиоксидантов с различными механизмами действия. Ферментные АО не обладают способностью разрушать гидроксильные радикалы. Однако элиминация этих радикалов осуществляется при участии ряда низкомолекулярных АО жиро- и водорастворимой природы. Ферментные же АО эффективно разрушают предшественники гидроксильного радикала – супероксиданион-радикал и перекись водорода, тем самым обрывая возможные пути для дальнейшего синтеза. Осуществление антирадикальной функции токоферолом невозможно без функционирования ряда окислительно-восстановительных систем, к которым относится и водорастворимый АО – аскорбиновая кислота.

Исключительное значение для поддержания нормального режима работы звеньев АО-системы имеют ферментативные механизмы восстановления их окисленных форм. Центральное звено этих механизмов составляет каталитическое дегидрирование субстратов биологического окисления, осуществляемое в процессе работы пентозо-монофосфатного цикла, цикла Кребса и процессе окисления высших жирных кислот. Согласованное действие неферментативного и ферментативного звеньев АО-системы обеспечивает неспецифическую резистентность организма, его адаптивные возможности к воздействию разнообразных по своей природе патогенных факторов, в том числе и микробных.

Известно, что для нормального функционирования живой системы крайне важно сохранение физиологического соотношения между донорами и акцепторами электронов. Донорно-акцепторные взаимодействия относятся к числу самых распространенных и важных биологических взаимодействий, а некое равновесие между их участниками является одним из основных параметров жизни. Изменение этого равновесия в определенных пределах используется для регуляции как различных функций, так и физического состояния клетки, а выход за пределы приводит к развитию патологических состояний.

В целом организм человека обеспечен защитными механизмами, позволяющими предотвращать, а нередко и эффективно подавлять развитие свободнорадикального повреждения клеток и тканей. Эти защитные механизмы образуют хорошо сбалансированную систему, функционирующую по механизму обратной связи. Постоянство естественной АО-активности крови и тканей организма является одним из основных доминант гомеостаза. Нарушение в силу тех или иных причин должного уровня АО-механизмов, обеспечивающих защитное действие от агрессии радикалов различной природы, в том числе и производных кислорода, оказывается существенной детерминантой повреждающего действия продуктов ПОЛ.

АО-система организма многокомпонентна, она способна предотвращать образование и разрушать как свободные радикалы, так и первичные и вторичные продукты реакций ПОЛ. АО-соединения проявляют свое действие разнообразным способом: от простого захвата свободных радикалов до сложного цепного взаимодействия с ними в направлении снижения токсичности и времени жизни. Именно многокомпонентная и многоуровневая АО-защита организма позволяет предупреждать повреждающее действие многочисленных продуктов ПОЛ.

Нарушение АО-равновесия системы в сторону преобладания активности ПОЛ, независимо от причин, его вызвавших, становится повреждающим фактором и в тех случаях, когда патологический процесс приводит к спонтанному или произвольному снижению емкости АО системы.