что такое свободное окисление
Параграф 26. свободное окисление. метаболизм этано
Автор текста – Анисимова Елена Сергеевна. Авторские права защищены. Продавать текст нельзя.
Курсив НЕ НУЖНО зубрить. Замечания можно прислать по почте: exam_bch@mail.ru
ПАРАГРАФ 26. См. п.3, 20, 23, 27, 118.
«Свободное окисление.
Метаболизм этанола.»
26. 1. Определение
Свободным окислением называют все окислительные процессы организма, кроме окислительного фосфорилирования (ОФ, п.23).
То есть свободно это окисление от синтеза АТФ.
26. 2. Функции сводного окисления.
27. 2. 1. Теплопродукция.
ОФ происходит за счёт работы ДЦ; при этом часть энергии, которая не тратится на синтез АТФ, рассеивается в виде тепла для поддержания температуры тела – это уже относится к свободному окислению.
Выделение тепла увеличивают разобщители работы ДЦ и синтеза АТФ.
Таким образом, одна из функций свободного окисления – это поддержание температуры тела.
При нарушение этой функции сводного окисления теплопродукция может быть как повышенная, так и недостаточная, что отражается на температуре тела.
Повышенная теплопродукция приводит к повышению температуры тела (жару), что при температуре выше 40 градусов опасно для жизни (так как оптимум температуры для белков – 37 градусов Цельсия).
Пониженная теплопродукция приводит к снижению температуры тела.
Причиной повышенной теплопродукции может быть избыток ЙТ или присутствие других разобщителей (п.23).
Причиной сниженной теплопродукции может быть дефицит ЙТ (п.104).
На работу ДЦ тратится бОльшая часть кислорода, более 90%.
Остальная часть кислорода превращается в активные формы кислорода (см. сначала п.27)
или используется ферментами с приставкой окси-: оксидазами и оксигеназами (п. 3 и 20). Все эти реакции тоже относятся к свободному окислению.
26. 2. 2. ОММ = перекисное окисление.
Активные формы кислорода вступают в реакции с веществами организма – эти процессы называются оксидативной модификацией молекул (ОММ; окислением веществ активными формами кислорода).
ОММ бывает полезной (физиологические эффекты ОММ) и вредной (патологические эффекты ОММ).
Патология возникает при дефиците физиологических эффектов и избытке патологических.
Пример патологии из-за дефицита физиологических эффектов ОММ – снижении иммунитета при дефиците АФК из-за наследственной недостаточности фермента, катализирующего образование АФК (см. «хронический грануломатоз» в п.121).
Пример патологии из-за избытка патологических – разрушение клеток, митохондрий (а далее – дегенеративные процессы) из-за избытка АФК и дефицита антиоксидантов. Подробнее в п.27.
26. 2. 3. Метаболизм ксенобиотиков.
См.п. 118. Ксенобиотики – это вещества, которые не образуются в организме (экзогенные) и не нужны организму, в отличие от витаминов. Не синоним токсинов – токсины бывают и эндогенными (билирубин, например).
Метаболизм ксенобиотиков нужен для выведения ксенобиотиков организма – после определённы реакций ксенобиотики становятся более растворимыми и менее токсичными и легче выводятся с мочой.
К сводному окислению относится реакция гидроксилирования ксенобиотиков.
26. 2. 4. Эндогенный метаболизм
Это оксидазные и оксигеназные реакции, в которых участвуют вещества организма.
Среди оксидазных реакций
важны реакции в обмене пуринов и аминов. См. п. 71 и 105.
Примеры оксидаз – ксантин/оксидаза и моноамин/оксидаза (МАО).
Обе имеют медицинское значение – КсО ингибируют для спасения почек при избытке уратов, а вторую – при эндогенных депрессиях.
Поскольку повышенная активность КсО приводит к избытку уратов, а повышенная активность МАО – к ускоренному разрушению гормонов счастья и в итоге – к их дефициту и депрессии.
Оксигеназы (в том числе гидроксилазы)
участвуют в синтезе ГОРМОНОВ СЧАСТЬЯ (п.63; при снижении синтеза – ДЕПРЕССИЯ и другие последствия),
в обмене СТЕРОИДОВ (п.40 и 48): в синтезе и в инактивации стероидных гормонов (половых и кортикостероидов),
в активации витамина Д (п.114; при снижении – дефицит кальцитриола, ломкость костей),
в синтезе желчных кислот (при их дефиците – желчнокаменная болезнь, нарушение усвоения жирорастворимых витаминов,
в синтезе эйкозаноидов – п.109.
Гидроксилирование КОЛЛАГЕНА (п.83, 12) нужно для полноценности соединительной ткани и отсутствия нарушений, как при цинге.
Для работы гидроксилаз нужны витамины РР и С – поэтому дефицит этих витаминов приводит к дефициту всех перечисленных процессов и названных последствиям дефицита. Подробнее о последствиях – в других параграфах.
Избыточный синтез коллагена – тоже приводит к патологии, так как ускоряет рубцевание, которое препятствует образованию нормальной ткани. Поэтому избыток витамина С не показан шахтерам, к примеру.
Описание:
ОН группа этанола может окисляться путём отщепления водорода
до альдегидной (О=С–Н), а затем до карбоксильной (О=С–ОН).
Альдегид, образующийся из этанола, называется этаналем или уксусным альдегидом.
Кислота, образующаяся их этаналя, называется этановой или уксусной.
Окисление этанола до уксусной кислоты относится к процессам косвенного окисления – см. п.20)
Реакции дегидрирования (в этом случае) катализируются ферментами дегидрогеназами:
алкоголь/дегидрогеной и альдегид/дегидрогеназой.
Отщеплённые ими атомы водорода переносятся на кофермент НАД+, превращая его в НАДН, Н+.
Уксусная кислота превращается в ацетилКоА в реакции с коферментом А. См. п.46 и 47.
Влияние этанола и продуктов метаболизма этанола на организм.
1. АцетилКоА
мог бы использоваться в ЦТК, но НАДН его ингибирует.
Поэтому ацетилКоА используется в синтезе жирных кислот, из которых затем синтезируется жир, который накапливается в печени и нарушает её функции –
это называется ОЖИРЕНИЕМ ПЕЧЕНИ или гепатозом. (Не путать с обычным ожирением).
Ожирение печени обратимо – если человек перестаёт выпивать. А если не перестаёт, то ожирение печени приводит к развитию ЦИРРОЗА – постепенной гибели ткани печени и её замещению соединительной тканью, которая функций печени выполнять не может.
2. НАДН:
1 – передаёт 2 атома водорода в дыхательную цепь, что приводит к выработке АТФ и тепла (п.22).
1 г алкоголя даёт таким образом 7,5 ккал, но это калории называют «ХОЛОСТЫМИ» – поскольку организм не получает при этом ни витаминов, ни микроэлементов.
Алкоголики могут получать калории только от алкоголя – при этом им грозит дефицит витаминов и микроэлементов.
2 – является ингибитором ЦТК (п.21 и 22), поэтому приём алкоголя нарушает функции ЦТК, снижает концентрацию метаболитов ЦТК,
в том числе снижает скорость образования оксалоацетата из аминокислот –
это может привести к снижению скорости синтеза глюкозы (ГНГ – п.33) и снижению концентрации глюкозы в крови, то есть К РАЗВИТИЮ ГИПОГЛИКЕМИИ. Об опасностях гипогликемии – п.37.
Это бывает даже при однократном приёме алкоголя. Особенно на фоне утомления, стресса, голода, переохлаждения. Сильная гипогликемия может привести к КОМЕ после приёма спиртного. Спасти человека от смерти в этом случае может инъекция глюкозы.
К коме при этом предрасполагает также возникающий ацидоз и токсичное действие альдегида.
У часто выпивающих людей снижение работы ЦТК может привести к снижению его анаболической функции – к снижению поставки метаболитов для синтеза белков и порфирина (для гема – п.121).
Альдегиду присуще сильное отравляющее действие. Чем выше его концентрация – тем больше вреда. Концентрация альдегида зависит от скорости его образования из этанола и скорости его превращения в кислоту. Чем выше активность альдегид/дегидрогеназы – тем меньше отравляющее действие альдегида. При высокой скорости образования альдегида и низкой скорости его превращения в кислоту концентрация альдегида и его отравляющее действие максимальны.
Метаболизм этанола ускоряется при регулярном употреблении алкоголя: за счёт увеличения синтеза ферментов их становится больше, поэтому превращение этанола в кислоту происходит быстрее, поэтому люди медленнее пьянеют, могут выпить больше непьющего. Но эти способности считаются признаком того, что развитие алкоголизма зашло уже достаточно далеко.
В метаболизме этанола участвует витамин РР в составе кофермента НАДН.
РР может помочь превратить этанол в кислоту, сократить влияние этанола и альдегида (опьянение, развитие алкоголизма, отравление), но он не может предотвратить ожирение печени.
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Свободное окисление
Свободное окисление протекает при участии свободнорадикальных форм кислорода, которые образуются в процессе одноэлектронного восстановления кислорода и прежде всего супероксид-аниона кислорода. [2]
Реакции свободного окисления имеют важное значение в осуществлении терморегуляции у животных при охлаждении организма. [3]
Под свободным окислением понимают реакции, энергия которых не трансформируется в энергию АТФ. [6]
В процессе свободного окисления вследствие особенностей используемых цепей передачи электронов не происходит образования АТФ; биологическая роль этих процессов заключается в метаболизме ряда природных и ксенобиотических субстратов. В последнем случае свободное окисление выполняет важную функцию модификации чужеродных соединений. К последним относятся лекарственные средства, гербициды, продукты загрязнения окружающей среды, в возрастающем количестве попадающие в организм с водой, пищей и атмосферным воздухом. Как правило, они имеют гидрофобные свойства. [7]
Если при свободном окислении полибутадиена с самого начала преобладает структурирование, то при ингибированном окислении возникает продолжительный период, в котором преобладает деструкция. Таким образом, ингибитор, снижая общую скорость процессов, приводящих к изменению структуры, в большей степени воздействует на процесс структурирования цепей. Это естественно, так как к структурированию полимеров ведут акты роста реакционной цепи. Уменьшение ее длины приводит к уменьшению скорости структурирования. [8]
Несопряженное дыхание ( свободное окисление ) выполняет важные биологические функции. Оно обеспечивает поддержание температуры тела на более высоком уровне, чем температура окружающей среды. В процессе эволюции у гомойотерм-ных животных и человека сформировались специальные ткани ( бурый жир), функцией которых является поддержание постоянной высокой температуры тела за счет регулируемого разобщения окисления и фосфорилирования в митохондриальной дыхательной цепи. Процесс разобщения контролируется гормонами. [9]
Таким образом, свободное окисление полихлоропрена, протекая с достаточно большой скоростью, заканчивается задолго до израсходования двойных связей полимера. [11]
В общем балансе свободного окисления вследствие накопления стабильных перекисных групп, количество которых в условиях обычных температур может быть довольно велико, вторичные цепи играют значительно большую роль, чем первичные. Поэтому максимальной скорости окисления, при прочих равных условиях, соответствует максимальное содержание стабильных перекисей. [12]
Так как при свободном окислении вещества ведущим процессом является разложение перекисей, необходимо знать порядок этой реакции. В приведенной работе было показано, что реакция распада гидроперекиси этиллинолеата-бимолекулярна. [14]
Тканевое дыхание, окислительное фосфорилирование
» data-shape=»round» data-use-links data-color-scheme=»normal» data-direction=»horizontal» data-services=»messenger,vkontakte,facebook,odnoklassniki,telegram,twitter,viber,whatsapp,moimir,lj,blogger»>
ТКАНЕВОЕ ДЫХАНИЕ, ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ ФОСФОРИЛИРОВАНИЕ
Тканевое дыхание — процесс окисления водорода кислородом до воды ферментами дыхательной цепи. Как указывалось выше, процесс образования воды описывается уравнением:
Дыхательная цепь — последовательность переносчиков электронов на кислород, локализованная во внутренней мембране митохондрий (ВММ). Роль таких переносчиков выполняют:
Цель работы дыхательной цепи: провести реакцию окисления водорода кислородом с образованием эндогенной воды.
Принцип работы дыхательной цепи: разделение потоков протонов и электронов, поступающих из матрикса. Электроны передаются на конечный акцептор — кислород; протоны выбрасываются в межмембранное пространство (ММП).
Место того или иного переносчика в дыхательной цепи определяется величиной редокс-потенциала. Все реакции в дыхательной цепи направлены по термодинамической лестнице от компонента с самым отрицательным редокс-потенциалом (НАДH·Н + ) к кислороду, имеющему самый положительный редокс-потенциал.
Редокс-потенциал (Ео) численно равен э. д. с. в вольтах, возникающей между растворами окислителя и восстановителя (концентрации 1М, рН = 7,0, температура 25С). Чем отрицательнее редокс-потенциал системы, тем выше ее способность отдавать электроны (восстановители). Чем положительнее редокс-потенциал, тем выше способность вещества присоединять электроны (окислители).
Перенос электронов по дыхательной цепи осуществляется в следующей последовательности:
Во внутренней митохондриальной мембране переносчики электронов и протонов сгруппированы в 4 белково-липидных комплекса, пересекающих мембрану. Убихинол (КоQ) не входит в состав комплексов; цитохром с, являясь водорастворимым, находится в межмембранном пространстве:
Условные обозначения: ВММ — внутренняя мембрана митохондрий; ММП — межмембранное пространство; ПДГ — пиридинзависимые дегидрогеназы; ФДГ — флавинзависимые дегидрогеназы; ЭХП — электрохимический потенциал; РП — разность потенциалов между восстановителем и окислителем.
Комплексы дыхательной цепи
Ι. НАДН-убихинон-оксидоредуктаза. Принимает электроны и протоны от НАДН·Н + ; протоны выбрасываются в межмембранное пространство, электроны передаются на КоQ.
ΙΙ. Сукцинат-убихинон-оксидоредуктаза. Принимает электроны и протоны от субстратов в матриксе и передает их на убихинон.
Убихинон — липофильная молекула, хинон, легко перемещается по мембране, принимает электроны и протоны от Ι и ΙΙ комплексов дыхательной цепи и передает электроны на ΙΙΙ комплекс.
Цитохромы, входящие в состав дыхательной цепи, представляют собой железосодержащие белки, простетическая группа которых представлена гемом. Цитохромы могут переносить только электроны за счет атома железа с переменной валентностью, входящего в состав гемма:
Ш. Убихинол-цитохром с-оксидоредуктаза. Переносит электроны с убихинола на цитохром с. Одновременно за счет энергии, выделившейся при переносе, из матрикса переносятся протоны в межмембранное пространство.
IV. Цитохром с-оксидаза. Переносит электроны с цитохрома с непосредственно на кислород. Цитохромы а и а3, помимо атомов железа, содержат атомы меди, поэтому этот комплекс одновременно осуществляет полное (4-электронное) восстановление молекулы кислорода. Энергия переноса электронов используется на перекачивание в межмембранное пространство протонов.
Как указывалось выше, для синтеза АТФ необходимо затратить около 32 кДж/моль энергии. Для этого достаточной является разность потенциалов между окислителем и восстановителем не менее 0,26 вольта. Чанс, Скулачев установили, что таких участков в дыхательной цепи три. Они соответствуют I, III и IV комплексам и названы пунктами сопряжения или фосфорилирования.
Чтобы понять связь между транспортом электронов по дыхательной цепи и синтезом АТФ, познакомимся с V комплексом внутренней мембраны митохондрий — ферментом, осуществляющим реакцию синтеза АТФ и называемым протонной АТФ-синтазой (см. рис.). Этот ферментативный комплекс состоит из двух частей: Fо
(о – олигомицин), который встроен в мембрану и пронизывает ее насквозь, и F1, Последний по форме напоминает шляпку гриба или дверную ручку и обращен в матрикс митохондрии. В изолированном виде F1 не может синтезировать АТФ, но может проводить ее гидролиз до АДФ и фосфата.
Реакция синтеза АТФ, которую проводит V комплекс, носит название окислительного фосфорилирования и описывается уравнением:
Биохимики долго искали связь — промежуточные макроэргические соединения, которые могли бы служить посредником между процессом тканевого дыхания и окислительным фосфорилированием. Английский биохимик П. Митчелл предположил, что синтез АТФ V комплексом ВММ сопряжен с особым состоянием этой мембраны, и сформулировал хемиоосмотическую теорию окислительного фосфорилирования (Нобелевская премия 1978 г.).
Основные постулаты этой теории:
Дальнейшие исследования (Дж. Уокер, П. Бойер, Нобелевская премия 1997 г.) подтвердили предположения Митчелла. Ими показано, что энергия движения протонов используется на изменения конформации активного центра АТФ-синтазы, что сопровождается синтезом АТФ, а затем ее высвобождением. Образовавшаяся АТФ с помощью транслоказы перемещается в цитозоль; в ответ в матрикс митохондрии поступают АДФ и фосфат. Всего на процесс синтеза, высвобождения и выброса в цитозоль расходуется 4 протона.
При окислении НАД-зависимых субстратов в ММП выбрасывается 10 протонов (см. схему комплексов дыхательной цепи). Следовательно, в таком случае может быть синтезировано 2,5 моль АТФ (10:4), т. е. коэффициент фосфорилирования Р/О = 2,5. При окислении ФАД-зависимых субстратов в ММП выбрасывается 6 протонов в III и IV пунктах сопряжения. В таком случае может быть синтезировано 1,5 моль АТФ (6:4), т. е. коэффициент фосфорилирования Р/О = 1,5.
Регулируется скорость работы дыхательной цепи энергетическим зарядом клетки,
т. е. соотношением АТФ/АДФ. АДФ является стимулятором дыхательной цепи, АТФ – аллостерическим ингибитором.
Гипоэнергетические состояния возникают в организме вследствие дефицита АТФ в клетках. Причины их следующие:
Среди последних различают, во-первых, ингибиторы дыхательной цепи. Это яды, которые блокируют перенос электронов через I, II, III, IV комплексы. Ротенон и барбитураты блокируют I комплекс, малонат — II, антимицин А – III, цианиды, угарный газ блокируют перенос электронов на кислород, осуществляемый IV комплексом дыхательной цепи.
Во-вторых, ингибиторы окислительного фосфорилирования (олигомицин), закрывающие протонный канал V комплекса.
В-третьих, разобщители окислительного фосфорилирования. Это вещества, которые подавляют окислительное фосфорилирование, не влияя при этом на процесс переноса электронов дыхательной цепью. Механизм действия разобщителей сводится к тому, что, являясь липофильными веществами, они обладают способностью связывать протоны и переносить их в матрикс, минуя протонный канал Н + АТФ-синтазы. Выделяющаяся при переносе электронов энергия рассеивается в виде тепла. Различают:
Пути утилизации кислорода клеткой
Большая часть кислорода, потребляемого клеткой (около 80 %), используется, как указано, в митохондриях с участием цитохромоксидазы. Это так называемый оксидазный путь. При этом происходит полное восстановление кислорода, причем субстрат не реагирует с кислородом непосредственно. Данный путь дает клетке энергию в виде АТФ. Помимо цитохромоксидазы существуют другие оксидазы (ФМН и ФАД-зависимые), которые катализируют реакции окисления веществ с образованием перекиси водорода
Примерная схема монооксигеназной цепи выглядит следующим образом:
Смысл такого процесса заключается в том, что ксенобиотики, которые обычно гидрофобны, гидроксилируясь, становятся более гидрофильными, что способствует их обезвреживанию и выведению из организма с желчью или мочой. С участием микросомных систем осуществляется также биосинтез стероидов, желчных кислот, витамина Д3.
Свободные радикалы стимулируют разрывы в молекулах нуклеиновых кислот, нарушают функции белков, ведут к деполимеризации протеогликанов соединительной ткани, повреждают ненасыщенные жирные кислоты клеточных мембран, запуская, тем самым, механизм перекисного окисления липидов (ПОЛ). Вместе с тем свободные радикалы кислорода играют и положительную роль, так как участвуют в осуществлении фагоцитами и
Т-лимфоцитами их защитной функции.
Повышенное образование в организме свободных радикалов кислорода ведет к «окислительному стрессу», который может привести к повреждению мембран и гибели клетки. Поэтому в организме существует антиоксидантная защита от свободных радикалов.
Различают неферментативную и ферментативную защиту клеток. Важнейшим компонентом неферментативной защиты является витамин Е (токоферол), витамин размножения.
Являясь жирорастворимым витамином, он всасывается вместе с липидами, поступает в лимфатическую систему и кровяное русло, а оттуда — в ткани. Токоферол защищает ненасыщенные жирные кислоты клеточных мембран от перекисного окисления, предохраняет от окисления SH-группы мембранных белков, защищает от окисления двойные связи в молекулах каротинов и витамина А. Токоферол (совместно с витамином С) способствует включению селена в состав активного центра глутатионпероксидазы — важнейшего фермента антиоксидантной защиты клеток. Он контролирует синтез гема, цитохромов, стабилизирует биологические мембраны.
Ферментативная защита клеток от свободных радикалов (антиоксидантная защита) осуществляется с помощью следующих ферментов:
Антиоксиданты
АНТИОКСИДАНТЫ ПРОТИВ СВОБОДНЫХ РАДИКАЛОВ
доступным языком о сложном.
Свободные радикалы (оксиданты, окислители) — это частицы (атомы, молекулы или ионы), как правило, неустойчивые, содержащие один или несколько неспаренных электронов на внешней электронной оболочке, поэтому их молекулы обладают невероятной химической активностью. Поскольку у них есть свободное место для электрона, они всегда стремятся отнять его у других молекул, тем самым окисляя любые соединения, с которыми соприкасаются.
Антиоксиданты или противоокислители — вещества, которые ингибируют процессы окисления.
Рис. 1. Свободные радикалы повреждают оболочку клетки, вызывая преждевременную потерю ею влаги и других жизненно важных элементов.
Содержание страницы:
На протяжении всей жизни в организме человека протекает множество химических реакций, и для каждой из них требуется энергия. Для получения её организм использует разные вещества, но для её высвобождения, всегда нужен незаменимый компонент – кислород. Окисляя органические соединения, поступающие с пищей, именно он дает нам энергию и жизненные силы. Однако насколько кислород крайне необходим для нас, настолько же и опасен: даруя жизнь, он ее и отбирает.
Радикал, отнявший чужой электрон, становится неактивным и, казалось бы, выходит из игры, однако лишенная электрона (окисленная) другая молекула взамен ему сразу становится новым свободным радикалом и затем, уже она, перенимая эстафету, следом встает на путь очередного «разбоя». Даже молекулы, которые раньше всегда были инертными и ни с кем не реагировали, после такого «разбоя» запросто сами начинают вступать в новые причудливые химические реакции.
В настоящее время развитие многих болезней связывают с разрушительным действием оксидантов — свободных радикалов.
К этим болезням относятся рак, сахарный диабет, астма, артриты, атеросклероз, болезни сердца, болезнь Альцгеймера, тромбофлебиты, рассеянный склероз и другие.
Обозначение и виды свободных радикалов
Алкоксильные радикалы (RO * ). Образуются при взаимодействии с липидами и являются промежуточной формой между ROO * и O H * радикалами. Например, липидный радикал (алкоксил) LO * индуцирует ПОЛ (перекисное окисление липидов), обладает цитотоксическим и канцерогенным действием.
Таблица 1. Названия некоторых радикалов и молекул согласно рекомендациям Комиссии по Номенклатуре Неорганической Химии (1990)
Первичные, вторичные и третичные свободные радикалы.
Таблица 2. Первичные радикалы, образующиеся в нашем организме
Вторичные радикалы, в отличие от первичных, не выполняют физиологически полезных функций. Напротив, они оказывают разрушительное действие на клеточные структуры, стремясь отнять электроны у «полноценных» молекул, вследствие чего «пострадавшая» молекула сама становится свободным радикалом (третичным), но чаще всего слабым, не способным к разрушающему действию.
Таблица 3. Вторичные радикалы
ИСТОЧНИКИ СВОБОДНЫХ РАДИКАЛОВ
Источники из окружающей среды:
Это: радиация, курение, напитки с высокой окислительной способностью, хлорированная вода, загрязнение окружающей среды, окисление почвы и кислотные дожди, непомерное количество консервантов и полуфабрикатов, антибиотики и ксенобиотики, компьютеры, телевизоры, мобильники. сигаретный дым, ионизированный воздух; Высокообработанная, просроченная, испорченная еда и лекарства. Кроме всего этого свободные радикалы могут также образовываться в нормальных процессах метаболизма, под влиянием солнечных лучей (фотолиз), радиоактивного облучения (радиолиз) и даже ультразвуков.
Источники внутри организма:
В процессах образования энергии в митохондриях, например из углеродов; В процессе распада вредных жиров в организме при сжигании многонасыщенных жирных кислот; В воспалительных процессах, при нарушениях метаболизма – диабет; В продуктах обмена веществ в толстом кишечнике.
Стресс (психо-эмоциональный) также способствуют окислительному стрессу. Состояние стресса заставляет организм вырабатывать адреналин и кортизол. В больших количествах эти гормоны нарушают нормальное протекание обменных процессов и способствуют появлению свободных радикалов во всем организме.
Возникнув в них, радикалы повреждают оболочки митохондрий, а также другие внутренние структуры клетки, и это усиливает их утечку. Со временем активных форм кислорода становится там все больше и больше, в результате чего они полностью разрушают клетку и распространяются по всему организму. Как «молекулярные террористы» они хаотично «рыщут» по всем живым клеткам и, внедряясь туда, повергают вокруг себя всё в хаос. Свободные радикалы также могут еще образовываться во многих продуктах нашего питания, например, таких, как: кондитерские изделия длительных сроков хранения, мясные продукты и продукты растительного происхождения. Особенно это касается жиров, содержащих ненасыщенные жирные кислоты, которые очень легко окисляются.
Митохондрия — двумембранный сферический или эллипсоидный органоид диаметром обычно около 1 микрометра. Характерна для большинства эукариотических клеток. Энергетическая станция клетки; основная функция — окисление органических соединений и использование освобождающейся при их распаде энергии для генерации электрического потенциала, синтез а АТФ и термогенеза. Эти три процесса осуществляются за счёт движения электронов по электронно-транспортной цепи белков внутренней мембраны.
Многие из вышеперечисленных факторов нам неподвластны, что-то мы и не хотим менять, но многое мы все же в силах изменить. Во всяком случае знать своих «врагов» в лицо мы просто обязаны. Реакции с участием свободных радикалов могут являться причиной или осложнять течение многих опасных заболеваний, таких как астма, артрит, рак, диабет, атеросклероз, болезни сердца, флебиты, болезнь Паркинсона, болезнь Альцгеймера, эпилепсия, рассеянный склероз, депрессии и другие.
ВОЗДЕЙСТВИЕ СВОБОДНЫХ РАДИКАЛОВ НА ОРГАНИЗМ
Отрицательные результатов действия свободных радикалов:
Таблица 4. Некоторые заболевания, связанные с действием активных форм кислорода (Surai & Sparks, 2001)
Свободные радикалы атакуют наш организм 24 часа в сутки, но их атаки могут происходить чаще или реже. Это зависит от многих факторов. Курение, алкоголь, стрессы, неправильное питание и долгое пребывание на солнце увеличивают количество свободных радикалов, а правильный образ жизни, полноценный отдых и рациональное питание, наоборот, снижают их активность. Объектами атак свободных радикалов в организме человека преимущественно являются соединения, которые имеют двойные связи в частицах, например: белок, ненасыщенные жирные кислоты, входящие в состав клеточной оболочки, полисахариды, липиды и даже ДНК.
1. ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ДИСФУНКЦИЯ МИТОХОНДРИЙ КЛЕТКИ
Свободные радикалы вызывают повреждение наружной клеточной мембраны (разрушение рецепторного аппарата клетки и снижение чувствительности клетки к гормонам и медиаторам), ДНК (нарушают генетический код), митохондрий (нарушение энергетического обеспечения клетки).
2. ПЕРЕКИСНОЕ ОКИСЛЕНИЕ ЛИПИДОВ
Наиболее серьезным следствием появления свободных радикалов в клетке является перекисное окисление. Перекисным его называют потому, что его продуктами являются перекиси. Чаще всего по перекисному механизму окисляются ненасыщенные жирные кислоты, из которых состоят мембраны живых клеток.
Процесс перекисного окисления липидов (ПОЛ) является важной причиной накопления клеточных дефектов. Основным субстратом ПОЛ являются полиненасыщенные цепи жирных кислот (ПНЖК), входящих в состав клеточных мембран, а также липопротеинов. Их атака кислородными радикалами приводит к образованию гидрофобных радикалов, взаимодействующих друг с другом.
Вначале происходит атака сопряженных двойных связей ненасыщенных жирных кислот со стороны св. радикалов (гидроксила и гидродиоксида), что приводит к появлению липидных радикалов.
Липидный радикал может реагировать с О2 с образованием пероксильного радикала, который, в свою очередь, взаимодействует с новыми молекулами ненасыщенных жирных кислот и приводит к появлению липидных пероксидов. Скорость этих реакций зависит от активности антиоксидантной системы клетки.
При взаимодействии с комплексами железа гидроперекиси липидов превращаются в активные радикалы, продолжающие цепь окисления липидов.
Образующиеся липидные радикалы, могут атаковать молекулы белков и ДНК. Альдегидные группы этих соединений образуют межмолекулярные сшивки, что сопровождается нарушением структуры макромолекул и дезорганизует их функционирование. Окисление липидов свободными радикалами вызывает глаукому, катаракту, цирроз, ишемию и т.д.
Каждая клетка организма состоит из множества элементов, каждый из которых, да и вся она, окружены оболочками — мембранами. Ядро клетки также защищено мембраной. Таким образом до 80% массы клетки в ней могут составлять различные мембраны, а они состоят из легко окисляющихся жиров, очень слабо удерживающих электроны. Поэтому свободные радикалы наиболее легко вырывают электроны, именно, из мембран. Такое окисление называются перекисным окислением липидов.
Перекисное окисление липидов приводит к драматическим последствиям в организме − нарушаются целостность и функция самих мембран: они теряют способность нормально пропускать в клетку питательные вещества и кислород, но при этом начинают лучше пропускать болезнетворные бактерии и токсины. Такие клетки начинают плохо работать, меньше живут, плохо делятся и дают слабое, а то и вовсе генетически поврежденное потомство. Дестабилизация и нарушение барьерных функций мембран может привети к развитию катаракты, артрита, ишемии, нарушению микроциркуляции в тканях мозга. Под действием свободных радикалов возрастает содержание пигментов старения, например меламина, цероида и липофусцина, в нервах, внутренних органах, коже и сером веществе мозга. Головной мозг особо чувствителен к гиперпродукции свободных радикалов и окислительному стрессу, так как в нем содержится множество ненасыщенных жирных кислот, таких как, например, лецитин. При их окислении в мозгу повышается уровень липофусцина (липофусциновые гранулы образуются прежде всего из деградировавших (старых) митохондрий). Это один из пигментов изнашивания, избыток которого ускоряет процесс старения.
Свободно-радикальное окисление не только само по себе вызывает старение организма. Оно усугубляет течение других возрастных заболеваний, еще более ускоряя процессы старения. Изменения молекул мембран клеток, вызванные атакой свободных радикалов, оказывают разрушительное воздействие и на сердечнососудистую систему: компоненты крови становятся «липкими», стенки сосудов пропитываются липидами и холестерином, в результате возникают тромбоз, атеросклероз и другие заболевания. Дело в том, что окисленный холестерин низкой плотности (LDL-Cholesterin) сам не может проникнуть в атеросклеротическую бляшку без предварительного свободно-радикального окисления, поэтому он «прилипает» к стенкам сосудов, что и ведет к развитию атеросклероза. Таким образом, между активностью свободнорадикального окисления и прогрессированием атеросклероза существует прямая зависимость. Научные исследования показали, что у пациентов с инфарктом миокарда концентрация окисленного ЛПНП (липопротеинов низкой плотности) явно выше, чем у здоровых людей. Таким образом, свободные радикалы во многом причастны к развитию таких заболеваний, как: инфаркт, инсульт, ишемия, рак, заболевания нервной и иммунной систем, кожи.
Как уже было сказано выше, кислородсодержащие свободные радикалы опасны из-за своей способности реагировать с жирными кислотами. В результате образуются продукты «перекисного окисления липидов», или сокращенно «ПОЛ». Эти продукты обладают еще более сильным повреждающим действием, чем кислородсодержащие свободные радикалы, и некоторые из них токсичнее в тысячи раз. Промежуточные продукты распада (альдегиды, перекиси, гидроксиальдегиды, кетоны, продукты распада трикарбоновых кислот) являются высокотоксичными веществами, так как сами могут усиливать процессы перекисного окисления или вступать во взаимодействие с макромолекулами белков. Окисление липидов играет большую роль в развитии хронических заболеваний печени (гепатита, цирроза). В условиях активации процессов перекисного окисления липидов (ПОЛ) мембран гепатоцитов (клеток печени), в печени могут образоваться изменения в виде дегенерации и некроза ее клеток. Здесь следует отметить, что при ухудшении функционального состояния гепатоцитов показатели антиоксидантной активности липидов также снижаются.
Точно так же перекисное окисление может идти в маслах, которые содержат ненасыщенные жирные кислоты, и тогда масло прогоркает (перекиси липидов имеют горький вкус). Опасность перекисного окисления в том, что оно протекает по цепному механизму, т. е. продуктами такого окисления являются не только свободные радикалы, но и липидные перекиси, которые очень легко превращаются в новые радикалы. Таким образом, количество свободных радикалов, а значит, и скорость окисления лавинообразно нарастают.
3. ПОВРЕЖДЕНИЕ БЕЛКА
Таблица 5. Уровень окисленных белков в разных тканях и организмах