А. А. Подколзин, А. Г. Мегреладзе, В. И. Донцов, С. Д. Арутюнов, О. М. Мрикаева, Е. А. Жукова




НазваниеА. А. Подколзин, А. Г. Мегреладзе, В. И. Донцов, С. Д. Арутюнов, О. М. Мрикаева, Е. А. Жукова
страница1/3
Дата04.02.2016
Размер16,8 Kb.
ТипДокументы
  1   2   3
СИСТЕМА АНТИОКСИДАНТНОЙ ЗАЩИТЫ ОРГАНИЗМА И СТАРЕНИЕ

А.А. Подколзин, А.Г. Мегреладзе, В.И. Донцов, С.Д. Арутюнов, О.М. Мрикаева , Е.А. Жукова
Национальный Геронтологический Центр
Научно-исследовательский центр Московского государственного медико-стоматологического университета МЗ РФ

АКТИВНЫЕ ФОРМЫ КИСЛОРОДА В РЕАКЦИЯХ ПОВРЕЖДЕНИЯ БИОМОЛЕКУЛ

Молекулярный кислород сам по себе обычно не вступает в неконтролируемые химические реакции внутри организма, для его активации нужны ферментативные процессы – главные ферменты метаболизма кислорода у млекопитающих: оксидазы и оксигеназы. Но в каталитических центрах этих ферментов кислород испытывает превращения до конечных соединений, не выделяясь в среду и не подвергая опасности органические макромолекулы клетки, повреждающими же агентами являются активные формы кислорода (АФК), образующиеся в ряде физико-химических процессов в организме. Главные активные формы кислорода (Осипов и др., 1990):

  • супероксидные радикалы (О2-),

  • перекись водорода (Н2О2),

  • гидроксильные (свободные) радикалы (* ОН, НО2*),

  • синглетные формы кислорода (1О2),

  • ионы НО2-.

Основные механизмы появления АФК в организме связаны обычно с нарушениями функционирования электроннотранспортных цепей митохондрий или микросом, а также при изменении свойств дегидрогеназ. Особняком стоит нормальный процесс формирования АФК фагоцитами в ходе стимуляции неспецифической защиты организма.

Синглетный кислород образуется в реакциях фотоокисления в присутствии так называемых фотосенсибилизаторов: флавины, гематопорфирин, хлорофилл и др., а также при дисмутации супероксидных радикалов (Khan,1970). Синглетный кислород агрессивен в отношении биосубстратов, в особенности в отношении молекул с двойной связью; конечным итогом таких реакций обычно является образование гидроперекисей органических молекул – один из важнейших в процессах перекисного окисления ненасыщенных липидов в биомембранах (Осипов,1990, Roschupkin, Pelenitsin, Potapenko etc, 1975).

В присутствии металлов переменной валентности эти продукты запускают цепные реакции окислительной деградации биомолекул (Vladimirov etc., 1980). Главным защитным механизмом такого процесса является бета-каротин, переводящий синглетный кислород в триплетный, однако, обычная вода и токоферол также способны вызывать такой процесс инактивации синглетного кислорода (Duran, 1982, Mercel, Kearns, 1972) . В клинической практике синглетный кислород участвует в кожных проявлениях некоторых генетических заболеваний – порфирий (Frank, 1982), а также в процессах эритемы при ультрафиолетовом облучении кожи при приеме лекарств, обладающих фотосенсибилизирующим действием.

Во всех аэробных клетках в процессе присоединения одного электрона к молекуле кислорода образуются супероксидный анион-радикал - О2- и его протонированная форма – гидроперекисный радикал - НО2*; оба они порождают ряд других активных форм кислорода. Образование этих АФК наиболее существенно вблизи цепей переноса электронов – дыхательная цепь, микросомы и, в растительных клетках, хлоропласты (Каган, Сербинова, Минин и др, 1985, Rosen, Finkelstein, Rauckman, 1982).

Эти АФК играют также важную роль в защитных - неспецифических иммунных механизмах организма: они выделяются в ходе активации при инфекционных и иных воспалительных процессов фагоцитирующих клеток (нейтрофилы, макрофаги, моноциты, эозинофилы) (Маянский, Маянский, 1983, Edwards,. Hallett, L loyd etc, 1983, Klebanoff, Clark, 1978). Супероксидный радикал может прямо инактивировать адреналин, аскорбиновую кислоты (Bhuyan, Bhuyan, 1977), а более активный гидроперексиный радикал – реагирует с линолевой, линоленовой, арахидоновой кислотами, окисляя их до гидроперекисей (Bielsky, Arudi, Sutherland, 1983). Образованию гидроперекисного радикала способствует закисление среды, он также свободно проникает через биомембраны, так как не несет заряда.

Гидроперекиси липидов являеются весьма активными соединениями и обладают высокой биологической агрессивностью. Для протекания цепного окисления липидов в биологических мембранах совершенно необходимы переходные металлы, в частности, ионы железа (Ванин,1967, Владимиров, Арчаков, 1972). Простым и доступным методом определения продуктов перекисного окисления липидов является реакция с тиобарбитуровой кислотой (Marcuse, Johnston, 1973). Главным механизмом защиты организма от данных форм АФК является фермент супероксиддисмутаза (СОД), активность ее обычно достаточна, чтобы инактивировать их в месте образования, не допуская диффузии в среде макромолекул ткани.

Для определения концентрации супероксидных анион-радикалов используют методы электропарамагнитного резонанса (ЭПР-резонанс) и реакции оксиления интенсивно поглощающих соединений: цитохрома С, нитросинего тетразолия, адреналина и др. (Massey, 1959, Beyer, 1987, Misra, Frodowich, 1972).

Для доказательства специфичности этих реакций используют их подавление супероксиддисмутазой.

Дисмутация супероксидных анион-радикалов под действием СОД в биологических тканях ведет к образованию перекиси водорода, способной легко проникать через мембраны клеток. Перекись водорода обнаруживается при фагоцитозе, при работе митохондрий и микросом (Rosen, Finkelstein, Rauckman, 1982, E dwards, Hallett, Lloyd etc, 1983). В присутствии ионов переходных металлов (например Fe2+) перекись водорода может давать высоко активный гидроксильный радикал (* ОН). Этому процессу препятствуют главные высоко активные ферменты антиоксидантной защиты организма: каталаза и глутатион-пероксидаза. Измерение перекиси водорода в биосубстратах проводят обычно методом титрования перманганатом калия (Bonnichsen, 1948), реакцией с молибдатом аммония (Королюк, Иванова, Майорова, Токорева, 1988) или прямой спектрофотометрией при длине волны равной 240 нм (Bergmeyer, 1955, Cohen, Dembiec, Marcus, 1970).

Используют также пероксидазную реакцию, в ходе которой изменяется окраска индикатора, например, индигокармина (Frew, Jones P, Sholes, 1983), и флюориметричсекие методы (Perschke, Broda, 1961, Keston, Brandt, 1965).

Высокой реакционной способностью обладает гидроксильный радикал (* ОН), образующийся из перекиси водорода в присутствии ионов переходных металлов. Высокая реакционная способность определяет преимущественно местное воздействие этой форм АФК. Прямое повреждение ДНК при этом характеризуется разрывом цепи (180); с другими биомолекулами * ОН образует вторичные свободные радикалы, в том числе перексиные соединения липидов (Азизова и др, 1985, O`Connel, Garner, 1983, Rowley, Halliwell, 1982).

Главные типы повреждений биомолекул * ОН: отрыв атома водорода (таким образом повреждается лецитин – главный компонент биологических мембран, а также сахара в составе нуклеозидов ДНК); присоединение к молекулам по двойным связям (взаимодействие с пуринами и пиримидинами ДНК и РНК, в том числе с образованием вторичных радикалов); перенос электронов также является патогенным механизмом действия * ОН (Anbar, Neta 1967). В образовании гидроксильного радикала важное значение имеют ионы металлов с переменной валентностью, в первую очередь ионы железа (Flitter, Rawley, Haliwell, 1983, Floyd, 1983, Jacobs, 1977).

Ионы железа входят в большом количестве в состав организма (гемоглобин, миоглобин и пр.); в крови они находятся в связанной форме с трансферрином.

Снижение количества железо-переносщих белков и повышение свободного железа крови может вести к стимулированию формирования свободных радикалов; своевременная диагностика и профилактика такого состояния является важным моментом программ диагностики и профилактики старения, в частности, американской ассоциации Life Extension Foundation.

Отмечено, однако, формирование гидроксильного радикала и под действием связанного железа – лактоферрина (Ambruso, Johnston, 1981, Bannister, Bannister, Hill, Thornalley, 1982), а также при действии гемоглобина на перекись водорода (Banatti, Morelli, Guida, de Flora, 1983). Использование хелатосвязывающих агентов дает лечебный эффект при состояниях, при которых предполагается участие гидроксильного радикала в патогенезе заболевания: связывающий ионы железа десферриоксиамин эффективен при воспалительных процессах в легких (Ward, Till, Kunkel etc.,1983) и при аутоиммунных процессах (Bowern, Ramshow, Clark etc., 1984, Clark, Hunt, 1983).

АФК могут образовываться также и при многих иных процессах в организме. Так, например, формирование АФК обычно сопровождает процесс инактивирования в организме ксенобиотиков (Mustafa, 1990, Sinha, Mimnough, 1990), потенцируя их повреждающий эффект.

Главные методы определения * ОН: ЭПР, хроматография биомолекул для определения результатов их изменения под действием * ОН и прямые химические методы определения таких агентов, важным является также метод хемолюминесценции биомолекул, обычно с использованием активаторов хемилюминесценции, наиболее известными из которых являются люминол, люциноген (Allen, 1982).

ЗАЩИТА ОРГАНИЗМА ОТ АФК

СУПЕРОКСИДДИСМУТАЗА (СОД). Супероксиддисмутаза является важнейшим элементом антиоксидантной защиты организма. Это фермент из двух субъединиц с общей молекулярной массой 32 кДа, содержащий по одному атому меди и цинка (существует также марганец-содержащая СОД, обнаруженная в печени крысы и человека; в бактериальных клетках обнаружена железо-содержащая СОД). Фермент ускоряет распад О2- на 4 порядка. Активность СОД обычно определяют по ингибированию содержащих СОД биологическими экстрактами и жидкостями образования под действием О2- окрашенных продуктов из субстратов, например, тетразолия нитросинего (Чевари., Чаба., Секей 1981).

Источником О2- обычно является система феназинметасульфат + НАД*Н или ксантин + ксантиноксидаза. За единицу активности СОД принято ее количество, тормозящее в 2 раза восстановление цитохрома с при реакции ксантиноксидазы (0,003 ед/мл), ксантина (2 мкмоль/мл) и цитохрома с - 0,6 мкмоль/мл (McCord, Fridovich, 1969).

Вторым эшелоном защиты организма от АФК являются пероксидаза и каталаза.

КАТАЛАЗА. Каталаза расщепляет перекись водорода, до которой дисмутирует супероксидный радикал, до молекул воды и молекулярного кислорода. В клетках каталаза в основном сосредоточена в пероксисомах, в которых содержатся и ферменты, продуцирующие перекись водорода, необходимую в ходе ряда процессов жизнедеятельности организма, в частности, в процессах неспецифической иммунной защиты.

ПЕРОКСИДАЗА. Пероксидаза, в особенности глутатион-пероксидаза, широко распространена в клетках животных и растений. Глутатион-пероксидаза состоит из 4 субъединиц в каждой из которых содержится по молекуле селена. В клектах этот фермент располагается в цитозоле и матриксе митохондрий.

Активность глутатион-пероксидазы зависит от содержания глутатиона клетки, что, в свою очередь, определяется активностью глутатионредуктазы и концентрацией НАДФ*Н, который образуется в пентозофосфатном метаболическом цикле. Лимитирующими органами по активности каталазы, являются легкие, мышцы, глаза.

ДРУГИЕ ФОРМЫ ЗАЩИТЫ ОТ АФК

В защите от АФК в организме участвуют и многие другие молекулы и ферментные системы (Осипов, Азизова, Владимиров, 1990).

Классические в настоящее время антиоксиданты – витамин Е, витамин А и каротиноиды, активны почти ко всем АФК, но их вклад в общую антиоксидантную активность организма не слишком велик.

Из других жирорастворимых агентов антиоксидантной активностью обладают стероидные гормоны, билирубин; из водорастворимых – церрулоплазмин (влияя на свободное железо крови), трансферрин, альбумин, SH-группы белков.

Аскорбиновая кислота инактивирует свободные радикалы, образуя неактивный радикал (семидегидроаскорбат), она же является кофактором пероксидазы, (фермент аскорбат-пероксидаза).

Глутатион, присутствуя в клетках в высоких концентрациях, также является акцептором гидроксильного иона и синглетного кислорода, кроме того, он же является кофактором глутатион-пероксидазы и глутатион-редуктазы. Мочевая кислота присутствует в крови в достаточных количествах, чтобы эффективно акцептировать синглетный кислород и гидрок-сильный радикал. Аналогичными эффектами обладают этанол, маннит, глюкоза и некоторые другие органические молекулы.

АФК В НЕСПЕЦИФИЧЕСКОМ ИММУНИТЕТЕ И ВОСПАЛЕНИИ

Формирование АФК – важный защитный механизм, лежащий в основе неспецифического иммунитета: фагоцитоз приводит к многократному увеличению содержания АФК в фагоцитирующих клетках с одновременным повышением потребления кислорода в 20 и более раз ("дыхательный взрыв" (Маянский, Маянский, 1983, Klebanoff, Clark, 1978).

Участие АФК в процессах фагоцитоза достаточно сложное.

Фагоцитирующая клетка активируется бактериальными клетками (или механическими частицами, лектинами и пр.), что сопровождается активацией фермента плазматической мембраны – НАДФ*Н-оксидазы с формированием из свободного молекулярного кислорода О2- (Babior, 1978, Badway, Karnovsky, 1980). В процессе генерации АФК участвуют ФАД-содержащий флавопротеин и цитохром b .

В конечном счете с участием ионов железа происходит дисмутация АФК до перекиси водорода.

Кроме того, миелопероксидаза нейтрофилов приводит к образованию гипохлорита, хотя последний не является главным в антибактериальной защите организма.

Высвобождние АФК в ходе "дыхательного взрыва" происходит как в фагосомы, так и в среду, что инактивирует как бактериальные клетки, так и может повреждать сами фагоциты, а также нормальные ткани.

Для защиты от АФК нейтрофилы содержат каталазу и глутатион-пероксидазу (Klebanoff, Clark, 1978).

Активация нейтрофилов сопровождается также при любых явлениях некроза ткани, в том числе микроинфарктах (Клебанов и др., 1984, 1987 ).

Участие гидроксильных радикалов подтверждено в патогенезе ревматоидного артрита, при этом фагоциты активируются иммунными комплексами в синовиальной жидкости (Bennett, Eddie-Quartey, Holt, 1973, Bennett, Skosey, 1977), при этом введение СОД в полость сустава оказывается терапевтически высоко эффективным.

Окисленные липиды обладают антигенными свойствами, запуская аутоиммунные процессы повреждения тканей (Деев и др.,1987, Hejnecke, 1987).

Бронхоконстриктивные заболевания легких, обычно сопровождающиеся хроническими воспалительными процессами, являются второй важнейшей патологией, в которой участие АФК достаточно важно, как это представляется на настоящий момент.

АФК сами способны вызывать бронхоконстрикцию, кроме того, гистамин в ходе развития хронических обструктивных заболеваний легких способен вызывать продукцию АФК вследствие извращения реакции на него нейтрофилов – при бронхиальной астме растормаживается ингибирующее действие гистамина на нейтрофилы; сходным образом действует и ацетилхолин (Коган, 1999). Увеличивается также генерация АФК в ходе приступа бронхиальной астмы, причем обнаруживается параллелизм в тяжести астматических приступов и генерации АФК нейтрофилами и повышением содержания в крови ПОЛ. Имеет место также лечебный эффект антиоксидантной терапии при этом заболевании.

Известен механизм усиления продукции лейкоцитами АФК при обострении бронхиальной астмы (Коган, 1999): он заключается в снижении АФК-ингибирующей функции тромбоцитов в отношении лейкоцитов и стимуляции лейкоцитов под действием ацетилхолина, а также в извращении тормозащего действия гистамина на лейкоциты.

Важное значение имеет утрата лейкоцитами особого недавно открытого отечественными исследователями эффекта – супероксидингибирующего действия углекислого газа (Коган, 1999).

Так, было показано, что влияние углекислоты на многие типы тканей ведет к снижению в 2-4 раза продукции ими генерации супероксидных радикалов.

Этот эффект может лежать в основе тренирующего и лечебного действия гиперкапнических методов терапии и профилактики бронхиальной астмы. В то же время, в ряде случаев такой лечебный эффект отсутствует. Было показано, что в большинстве таких случаев отсутствует и эффект углекислого газа на подавление продукции супероксидных радикалов лейкоцитами таких больных.

Выше обсуждались также эффекты участия АФК в хроническом воспалении, всегда присутствующем при бронхоконстриктивных заболеваниях легких.

Таким образом, воспалительные и констриктивные легочные заболевания – еще один важный патологический процесс, в котором явно принимают участие АФК.

  1   2   3

Похожие:

А. А. Подколзин, А. Г. Мегреладзе, В. И. Донцов, С. Д. Арутюнов, О. М. Мрикаева, Е. А. Жукова iconРасширенного совместного заседания общественных советов министерства транспорта российской федерации
А. Б. Арутюнов, О. В. Белый, В. В. Гриб, Г. Е. Давыдов, С. Н. Катырин, А. А. Кицура, П. Г. Кучеренко, Б. А. Левин, Е. В. Луковников,...
А. А. Подколзин, А. Г. Мегреладзе, В. И. Донцов, С. Д. Арутюнов, О. М. Мрикаева, Е. А. Жукова iconПрограмма обновление гуманитарного образования в россии
Климов Е. А. профессор, доктор психологических наук Донцов А,И. профессор, доктор психологических наук
А. А. Подколзин, А. Г. Мегреладзе, В. И. Донцов, С. Д. Арутюнов, О. М. Мрикаева, Е. А. Жукова iconТ. И. Жукова, преподаватель дисциплин филологического цикла гбоу спо «Истринский профессиональный колледж», кандидат педагогических наук

А. А. Подколзин, А. Г. Мегреладзе, В. И. Донцов, С. Д. Арутюнов, О. М. Мрикаева, Е. А. Жукова iconАнализ течения и исходов туберкулеза и беременности при их сочетании у пациенток репродуктивного возраста
А. А. Яковлева, А. В. Мордык, Н. В. Жукова, В. В. Антропова, В. В. Леонтьев, И. И. Николаева
А. А. Подколзин, А. Г. Мегреладзе, В. И. Донцов, С. Д. Арутюнов, О. М. Мрикаева, Е. А. Жукова iconАдрес оу: Республика Калмыкия. Целинный район. Село Троицкое, улица Чавычалова 11 «а»
Автор: Ахмирова Наталья Васильевна – учитель географии моу «Троицкая сош имени Г. К. Жукова»
А. А. Подколзин, А. Г. Мегреладзе, В. И. Донцов, С. Д. Арутюнов, О. М. Мрикаева, Е. А. Жукова iconА. Д. Жукова от 30 августа 2011 г. № Аж-п12-6148
Полное наименование организации отдыха и оздоровления детей и подростков (далее – организация) без сокращений (включая организационно-правовую...
А. А. Подколзин, А. Г. Мегреладзе, В. И. Донцов, С. Д. Арутюнов, О. М. Мрикаева, Е. А. Жукова iconПрограмма развития школы
Миссия, цели, задачи развития гоу школы №453 Выборгского района Санкт-Петербурга имени Сергея Жукова 10
А. А. Подколзин, А. Г. Мегреладзе, В. И. Донцов, С. Д. Арутюнов, О. М. Мрикаева, Е. А. Жукова iconСписок учебников и учебных пособий
Банковское дело : Учебник для бакалавров / Е. Ф. Жуков, Ю. А. Соколов, Е. Б. Стародубцева и др.; Взфэи; [зфэи]; Под ред. Е. Ф. Жукова,...
А. А. Подколзин, А. Г. Мегреладзе, В. И. Донцов, С. Д. Арутюнов, О. М. Мрикаева, Е. А. Жукова iconСписок учебников и учебных пособий
Банковское дело : Учебник для бакалавров / Е. Ф. Жуков, Ю. А. Соколов, Е. Б. Стародубцева и др.; Взфэи; [зфэи]; Под ред. Е. Ф. Жукова,...
А. А. Подколзин, А. Г. Мегреладзе, В. И. Донцов, С. Д. Арутюнов, О. М. Мрикаева, Е. А. Жукова iconСубботин М. А., Жуков А. А., Зоркина Т. М., Жукова В. М., Рекославская Н. И., Саляев Р. К., Корнева А. В. Сравнительный морфологический и анатомический анализ
Экология Южной Сибири и сопредельных территорий: Материалы Южно-сибирской международной научной конференции студентов и молодых ученых...
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib2.znate.ru 2012
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница