Окислительный стресс и апоптоз: общие сведения

Апоптоз представляет собой актуальнейшую проблему современной биологии. Несомненно, что активные метаболиты кислорода ( АКМ ) и окислительные реакции с их участием в той или иной степени участвуют в этом процессе. Предполагается, что в результате апоптоза выбраковываются клетки с аномально высоким уровнем продукции АКМ [ Скулачев ea 1996 ]. Вместе с тем вопрос участия АКМ в процессе апоптоза нельзя считать решенным, так как показано, что в некоторых случаях процесс протекает даже в анаэробных условиях, для которых характерно существенное снижение продукции АКМ [ Jacobson ea 1995 ]. Казалось бы, этот факт может служить прямым доказательством дополняющей (вторичной) роли окислительного стресса в индукции апоптоза. Однако нефизиологичность условий культивирования аэробных клеток в бескислородных условиях не позволяет принять данный факт за безусловный.

Апоптоз играет существенную роль во многих патологиях человека. Наблюдаемая у людей с генетическими дефектами НАДФН-оксидазы сниженная способность нейтрофилов к запрограммированной гибели [ Kasahara ea 1997 ] служит причиной незавершенности воспалительного процесса и формирования хронических гранулем.

Показано, что гибель инсулинпродуцирующих Р-клеток поджелудочной железы при сахарном диабете [ Dimatteo ea 1997 , Kroncke ea 1993 ], уменьшение популяции T-хелперных лимфоцитов при СПИДе [ Dobmeyer ea 1997 ], гибель макрофагов, фибробластов и гладкомышечных клеток в области атеросклеротической бляшки [ Bjorkerud ea 1996 ], клеток синовиальной полости при ревматоидном артрите [ Nishioka ea 1998 ], нейронов при некоторых нейродегенеративных патологиях [ Nicotera ea 1995 ] происходят посредством апоптоза. Множественность физиологических и патологических проявлений апоптоза и универсальность его развития в разных клетках и тканях послужила причиной разворачивания широкого фронта исследований, направленных на изучение молекулярных механизмов развития запрограммированной гибели клеток.

Особое внимание в последние годы уделяется изучению роли активированных кислородных метаболитов (АКМ: О2, О2, Н2О2, NO и др.) в развитии апоптоза [ Buttke ea 1994 , Stoian ea 1996 ]. Это связано с тем, что высокореакционные АКМ образуются во всех аэробных клетках. В физиологических условиях их деструктивное действие сдерживается многоуровневой системой антиоксидантов ; нарушение баланса в системе «АКМ-антиоксиданты» может привести к гибели клетки. Индуцированный глюкокортикоидами апоптоз тимоцитов значительно снижался в условиях гипоксии (при содержании кислорода в атмосфере менее 5%) [ Stefanelli ea 1995 ]. Прямое действие H2О2 [ Debono ea 1995 ], NO [ Dimatteo ea 1997 ], пероксинитрита (ONOQ-) [ Lin ea 1997 ], а также радиации, ультрафиолетового излучения [ Morita ea 1997 ], токсичных лекарственных препаратов [ Gorman ea 1997 ], индуцирующих образование АКМ, вызывает апоптоз . При разных формах индуцированного апоптоза выявлены снижения активности элементов антиоксидантной защиты клеток [ Briehl ea 1995 , Slater ea 1996 ].

Клетки, имеющие дефекты антиоксидантной защиты, наиболее чувствительны к воздействиям, вызывающим их запрограммированную гибель [ Fryer ea 1995 , Sandstrom ea 1994 ]. Кроме того, в многочисленных исследованиях показан защитный эффект антиоксидантов в этом процессе [ Briehl ea 1995 ]. Несмотря на очевидную взаимосвязь окислительного стресса с апоптозом, роль конкретных форм АКМ в саморазрушении клеток и механизмы реализации цитотоксичности неясны. Более того, нет однозначного ответа на вопрос, чем является окислительный стресс, -следствием или индуктором функциональных изменений, сопровождающих развитие запрограммированной гибели клеток.

humbio.ru

Окислительный стресс и апоптоз

Несомненно, что активные формы кислорода и окислительные реакции с их участием в той или иной степени участвуют в процессе апоптоза. Предполагается, что в результате апоптоза выбраковываются клетки с аномально высоким уровнем продукции АФК. Вместе с тем вопрос участия АФК в процессе апоптоза нельзя считать решенным, так как показано, что в некоторых случаях процесс протекает даже в анаэробных условиях, для которых характерно существенное снижение продукции АФК. Казалось бы, этот факт может служить прямым доказательством дополняющей (вторичной) роли окислительного стресса в индукции апоптоза. Однако нефизиологичность условий культивирования аэробных клеток в бескислородных условиях не позволяет принять данный факт за безусловный. Окислительный стресс возникает тогда, когда увеличивается продукция АФК — как вследствие активации АФК- продуцирующих систем, так и в результате снижения способности клетки к их нейтрализации в условиях действия неблагоприятных факторов и при патологиях, то есть когда нарушается работа антиоксидантной системы.

Апоптоз играет существенную роль во многих патологиях человека. У людей с генетическими дефектами NADPH-оксидазы наблюдается пониженная способность нейтрофилов к запрограммированной гибели, что служит причиной незавершенности воспалительного процесса и формирования хронических гранулем.

Особое внимание в последние годы уделяется изучению роли АФК в развитии апоптоза. Это связано с тем, что высокореакционные АФК образуются во всех аэробных клетках. Индуцированный глюкокортикоидами апоптоз тимоцитов значительно снижается в условиях гипоксии (при содержании кислорода в атмосфере менее 5%). Прямое действие H₂О₂, NO, пероксинитрита (ONOO ∙ ), а также радиации, ультрафиолетового излучения, токсичных лекарственных препаратов, индуцирующих образование АФК, вызывает апоптоз. При разных формах индуцированного апоптоза наблюдается снижение активности элементов антиоксидантной защиты клеток. Клетки, имеющие дефекты антиоксидантной защиты, наиболее чувствительны к воздействиям, вызывающим их запрограммированную гибель. Кроме того, в многочисленных исследованиях показан защитный эффект антиоксидантов в этом процессе. Несмотря на очевидную взаимосвязь окислительного стресса с апоптозом, роль конкретных форм АФК в саморазрушении клеток и механизмы реализации цитотоксичности неясны. Более того, нет однозначного ответа на вопрос, чем является окислительный стресс, — следствием или индуктором функциональных изменений, сопровождающих развитие запрограммированной гибели клеток.

Гибель инсулинпродуцирующих β-клеток поджелудочной железы при сахарном диабете, уменьшение популяции T-хелперных лимфоцитов при СПИДе, гибель макрофагов, фибробластов и гладкомышечных клеток в области атеросклеротической бляшки, клеток синовиальной полости при ревматоидном артрите, нейронов при некоторых нейродегенеративных патологиях происходят посредством апоптоза. Множественность физиологических и патологических проявлений апоптоза и универсальность его развития в разных клетках и тканях послужила причиной разворачивания широкого фронта исследований, направленных на изучение молекулярных механизмов развития запрограммированной гибели клеток.

Рис 14. Процесс развития апоптоза в β-клетках поджелудочной железы.

studopedia.ru

Справочник химика 21

Химия и химическая технология

Окислительный стресс

Медицинские аспекты мембранологии. Свободнорадикальное пероксидное окисление липидов мембран в норме и при патологических процессах. Активные формы кислорода, механизм их образования, свойства, пути утилизации, роль в регулировании метаболических процессов в биосистемах. Антиоксиданты, их классификация, локализация, свойства, механизм биологического действия. Понятие о прооксидантах и окислительном стрессе. [c.283]

Считают, что при окислительном стрессе ферментативная антиоксидантная защита оказывается малоэффективной по сравнению с действием низкомолекулярных соединений. Это связа- [c.118]

Окислительный стресс в отдельных клетках и организме в целом характеризуется преобладанием продукции АФК и других биорадикалов над их утилизацией различными антирадикальными системами. Известно, что умеренный окислительный стресс может стимулировать пролиферацию клеток или, напротив, запустить реализацию программы гибели клетки — апоптоз. Сильный окислительный стресс ведет к повреждению цитоскелета и хромосомного аппарата и в итоге — гибели клеток и некрозу ткани. Десятки заболеваний, включая сердечно-сосудистые, СПИД, рак, диабет, ревматоидный артрит, эпилепсию, катаракты и многие другие сопровождаются развитием окислительного стресса. И хотя во многих случаях окислительный стресс является не причиной, а одним из симптомов заболевания, имеются убедительные свидетельства эффективного профилактического и терапевтического применения природных антиоксидантов, в том числе флавоноидов (кверцетин, рутин, катехины зеленого чая) [9, 152, 153]. [c.137]

Пероксидное окисление липидов приводит к деструктивным изменениям в клетках, что связано с накоплением продуктов, способных инактивировать ферменты мембран, нарушать взаимодействия между белками и липидами в мембранах, образовывать межмолекулярные ковалентные сшивки между молекулами липидов или липидов и белков, изменять вязкость липидной фракции, что препятствует образованию фермент-субстратных комплексов и т. д. Для снижения уровня активности пероксидного окисления липидов существуют антиоксиданты, к которым можно отнести витамины Е, С, Р-каротин, кофермент Q и гемсодержащие ферменты супероксиддисмутаза, каталаза, глутатионпероксидаза, глутати-онредуктаза. Но при активизации процессов пероксидного окисления липидов (как следствие простудных и легочных заболеваний, атеросклероза, инфаркта миокарда, инсульта мозга, диабета, язвы желудка, туберкулеза, остеохондроза, злокачественных опухолей и др.) возможно подавление активности антиоксидантных веществ, и тогда в клетках происходят вышеописанные процессы, которые с клеточных мембран переходят на цитоплазматические структуры. В результате происходят денатурация белков, снижение активности ферментов, повреждается геном. Такое явление носит название окислительный стресс, который завершается гибелью клетки путем некроза (разрушения клеточных структур) или апоптоза (запрограммированной гибели). [c.433]

З. Защитное действие флавоноидов в условиях клеточного окислительного стресса [c.137]

Показанная возможность разложения такого токсичного субстрата, как фенол, микроорганизмами, адаптированными к окислительному стрессу, и без накопления продуктов, ингибирующих процесс биологическою разложения создает базу для разработки замкнутых систем биологического окисления, сопряженного с процессами, индуцированными агрессивными химическими окислителями. Такие системы прежде всего могут наши применение при обезвреживании стоков с высокой концентрацией органических зафязнений, в частности, фенолов и их производных, других ароматических соединений. Процесс дает возможность интенсифицировать биодеструкцию и минимизировать количество вторичных отходов и остаточного загрязнения, поступающих в окружающую среду со стадии биологической переработки. [c.239]

Токсическое действие. Молекулярный К. (О2) как окислитель не представляет опасности для клетки. Токсическое действие К. проявляется в тех ситуациях, когда в условиях окислительного стресса система ферментативной защиты организма оказывается несостоятельной. Механизм токсического действия кислорода связан с образованием супероксидного радикала (СОР). [c.454]

Защита от окислительного стресса [c.24]

На примере деструкции фенола рассматривается возможность совершенствования процесса обезвреживания токсичных стоков ксенобиотиков с использованием гибридной системы очистки с совмещением процесса химического и биологического окисления по месту и времени. Показана возможность биологического окисления токсичных веществ в виде высококонцентрированных стоков в условиях замкнутой системы. Процесс реализуется с использованием микробного ценоза, преадаптированного к окислительному стрессу в периодическом режиме с подпиткой концентрированным субстратом. Полученные показатели в 2-3 раза (по скорости окисления) и в 10-20 раз (по количеству суммарно окисленного фенола в среде биологического культивирования) превышают величины, реализуемые в традиционных процессах биологического окисления. Обнаруженное явление роста преадаптированной к окислительному стрессу популяции микроорганизмов без накопления токсичных продуктов метаболизма позволяет создавать малоотходные высокопроизводительные системы культивирования микроорганизмов и биологической очистки и обезвреживания высококонцентрированпых стоков. [c.227]

Предполагают, что активные формы кислорода как в физиологических условиях, так и при окислительном стрессе, вызванном различным факторами, могут выполнять роль инициаторов эндонуклеазной фрагментации ДНК (апоптозис, запрограммированная гибель клетки) или даже непосредственно атаковать ДНК (гидроксильный радикал). Биологическое значение клеточного апоптозиса заключается в заш ите организма от злокачественного перерождения клеток. [c.65]

Ферментативные антиоксиданты (АО) характеризуются высокой специфичностью действия, а также клеточной и органной локализации, использованием в качестве катализаторов некоторых металлов (Си, Zn, Fe, Se). Уровень внутриклеточных ферментативных АО находится под генетическим контролем. У животных в условиях гипоксии и гипероксии, усиливающих образование АКМ, повышается уровень внутриклеточных ферментативных АО, что связано с механизмами поддержания устойчивости организмов к окислительному стрессу, [c.115]

Что называют оксидативной модификацией макромолекул и окислительным стрессом [c.125]

Увеличение в выдыхаемом воздухе пентана (одного из продуктов перекисного распада жирных кислот) при сильных мышечных лагрузках свидетельствует об интенсификации липопереокисления. При определении содержания пентана в выдыхаемом воздухе у 15 нетренированных практически здоровых мужчин в возрасте 20—23 лет до физической нагрузки, а также в различные сроки после нее (работа на велоэргометре с частотой вращения педалей 60 об/мин, мощность нагрузки 1500 кгм/мин до произвольного отказа) установлена активация липопереокисления, которая достигает максимума через 2 ч после произвольного отказа от нагрузки. Наиболее выраженная активация липопереокисления, являющаяся конечным результатом развивающегося окислительного стресса, регистрируется не сразу после произвольного отказа от физической нагрузки, а по прошествии двух часов и сохраняется еще в течение четырех часов (Каган и др., 1982). [c.194]

Высокая антиокислительная активность выявлена у некоторых гормонов, в частности, содержапцих фенольную группу эстрогенов (женских половых гормонов) — эстрадиола, эстриола и эст-рона [378]. Химическая модификация этих соединений и исследование антиокислительного и запцитного действия полученных производных при развитии окислительного стресса может быть перспективным направлением по созданию новых антиоксидантов — более эффективных, чем их эндогенные аналоги. [c.51]

Атерогенез начинается с проникновения в интиму сосудистой стенки ЛПНП. Нарушению целостности эндотелия и прохождению через него липопротеидов способствует целый ряд внутренних и внешних факторов. По-видимому, наиболее важен гидродинамический эффект потока крови. Даже при нормальном артериальном давлении механическое воздействие на эндотелий в крупных сосудах, и особенно — в области разветвления, где возникают турбулентные потоки, весьма значительно. И именно здесь наиболее часто развивается атеросклеротическое повреждение. Повышенное АД — один из факторов риска атеросклероза. Другими факторами, влияющими на состояние эндотелия, является курение, вирусные инфекции (герпес), хронические воспалительные процессы, окислительный стресс, обусловленный воздействием на организм различных физических и химических факторов внешней среды [126]. [c.122]

Сравнение величин ЭЦД и значений констант скорости реакции флавоноидов с анион-радикалом кислорода методом корреляционного анализа позволяет сделать вывод о наличии прямой зависимости между эффективностью цитопротекторного действия флавоноидов в условиях развития окислительного стресса in vitro и их антирадикальной активностью по отношению к О2 (рис. 2.29а). Значительно хуже корреляция у исследованных флавоноидов между величинами ЭЦД и тролоксовьш эквивалентом (рис. 2.296). [c.142]

Высокая эффективность цитопротекторного действия металлокомплексов флавоноидов в условиях экспериментального окислительного стресса обусловлена не только их антирадикальными свойствами, но и более высокой (в три раза) способностью сорбироваться на поверхности волокон асбеста. По-видимому, комплексы флавоноидов с металлами связываются с поверхностью волокон асбеста непосредственно в центрах генерации кислородных радикалов, то есть обладают уникальными сайт-специфичны- [c.153]

Видно, что во всех исследованных культурах в контрольных условиях степень апоптоза была незначительной. Депривация же вызывала существенную гибель клеток. Этот эффект был еще более выражен при окислительном стрессе. Наиболее выраженная гибель клеток в обоих случаях наблюдалась в культуре 410Y-poly, в которой за 24 ч исчезало более 70% [c.278]

Pu . 100. Влияние депривации и окислительного стресса на количество нормальных и апоптотических клеток в стабильно трансфицированных и контрольных культурах [c.280]

В 80-e ГГ. прошлого века мы уже были уверены, и независимые эксперименты, проведенные в различных научных лабораториях, подтвердили справедливость этого заключения биологическая функция карнозина заключаются в защите возбудимой летки от различных проявлений окислительного стресса. Пос- Чедние годы уходящего века дали новые подтверждения этой точке зрения, но до самых последних дней жизни (последняя оя научная беседа с ним состоялась 4 августа 1993 г. [c.21]

Библиография для Окислительный стресс: [c.216] [c.278] [c.218] Смотреть страницы где упоминается термин Окислительный стресс: [c.238] [c.72] [c.403] [c.111] [c.114] [c.115] [c.88] [c.113] [c.184] [c.3] [c.24] [c.137] [c.140] [c.153] [c.163] [c.145] [c.153] [c.163] [c.18] [c.153] [c.278] [c.20] [c.37] Смотреть главы в:

Биологические мембраны Структурная организация, функции, модификация физико-химическими агентами (2000) — [ c.113 ]

chem21.info

Ассоциация Российских Озонотерапевтов

Официальное представительство в Интернет Ассоциации Российских Озонотерапевтов

Оксидативный стресс и его роль в формировании дизадаптации и патологии

А.К. Мартусевич 1 , К.А. Карузин 2,3

1 ФГБУ «Приволжский федеральный медицинский исследовательский центр» Минздрава России, Нижний Новгород

2 ООО «Научно-исследовательский центр фармако-эпидемиологических исследований», Москва

Abstract

In this analytical review a free radical processes and state of antioxidant systems are summarized as a common term, the oxidative metabolism. It is shown that these reactions are determined with the current level and the interconversion of the different biological radical primarily of active forms of oxygen and nitrogen. These bioradicals is engaging in interaction with each other are able to exert both positive and negative effects. Thus, oxidative stress is one of the most common pathological processes, the nature of which serves as an unbalance condition of pro- and antioxidant systems of blood, organs and tissues. This allows talking about the need for his direct pathogenetic correction, which can be made by specific and nonspecific antioxidant therapy.

Key words: oxidative stress, reactive oxygen species, oxidative metabolism, pathology

В данном аналитическом обзоре с системных позиций рассмотрены свободнорадикальные процессы и деятельность антиоксидантных систем в рамках единого целого – окислительного метаболизма. Показано, что данная совокупность реакций непосредственно определяется текущим уровнем и взаимопревращением различных биорадикалов, прежде всего активных форм кислорода и азота. Указанные биорадикалы, вступая во взаимодействие друг с другом, способны оказывать как позитивное, так и негативное действие. Таким образом, окислительный стресс является одним из наиболее общих патологических процессов, сущностью которого служит разбалансировка состояния про- и антиоксидантных систем крови, органов и тканей. Это позволяет говорить о необходимости его непосредственной патогенетической коррекции, которая может быть осуществлена средствами специфической и неспецифической антиоксидантной терапии.

Ключевые слова: окислительный стресс, активные формы кислорода, окислительный метаболизм, патология

Согласно существующим представлениям, у всех живых организмов свободнорадикальные процессы и деятельность антиоксидантных систем составляют единое целое – окислительный метаболизм, являющийся одним из базовых компонентов обмена веществ и поддерживаемый соответствующими гомеостатическими механизмами [3, 6, 7, 13, 15, 24]. Данная совокупность реакций непосредственно определяется текущим уровнем и взаимопревращением различных биорадикалов, прежде всего активных форм кислорода (АФК) и азота (АФА) [3, 13, 16, 30]. Указанные биорадикалы, вступая во многочисленные взаимодействия друг с другом, способны оказывать как позитивное, так и негативное действие (рис. 1).

Рис. 1. Взаимодействие прооксидантов и антиоксидантной системы клеток и тканей in vivo [6, 7, с изменениями]

Характер последнего, которое может провоцировать формирование окислительного повреждения биомолекул [6, 9, 13, 24, 26], непосредственно определяется видом свободного радикала и его источником (табл. 1).

Известно, что в условиях развития большинства патологических процессов имеет место гиперсинтез АФК различной степени выраженности [4, 6, 15, 17]. При этом при целом ряде заболеваний данная тенденция сопровождается быстрым расходованием резервов антиоксидантной системы [7, 14, 18, 21-32].

Указанное сочетание метаболических сдвигов принято называть окислительным (оксидативным) стрессом, рассматриваемым в последнее время как самостоятельный синдром [6, 9, 15]. На молекулярно-клеточном уровне он, в частности, характеризуется отчетливой активацией процессов липопероксидации с последующим изменением свойств биомембран [3] и, как следствие, их дисфункцией [2, 13, 42].

Следует отметить, что нарушение физиологического уровня (интенсивности и скорости) реакций, относящихся к перекисному окислению липидов, служит одной из основных причин клеточной дисфункции [3, 5, 15]. В норме в указанные процессы вступают присутствующие в биологических мембранах и включенные в липопротеины полиненасыщенные жирные кислоты (ПНЖК) [24, 26, 36]. Действие относительно высоких концентраций активных форм кислорода или азота обеспечивает синтез гидрофобных радикалов, способных к реакциям между собой [10, 13, 16, 31].

Таблица 1. Классификация биорадикалов, их источники и инициируемые реакции

Первичные радикалы

Цепи переноса электронов

O 2- + Fe 3+ → O₂+ Fe 2+

Эндотелиальные клетки, нейроны и др.

NO·+·O 2- → OONO — (пероксинитрит)

Вторичные радикалы

H₂O₂ + Fe 2+ → Fe 3+ + HO — (реакция Фентона)

HOCl + Fe 2+ → Fe 3+ + Cl — + HO·(реакция Осипова)

Окислительная модификация нуклеиновых кислот, инициация липопероксидации

Окислительная деструкция мембран, модификация мембранных энзимов

Способны выступать в качестве прооксидантов

Яды, токсические соединения, некоторые лекарственные препараты

Образование вторичных радикалов

Рассматривая химизм данного процесса, нужно подчеркнуть, что на первой стадии имеет место атака сопряженных двойных связей ПНЖК гидроксильным радикалом (НО*) и гидропероксидным радикалом (НО₂*) с образованием радикалов липидов [15]:

В дальнейшем данный липидный радикал способен взаимодействовать с О₂, что приводит к формироваию липопероксид-радикала, который атакует другие молекулы ПЖК [28, 37, 41], инициируя в условиях in vivo цепную реакцию по механизму:

Важно отметить, что скорость данных реакций лимитируется количеством субстрата и уровнем функционирования антиоксидантной системы.

Параллельно взаимопревращениями липидов и липидных радикалов происходит реакция части последних с комплексами железа, что приводит к образованию новых биорадикалов, поддерживающих процессы липопероксидации [31]:

LOOH + Fe 2+ → Fe(III) + OH- + LO*

Синтезирующиеся в этих и других реакциях радикалы липидов, как иные промежуточные продукты перекисного окисления липидов (малоновый диальдегид, диеновые и триеновые конъюгаты и др.) могут индуцировать окислительную модификацию белков и нуклеиновых кислот [13]. Общим механизмом, интегрирующих указанные процессы служит формирование межмолекулярных «сшивок» с участием альдегидных функциональных групп биомолекул [37]. Подобные нарушения химического состава соединений приводят к невозможности выполнения ими биологической роли [14, 17].

Гипероксидация мембранных липидов угрожает стабильности мебранных структур в целом, отражаясь и на состоянии мембраносвязанных протеинов, в том числе белков с каталитической активностью. Это, в частности, может провоцировать ингибирование таких энзимов, как глюкозо-6-фосфатаза и Na/K-АТФаза, непосредственно обеспечивающие гомеостазирование уровня ионов в клетке [6, 15, 30]. Кроме того, индуированное биорадикалами повреждение мембранных структур приводит к нарушению процессов возбуждения в них, дизрегуляции функцирования ионных каналов, снижает их роль в обеспечении энергопродукции [1-5]. Дополнительно инициируется комплекс изменений деятельности митохондрий, включающий как сдвиги каталитических свойств матриксных энзимов, так и модификация работы электронотранспортной цепи [17, 41].

На тканевом уровне это проявляется в форме воспалительной реакции, нейродегенеративных изменений, онкогенеза и т. д. [31]

Необходимо подчеркнуть, что повреждающее действие биорадикалов обеспечивается не только различными активными формами кислорода, но и пероксинитритом (продуктом их взаимодействия с NO), многократно стимулирующим липопероксидацию в биомембранах и сывороточных липопротеинах, детерминируя повышение атерогенного риска [27, 32].

Интересно, что основные действующие АФК являются короткоживущими соединениями, в том числе – интермедиатами, присутствие которых верифицировать затруднительно. В связи с этим большинство биохимических подходов к оценке интенсивности процессов перекисного окисления липидов – косвенные [4, 11, 17]. Так, одним из наиболее распространенных методов служит исследование уровня стабильного терминального продукта липопероксидации — малонового диальдегида (МДА) [3]. В то же время на концентрацию данного метаболита оказывает влияние и выраженность оксидации отдельных нуклеотидов и аминокислот [11].

Более точным методическим подходом служит изучение биохемилюминесценции, позволяющий в режиме реального времени оценить уровень радикалов липидов при детектировании их свечения в видимой области спектра в спонтанном и Fe-индуцированном режиме [3]. Данный метод основан на использовании реакции Фентона [4, 8]. Кроме того, указанная биофизическая технология дает возможность уточнить текущую общую антиоксидантную активность биосубстрата [3].

В физиологических условиях совокупность антиоксидантных систем позволяет минимизировать и гомеостазировать клеточную концентрацию активных форм кислорода [5, 7, 15], однако при развитии и прогрессировании окислительного стресса ее резервы снижаются за счет двух основных причин [1, 15, 26]. Во-первых, наличие окислительного стресса подразумевает гиперсинтез АФК, который необходимо купировать, расходуя антиоксидантную емкость крови. Во-вторых, существенное повышение концентрации биорадикалов приводит к окислительной модификации самих компонентов антиоксидантной системы, дополнительно редуцируя ее резервы.

В динамике формирования окислительного стресса имеют место окислительные трансформации нуклеиновых кислот, липидных и протеиновых макромолекул [13]. Естественно, что в клетке предусмотрены механизмы репарации данных биомолекул от окислительного повреждения, однако в условиях окислительного стресса их интенсивность значительно меньше скорости образования, что служит мощным фактором их накопления и, следовательно, триггером оксидативного стресса [4, 6, 9, 13, 33, 39].

Несмотря на многочисленность физико-химических агентов, вызывающих окислительный стресс, на первый план в настоящее время принято выдвигать активные формы кислорода, инициирующие свободнорадикальные и самоподдерживающиеся процессы в клетках и тканях in vitro и in vivo [6, 15, 17].

В спектр основных АФК включают супероксид-анион (O₂ .- ), синглетный кислород ( 1 O₂), перекись водорода (Н₂О₂) и гидроксильный радикал (ОН’) и др. Известно, что в организме животных и человека наибольшее значение как прооксиданту принадлежит супероксид-аниону, синтезирующемуся в процессе одноэлектронного восстановления молекулярного кислорода [2, 12]. Метаболизм супероксида связан с участием супероксиддисмутазы, трансформирующей соединение в перекись водорода, в свою очередь, преобразующуюся в присутствии ионов двухвалентного железа или одновалентной меди в гидроксильный радикал неэнзимным путем. Гидроксильный радикал следует рассматривать как сильнейший оксидант, имеющий значительный редокс-потенциал (около +1,35 В), вследствие чего потенциально способный к деструкции практически всех биомакромолекул организма [15].

Принципиально по законам химии возможно одноэлектронное восстановление кислорода за счет окисления веществ с редокс-потенциалом ниже или равным -0,15 В [2, 3, 15]. Для этой цели были эволюционно подобраны вещества с повышенным кинетическим барьером по реакции с кислородом. Практически единственным исключением служат многие коферменты и простетические группы энзимов, функционирующие в начале и середине дыхательной цепи, например семихинон кофермента Q (CoQH). Последний в ряде случаев обеспечивает передачу электрона, но не собственному окислителю (цитохрому b1), а молекулярному кислороду [2].

Также нужно подчеркнуть, что АФК способны синтезироваться как при нарушении деятельности цитохрома Р450, так и в результате оксидации отдельных метаболитов [28].

В качестве примера, иллюстрирующего повреждающее действие АФК, можно привести их участие в обеспечении опухолевого роста, включающее следующие пункты [17]:

— блокирование межклеточных коммуникаций, тормозящее апоптоз,

— высвобождение из молекулярного депо (ферритина) ионов железа, катализирующих синтез гидроксильных ионов,

— выделение из биомембран свободной арахидоновой кислоты и ее последующая биотрансформация цитохромом Р-450 в ряд высокореактивных соединений.

В современной отечественной и зарубежной литературе присутствуют данные об активации гена c-src под влиянием активных форм кислорода как общем пути реализации действия кислородных биорадикалов, что обеспечивает митогенный эффект и блокирование межклеточных коммуникаций при действии активных форм кислорода реализуется через общее звено посредством активации продукта гена [6, 15].

Постоянно ведутся изыскания в области расшифровки функционального значения гена c-src как основы для поиска рецептора к АФК [15], однако результаты данных исследований не даюn однозначной информации по указанному вопросу.

Окислительная модификация нуклеиновых кислот биорадикалами

Показано, что основным химическим агентом, обеспечивающим окислительную модификацию нуклеиновых кислот, служит гидроксильный радикал, меньший вклад в данный процесс вносит супероксид-анион радикал [13]. При этом гидроксильный радикал обладает многочисленными молекулярными мишенями, среди которых – не только пиримидиновые и пуриновые основания, но и остатки рибозы и дезоксирибозы [6].

Известно, что супероксид-анион радикал селективно реагирует с гуаниновыми основаниями с образованием широкого спектра окисленных форм, а терминальным продуктом данной цепи реакций является общее соединение — 7,8-дигидро-8-гидроксигуанозин [2].

Кроме того, следует подчеркнуть, что процессы окислительной модификации нуклеиновых кислот и липопероксидации взаимосвязаны общими агентами-оксидантами [28].

На основании имеющихся в литературе данных можно заключить, что степень окислительной модификации нуклеиновых кислот внутри клетки неодинакова [15]. Так, ДНК митохондрий способна более активно окисляться, чем данное соединение, локализующееся в ядре клетки, что обусловлено, во-первых, протективной ролью гистоновых белков и, во-вторых, существенно большей действующей концентрацией АФК в первом случае. В частности, при реакции генерируемой дыхательной цепью перекиси водорода с ионами Fe 2+ и Сu 2+ митохондриальной мембраны формируется гидроксильный радикал, атакующий локализованную здесь нуклеиновую кислоту. Кроме того, перекись-индуцированные повреждения последней могут быть спровоцированы активностью моноаминооксидазы [6].

В свою очередь, нарушения структуры и, следовательно, функциональных свойств митохондриальной ДНК инициируют сдвиги синтеза компонентов дыхательной цепи, приводящие к нарастанию уровня супероксид-анион радикала [7]. Дополнительная стимуляция данного процесса связана с деятельностью эндонуклеаз, инициируемых увеличением внутриклеточной концентрации кальция, имеющей место при развитии оксидативного стресса [10].

Окислительная модификация нуклеиновых кислот ядра активными формами кислорода приводит к формированию различных хромосомных аббераций.

Окислительная модификация белков биорадикалами

Известно, что в условиях окислительного стресса наиболее часто подвергаются окислительной модификации такие аминокислоты, входящие в состав основных белков организма, как лизин, пролин и аргинин [13]. Важно отметить, что это происходит, несмотря на неспецифическое действие биогенных или ксеногенных радикалов на полипептидную цепь. В то же время изменения, индуцируемые активными формами кислорода в белках, затрагивают не только их первичную структуру, но и способны изменять вторичную и третичную структуру протеинов, создавая условия для агрегации последних или даже их фрагментирования [6, 12, 32]. К наиболее подверженным окислительной модификации белкам принято относить протеины, насыщенные SH-группами (например, дегидрогеназы, АТФазы и др.) [37].

Интегрированные представления об особенностях окислительной модификации белков активными формами кислорода и другими биорадикалами отображены в таблице 2 [6, 13, 15].

Следует подчеркнуть, что до настоящего времени анализ окислительной модификации протеинов оставался прерогативой экспериментально-теоретического осмысления проблемы. Многими авторами в его рамках данная совокупность реакций рассматривалась с позиций ингибирования каталитической активности энзимов, а также непосредственного нарушения структуры белков при действии сильных оксидантов [10, 13, 28, 43, 44].

С целью мониторинга выраженности рассматриваемого процесса были разработаны соответствующие лабораторные технологии, основанные на оценке спонтанного окисления протеинов [4, 8]. Наиболее распространенный метод связан с проведением 2,4-динитрофенилгидразинового теста, базирующегося на сродстве к указанному соединению терминальных продуктов свободнорадикальных реакций, образующихся in vivo [17]. При этом синтезируются 2,4-динитрофенилгидразоновые вещества.

Интересно, что в организме принципиально возможна аутостимуляция свободнорадикальных процессов, связанная именно с окислительной модификацией протеинов [13]. В частности, известна физиологически протекающая реакция, катализируемая ксантиндегидрогеназой и реализующаяся путем трансформации ксантина и гипоксантина в мочевую кислоту – один из биоантиоксидантов неферментного ряда [15]. В условиях окислительного стресса под влиянием активных форм кислорода имеет месть окисление тиогрупп фермента с изменением характера каталитической активности последнего. Трансформация рассматриваемого энзима в ксантиноксидазу приводит к гиперсинтезу ею супероксид-анион радикала, инициирующего увеличение объема свободнорадикальных реакций, «подстегивающих» окислительную модификацию биомакромолекул [26].

Таблица 2. Особенности окислительной модификации протеинов биорадикалами

Модифицируемая аминокислота или функциональная группа

www.ozonetherapy.ru