ВВЕДЕНИЕ
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СВОБОДНОРАДИКАЛЬНЫХ ПРОЦЕССАХ
1.1 Свободные радикалы
1.2 Непатогенные процессы с участием свободных радикалов
1.3 Патогенные процессы с участием свободных радикалов
2. АНТИОКСИДАНТНАЯ СИСТЕМА
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ВВЕДЕНИЕ
Биохимия и молекулярная биология переживают сегодня этап стремительного развития. Достижения именно этих и некоторых смежных дисциплин позволили человечеству вплотную приблизится к возможности реконструкции геномов, воспроизведения любых организмов с заданными свойствами.
Однако перед человеком до сих пор стоят нерешённые проблемы, которые отчаянно люди пытаются решить на протяжении многих лет. В последние два десятилетия стремительно развивается, привлекая к себе внимание всё возрастающего числа учёных различных специальностей наука о старении – геронтология. Это происходит главным образом из интереса к этому чрезвычайно важному биологическому процессу. В организме человека тесно взаимодействуют и обеспечивают его жизнедеятельность несколько систем: дыхательная, выделительная, нервная, сердечно-сосудистая, костно-мышечная и так далее. Они достаточно хорошо изучены. Однако есть одна система, которая изучена недостаточно хорошо, как все остальные. Это антиоксидантная система, хотя недавно и был совершён ряд научных открытий. Система не изучалась довольно долгое время в связи с тем, что она функционирует на молекулярном уровне, который начал детально изучаться сравнительно недавно. Антиоксидантная система организмов предохраняет его от самопроизвольного окисления (аутоокисления), которое вызывается свободным радикалами, в частности активными формами кислорода (АФК). Многие организмы существует в аэробных условиях, и кислород является одним из активных метаболических соединений в тканях. Вопросы кислородного метаболизма в организме человека являются объектами постоянного внимания медиков, химиков и биохимиков. Особенно сейчас, когда стало очевидно, что избыточное содержание кислорода и его активных радикалов вызывают радикально-цепные процессы окисления в клетках организма, приводя к значительным нарушениям в их нормальном метаболизме. Эти радикалы (реакционно-способные соединения или активные формы кислорода (АФК), обладающие неспаренными электронами) образуются в клетках организма как в результате нормальных метаболических реакций, так и вследствие нарушения их снабжения кислородом. Антропогенные факторы окружающей среды: радиоактивное излучение, интенсивное световое излучение (в первую очередь лазеры), электромагнитные волны, а также ряд химических веществ способны индуцировать свободно-радикальные процессы в клетке и не только влиять на здоровье людей, но и модифицировать подвергающиеся воздействию этих факторов экосистемы.
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СВОБОДНОРАДИКАЛЬНЫХ ПРОЦЕССАХ
1.1 Свободные радикалы
Свободными радикалами называют атомы или молекулы, которые имеют один или несколько неспаренных электронов. Они обладают высокой реакционной способностью и индуцируют образование многих продуктов. В различных организмах найдено значительное количество свободных радикалов. Они возникают в клетках организмов по многим механизмам, в основном в органеллах, которые генерируют энергию, например, митохондриях или хлоропластах. Также они образуются в ходе обычного окисления органических молекул кислородом. Их возникновение катализируется металлами, примером служит медь и железом, которые работают по следующим схемам:
2Cu2+ + DH2 → 2Cu+ + D + 2H+
Cu+ + O2 ↔ (CuO2)+ → Cu2+ + O2-
Cu+ + H2O2 ↔ (CuH2O2)+ → CuOH+ + •OH
или
2Fe3+ + DH2 → 2Fe2+ + D + 2H+
Fe2+ + H2O2 ↔ (FeH2O2)2+ → FeOH2+ + •OH.
Где, DH2 – субстрат-донор.
Все свободные радикалы обладают рядом определённых свойств и высокой реакционной способностью. Они парамагнитны, так как имеют магнитный момент за счёт неспаренного электрона. Их свободная энергия выше, чем у частиц, из которых они образовались, также они активно окисляют соседние молекулы.
Свободные радикалы обычно классифицируют следующим образом (рисунок 1.1.):
Рисунок 1.1 – Классификация свободных радикалов
2. АНТИОКСИДАНТНАЯ СИСТЕМА
Для обеспечения защиты от оксидативного стресса, клеткой предусмотрена антиоксидантная система. Она контролирует уровень свободных радикалов в клетке, препятствуя их накоплению. Действует на внутри- и внеклеточном уровне. Активность антиоксидантной системы не является постоянным показателем, зависит от множества факторов и оценивается рядом альтернативных методов [25].
Единой универсальной классификации антиоксидантов нет. Высказывается точка зрения о нескольких уровнях защиты клеток макроорганизма от активных форм кислорода:
1-й уровень – системная защита клеток за счет значительного снижения напряжения O2в тканях по сравнению с атмосферным воздухом;
2-й уровень – обеспечивается в процессе четырехэлектронного восстановления основной массы внутриклеточного O2 при участии цитохромоксидазы без освобождения свободных радикалов;
3-й уровень – ферментативное удаление образовавшихся •OО- и H2O2;
4-й уровень – наличие в клетке специфических веществ-ловушек для свободных радикалов – антиоксидантов (таблица 2.1).
5-й уровень – ферментативное восстановление гидропероксидов полиненасыщенных жирных кислот [24].
Таблица 2.1. – Наиболее известные антиоксиданты
| Антиоксидант | Действие |
| Церулоплазмин (плазма крови) | Окисляет Fe2+ до Fe3+ молекулярным кислородом |
| Апо-белок трансферрина (плазма крови) | Связывает Fe3+ |
| Ферритин (цитоплазма) | Окисляет Fe2+ и депонирует Fe3+ |
| Карнозин | Связывает Fe2+ |
| Супероксиддисмутазы (повсеместно) | Удаляет супероксид с образованием пероксида водорода |
| Каталаза (внутри клеток) | Разлагает пероксид водорода с выделением кислорода |
| Глутатион-пероксидазы (в цитоплазме) | Удаляет пероксид водорода за счет окисления глутатиона
Удаляет гидроперекиси липидов |
| Глутатионредуктаза | Восстанавливает окисленный глутатион |
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом, исходя из всего выше сказанного, можно отметить, что свободные радикалы играют большую роль в клетках. В частности, в организме человека.
Проанализировано многообразие свободных радикалов, они практически все принадлежат различным системам организма и выполняют там совершенно различные функции – от обеспечения передачи сигнала, до участия в иммунных реакциях. Их роль в работе клеток огромна. Без некоторых из свободных радикалов, таких как убихинон, клетка просто не смогла бы существовать, а вместе с ней и весь организм, так как он участвует в процессе окислительного фосфорилирования, то есть клеточного дыхания – сложного комплекса реакций, в результате которого образуется энергия для жизнедеятельности клетки.
Изучение свободных радикалов и реакций, в которых они участвуют, ведется методами ЭПР, хемилюминесценции и другими с использованием ингибиторного анализа. УФ – излучение и облучение ионизирующей радиацией тоже приводит к образованию свободных радикалов молекул-мишеней. Повреждающее действие цепного окисления липидов на биологические мембраны вызвано окислением тиоловых групп белков, увеличением ионной проницаемости мембран и снижением электрической прочности липидного слоя мембран, что приводит к "самопробою" мембран электрическим полем. Живая клетка выработала целую систему защиты от повреждения свободными радикалами. Вещества, тормозящие реакции с участием свободных радикалов локализуются как в водной среде, так и в липидной фазе клеточных структур.
В последнее время свободным радикалам отводится одна из главных ролей в процессах старения организма. Процессы воспаления, иммунные процессы и интенсивность процессов регенерации – заживления, во многом зависят от возрастных изменений при старении организма. В 1954 г. Д. Харман предложил гипотезу о том, что причиной старения организмов является свободнорадикальное окисление липидов, белков и других компонентов клеток.
Также была изучена система, которая защищает человеческий организм от чрезмерного образования свободных радикалов – антиоксидантная система, которая относится к третичным естественным радикалам. Это большая биохимическая система, которая состоит из двух больших частей – ферментативной и неферментативной. Эти части работают в двух различных фазах клетки. Первая часть работает в водной фазе клетки, а вторая в липидной фазе. Работа в этой сфере будет продолжаться.
1. Абилев С.К. Метаболическая активация химических мутагенов // Итоги науки и техники. Общая генетика, ВИНИТИ. – 1986. – Т. 9. – С. 5-96.
2. Авдеев, С.Н. ХОБЛ и сердечно-сосудистые заболевания: механизмы ассоциации / С.Н. Авдеев, Г.Е. Баймаканова // Пульмонология. – 2008. – №1. – С. 5-13.
3. Албертс А., «Молекулярная биология клетки: в 3 т/ А. Албертс, Д. Брей., Р. Льюис.: Пер. с англ. 2-е изд. М.: Мир, 1994.
4. Алексанян, Л.Р. Некоторые особенности перекисного окисления липидов и антиоксидантной защиты у больных гемофилией / Л.Р. Алексанян // Клиническая лабораторная диагностика. – 2007. – №10. – С. 89-96.
5. Аматуни, В.Г. Роль перекисного окисления липидов мембран и антирадикальной защиты в патогенезе бронхиальной астмы / В.Г. Аматуни // Терапевтический архив. – 1992. – №3. – С. 96-100.
6. Анисимов В. Н. Биохимия старения / В. Н. Анисимов // Успехи геронтологии. 2000. Вып. 4. С. 55–74.
7. Новиков К.Н. Свободнорадикальные процессы в биологических системах при воздействии окружающей среды: монография [Текст] / К.Н. Новиков, С.В. Котелевцев, Ю.П. Козлов. – М.: РУДН, 2011. – 199 с.: ил.
8. Арчаков А.И. Микросомальное окисление / А. И. Арчаков // – М.: Наука, 1975.
9. Ахминеева А.Х. Эндотелиальная дисфункция и оксидативный стресс в развитии респираторно-кардиальной коморбидности // дисс... д-ра мед. наук. / А.Х. Ахминеева; Астрахань, 2015. – 320 с.
10. Ашмарин И.П. Нейрохимия /И.П. Ашмарин, П.В. Стукалов //М.: Изд-во ин-та биомедицинской химии РАМН, 1996. – 469 с.
11. Багдарасьян Х.С. Теория радикальной полимеризации / Х.С. Багдарасьян – М.: Наука, 1966.
12. Баскаков И.В. Роль электронвозбужденных состояний в биохимических процессах / И.В. Баскаков, В.Л. Воейков // Биохимия. – 1996. – Т. 61. – № 7. – С. 1169-1181.
13. Бауэр Э. Теоретическая биология / Э. Бауэр – М.–Л.: Изд-во ВИЭМ, 1935. – С. 140-144.
14. Бах А.Н. О роли перекисей в процессах медленного окисления / А.Н. Бах // Журнал русского физ.-хим. общества (часть химическая). – 1897. – Т. XXIX, отд. I.-Вып. 6. – С. 373-398.
15. Бах А.Н. Химизм дыхательных процессов / А.Н. Бах // Журнал русского физ.-хим. общества. – СПб., 1912. – Т. XLIV. – Вып. 2 (отдельный оттиск, 73 с.).
16. Болдырев А.А. Биологические мебраны и транспорт ионов / А.А. Болдырев – М., 1985.
17. Болдырев А. А. Биологические мембраны и оксидативный стресс. / А.А. Болдырев, М.О. Юнева // Биохимия. 2001. Т. 6. № 10. С. 1157–1163.
18. Брюне Б. Современное представление об антиоксидантной системе человека / Б. Брюне, К. Сандау, А. Кнетен // Биохимия. – 1988. - Т. 63, №7. – С. 966-975.
19. Ванин А.Ф. Оксид азота в биомедицинских исследованиях /А.Ф. Ванин //Вестник РАМН. – 2000. - № 4. - С.3-5.
20. Васькина, Е.А. Артериальная гипертензия: окислительный стресс и эндотелиальная дисфункция: автореф. дисс. ... д-ра. мед. наук. / Е.А. Васькина; Новосибирск, 2006. – 226 с.
21. Владимиров Ю.А. Сверхслабое свечение при биохимических реакциях / Ю.А. Владимиров – М.: Наука, 1966.
22. Владимиров Ю.В. Перекисное окисление липидов / Ю.В. Владимиров, А.И. Арчаков – М.: Наука, 1972.
23. Владимиров Ю.А. Хемилюминесценция животных клеток / Ю.А. Владимиров, М.П. Шерстнёв // М.: ВИНИТИ, Итоги науки и техники. Серия «Биофизика». – 1989. – Т. 24.
24. Воейков В.Л. Благотворная роль активных форм кислорода / В.Л. Воейков // Российский журн. гастроэнт., гепатол., колопрокт. – 2001. – Т. XI. – № 4. – С. 155-162.
25. Воскресенский Р.Н. Антиоксидантная система, онтогенез и старение / Р.Н. Воскресенский, И.А. Жутаев, В.Н. Бобырев // Вопр. мед. химии. – 1982. – № 1. – С. 14–27.
26. Гамалея И.А., Перекись водорода как сигнальная молекула / И.А. Гамалея, И.В. Клыбин // Цитология. – 1996. – Вып. 38. – № 12. – С. 1233-1247.
27. Янковский, О.Ю. Токсичность кислорода и биологические системы / О.Ю. Янковский // Спб.: Изд. Игра. – 2000. – 294 с.
28. Проскурянов, С.Я «Биология окиси азота» / С.Я. Проскурянов, А.Г. Конопляников, А.И. Иванников, В.Г. Скворцов // Медицинский радиологический научный центр РАМН, Обнинск, 1999.
29. Зеленин К.Н. «Оксид азота (II): Новые возможности давно известной молекулы. / К.Н. Зеленин //Соросовский Образовательный Журнал. 1997.№10. С. 105-110.
30. Реутов В.П. «Цикл окиси азота в организме млекопитающих. / В.П. Реутов // Успехи биол. химии. 1995. Т.35. С. 189-228.
31. Малышев И.Ю. Биохимия / И.Ю. Малышев, Е.Б. Манухина //М. 1998. Т.63. С.870.
32. Онуфриев, М.В. Свободные радикалы в живых системах / М.В. Онуфриев // Бюл. эксперим. биологии и медицины. 1995. Т. 120. С.148.
33. Донцов, В.И. Активные формы кислорода как система: значение в физиологии, патологии и естественном старении / В.И. Донцов, В.Н. Крутько, Б. М. Мрикаев, С. В. Уханов // Труды ИСА РАН, 2006. - Т. 19, 20 с.
34. Мерзляк, М.Н. Активный кислород и окислительные процессы в мембране растительной клетки / М.Н. Мерзляк // Итоги науки и техники. Сер. Физиология растений, 1986. Т.6. 167 с.
35. Голиков, С.И. Общие механизмы токсического действия / С.И. Голиков, И.В. Саноцкий, Л.А. Тиунов. – Л.: Медицина, 1986. – 276 с.
36. Горбачев, В.И. Нарушения нитроксидергической системы при травматичеcком повреждении головного мозга / В.И. Горбачёв, В.В. Ковалёв // Монография: РИО ИГИУВа, 2006. - 158 с.
37. Гервазиев, Ю.В. Механизмы регуляции активности синтазы окиси азота /Ю.В. Гервазиев, Н.Н. Соколов //Вопр. мед. химии. - 1999. - Т. 45, №3. - С.187-199.
38. Голиков, П.П. Оксид азота и перекисное окисление липидов как факторы эндогенной интоксикации при неотложных состояниях /П.П. Голиков, Н.Ю. Николаева, И.А. Гавриленко и др. //Патологическая физиология и экспериментальная терапия. - 2000. - № 2. - С.6-9.
39. Орлов, Ю.П. Метаболизм железа в биологических системах (биохимические, патофизиологические и клинические аспекты) / Ю.П. Орлов, В.Т. Долгих // Биомедицинская химия, 2007, том 53, вып. 1, с. 25-38.
40. Свободные радикалы в биологических системах / Медицинские справочные материалы для студентов [Электронный ресурс]. – 2005 – Режим доступа: http://www.medvvman.ru/kletka/d07.htm – Дата доступа: 30.06.16.
41. Перекисное окисление липидов / Медицинские справочные материалы для студентов [Электронный ресурс]. – 2005 – Режим доступа: http://www.medvvman.ru/kletka/d05.htm#07 – Дата доступа: 01.07.16
42. Adam, W. Enols of aldehydes in the peroxidase/oxidase-promoted generation of excited triplet species / W. Adam, W.J. Baader, G. Cilento // Biochem. Biophys. Acta. – 1986 May 2. – V. 881. – № 3. – P. 330-336.
43. Anderson, R.E., Effect of lipid peroxidation on rhodopsin regeneration / R.E. Anderson, M.B. Maude, Nielsen J.C. Nielsen // Curr. Eye Res. – 1985. – V. 4. – № 1. – P. 65-71.
44. Beckman, J.S., Apparent hydroxyl radical production by peroxynitrite: implications for endothelial injury from nitric oxide and superoxide / J.S. Beckman, T.W. Beckman, J. Chen, P.A. Marshall, B.A. Freeman // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. – 1990 Feb. – V. 87. – № 4. – P. 1620-1624.
