Окислительный стресс и свободнорадикальные патологии конференция

Роль свободнорадикальных процессов в этиологии и патогенезе распространенных патологий

Роль свободнорадикальных процессов в этиологии и патогенезе распространенных патологий

Всероссийская конференция и Школа-семинар «Роль свободнорадикальных процессов в этиологии и патогенезе распространенных патологий»

Расскажите друзьям о событии

Приглашаем Вас принять участие в работе «Всероссийской конференции и Школы-семинара “Роль свободнорадикальных процессов в этиологии и патогенезе распространенных патологий”»!

Место проведения: 664003, г. Иркутск, ул. Тимирязева, д. 16, ФГБНУ “Научный центр проблем здоровья семьи и репродукции человека”

СНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАБОТЫ КОНФЕРЕНЦИИ:

  • ​Механизмы развития окислительного и карбонильного стресса, а также эффективность действия антиоксидантов в липид-белковых надмолекулярных структурах клеток и тканей;
  • ​Модели для исследования антиокислительной активности веществ in vitro; моделирование свободнорадикальных патологий на лабораторных животных;
  • ​Нарушение регуляции свободнорадикальных процессов при патологических состояниях (атеросклероз, сахарный диабет, нейродегенеративные заболевания и др.);
  • Перспективы использования антиоксидантов в клинике.

В рамках конференции будут представлены пленарные доклады и прочитаны лекцииведущих специалистов в области свободнорадикальной биологии и медицины для молодых ученых в ходе проведения Школы-семинара. Кроме того, планируется широкое привлечение молодых ученых для выступлений с устными докладами, консультации ведущих ученых в области свободнорадикальной патологии и дискуссия по сделанным на конференции сообщениям.

Материалы конференции будут опубликованы в журнале “Бюллетень Восточно-Сибирского научного центра СО РАМН” (РИНЦ).

Организаторы

Председатель оргкомитета – член-корр. РАН, д.м.н., профессор Колесникова Любовь Ильинична, ФГБНУ НЦ ПЗСРЧ (Иркутск)

Сопредседатели оргкомитета: проф., д.б.н. Ланкин Вадим Зиновьевич, ФГБУ РКНПК МЗ РФ (Москва)

академик РАН Владимиров Юрий Андреевич (Москва)

Ученый секретарь оргкомитета: д.б.н. Даренская Марина Александровна, ФГБНУ НЦ ПЗСРЧ (Иркутск)

академик РАН Колесников Сергей Иванович (Иркутск)

проф. РАН, д.м.н. Рычкова Любовь Владимировна (Иркутск)

д.б.н. Гребенкина Людмила Анатольевна (Иркутск)

д.м.н. Погодина Анна Валерьевна (Иркутск)

д.м.н. Баирова Татьяна Ананьевна (Иркутск)

д.м.н. Мадаева Ирина Михайловна (Иркутск)

проф., д.м.н. Константинов Юрий Михайлович (Иркутск)

проф., д.б.н. Ванин Анатолий Федорович (Москва)

проф., д.м.н. Меньщикова Елена Брониславовна (Новосибирск)

проф., д.м.н. Васильев Вадим Борисович (Санкт-Петербург)

проф., д.б.н. Новоселов Владимир Иванович (Пущино)

проф., д.м.н. Тихазе Алла Карловна (Москва)

проф., д.м.н. Давыдов Вадим Вячеславович (Рязань)

проф., д.м.н. Арутюнян Александр Вартанович (Санкт-Петербург)

проф., д.м.н. Капелько Валерий Игнатьевич (Москва)

к.б.н., председатель СМУ Семенова Наталья Викторовна (Иркутск)

к.б.н. Никитина Ольга Андреевна (Иркутск)

Контактная информация

УСЛОВИЯ УЧАСТИЯ В КОНФЕРЕНЦИИ

Для участия в конференции необходимо выслать по электронной почте:

  • Заявку на участие в конференции от автора (без соавторов) и копию платежного документа об оплате — до 15 апреля 2016 г. E-mail: [email protected] (Даренская Марина Александровна)
  • Статью на русском языке, оформленную в соответствии с требованиями, в электронном виде — до 15 апреля 2016 г. E-mail: [email protected] (Карпова Татьяна Геннадьевна)обязательно в теме письма указывать — конференция окислительный стресс.
  • Публикация статей входит в оплату оргвзноса. Пленарные докладчики приглашаются Оргкомитетом.

    Стоимость участия

    Регистрационный взнос за участие в конференции составляет 4500 руб. (до 15 апреля), 5000 руб. (до 30 апреля), для студентов, аспирантов и сопровождающих лиц регистрационный взнос составляет 2000 руб.

    lomonosov-msu.ru

    Окислительный стресс и свободнорадикальные патологии конференция

    ОКИСЛИТЕЛЬНЫЙ СТРЕСС И ФЕРМЕНТЫ-АНТИОКСИДАНТЫ

    Ломихина Мария Сергеевна

    студент 2 курса, кафедра медицинской химии НГМУ, РФ, г. Новосибирск

    Терах Елена Игоревна

    научный руководитель, канд. хим. наук, доцент НГМУ, РФ, г. Новосибирск

    Проведенные в разных странах за последние десятилетия исследования подтверждают, что одной из основных причин патологических изменений в человеческом организме является избыточное накопление в тканях кислородных свободных радикалов и активных форм кислорода. Это приводит к возникновению окислительного стресса, лежащего в основе целого ряда патологических процессов и заболеваний: воспаления, реперфузионное поражение тканей, старение, канцерогенез и др. [5].

    Биохимические процессы в тканях сопровождаются образованием целого ряда реакционно-способных соединений и радикалов (H2O2, ROOH, О2 – , НО2•, НО•, RO2• и др.) — активных форм кислорода (АФК), представляющих собой продукты метаболизма в клетках при физиологических условия существования организма. Действие АФК на функциональную активность клеток двойственно [2, 4]. В норме АФК участвуют в метаболизме структурных компонентов клеточных мембран (белков, липидов, углеводов), изменяя текучесть и деполяризацию мембран. Но при патологических состояниях, протекающих на фоне интенсивной генерации АФК, последние начинают проявлять свое цитотоксическое действие, приводящее к окислительной деструкции белков, липидов, углеводов, нуклеиновых кислот, а также разрушению клеточных структур.

    Усиление свободнорадикальных процессов и развитие окислительного стресса является одним из патогенетических звеньев психических и неврологических поражений центральной нервной системы. С развитием окислительного стресса связывают воспалительные и травматические поражения мозга, психические нарушения, алкоголизм, наркоманию и др. При этом нарушаются процессы передачи сигналов внешней и внутренней среды организма, что и приводит к неисправностям функционирования сложных каскадных циклов в клетке, метаболизма медиаторов, состояния рецепторного аппарата и пр. [2, 4].

    Цитотоксическое действие АФК предотвращается в результате функционирования антиоксидантной защиты, регулирующей физиологический уровень оксидантов в тканях, следовательно, для поддержания гомеостаза необходима непрерывная регенерация антиоксидантной способности. К антиоксидантам можно отнести вещества, которые понижают активность ферментативных реакций наработки АКМ. По химической природе антиоксиданты представляют собой широкий класс соединений, такие как ферменты, фенолы, полифенолы, стероидные гормоны и многие другие соединения [4].

    В клетках для защиты от АКМ имеются специализированные системы антиоксидантов, для которых характерны: высокая специфичностью действия, направленная против определенных форм АКМ, а также специфичность клеточной (органной) локализации и использование металлов в качестве катализаторов. Уровень внутриклеточных ферментов-антиоксидантов (ФА) находится под генетическим контролем, а их активность изменяется в зависимости от гормонального статуса. В нормальных условиях у человека содержание ФА постоянно вне зависимости от пола, возраста, веса и прочих физических параметров, в то время как при патологических состояниях изменяется их концентрация и активность в клетках и тканях [1]. Рассмотрим наиболее важные ФА и их биологическую роль.

    Супероксиддисмутаза (СОД) имеет несколько изоферментных форм, которые отличаются строением активного центра и структурной организацией молекулы [2—4]. Медь-цинковая форма (Cu, Zn-СОД) наиболее изучена, она состоит из двух идентичных субъединиц, каждая из которых содержит в области активного центра один атом меди и один атом цинка (медь принимает участие в дисмутации супероксидного анион-радикала, а цинк способствует стабилизации белковой молекулы). Марганцевая форма (Mn-СОД) состоит из четырех субъединиц, содержащих в активном центре ион марганца. Железосодержащая форма (Fe-СОД) представляет собой димер, в области активного центра которого основное место занимает железо.

    Механизм антиоксидантного действия СОД основан на протекании следующих реакций [2-4]. СОД ускоряет реакцию дисмутации супероксид-аниона, при этом О2 – переходит в протонированную форму:

    Cu, Zn-СОД при высоких pH и концентрациях перекиси может взаимодействовать с H2O2 с образованием радикалов НО• и O2 – :

    Сu + -СОД + Н2О2 ↔ Сu 2+ -СОД + ОН + + НО – ,

    а также восстанавливать NO-радикалы с образованием иона NO – , который, в свою очередь, образуют с кислородом агрессивный пероксинитрит:

    Сu + -СОД + NO• ↔ Сu 2+ -СОД + NO – ,

    СОД, удаляя О2 – , не дает ему провзаимодействовать с NO•, предотвращая образование пероксинитрила, более опасного, чем H2O2.

    Супероксилредуктаза (СОР) — фермент, содержащийся в анаэробных микроорганизмах, является гомоди- или гомотетрамером (в зависимости от вида бактерий) [3—4]. Каждый мономер СОР содержит 1—2 атома негемового железа.

    СОР осуществляет восстановление супероксид-аниона О2 – до перекиси водорода, которая затем восстанавливается пероксидазами до воды:

    В ходе данной реакции не образуется кислород, который токсичен для микроорганизмов.

    Каталаза — гемсодержащий фермент, который катализирует реакцию расщепления перекиси водорода [2—4]. Разложение перекиси водорода каталазой протекает в две стадии:

    Кат-Fe 3+ + H2O2 → (окисленная каталаза),

    Одна молекула каталазы за секунду восстанавливает до 44 тысяч молекул перекиси водорода. В окисленном состоянии она катализирует окисление спиртов, фенолов, альдегидов. Каталаза может выступать источником образования АКМ. В клетках она препятствует накоплению перекиси, оказывающей повреждающее действие на клеточные компоненты.

    Глутатионпероксидаза (ГПО) представлена несколькими изоформами (желудочно-кишечной, внеклеточной, секреторной и др.), в состав которых либо входит, либо не входит селен [3—4]. Все формы ГПО в большей или меньшей степени катализируют реакции восстановления глутатионом нестойких органических гидропероксидов в стабильные соединения:

    2GSH + ROOH → GSSG + ROH + H2O.

    Подобно каталазе ГПО способны также утилизировать перекись водорода:

    В результате взаимодействия селенсодержащих форм фермента с гидропероксидом ROOH селеноцистеиновый остаток переходит из селенола в селененовую кислоту, с которой затем связывается GSH с образованием селененилсульфида:

    ГПО-SeH + ROOH → ROH + ГПО-SeOH,

    ГПО-SeOH + GSH → H2O + ГПО-Se-SG.

    Прореагировав со второй молекулой глутатиона, ГПО возвращается в исходное состояние:

    ГПО-Se-SG + GSH → ГПО-SeH + GSSG.

    При недостатке селена в рационе питания уменьшается уровень ГПО, что снижает устойчивость организма к окислительному стрессу и может приводить к развитию свободнорадикальной патологии.

    Глутатион-S-трансферазы (ГТ) представляют собой гомо- и гетеродимерные белки, которые способны использовать восстановленный глутатион для конъюгации с гидрофобными соединениями и восстановления органических пероксидов [3—4]. Основная функция ГТ — защита клеток от ксенобиотиков и продуктов перекисного окисления липидов посредством их восстановления, глутатионилирования или нуклеофильного замещения гидрофобных групп:

    2GSH + ROOH → GSSG + ROH + H2O,

    GSH + RX → RSG + HX.

    ГТ могут восстанавливать гидропероксильные группы окисленных фосфолипидов непосредственно в мембранах без их предварительного фосфолипазного гидролиза. Кроме этого, ГТ конъюгируют с SGH токсичные продукты перекисного окисления липидов и способствуют их выведению из организма.

    Таким образом, в организме осуществляются процессы, с которыми связано образование АФК, различных реакционно-способных радикальных соединений, концентрация которых в тканях зависит от активности антиоксидантной защиты. Ферментативные элементы антиоксидантной защиты в норме поддерживают в тканях физиологический уровень оксидантов, а при патологических состояниях действие ферментов направлено на снижение и предотвращение токсического действия АФК, интенсивно генерируемых в организме.

    Список литературы:

  • Варфоломеев С.Д. Химическая энзимология. М.: Академия, 2005. — 480 с.
  • Дубинина Е.Е. Продукты метаболизма кислорода в функциональной активности клеток: жизнь и смерть, созидание и разрушение. СПб: Медицинская пресса, 2006. — 397 с.
  • Зенков Н.К., Ланкин В.З., Меньщикова Е.Б. Окислительный стресс. Биохимические и патофизиологические аспекты. М.: Наука/Интерпериодика, 2001. — 343 с.
  • Меньщикова Е.Б., Ланкин В.З., Зенков Н.К. и др. Окислительный стресс. Проантиоксиданты и антиоксиданты М.: Слово, 2006. — 556 с.
  • Яшин Я.И., Рыжнев В.Ю., Яшин А.Я. Природные антиоксиданты. Содержание в пищевых продуктах и влияние их на здоровье и старение человека. М.: ТрансЛит, 2009. — 212 с.
  • sibac.info

    СВОБОДНЫЕ РАДИКАЛЫ И ИХ ДЕЙСТВИЕ НА КЛЕТКИ ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ

    Актуальные проблемы современной науки: тезисы докладов IX Международной научно-практической конференции ( Санкт-Петербург — Астана — Киев -Вена , 29 июня 2016 )

    Биологические науки

    ALIAKSANDR DZEIKALA

    PhD student, Lodz University of Technology,

    СВОБОДНЫЕ РАДИКАЛЫ И ИХ ДЕЙСТВИЕ НА КЛЕТКИ ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ

    Одним из основных механизмов повреждения клетки является повышение содержания активных форм кислорода. Эти соединения составляют неотъемлемую часть клеточного метаболизма, в норме они выполняют важные защитные, регуляторные функции. При этом уровень активных форм кислорода в клетке регулируется антиоксидантной системой, при нарушении функционирования которой развивается состояние окислительного стресса. Окислительный стресс влечет за собой нарушение в клетке следующих процессов: пролиферации, дифференцировки и апоптоза, что может индуцировать развитие злокачественных новообразований.

    Введение

    Все живые организмы в природных условиях подвергаются действию целого комплекса неблагоприятных факторов окружающей среды. Формирование защитных эффектов адаптации обеспечивается активацией генетического аппарата, изменением метаболизма клетки, а также изменением функционирования практически всех основных систем организма [1].

    Одним из наиболее значимых повреждающих факторов среды, действующих на биологические макромолекулы (нуклеиновые кислоты, белки и липиды) являются активные формы кислорода (АФК). АФК – это, с физико-химической точки зрения, прежде всего свободные радикалы, которые имеют на внешней электронной оболочке неспаренный электрон, они индуцируются разнообразными физическими, химическими и биологическими факторами: ультрафиолетовым и ионизирующим излучениями, присутствием химических мутагенов и канцерогенов, а также естественным и, особенно, нарушенным аэробным клеточным метаболизмом [2]. Известно, что в органических молекулах (включая те, из которых состоит наш организм) электроны на внешней электронной оболочке располагаются парами: одна пара на каждой орбитали. Свободные радикалы отличаются от обычных молекул тем, что у них на внешней электронной оболочке имеется неспаренный электрон. Это делает радикалы химически активными, поскольку радикал стремится вернуть себе недостающий электрон, отняв его от окружающих молекул и тем самым повреждая их [3]. Процессы, в которых участвуют свободные радикалы, являются обязательным атрибутом нормального аэробного метаболизма.

    Молекулярный кислород в обычных условиях не вступает в прямые неферментативные химические реакции с органическими соединениями, которые входят в состав живых клеток и тканей. 95-98 % вдыхаемого кислорода расходуется на выработку энергии и окислительный метаболизм субстратов, 2-5 % кислорода переходит в активные формы кислорода [4, 5]. АФК генерируются во всех частях клетки. Реакции с участием кислорода в живой клетке протекают в активных центрах митохондрий и микросом [6]. Во время этих реакций промежуточные продукты восстановления кислорода не выделяются во внешнюю среду, а превращаются в конечные соединения в реакционном центре ферментов. При полном восстановлении молекула кислорода превращается в две молекулы воды (представлено в суммарном виде):

    Вместе с этим, в биологических системах при неполном восстановлении могут образоваться и все промежуточные (токсичные) продукты восстановления молекулы кислорода: перекись водорода (1), супероксидный анион-радикал (2), гидроксильный радикал (3), гидропероксильный радикал (4):

    О2 + е — + Н + → НОО · (4) [7].

    В организме активные формы кислорода выполняют позитивные функции, связанные с их включением в продуцирование энергии, фагоцитоз, регулирование клеточного роста и межклеточной сигнализации, а также в синтез биологически важных соединений. Например, клетки фагоцитов (гранулоциты, моноциты, макрофаги, нейтрофилы, эозинофилы) намеренно генерируют супероксидные анион-радикалы как часть защитного механизма против инфекций чужеродных организмов [8, 9]. Мембраны фагоцитов содержат ферментативный комплекс (НАДФН-оксидазу), который окисляет НАДФН до НАДФ + за счет восстановления кислорода до супероксидного радикала:

    НАДФН + 2O2 → НАДФ + + 2О2 •- [4, 10, 11].

    В случае нарушений, связанных с гиперпродукцией активных форм кислорода, происходит так называемый «окислительный стресс». Окислительный стресс возникает, когда дисбаланс между свободнорадикальными (окислительными) и антиоксидантными реакциями в организме смещается в сторону производства активных форм кислорода, когда собственные антиоксиданты не могут их нейтрализовать [3]. В силу своей высокой реакционной способности активные формы кислорода легко вступают в реакции с основными классами биомолекул в результате чего обладают высокой цитотоксичностью в отношении любых типов клеток и субклеточных структур. Выделяются четыре наиболее вероятные мишени окислительной цитотоксической атаки активных форм кислорода: индукция процессов перекисного окисления липидов (ПОЛ) в биологических мембранах, повреждение мембраносвязанных белков, инактивация ферментов и повреждение ДНК.

    Окислительный стресс участвует в патогенезе большинства заболеваний, таких как сахарный диабет, атеросклероз, старение, аутоиммунные заболевания, болезнь Паркинсона и Альцгеймера, рак и др. [12]. Однако, в человеческом организме эволюционно развиты антиоксидантные системы защиты.

    Механизмы образования активных форм кислорода

    В основном состоянии молекулярный кислород представляет собой относительно стабильную молекулу, спонтанно не реагирующую с различными макромолекулами. Это объясняется его электронной конфигурацией: основная форма кислорода в атмосфере ( 3 О2) находится в триплетном состоянии [3, 4]. Однако аэробные организмы сталкиваются с постоянной опасностью, связанной с действием как внешних, так и внутренних (ферментативных реакций и др.) факторов. Данные факторы играют важную роль в качестве источника свободных радикалов, которые индуцируют дальнейшие реакции с их участием [3]. Большинство свободных радикалов порождается результате цепных реакций с другим радикалами. Начало цепи реакций является появление первого радикала, который инициирует очередное преобразование. В живых организмах, например, предшественник обычно супероксид-анион.

    АФК генерируются в ходе различных процессов в организме. Основные механизмы генерации АФК связаны с нарушениями функционирования электронно-транспортных цепей митохондрий или микросом, особенно при низкой концентрации АДФ, а также при изменении свойств дегидрогеназ [13]. Синглетный кислород ( 1 О2) образуется и в реакциях фотоокисления в присутствии фотосенсибилизаторов: флавины, гематопорфирин и др., а также при дисмутации супероксидных радикалов [3, 4, 14]. 1 О2 агрессивен в отношении биосубстратов, в особенности молекул с двойной связью, конечным итогом таких реакций обычно является образование гидроперекисей органических молекул в процессах перекисного окисления ненасыщенных липидов в биомембранах [15]. В присутствии ионов металлов с переменной валентностью эти продукты запускают цепные реакции окислительной деградации биомолекул с образованием липидных радикалов, пероксилов [16].

    В образовании АФК важное значение имеют ионы металлов с переменной валентностью, в первую очередь Fe 2+ , входящие в состав гемоглобина, миоглобина. Например, в эритроцитах окисление иона железа гемоглобина способствует образованию супероксидного аниона:

    АФК могут генерироваться и при инактививации в организме многих ксенобиотиков. В этом процессе принимает участие локализованная в мембранах эндоплазматической сети микросомальная система цитохрома Р-450, которая приводит к гидрофильности ксенобиотика и снижению его активности, а затем следует выведение его из организма [4].

    Дисмутация анион-радикалов под действием супероксиддисмутазы в биологических тканях ведет к образованию перекиси водорода (Н2О2), способной легко проникать через мембраны клеток. Н2О2 обнаруживается при фагоцитозе, при работе митохондрий и микросом [18]. Пероксид водорода химически не очень активен, но супероксид-радикал и перекись водорода в присутствии ионов железа (Fe 2+ , Fe 3+ ) и/или меди (Cu 2+ ) могут вступать в реакции Фентона (Fenton) (уравнения 1, 2) и Габера-Вайса (Haber-Weiss) (уравнение 3) и образовывать гидроксильный радикал (ОН • ), который является самым мощным известным окислителем:

    О2 •- + Fe 3+ (Cu 2+ ) = О2 + Fe 2+ (Cu + ) (1)

    Fe 2+ (Cu + ) + Н2О2 = Fe 3+ (Cu 2+ ) + НО • + НО (2)

    Таким образом, появление активных форм кислорода в живом организме связано с протеканием метаболических реакций в различных клеточных компартментах.

    Повреждения липидов

    Реакции перекисного окисления липидов (ПОЛ) являются свободно-радикальными и постоянно происходят в организме. ПОЛ – это цепные реакции, обеспечивающие расширенное воспроизводство свободных радикалов, которые инициируют дальнейшее распространение перекисного окисления [21]. В процессе перекисного окисления липидов мишенью для атаки со стороны АФК являются структурные фрагменты полиненасыщенных высших жирных кислот, входящих в состав клеточных мембран, а также липопротеинов [17, 22].

    Весь процесс можно представить следующим образом. В начале окисления происходит атака сопряженных двойных связей, расположенные через СН2-группу. Именно от этой СН2-группы свободный радикал (инициатор окисления) легко отнимает электрон, превращая липид в свободный радикал:

    LH + OH · → L · + H2O.

    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, которые достаточно стабильны при температуре тела. Развитие цепи происходит при присоединении кислорода, в результате образуется липопероксирадикал LOO • или пероксид липида LOOH:

    LОО · + LН → LООН + L · .

    Скорость этих реакций зависит от активности антиоксидантной системы клетки. При взаимодействии с комплексами железа гидроперекиси липидов превращаются в активные радикалы, продолжающие цепь окисления липидов:

    Развитие цепи может останавливаться при взаимодействии свободных радикалов между собой или при взаимодействии с различными антиоксидантами, например, витамином Е, который отдаёт электроны, превращаясь при этом в стабильную окисленную форму:

    LОО · + LОО · → LООR + О2

    L • + vit E → LH + vit E •

    vit E • + L • → LH + vit Еокисл.

    Такой лавинообразный процесс ПОЛ представляет собой огромную опасность нарушения свойств мембранных структур, в результате появления в гидрофобном слое мембран гидрофильных зон за счёт образования гидропероксидов жирных кислот в клетки могут проникать вода, ионы натрия, кальция, что приводит к набуханию клеток, органелл и их разрушению. Активация перекисного окисления характерна для многих заболеваний: дистрофии мышц (болезнь Дюшенна), болезни Паркинсона, при которых ПОЛ разрушает нервные клетки в стволовой части мозга, при атеросклерозе, развитии опухолей [22].

    Повреждения аминокислот и белков

    Окисление белков АФК может привести к возникновению модифицированных аминокислотных остатков разрыва полипептидной цепи и образованию пероксильных радикалов [3, 4].

    Из пероксильных радикалов образуются гидропероксиды и алкоксильные радикалы. Последние обладают высокой реакционной способностью и сами могут индуцировать образование высокореактивных соединений радикальной природы. Гидропероксиды также генерируют новые радикалы, если имеются ионы металлов переменной валентности. Производными пероксидных групп (-СООН) являются группы -СОН (о- и м-тирозины), -С(ОН)2, карбонилы и другие соединения. Образуются также димеры (дитирозины) и происходит окислительное гликозилирование белков. АФК-индуцированные окислительные модификации аминокислот приводят к нарушению третичной структуры белков, к их денатурации и агрегации с сопутствующей потерей функциональной активности [22].

    Соответственно, эти изменения могут привести к потере функциональной активности ферментов, регуляторных белков и мембранных транспортеров [20, 22]. Изменения в функционировании и структуре белков существенно повлиять на метаболизм клеток. Окисление -SH остатков, богатых белком ферментных результатов глицеральдегид-3-фосфата в ингибировании гликолиза, и, следовательно, уменьшение клеточных уровней АТФ [3].

    Повреждения нуклеиновых кислот

    Активные формы кислорода вызывают окислительную модификацию нуклеотидов и нуклеиновых кислот, особенно ДНК [22]. Молекула ДНК в основном повреждается – гидроксид-радикалом и (в гораздо меньшей степени) супероксид-анионом кислорода. В частности, гидроксильный радикал (ОН • ) реагируя с нуклеиновыми кислотами оказывает наиболее заметное действие, а именно модифицирует пуриновые и пиримидиновые основания в молекуле ДНК, образуя множество производных форм, а также на остатки рибозы и дезоксирибозы [3].

    Эта окислительная модификация гуанина приводит к нарушениям ферментативного процесса метилирования цитозиновых оснований, которые соседствуют с модифицированными гуанозиновыми основаниями.

    Супероксид-анион обладает избирательным действием, взаимодействуя с гуаниновыми основаниями, в результате чего образуются их разнообразные окисленные производные, в том числе и конечный продукт окисления гуаниновых оснований, 7,8-дигидро-8-гидроксигуанозин. Радикалы, образующиеся при перекисном окислении липидов, также повреждают молекулы ДНК. В ряде экспериментов было показано, что митохондриальная ДНК (мтДНК) подвергается окислительному действию АФК даже в большей степени, чем ядерная, так как она находится в непосредственной близости от источников АФК и не защищена гистонами. Повреждение мтДНК приводит к неправильному синтезу компонентов дыхательной цепи, вследствие чего нарушается дыхательная цепь митохондрий и усиливается утечка супероксид-аниона. Повреждение ДНК происходит и в результате действия эндонуклеаз, которые активируются при повышении концентрации внутриклеточного Ca 2+ , наблюдаемом в ходе окислительного стресса [22].

    Модификации оснований, вызванные АФК, становятся причиной разрывов цепей ДНК и повреждений хромосом (хромосомные аберрации ,). АФК являются мощными мутагенными агентами, ингибиторами синтеза ДНК и деления клеток [21].

    Предотвращение образования свободных радикалов

    Все АФК являются окислителями клеточных компонентов и необратимо повреждают клетки [23]. Защита организма от АФК осуществляется функционированием антиоксидантной системы (АОС). АОС включает систему ферментов [24], так и многочисленные низкомолекулярные антиоксиданты (АО) или соединения, препятствующие образованию свободных радикалов [25].

    К ферментам, защищающим клетки от действия активных форм кислорода, относят супероксиддисмутазу (SОD), каталазу и глутатион-пероксидазу [26, 27, 28]. Наиболее активны эти ферменты в печени, надпочечниках и почках, где содержание митохондрий, цитохрома Р450 и пероксисом особенно велико. Cупероксиддисмутаза является важным ферментом антиоксидантной защиты, переводящим супероксидные радикалы в перекись водорода, которая уже менее активна и разлагается при участии других ферментов:

    Изоферменты SOD находятся и в цитозоле и в митохондриях и являются как бы первой линией защиты, потому что супероксидный анион образуется обычно первым из активных форм кислорода при утечке электронов из дыхательной цепи. В активном центре любой супероксиддисмутазы в качестве кофактора содержится ион переходного металла. Уферментов из разных источников в активном центре могут быть разные типы металлов. Для цитоплазмы эукариот характерна супероксиддисмутаза, содержащая ионы меди и цинка (Cu/Zn-SOD), причем в реакции дисмутации участвует только медь, а цинк нужен для стабилизации конформации белка [29]. Для митохондрий характерен другой тип супероксиддисмутазы, который в активном центре содержит марганец (MnSOD) [30]. SOD – индуцируемый фермент, т.е. синтез его увеличивается, если в клетках активируется перекисное окисление.

    Пероксид водорода является предшественником образования радикала ОН • . Каталаза прерывает этот процесс, расщепляя Н2О2 до Н2О и О2:

    В клетках каталаза сосредоточена в основном в пероксисомах, в которых содержатся и ферменты, продуцирующие наибольшее количество пероксида водорода, также каталаза находится в лейкоцитах, где она защищает клетки от последствий „респираторного взрыва”.

    Глутатион-пероксидаза обеспечивает инактивацию активных форм кислорода, так как он разрушает и пероксид водорода и гидропероксиды липидов. В клетках этот фермент присутствует в цитозоле и матриксе митохондрий. Он катализирует восстановление пероксидов и органических гидропероксидов свободных жирных кислот, нуклеотидов, нуклеиновых кислот и, вероятно, белков [16] с помощью трипептида глутатиона (γ-глутамилцистеинилглицин). Сульфгидрильная группа глутатиона (GSH) служит донором электронов и, окисляясь, образует дисульфидную форму глутатиона, в которой 2 молекулы глутатиона связаны через дисульфидную группу:

    Окисленный глутатион восстанавливается глутатионредуктазой:

    GSSG + NADPH + Н + → 2GSH + NADP + [22].

    В инактивации АФК в организме участвуют также неферментные компоненты антиоксидантной защиты это компоненты, которые не вырабатываются самой клеткой, а должны поступать с кровью. АО перехватывают АФК и восстанавливают их [31].

    Классические в настоящее время антиоксиданты – флавоноиды, полифенолы (убихинон и др.), стероидные и тиреоидные гормоны, витамины А, С, Е и К, эрготионеин, гаурин, гипотаурин, гормон шишковидной железы (мелатонин) и др. [32].

    Гидрофильные АО (восстановленный глутатион и аскорбиновая кислота, карнозин, ансерин) защищают вещества гиалоплазмы и матрикса митохондрий, а гидрофобные АО (витамины А, Е и К и другие каротиноиды) локализованы в мембране и там же инактивируют АФК. Аскорбиновая кислота инактивирует свободные радикалы, образуя неактивный радикал (семидегидроаскорбат), она же является кофактором пероксидазы. Из других жирорастворимых агентов антиоксидантной активностью обладают стероидные гормоны, билирубин; из водорастворимых – церрулоплазмин (влияя на свободное железо крови), трансферрин, альбумин, SH-группы белков [33, 34].

    Заключение

    Активные формы кислорода представляют собой отдельную систему в организме, участвующую как в ряде физиологических функций, так и во многих патологических процессах. Система АФК самоорганизована за счет положительных и отрицательных связей: имеется множество механизмов контроля – уровня генерации АФК в митохондриях и микросомах, контроля активности оксидаз и антиоксидантных ферментов тканей, суммарного уровня антиоксидантной активности крови. В ходе естественного старения организма изменяются различные элементы системы АФК; изменяется состояние системы АФК и в ходе различных патологических процессов. Знание системы самоорганизации АФК и основных закономерностей ее функционирования важно, как для понимания закономерностей физиологического функционирования тканей организма в норме, так и особенностей течения многих патологических процессов и выбора способов активного влияния на них [4, 35].

    Литература

    1. Пахомова В. М. Основные положения современной теории стресса и неспецифический адаптационный синдром у растений / В. М. Пахомова // Цитология, – 1995. – Т. 37. – № 1/2. – С. 66-91.
    2. Moskovitz J. Free radicals and disease / J. Moskovitz, M. B. Yim, P. B. Chock // Arch. Biochem. Biophys. – 2002. – Vol. 397. – P. 354-359.
    3. Gilbert D. L. Fifty years of radical ideas / D. L. Gilbert // Ann. N.Y. Acad. Sci. – 2000. – Vol. 899. – P. 1-14.
    4. Bartosz G. Druga twarz tlenu. Wolne rodniki w przyrodzie / Wyd. Naukowe, PWN, Warszawa, – 2003. – С. 66-91.
    5. Донцов В. И. Активные формы кислорода как система: значение в физиологии, патологии и естественном старении / В. И. Донцов [и др.] // Труды ИСА РАН – 2006. –Т. 19. – С 50-69.
    6. Меньщикова Е. Б. Окислительный стресс. Прооксиданты и антиоксиданты / Е. Б. Меньщикова // Слово, Москва, – 2006. – С. 556.
    7. Los M. Hydrogen peroxide as a potent activator of T lymphocyte functions / M. Los [et al.] // Eur. J. Immunol. – 1995. – Vol. 25. – P. 159-165.
    8. Sies H. Oxidative Stress: from basic research to clinical application / H. Sies // Am. J. Med. – 1991. – Vol. 91. – P. 31-38.
    9. Babior B. M. The respiratory burst oxidase and the molecular basis of chronic granulomatous disease / B. M. Babior // Am. J. Hematol. – 1991. –Vol. 37. – P. 263-266.
    10. Kinnula V. L. Antioxidant defense mechanisms in human neutrophils / V. L. Kinnula [et al.] // Antioxid. redox signal. – 2002. – Vol. 4, №1. – P. 27-34.
    11. Czajka A. Wolne rodniki tlenowe a mechanizmy obronne organizmu / A. Czajka // Nowiny Lekarskie. – 2006. – Vol. 75, №6. – P. 582-586.
    12. Lushchak V. I. Free radical oxidation of proteins and its relationship with functional state of organisms / V. I. Lushchak // Biochem. (Mosc.). – 2007. – Vol. 72. – P. 809-827.
    13. Sandhu S. K. Mitochondrial electron transport chain complexes in aging rat brain and lymphocytes / S. K. Sandhu, G. Kaur // Biogerontol. – 2003. –Vol. 4, №1. – P. 19-29.
    14. Yoon K. Differential activation of wild-type and variant forms of estrogen receptor alpha by synthetic and natural estrogenic compounds using a promoter containing three estrogen-responsive elements / K. Yoon, L. Pallaroni, M. Stoner, K. Gaido, S. Safe // J. Steroid. Biochem. Mol. Biol. – 2001. – Vol. 78. – P. 25-32.
    15. Осипов А. Н. Активные формы кислорода и их роль в организме / А. Н. Осипов, О. А. Азизова, Ю.А. Владимиров // Успехи. биол. химии. – 1990. – Т. 31. – С. 180-208.
    16. Кулинский В. И. Активированные формы кислорода и оксидативная модификация макромолекул: польза, вред и защита / В. И. Кулинский // Соросовский общеобразовательный журнал. – 1999. – № 1. – С. 2-7.
    17. Puzanowska-Tarasiewicz H. Reaktywne formy tlenu / H. Puzanowska-Tarasiewicz, B. Starczewska, L. Kuźmicka // Bromat. Chem. Toksykol. – 2008. – Vol. XLI, №4. – P. 1007-1015.
    18. Зайцев В. Г. Методологические аспекты исследований свободнорадикального окисления и антиоксидантной системы организма / В. Г. Зайцев // Вестн. Волгоградск. мед. акад., Волгоград. – 1998. – Вып. 4. – С. 49-53.
    19. Dat J. Dual action of the active oxygen species during plant stress responses / J. Dat, S. Vandenabeele [et al.] // Cell. Mol. Life Sci. – 2000. – V. 57. – P. 779-795.
    20. Mitteler R. Oxidative stress, antioxidants and stress tolerance / R. Mitteler // Trends in Plant Sci. – 2002. – Vol. 7, №9. – P. 405-410.
    21. Марри Р. Биохимия человека: в 2-х томах / Р. Марри, Д. Греннер, П. Мейес, В. Родуэлл // Мир, Москва, 1993. – Т. 1 – С. 384.
    22. Владимиров Ю. А. Свободные радикалы в биологических системах / Ю. А. Владимиров // Соросовский общеобразовательный журнал. – 2000. –Т. 6, №12. – С. 13-19.
    23. Majewska M. Flawonoidy w profilaktyce i terapii / M. Majewska, H. Czeczot // Farm. Pol. – 2009. – Vol. 65, №5. – P. 369-377.
    24. Małolepszy U. Flawonoidy roślinne jako związki biochemicznie czynne / U. Małolepszy, H. Urbanek // Wiad. botan. – 2000. – Vol. 44, №3. – P. 27-37.
    25. Cao G. Antioxidant and prooxidant behavior of flavonoids: Structure-activity relationships / G. Cao, E. Sofic, R. L. Perior // Free Radic. Biol. Med. – 1997. – Vol. 22. – P. 749-760.
    26. Valko M. Free radicals and antioxidants in normal physiological functions and human disease / M. Valko, D. Leibfritz [et al.] // Int. J. Biochem. Cell. Biol. – 2007. – Vol. 39. – P. 44-84.
    27. Miller E. Rola flawonoidów jako przeciwutleniaczy w organizmie człowieka / E. Miller [et al.] // Pol. Merk. Lek. – 2008. – Vol. 144. – P. 556-560.
    28. Hart P. J. A structure-based mechanism for copper-zinc superoxide dismutase / P. J. Hart, M. M. Balbirnie [et al.] // Biochem. – 1999. – Vol. 38. – P. 2167-2178.
    29. Borgstahl G. E. The structure of human mitochondrial manganese superoxide dismutase reveals a novel tetrameric interface of two 4-helix bundles / G. E. Borgstahl, H. E. Parge, [et al.] // Cell – 1992. – Vol. 71. – P. 107-118.
    30. Jaruga Р. Supplementation with antioxidant vitamins prevents oxidative modification of DNA in lymphocytes of HIV-infected patients / P. Jaruga, B. Jaruga [et al.] // Free radic. biol. med. – 2002. – Vol. 32, №5. – P. 414-420.
    31. Sharma S. Biochemical evaluation of lipid and oxidative stress status in relation to high fat–high antioxidant diets / S. Sharma, R. Sharma // Indian J. exp. biol. – 2001. – Vol. 39, №11. – P. 1180-1183.
    32. Ostrowska, J. Aktywność biologiczna flawonoidów / J. Ostrowska, E. Skrzydlewska // Postępy Fitoterapii. – 2005. – Vol. 16. – P. 71-79.
    33. Ponczek M. B. Oddziaływanie reaktywnych form tlenu i azotu z białkami / M. B. Ponczek, B. Wachowicz // Post. Biochem. – 2005. – Vol. 51. – P. 140-145.
    34. Zabłocka A. Dwa oblicza wolnych rodników / A. Zabłocka, M. Janusz // Postępy Hig. Med. Dosw. – 2008. – Vol. 62. – P. 118-124.
    35. Dzeikala Aliaksandr

      FREE RADICALS AND THEIR EFFECTS ON CELLS OF LIVING ORGANISMS

      One of the basic mechanisms of cell damage is increase of the content active oxygen species. These compounds form the integral part of cellular metabolism. Normally they perform important safety, regulatory functions. This level of reactive forms of oxygen species in the cell is regulated by antioxidant system. In case of interruption the function of the antioxidant develops oxidative stress. The oxidative stress entails the interruption of the cell processes as: the proliferation, differentiation, apoptosis that can induce the development of malignant neoplasms.

      www.inter-nauka.com