Глава 2. Молекулярные Механизмы взаимодействия озона c компонентами живых клеток
2.1.Озонолиз
Взаимодействие молекулы озона с любым компонентом клетки предполагает каскад реакций, начиная с озонолиза с образованием озонидов и свободных радикалов и кончая образованием пероксидов, трансформирующихся в спирты, альдегиды и кислоты (Рис.10).
|
Рис.10. Реакции озона в живом организме (озонолиз) |
Реакция с органическими молекулами, содержащими непредельные группы, известна как реакция Криге (Рис.10). В результате происходит разрушение двойной связи и расщепление озоновой молекулы. Вначале озон присоединяется по месту двойной связи с образованием первичного озонида, который затем расщепляется по связям О-О и С-С. Озон разрывает также и ковалентную связь, образуя первичный озонид, но это происходит гораздо медленнее. Первичный озонид может превращаться разными путями. Наиболее известна реакция образования короткоживущего дирадикала Криге и карбонила. Путем рекомбинации радикал Криге и карбонил преобразуются во вторичный озонид, который затем превращается в спирты, альдегиды и карбонильные кислоты.
C участием воды реакция идет иначе: из первичного озонида или дирадикала Криге образуется гидроксигидропероксид, который распадается на карбонил и перекись водорода (Рис. 11).
|
Рис.11. Образование гидроксигидропероксида из первичного озонида |
Наибольшее значение реакции озонолиза имеют для модификации мембранных липидов. Озон реагирует с двойными связями липидов на основе глицерофосфохолина, в результате образуются озониды. Максимальное количество озонидов возникает, если этерифицированные фосфолипиды имеют полиненасыщенные эфирные ацильные группы. Затем озониды распадаются на альдегид и производные карбоновой кислоты. Характерным продуктом распада липидов является малонилдиальдегид или малондиальдегид [СН2(СНО)2], по концентрации которого определяют глубину распада липидов.
2.2. Реакции озона с индивидуальными компонентами
клеток
2.2.1. Реакции озона с липидами.Перекисное окисление липидов
В
живых клетках при определенных условиях
активно протекают процессы перекисного
окисления липидов, которое начинается
только в том случае, если в
системе
появляются свободные радикалы. Озон
может индуцировать перекисное окисление,
поскольку генерирует радикалы, в
отсутствии которых цепной процесс не
идет. В результате реакции озонолиза,
например, появляется перекись водорода,
при разрушении которой образуются две
частицы - гидроксиланион (ОН)
и гидроксилрадикал (
).
Гидроксилрадикал обладает очень высокой
химической активностью и может участвовать
в реакции инициирования перекисного
окисления липидов в биологических
мембранах.
Элементарные процессы перекисного окисления липидов включают пять стадий:
1. Инициация (гидроксилрадикал воздействует на любое соединение R1Н)
2.
Зарождение цепи (окисление радикала).
При взаимодействии радикала (
1)
с молекулой органического вещества
(RН) образуются новый радикал (
)
и новая молекула вещества R1Н
3.
Продолжение свободнорадикальной цепи,
где новообразованный радикал
быстро взаимодействует с О2,
образуя пероксирадикал
4. Разветвление цепи, поскольку атакует ненасыщенные липиды (RH) и образуется новый радикал , который способствует продолжению окислительной цепи
(Возникающие
в результате окисления органические
перекиси также могут включаться в
процесс генерации радикалов).
5. Обрыв цепи окисления, который происходит в результате рекомбинации части радикалов и в молекулярные продукты
или при взаимодействии с антиоксидантами.
В ходе цепного окисления липидов первичными молекулярными продуктами являются перекиси (реакция 4), причем все образовавшиеся перекиси представляют собой гидроперекиси типа RООН. Липидные перекиси обладают высокой химической активностью и оказывают отрицательное действие на живые организмы. К вторичным продуктам окисления липидов относятся спирты, эпоксисоединения, альдегиды, кетоны, кислоты, кетоэфиры и другие соединения.
Из всего вышесказанного можно заключить, что перекисное окисление липидов представляет собой многоступенчатый процесс их окислительной деградации, в ходе которого образуются промежуточные высокоактивные молекулярные продукты, а также низкомолекулярные конечные соединения. Механизм перекисного окисления липидов отличается от озонолиза. Хотя при продолжительном действии озона и высокой его концентрации при перекисном окислении и при озонолизе образуется малонилдиальдегид, но в целом состав продуктов реакции значительно отличается. В конечном итоге цепная реакция окисления липидов приводит к убыли недоокисленных жирных кислот, потреблению кислорода и накоплению гидроперекисей.
Реакции озонолиза и перекисного окисления возможны для всех органических веществ, обладающих двойными связями, а, следовательно, практически со всеми важнейшими для жизнедеятельности клеток веществами - непредельными и ароматическими углеводородами, липидами, моно-, ди- и полисахаридами, белками и т.п.
Среди конечных продуктов перекисного окисления липидов значительную часть составляют низкомолекулярные легколетучие углеводороды. Их качественный состав и соотношение образующихся низкомолекулярных углеводородов зависит от жирной кислоты, подвергшейся перекисному окислению. Например, из олеиновой кислоты образуется этан, линолевой - преимущественно пентан, линоленовой - этан, изомеров линоленовой и арахидоновой - пентан. Примерно один процент углеродного скелета органического вещества в растительной клетке может быть выделен в виде летучих углеводородов, среди них, кроме выше указанных соединений, еще найдены гексаналь и этилен, как продукты перекисного окисления липидов. Длину цепи выделяемого летучего углеводорода определяет локализация двойной связи жирных кислот наиболее отдаленной от карбоксильной группы. Нелетучий же малонилдиальдегид, как продукт перекисного окисления липидов, образуется только тогда, когда в жирной кислоте имеются по крайней мере три двойные связи. Часто озонолиз и перекисное окисление могут быть и независимыми реакциями с липидами. Например, олеиновая кислота подвергается только озонолизу, а линоленовая и ленолевая и озонолизу и перекисному окислению с образованием разных продуктов в этих реакциях.