Лекция № 2
Повреждение клетки. Роль перекисного окисления липидов в повреждении клетки.
Перекисное окисление липидов (ПОЛ) - это фвтокаталитический процесс, являющийся универсальным механизмом повреждения биологических мембран, в основе которого лежит образование свободных радикалов и гидроперекисей липидов.
В норме, в живом организме, наблюдается низкий, но вполне определенных стационарный уровень ПОЛ. Его биологическое значение заключается в регуляции функциональной активности биологических мембран. Перекиси липидов являются необходимым промежуточным продуктом при биосинтезе гормонов, простогландина Е, гидроксилирования стерольного ядра холестерина, выступает в роли неспецифических участников обмена в фаго- и пиноцитозе.
В условиях патологии ПОЛ выступает в роли механизма повреждения биологических мембран, которое сводится к следующим основным проявлениям:
1. Увеличение проницаемости мембран для ионов.
а) За счет окисления тиоловых (SH) групп в мембранных белках, что приводит к увеличению проницаемости мембран для катионов (например К+);
б) Увеличение протонной проницаемости липидного слоя.
2. Увеличение вязкости мембран вследствии уменьшения количества ненасыщенных жирных кислот, что приводит к угнетению работы мембранных гликопротеинов, например (Са - АТФазы).
3. Снижение разности потенциалов на биологических мембранах. В норме разность потенциалов на мембране нитохондрия может достигать 200 мв (потенциал пробоя). При ПОЛ потенциал пробоя падает до 20 и даже 10 мв. В настоящее время доказано, что снижение разности потенциалов на мембранах клеток, один из основных механизмов нарушения барьерной функции мембран в патологии.
Процессы перекисного окисления липидов в норме регулируются взаимодействием оксидантной и антиоксидантной систем. Чередование процессов ПОЛ продолжается до тех пор, пока свободные радикалы R* и перекисные радикалы не исчезнут в результате обрыва цепи, в результате их нейтрализации.
Реакция обрыва цепи может произойти по одному из следующих механизмов:
1. Образование, а затем разложение перекиси водорода с участием ферментов супероксиддисмутазы и каталазы. Супероксиддисмутаза осуществляет реакцию: . Каталаза разлагает Н2О2 .
2. Взаимодействие радикалов друг с другом: кетон + спирт + О2.
При этом происходит образование возбужденных молекул и имеет место хемолюминисценция (свечение).
3. Взаимодействие радикала с антиоксидантом (JnH)
+ молекула
Антиоксиданты можно разделить на две группы:
1. Биоантиокислители.
2. Синтетические антиокислители.
К биоантиокислителям относятся такие вещества как витамин Е, острогены, витамины группы Р, флавоциоды, аскорбиновая кислота в малых и средних дозах, коэнзим Q, биливердин и билирубин, ряд антибиотиков.
К синтетическим антиокислителям принадлежат следующие препараты: барбитураты, фенолы, пирогалол, фенотиазин и его производные. Антиокислительная активность антиоксидантов связана с наличием у них подвижного атома водорода с ослабленной связью с углеродом (А-Н).
Взаимодействие антиокислителя с радикалом можно представить схемой:
ROO* } { ROOH
R* } + AH { RH + A*
При этом происходит замена активных радикалов субстрата ROO* и R* на малоактивный радикал антиокислителя А*. Этот радикал не способен к продолжению цепи и превращается в стабильные молекулярные продукты за счет полимеризации.
ПОЛ может быть первичным - вследствии непосредственного воздействия оксидантов на фосфолипиды биологических мембран, и вторичным - вследствии хронических процессов, протекающих в организме. Развитие патологического процесса бывает обусловлено избыточным воздействием на организм оксидантов и (или) снижением антиоксидантной системы.
Примерами оксидантов могут служить катехоламины, адреналин, циклические нуклеотиды, неконьюгированные желчные кислоты, аскорбиновая кислота в больших дозах, металлы переменной валентности и прежде всего Fe2+. Свободные радикалы образуются под влиянием ультрафиолетового излучения, ионизирующей радиации.
Общим свойством для всех оксидантов является наличие чрезвычайно высокой окислительной активности. Например, катехоламины могут за счет того, что на определенных этапах их биосинтеза образуются активные формы кислорода, а при окислении адреналина в адренохром возникает семихинон адреналина, который может передавать электрон на кислород и таким образом генерировать образование супероксидного радикала О2.
Механизм ПОЛ можно представить на следующем примере: вначале происходит реакция типа
1) при этом образуется свободный супероксидный радикал О2 который может превращаться в перекись водорода.
2) О2 + О2 +2Н+ Н2О2 + О2, которая при реакции восстановления может давать ион гидроксила.
3) Н2О2 + Fe2+ НО + ОН– + Fe3+ или Н2О2 + О2– НО + ОН– + О2. Гидроксильный радикал чрезвычайно активен. Взаимодействуя с ненасыщенными жирными кислотами (RH), этот радикал отнимает у них электрон с образованием свободного радикала жирной кислоты:
4) ОН + RH H2O + R*. Радикал R* легко связывает молекулярный кислород и образует перекисный радикал липида RO2–. Этот радикал вступает в дальнейшую реакцию цепного окисления, взаимодействуя с новой молекулой жирной кислоты, входящей в состав фосфолипидов биологических мембран.
5) RO2 + RH ROOH + R*. ПОЛ в клетке происходит на уровне биологических мембран: в цитолемме, мембранах лизосом, митохондрий и эндоплазматической сети.
В эксперименте на животных было показано, что ПОЛ может осуществляться двумя путями: неферментативным при участии НАДФ* Н и ферментативными, при участии ферментов - оксидоредуктаз.
В последние годы установлена ведущая роль ПОЛ в развитии большинства патологических процессов, в том числе стресс-реакции и ряда заболеваний патогенетически связанной с ней, таких как ишемическая болезнь сердца, гипертоническая болезнь, язвенная болезнь желудка и двенадцатиперстной кишки, а также в развитии воспаления.
На схеме показаны основные звенья патологической цепи, обусловленной ПОЛ, на примере развития инфаркта миокарда (см. схему). В эксперименте установлено, что можно считать доказанной связь патологического процесса с ПОЛ, если имеют место три явления:
1) Активация ПОЛ в тканях, что сопровождается явлением хемолюминисценции, увеличением продуктов ПОЛ и снижением антиоксидантов.
2) Увеличение степени патологического повреждения при удалении из пищи подопытных животных антиоксидантов. Таким образом, была создана экспериментальная модель так называемого "перекисного" артериосклероза, который развивался у крыс, получавших безантиоксидантную пищу, обогащенную перекисями липидов.
3) Снижение тяжести процесса в результате применения антиоксидантов.
Основные методы оценки ПОЛ в организме:
1. По степени хемолюминисценции тканей.
2. По содержанию промежуточных продуктов ПОЛ:
а) липидные перекиси,
б) диеновые коньюгаты.
3. По содержанию конечных продуктов ПОЛ:
а) малоновый диальдегид (МДА),
б) липофусциноподобный пигмент, который образуется при взаимодействии МДА с лизином и содержит коньюгированные шиффовы основания, дающие характерное свечение при длине волны 345-360 мм.
Принципы патогенетической терапии заболеваний, обусловленных ПОЛ.
1. Назначение антиоксидантов (витамин Е, флавоноиды, витамин С, витамины группы Р).
2. Назначение мембранопротекторов - ингибиторов липаз (никотинамид, хлороквин).
3. Применение блокаторов ионовых каналов Са+ (А 600, верапамил, нефедипин).