I.2.Реакции образования активных форм кислорода

Активные формы кислорода представляют собой атомы или молекулы с неспаренными электронами на внешних орбиталях [22], обладающие высокой реакционной способностью. К АФК относят супероксид анион-радикал (O2 ^-·), перекись водорода (H2O2), оксид азота (NO), пероксинитрит (ONOO ^-·), гидроксил-радикал (OH ^·), гипохлорит (ClO ^-).[55] Однако, к понятию АФК исследователи относят разное число соединений, так или иначе связанных с первичным образованием супероксид анион-радикала.[35]Основным источником всех радикалов в нормально функционирующих клетках является реакция одноэлектронного восстановления молекулярного кислорода, приводящая к образованию супероксид анион-радикала (уравнение 1).[35,55]

O₂ + e– = O₂ ^-· (1) Этот радикал плохо проницаем для клеточной мембраны и, как правило, его действие ограничено клеточным пространством, в котором он образован. Он может подвергаться химическим превращениям в зависимости от его произведенного количества, локализации и близости к другим радикалам и ферментам. Так, отрицательно заряженный супероксид радикал неустойчив в водной среде (период полураспада нескольких секунд) и быстро дисмутирует под действием фермента супероксиддисмутазы (СОД,superoxide dismutase,SOD) с образованием пероксида водорода (уравнение 2).[55]

O₂ ^-· + O₂ ^-· + 2H⁺ = О₂ + H₂О₂ (2) Пероксид водорода является более стабильной АФК, чем супероксидный радикал и обладает большей проницаемостью через клеточную мембрану и, следовательно, является более подходящим агентом для трансдукции сигнала.[35] Супероксид-анион и перекись водорода являются не самыми мощными АФК, приводящими к гибели клеток при дыхательном взрыве, но используются клетками в качестве предшественников для образования более мощных оксидантов.[50] Другим, не менее важным радикалом является оксид азота, образуемый NO­синтазами.[10] O₂ ^-· и NO образуются ферментными системами и поэтому их относят к первичным радикалам. Супероксидный радикал реагирует с оксидом азота со значительно большей скоростью, чем с СОД (константа скорости ~ 7 × 109 моль · л ^{- 1} · с ^-1). Таким образом, оксид азота может вытеснять СОД и реагировать с супероксид анион-радикалом, образуя пероксинитрит - продукт во много раз превышающий токсичность супероксидного радикала; эта реакция также приводит к инактивации NO (уравнение 3).[35]

NO + O₂ ^-· = ONOO ^-· (3) Когда уровень O₂ ^-· довольно высок, он может вступать в реакцию Фентона с железо-серными центрами многих белков, высвобождая железо, которое реагирует с перекисью, в результате чего образуется высокореакционный гидроксил-радикал - продукт трехэлектронного восстановления кислорода (уравнение 4).[35,50]

H₂О₂ + Fe⁺² = Fe⁺³ + OH ^- + OH ^· (4) Также этот радикал может образовываться из перекиси водорода в результате реакции Габера-Вайса (уравнение 5). [4]

H₂О₂ + O₂ ^-· = OH^– + О₂ + OH ^· (5) Реакции образования пероксинитрита и гидроксил-радикалов характерны для оксидативного стресса, ассоциированного с сильным повреждением тканей. [35] Таким образом, супероксид является предшественником для других АФК и выполняет роль посредника при передачи редокс-сигнала, ведущего к изменению транскрипции генов и белков и активности ферментов; он является причиной окислительного повреждения макромолекул, мембран и ДНК, как правило, косвенным путем через образование более токсичных радикалов, таких как пероксинитрит и гидроксил-радикал; также он способен быстро инактивировать оксид азота, тем самым вызывая эндотелиальную дисфункцию.

Дата добавления: 2015-07-15