Студопедия
Случайная страница | ТОМ-1 | ТОМ-2 | ТОМ-3
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатика
ИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханика
ОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторика
СоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансы
ХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника

Значение активации процессов липопероксидации в дестабилизации биологических мембран, нарушениях структуры и функции клеток

Читайте также:
  1. A. ФУНКЦИИ КНОПОК БРЕЛКА
  2. DПонятиеdиdзначение государственных гарантий на гражданской службе
  3. DПонятиеdиdзначениеdгосударственныхdгарантийdнаdгражданскойdслужбе
  4. I. Сближение и дистантное взаимодействие половых клеток
  5. I.9.1.2.1. Люминол-зависимая ХЛ клеток
  6. I.9.1.2.2. Люцигенин-зависимая ХЛ клеток
  7. I.I. Влияние на работоспособность периодичности ритмических процессов в организме.

Говоря о значимости индукции образования избыточных концентраций свободных радикалов в целом для организма, нельзя не остановиться на проблемах свободно радикального ПОЛ, так как эти два процесса неразрывно связаны.

В процессе ПОЛ выделяют следующие стадии развития: инициирование, продолжение, развитие и обрыв цепей окисления липидов.

В то же время свободные радикалы чаще всего образуются при окислении ненасыщенных жирных кислот.

Как указывалось выше, инициаторами ПОЛ служат высокоактивные формы кислорода: супероксидный анион-радикал, гидроксильный радикал, перекись водорода, синглетный кислород. АФК вступают во взаимодействие с ПНЖК: линолевой, линоленовой, арахидоновой — важнейшими компонентами фосфолипидов биологических мембран. В молекуле арахидоновой кислоты имеется наибольшее количество двойных связей, поэтому она легче подвергается свободнорадикальному окислению. Отрыв атома водорода от молекулы ПНЖК под воздействием АФК легче всего происходит в a-положении по отношению к двойной связи, что приводит к перемещению этой двойной связи с образованием диенового конъюгата.

Дальнейшая реакция с молекулярным O2 ведет к внедрению его в молекулу ПНЖК с образованием перекисного радикала. В последующем реакция перекисного радикала ROO· с другой молекулой ПНЖК приводит к появлению перекиси этой кислоты и нового радикала R1, поддерживающего свободнорадикальное окисление по цепному механизму.

Следует отметить, что гидроперекиси липидов (ROOH) теряют свою стабильность в присутствии Fe2+, распадаясь с образованием радикалов RO· и OH·. При дальнейшей окислительной дегенерации RO· в клетке образуются высокотоксичные продукты ПОЛ — альдегиды, кетоны, спирты, накопление которых приводит к повреждению и гибели клеток.

Таким образом, схема повреждения клетки свободными радикалами в результате ПОЛ ее мембран может быть представлена следующим образом:

1) формирование АФК, прежде всего, гидроксильного радикала, обладающего максимальной реактогенностью, под влиянием различных инициирующих факторов инфекционной и неинфекционной природы;

2) извлечение водорода из боковых цепей ненасыщенных жирных кислот с образованием углеродсодержащего радикала и H2O;

3) взаимодействие углеродсодержащего радикала с молекулярным кислородом с образованием перекисного радикала RCOORC + O2 → RCOO;

4) извлечение водорода из боковой цепи ненасыщенных жирных кислот пероксидным радикалом с образованием липидной гидроперекиси и еще одного углеродсодержащего радикала;

5) липидные гидроперекиси увеличивают концентрацию цитотоксических альдегидов, а углеродсодержащий радикал поддерживает реакцию формирования пероксидных радикалов по цепочке.

Ферментативное перекисное окисление осуществляется гемсодержащей циклоксигеназой и содержащей негемовое железо липоксигеназой, субстратом которых является арахидоновая кислота. Последняя образуется в процессе расщепления мембранных фосфолипидов под влиянием фосфолипазы A2 лизосомального происхождения, активируемой под влиянием разнообразных патогенных факторов, в том числе и инфекционных, а также на фоне развития гипоксии, ишемии, некомпенсированных сдвигов кислотно-основного и электролитного баланса клеток, воздействия стрессорных раздражителей.

Гемсодержащая циклоксигеназа образует эндоперекиси арахидоната при биосинтезе простагландинов, простациклинов и тромбоксанов. Метаболиты липоксигеназного пути — лейкотриены A4, B4, C4, D4, образуются главным образом в лейкоцитах, тромбоцитах. В ретикулоцитах липоксигеназа обеспечивает деградацию митохондриальной мембраны при их превращении в эритроциты.

В нейтрофилах и других клетках крови имеются кальцийзависимая и кальцийнезависимая формы липоксигеназы, которые функционируют с образованием радикального интермедиата. Активность липоксигеназы поддерживается β‑липопротеидами, подавляется арахидоновой и другими ненасыщенными жирными кислотами, токоферолом.

Субстратами животных липоксидаз могут быть эфиры холестерина. Липоксигеназа и циклоксигеназа инактивируются избытком своих продуктов — перекисей арахидоната. Ферментативное перекисное окисление компартментализировано физиологически, а неферментное свободнорадикальное окисление структурно не упорядочено и может индуцироваться в любом компартменте клетки, приводя к разрушению не только липидов, но и белков, нуклеиновых кислот, углеводов.

ПОЛ в основном затрагивает фосфолипиды мембран клеток и поэтому вызывает выраженные нарушения мембранного транспорта.

Касаясь патологических эффектов воздействия продуктов ПОЛ, следует отметить, что накопление в гидрофобном слое мембран клеток гидрофильных группировок ROOH вызывает появление своеобразных пор, резко нарушает мембранный транспорт, в том числе и селективный.

Одновременно имеет место повреждение мембраносвязанных ферментов с ингибированием их активности, что приводит к нарушению трансмембранного переноса ионов, аминокислот, глюкозы с последующим нарушением трофики, электрогенеза, возбудимости и функциональной активности клеток. Индуцируемое свободными радикалами повреждение клеточных мембран неизменно сопровождается увеличением концентрации свободного кальция в цитозоле за счет снижения работы кальциевых насосов и патологического открытия пор и кальциевых каналов в цитоплазматических мембранах. Одновременно усиливается освобождение кальция из внутриклеточных депо — митохондрий и эдоплазматического ретикулума. Мембранопротекторные и метаболические эффекты многих природных и синтетических антиоксидантов реализуются за счет эффективного воздействия на трансмембранный перенос кальция и нормализацию его внутриклеточного содержания.

Обращает на себя внимание тот факт, что цитотоксические эффекты различны у различных соединений, относимых к АФК. Известно, что супероксидный анион-радикал дает ограниченный токсический эффект и скорее является восстанавливающим, чем окисляющим агентом. Перекись водорода оказывает ограниченное повреждающее действие, вызывая, в частности, нарушение гомеостаза Ca2+ в клетке. Гидроксильный радикал считается наиболее активной формой O2, поскольку он чрезвычайно реактогенен по отношению ко всем макромолекулярным соединениям клетки, включая ДНК, белки, липиды, углеводы. Константа скорости окисления липидов для HO· составляет 10-9М-1с-1, что в 106 раз выше, чем для супероксидного анион-радикала. Гидроксильный радикал является не только самым реактогенным, но и самым короткоживущим. Супероксидный анион-радикал и перекись водорода (H2O2) относятся к наиболее стабильным соединениям, могут диффундировать с места их генерации через клеточные и внутриклеточные мембраны путем прямой диффузии либо по анионным каналам. Реакционная способность АФК может меняться в зависимости от места их генерации. Так, активность супероксидного анион-радикала возрастает в гидрофобном окружении. Биологическая активность АФК связана с синтезом простагландинов, лейкотриенов, тромбоксанов, а также с окислительной модификацией белков, нуклеиновых кислот, липидов.

Степень выраженности окислительной модификации макромолекул под влиянием АФК зависит от соотношения емкости антиоксидантной системы и интенсивности образования прооксидантов.

Следует отметить, что характер вызываемых свободными радикалами повреждений определяется не только агрессивностью продуцируемых радикалов, но и структурными и биохимическими особенностями объектов воздействия. Так, во внеклеточном пространстве свободные радикалы разрушают гликозаминогликаны основного вещества соединительной ткани, что приводит к развитию деструктивного процесса.

Как известно, цитопатогенное действие АФК на молекулы клетки может быть обусловлено прямым ковалентным связыванием с белками мембран или опосредованным через активацию процессов ПОЛ.

Взаимодействуя с белками, АФК снижают уровень мономеров, образуют продукты белковой интеграции и липопротеиновые комплексы. Образование межмолекулярных белковых сшивок, скорее всего, не связано с окислением сульфгидрильных групп, а обусловлено соединениями типа альдегидов, выступающих в качестве сшивающих агентов. Степень устойчивости белков к цитопатогенному воздействию АФК зависит от аминокислотного состава белка, причем наиболее чувствительны циклические и серусодержащие аминокислоты, в частности цистеин и цистин, а наиболее устойчивы — пролин и оксипролин. Однако под действием HO-радикалов гидролизируются и устойчивые белки.

Характер окислительной модификации белка зависит от типа АФК. Так, радикал OH· чаще вызывает агрегацию белков, а в комбинации с супероксидным анион-радикалом или O2 — фрагментацию. В процессе агрегации белков под влиянием АФК образуются димеры, тримеры, тетрамеры. Установлено, что образование 90 % агрегатов белков под действием HO· обусловлено не образованием C–C связей, а битирозинобразованием.

Процесс фрагментации белка под влиянием OH· или супероксидного анион-радикала связан с отщеплением H+ от карбоксильной группы аминокислот за счет OH· с последующим образованием перекисных соединений, при взаимодействии с супероксидным анион-радикалом или O2 фрагментация белков сопровождается образованием низкомолекулярных фрагментов, 98 % которых имеют ММ около 5 кДа.

Комбинация OH· и супероксидного анион-радикала вызывала изменение первичной, вторичной и третичной структуры белков. Окислительным превращениям подвергаются все аминокислоты, но особенно триптофан, тирозин, гистидин.

Одним из проявлений токсического действия АФК является окислительная модификация около 240 различных ферментов под влиянием свободных радикалов O2.

Касаясь значимости отдельных типов АФК в инактивации ферментов, следует отметить, что H2O2 вызывает инактивацию СОД, ацетил-КоА-гидролазы, каталазы и миелопероксидазы, цитохрома P-450.

Обнаружено инактивирующее действие OH· на активность ГПО, гексокиназы, лактатдегидрогеназы, трипсина, химотрипсина.

Супероксидный анион-радикал ингибирует активность каталазы, ацетилхолинэстеразы, ГПО и других ферментов.

Интенсивность окислительной модификации белков определяется особенностями аминокислотного состава белка. Акцепторными группами, способными захватывать электроны при взаимодействии с АФК и образовывать анион-радикалы, служат дисульфидные, сульфгидрильные, карбонильные, карбоксильные и аминогруппы. Среди аминокислот наибольшей реакционной способностью обладают цистеин и цистин. Показано, что триптофан, гистидин, серосодержащие аминокислоты обладают реакционной способностью по отношению к продуктам миелпероксидазы, в том числе HClO. Известно, что фрагментацию белков могут вызывать радикалы липидов.

Увеличение содержания АФК сопровождается разрушением основных ферментов антиоксидантной защиты за счет окислительной модификации и инактивации ферментов-антиоксидантов. Последнее приводит к истощению антиоксидантной системы и гибели клеток. Показано, что три основных фермента — СОД, каталаза, ГПО инактивируются последовательно. Каждый из этих ферментов защищает друг друга от повреждающего воздействия АФК. Так, СОД, разрушая супероксидный анион-радикал, снижает тем самым восстановление Fe3+ и возможность образования радикала OH·. Каталаза и ГПО предохраняют СОД от инактивации, устраняя H2O2.

В физиологических условиях и в условиях патологии возможно так называемое металлокатализируемое окисление белков, затрагивающее ту часть белковой молекулы, которая участвует в связывании металлов переменной валентности (Fe, Cu). К числу таких белков относят ряд ферментов: ацетилхолинэстеразу, алкогольдегидрогеназу, каталазу, СОД, креатинкиназу, пируватдегидрогеназу, лактатдегидрогеназу.

К металлокатализируемому окислению чувствительны пролин, гистидин, агринин, лизин, что приводит к разрыву пептидных связей, снижению изоэлектрической точки белка. АФК вызывают окислительную деградацию белков в интактных клетках и интрацеллюлярных органеллах, так как окисленные белки служат субстратом действия для протеолитических ферментов (трипсина, химотрипсина, пепсина, катепсина D, субтилопептидазы A).

Скорость оборота внутриклеточных белков зависит от соотношения окисленной модификации белков с последующим их протеолизом и синтеза их de novo.

Окислительная модификация белков — один из ранних признаков поражения тканей при оксидативном стрессе, воспалительных процессах, при ишемии, реперфузионном синдроме, атеросклерозе, при старении организма.

Как известно, цитотоксические эффекты АФК могут приводить к модификации, разрыву нитей ДНК и соответственно к возникновению хромосомных мутаций. Высокую реактогенность в отношении ДНК проявляют радикалы OH·, быстро реагирующие с дезоксирибозой и азотистыми основаниями ДНК в водных растворах.

Продукты липопероксидации, в частности МДА, контролируют клеточное деление на стадии репликации ДНК.

Касаясь функциональной значимости избыточного накопления свободных радикалов и продуктов липопероксидации в крови и тканях в условиях патологии, следует отметить универсальность повреждающего действия на клеточные структуры различных органов и тканей и полиморфизм клинических проявлений на клеточном, органном, системном уровнях.

Установлено, что АФК способствуют переходу протромбина в тромбин, что приводит к развитию гиперкоагуляции. Выяснено, что усиление продукции АФК различными химическими соединениями способствует десиализации мембран эритроцитов. При этом обнажаются терминальные остатки β‑галактозы, которые входят в антиген Томпсена-Фриденрейха, являющийся сигналом для разрушения и удаления объекта из организма.

Воздействие кислородных радикалов на ДНК служит промотором соматических мутаций, канцерогенеза.

Как известно, важнейшая роль в регуляции активности клеток различной локализации, в том числе тромбоцитов, эндотелиальных клеток, клеток мононуклеарной фагоцитирующей системы, печени, играющих важную роль в регуляции коагуляционного потенциала крови, отводится рецепторному аппарату, обеспечивающему трансформацию сигнала. Под влиянием АФК возникает сбрасывание фрагментов мембран, так называемый шеддинг. В числе сбрасываемых компонентов мембран имеются и ганглиозиды — важнейшие составные компоненты многих мембранных рецепторов. При этом, с одной стороны, нарушается нервная и гуморальная регуляция функциональной активности клеток. С другой стороны, ганглиозиды, обладая иммуногенной активностью, стимулируют через липоксигеназу цитотоксичность лимфоцитов.

В последние годы высказывается точка зрения о значении активации процессов пероксидации в развитии аутоиммунных заболеваний, поскольку перекисная деструкция белков, нуклеиновых кислот, липидов приводит к образованию значительного количества вторичных аутоантигенов.

В экспериментальных исследованиях показано, что активация процессов липопероксидации в условиях индукции микросомального окисления феноксигербицитом сопровождалось развитием цитолиза макрофагов. Использование комплекса витаминов-антиоксидантов (А, С, Е) обеспечивало мембранопротекторный эффект и повышение функциональной способности макрофагов.

Избыточное образование свободных радикалов составляет основу так называемой теории свободно радикального старения, имеющей солидную экспериментальную основу.

В ряде работ имеются указания на наличие прямой коррелятивной взаимосвязи процессов липопероксидации, дестабилизации биологических мембран и расстройств коагуляционного потенциала крови.

Резюмируя в целом приведенные выше данные литературы о функциональной и метаболической значимости активации процессов липопероксидации при различных формах патологии инфекционной и неинфекционной природы необходимо акцентировать внимание на следующих закономерностях:

1. Дестабилизация цитоплазматических мембран в связи со структурными изменениями белковых и липидных компонентов приводит к нарушениям трансмембранного переноса ионов, электролитного баланса клеток, их возбудимости. Одновременно возникает утрата мембранных рецепторов, гуморального и нервного контроля за внутриклеточной метаболической активностью.

2. Дестабилизация лизосомальных мембран клеток на фоне активации процессов липопероксидации, повышение активности протеаз, фосфолипаз сопровождается каскадом реакций активации циклоксигеназной и липоксигеназной систем, усилением синтеза лейкотриенов, простагландинов, тромбоксана, активацией калликреин-кининовой системы, расстройствами коагуляционного потенциала крови, реологии, микроциркуляции. В процессе метаболизма избыточных концентраций эйкозаноидов, простаноидов, дефицита кислорода в тканях образуется новый пул свободных радикалов, процесс приобретает замкнутый и в ряде случаев необратимый характер.

3. Избыточное образование свободных радикалов может индуцировать развитие генных и хромосомных мутаций, канцерогенеза, ускорение процессов старения организма.

4. Активация процессов липопероксидации при заболеваниях инфекционной природы, с одной стороны, усиливает цитопатогенные эффекты бактериальных токсинов, а с другой стороны, способствует образованию вторичных аутоантигенов и трансформации токсической фазы инфекционного процесса в аллергическую.

Выяснение особенностей нарушения взаимосвязи прокоагулянтной, антикоагулянтной и фибринолитической систем, активации процессов липопероксидации при бактериальных инфекциях и интоксикациях, в частности при холерной, позволит разработать патогенетически обоснованные принципы медикаментозной коррекции вторичных неспецифических метаболических расстройств, коагуляционного потенциала крови, микроциркуляции, оксигенации и трофики тканей и соответственно предотвратить развитие полиорганной недостаточности, свойственной эндотоксиновому шоку.

 

 


Дата добавления: 2015-07-17; просмотров: 147 | Нарушение авторских прав


<== предыдущая страница | следующая страница ==>
Свободнорадикального окисления| Приложение……………………………………………………………………….

mybiblioteka.su - 2015-2024 год. (0.01 сек.)