Лекция_3_Регуляция и патология липидов. Метаболизм липидов регуляция и патология липидного обмена
 Скачать 4.19 Mb.
|
|
H + с появлением гидропероксид радикала HO 2 • , либо электрона с образованием пероксид аниона O 2 2– В следующем шаге восстановления, наоборот, присоединяется либо электрон, либо ион H + и образуется гидропероксид анион HO 2 – , который далее восстанавливается до пероксида водорода H 2 O 2 Реакции образования гидроксил-радикала Пероксид водорода является нейтральным соединением и поэтому легко проходит через клеточные мембраны. Ковалентная связь между атомами кислорода в H 2 O 2 может разрываться при воздействии ионизирующего или ультрафиолетового излучения, при спонтанном взаимодействии с ионом железа Fe 2+ ( реакция Фентона ) или с супероксид анион- радикалом ( реакция Haber-Weiss, Хабера-Вайса ). При физиологических условиях реакция Хабера-Вайса идёт крайне медленно, но её способны ускорять металлы с переменной валентностью : ( Fe 2+ / Fe 3+ ; Cu + / Cu 2+ ) Активные формы кислорода Синглетный кислород 1 O 2 Возбужденная и мутагенная форма кислорода, генерируется при поглощении энергии радиации или солнечного света. Супероксид анион-радикал О 2 2–• Формируется, когда кислород восстанавливается при переносе одного электрона на его внешнюю оболочку. Основной источник – дыхательная цепь электронов. Разрушительная активность невелика. Гидроксил радикал HO • Наиболее активный кислородный радикал, реагирующий с большинством биомолекул. Является основным повреждающим агентом в радиобиологическом поражении всех типов макромолекул: углеводородов, нуклеиновых кислот (возникновение мутаций), липидов, белков. Пероксид водорода Н 2 О 2 Стабильная активная форма кислорода. Легко проникает через клеточные мембраны. Образуется в клетке при участии ферментов оксидаз. И, наоборот, пероксидазы используют пероксид водорода в качестве одного из субстратов в реакциях окисления. Является основным источником очень агрессивного гидроксил-радикала. Липоперекисный радикал L-OO • Образуется в процессе перекисного окисления липидов (ПОЛ) и является его промежуточным метаболитом. Активно участвует в разветвлении и развитии процесса ПОЛ. Липопероксид L-OOH Является конечным продуктом перекисного окисления липидов. При определенных воздействиях способен вновь превращаться в радикальную форму. Гипохлорная кислота Гипохлорит-анион HOCl OCl – Секретируется полиморфонуклеарами в фаголизосомы как главный бактерицидный агент. Может проходить сквозь мембраны и вносить вклад в развитие воспалительных повреждений. Оксинитрит анион (оксид азота) NO Газообразный радикал, образуется из аргинина . Его синтез стимулируется цитокинами (фактором некроза опухоли, интерлейкинами) и физическими упражнениями. Также, согласно одной из функций, называется эндотелиальным расслабляющим фактором. Снижение его продукции снижает микробицидную и противоопухолевую активность макрофагов. Пероксинитрит анион ONOO – Образуется в реакции оксида азота и супероксид аниона. Способен повреждать широкий круг веществ, включая ДНК и белки. Участвует в переходе клетки в процесс Образование свободных радикалов 1. Одним из источников случайных АФК является дыхательная цепь митохондрий . Все её комплексы (особенно коэнзим Q ) способны "терять" электроны, которые используются для образования АФК Стимулами к появлению АФК являются гипоксия, ингибиторы дыхательных ферментов и АТФ -синтазы, всё, что замедляет скорость движения электронов и передачу их на кислород на 4-м комплексе дыхательной цепи . Это приводит к передаче электронов на кислород на более ранних этапах, так как у других дыхательных ферментов имеется большее сродство к кислороду , которое в норме слабое. Наиболее чувствительным к окислению кислородом оказывается убихинон (коэнзим Q). Его промежуточная, неполностью восстановленная форма (семихинон), окисляется как при высокой концентрации кислорода , так и при низкой ( влияние гипоксии ). Образование свободных радикалов 2. Некоторое количество АФК синтезируется с участием цитохромов Р450 и b5 в микросомальном окислении Это окисление происходит в мембранах эндоплазматического ретикулума всех тканей (кроме мышечной) и используется при синтезе и метаболизме ряда веществ ( желчных кислот, эйкозаноидов, холестерола, стероидных гормонов ), или для окисления ксенобиотиков при их обезвреживании. В одной из реакций происходит спонтанная передача электрона на присоединившийся кислород и образуется супероксид анион-радикал 3. В эритроцитах основным неферментативным источником супероксид анион-радикала является окисление гемоглобина при участии включенной в гем молекулы железа ( Fe +2 ). Гемоглобин превращается в метгемоглобин . Образование свободных радикалов 4. При спонтанной дисмутации двух супероксид анион-радикалов возможно образование синглетного кислорода и пероксида водорода ( Н 2 О 2 ). 5. Радиолиз воды . При действии ионизирующего излучения, молекула воды ионизируется, теряя электрон . Освобождённый электрон присоединяется к соседней молекуле воды Обе ионизированные молекулы воды могут распадаться на ионы H + , HO – и свободные радикалы . Все частицы быстро рекомбинируют друг с другом, получая и отдавая электроны, образуя новые радикалы или ионы Образование активных радикалов ферментами Некоторые ферменты в процессе реакций образуют активные формы кислорода . Свободные радикалы могут быть как продуктами реакций , например, для НАДФ-оксидазы, миелопероксидазы, NO-синтазы , так и побочный продукт реакции ( моноаминоксидаза, лизилоксидаза, ксантиноксидаза, циклоксигеназы, липоксигеназы, оксидазы D- и L-аминокислот ). Образование АФК как главного продукта реакции 1. НАДФН-оксидаза в основном локализуется на плазматической мембране моноцитов и гранулоцитов и играет роль при фагоцитозе Окисляя НАДФН внутри клетки, НАДФН-оксидаза одновременно связывает внеклеточный O 2 и восстанавливает его до супероксид анион-радикала, чем обеспечивает бактерицидный эффект при фагоцитозе . Образование АФК - продукта реакции 2. Миелопероксидаза – гемсодержащий фермент нейтрофилов секретируется ими при фагоцитозе . Образованный в реакции гипохлорит-ион является сильным окислителем, по агрессивности он сопоставим с ОН - радикалом. Гипохлорит-ион реагирует с аминогруппами мембранных белков бактерий с образованием хлораминов . Также, гипохлорит-ионы способны генерировать гидроксил-радикалы в реакции с супероксид- анионом Взаимодействие супероксид аниона и гипохлорной кислоты 3. NO-синтаза – группа НАДФН-зависимых изоферментов , катализирующих сложную реакцию окисления аргинина с образованием оксида азота ( NO ). Существуют несколько форм ферментов : нейрональная, эндотелиальная и индуцируемая (в сердечно-сосудистой и иммунной системах). Образование АФК - продукта реакции 3. NO -синтаза (продолжение) Оксид азота , образованный NO -синтазой , в организме выполняет много функций ( регуляция тонуса сосудов, бактерицидный эффект ). После образования молекула NO при взаимодействии с супероксид анион-радикалом может превращаться в сильный окислитель пероксинитрит-анион Образование АФК жирных кислот Образование гидроперекисей жирных кислот В клетках осуществляются реакции образования органических форм кислородных радикалов – гидроперекисей жирных кислот Гидроперекись способна спонтанно вызывать образование новых свободных радикалов , активируя процессы перекисного окисления липидов ( ПОЛ ). Одним из этих процессов является биосинтез эйкозаноидов: простагландинов, тромбоксанов и лейкотриенов 1. Липоксигеназы – железосодержащие ферменты , присоединяющие два атома кислорода к полиненасыщенным жирным кислотам . Продуктом реакции является гидропероксид жирной кислоты , который в дальнейшем используется для синтеза лейкотриенов , важнейших регуляторов активности лейкоцитов Образование АФК жирных кислот 2. Циклооксигеназы присоединяют к полиненасыщенным жирным кислотам четыре атома кислорода с образованием гидроперекиси – простагландина G ( PgG ), который затем используется на образование других эйкозаноидов : простагландинов, простациклинов и тромбоксанов Тромбоксаны , оказывающие мощное влияние на свойства тромбоцитов и микроциркуляцию , так и остаются гидроперекисями . Активные формы кислорода – побочные продукты Многие такие реакции катализируются оксидазами по схеме : для реакции необходима молекула кислорода О 2 , один атом кислорода от молекулы О 2 включается в структуру субстрата и используется для формирования оксогруппы ( C=O ), другой атом кислорода связывается с H 2 O с образованием H 2 O 2 К таким оксидазам относятся : моноаминооксидаза (митохондрии), оксидазы D- и L-аминокислот (пероксисомы), полиаминоксидазы (пероксисомы), ксантиноксидаза, лизилоксидаза. Моноаминооксидаза, ФАД -содержащий фермент, расположенный на внешней мембране митохондрий, окисляет биогенные амины ( гистамин, серотонин, дофамин ) в альдегиды Реакция, катализируемая моноаминоксидазой ( МАО ) Окисление жирных кислот в мембранах клеток Среди первичных механизмов повреждения клеток при окислительном стрессе лидирует окисление жирнокислотных остатков в фосфолипидах мембран. Основным субстратом для свободно-радикальных реакций являются двойные связи полиненасыщенных жирных кислот. Это снижает их гидрофобность и нарушает устойчивость мембран, изменяет работу мембраносвязанных ферментов, повышает проницаемость мембран для ионов . В результате свободнорадикального окисления жирных кислот образуются гидроперекиси и диеновые конъюгаты (первичные продукты), которые очень нестабильны. При участии металлов переменной валентности они быстро метаболизируют во вторичные ( альдегиды и диальдегиды ) и третичные ( шиффовы основания ) продукты перекисного окисления липидов. Перекисное окисление липидов (ПОЛ) включает несколько стадий: инициация, развитие, разветвление, обрыв цепи. Обрыв цепной реакции п роисходит при взаимодействии радикалов друг с другом или в реакции с различными антиоксидантами , например , витамином Е , который отдаёт электроны, превращаясь в стабильную окисленную форму. Продукты перекисного окисления липидов Первичными продуктами ПОЛ являются гидроперекиси жирных кислот , они подвергаются дальнейшему распаду с образованием вторичных продуктов ПОЛ – различных спиртов, кетонов, альдегидов и диальдегидов, эпоксидов и других соединений. Наиболее реакционноспособным из вторичных продуктов ПОЛ является малоновый диальдегид ( МДА ), который способен образовывать ковалентные связи с NH 2 -группами белков и других молекул с образованием шиффовых оснований . ПОЛ : Роль малонового диальдегида Малоновый диальдегид ( МДА ), образующийся при перекисном окислении липидов , способен реагировать с ε-NH 2 -группами лизина или N-концевыми аминокислотами белков , с NH 2 группами фосфолипидов и гликозаминов МДА формирует мостики внутри молекул и между ними с образованием шиффовых оснований . В конечном результате после окислительной атаки в белках появляются поперечные сшивки внутри одной молекулы, между разными белками, между белками и фосфолипидами. Из-за этого активность ферментов-белков изменяется, возможности структурных и сократительных белков падают, каналообразующие белки мембраны деформируются и проницаемость мембран возрастает, жизнеспособность и функционирование клетки уменьшаются. МДА образует сшивки между белками и фосфолипидами |