реферат про ПОЛ. Реферат по теме Перекисные окисления липидов и их роль в повреждении клеточных мембран
 Скачать 121.76 Kb.
|
|
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Новосибирский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБОУ ВО НГМУ Минздрава России) Кафедра медицинской химии Реферат по теме Перекисные окисления липидов и их роль в повреждении клеточных мембран. (обзор литературы) Выполнила: студентка 1 курса лечебного факультета специальности «Лечебное дело», 17 группы Яковлева Ангелина Андреевна Проверила: Преподаватель, старший лаборант, ассистент Наталья Валерьевна Гошко Новосибирск – 2021 Содержание: Введение: понятие перекисного окисления липидов, актуальность 3 стр Основная часть 4-9 стр Заключение 10 стр Список литературы 11 стр Приложение 12-13 стр Введение Перекисное окисление липидов (ПОЛ) ‒ окислительная деградация липидов, происходящая, в основном, под действием свободных радикалов. [1] Перекисное окисление липидов в основном протекает в биологических мембранах как прокариотических, так и эукариотических клетках. Актуальность: как перекисное окисление липидов влияет на целостность клеточной мембраны? Какую биологическую роль несет данный процесс? Проблематика: основные механизмы повреждения клеток обусловливают неспецифические показатели повреждения клеток, используемые в целях диагностики, оценки функционального состояния поврежденных тканей и органов. Клеточные механизмы повреждения являются центральным звеном в возникновении и развитии болезней. Основная часть. Перекисное окисление липидов представляет собой цепную реакцию, происходящую за счет свободных радикалов. Свободные радикалы – это частицы, имеющие один или несколько неспаренных электронов на внешней электронной оболочке (примеры представлены в таблице 1 в Приложении). Наличие неспаренного электрона обуславливает высокую реакционную способность, потому что радикал стремиться приобрести недостающий электрон. В частности два радикала легко соединяются друг с другом, образуя новое соединение. [2] Процесс ПОЛ в различных клетках Источником перекисного окисления липидов преимущественно служат ненасыщенные жирные кислоты. В животных клетках основная роль отводится арахидоновой кислоте (20:4) (структурная формула под номером 2 в Приложении). В бактериальных клетках же в связи с тем, что арахидоновая кислота отсутствует, в процесс перекисного окисления липидов вовлекается пальмитоолеиновая кислота (16:1) (структурная формула под номером 3 в Приложении) и очень редко цис – вакценовая (18:1) (структурная формула под номером 4 в Приложении). Эти кислоты окисляются и отдают электрон свободному радикалу, в свою очередь образуется свободный радикал жирной кислоты и та в свою очередь забирает один электрон у другой жирной кислоты и запускается цепная реакция, которая вначале развивается медленно, но по мере вовлечения других молекул жирных кислот скорость реакции резко ускоряется. Теоретически данная реакция будет продолжаться до тех пор, пока будут в мембране находиться такие вещества, которые могут превращаться в свободные радикалы. А, говоря более простым языком пока не окисляться все жирные кислоты и другие липоиды, способные к окислению. В нормальных условиях этого не происходит, так как в организме существуют специальные вещества и механизмы способные регулировать данные процессы - ингибиторы. Подобные вещества называют антиоксидантами, а систему с ферментами называют антиоксидантной системой. [2] Стадии перекисного окисления липидов. Перекисное окисление липидов включает в себя несколько стадий: Инициация. Развитие. Разветвление. Обрыв цепи. 1 стадия ПОЛ. В момент инициации, например, гидроксил-радикалом атакуется метиленовая группа, расположенная между двойными связями, и выбивается атом водорода, восстанавливающий гидроксил-радикал до воды. Далее в жирной кислоте происходит перестановка двойной связи, смещение радикальной группы и взаимодействие ее с кислородом. В результате образуется липопероксильный радикал. Y-СН2СН=СНСН2СН=СНСН2-X + HO• Y-СН2СН=СНСНСН=СНСН2-X + H2O • L• - липидный радикал LH + HO• → L• + H2O 2 стадия ПОЛ. Развитие линейной цепной реакции – нейтрализация липопероксильного радикала (LOO•) в результате взаимодействия этого радикала с соседними жирными кислотами. Затем превращается в гидропероксид липида (LOOH). Y-СН2СН=СНСНСН=СНСН2-X  •О2 Y-СН2СН=СНСНСН=СНСН2-X ОО• LOO• - липопероксильный радикал L• + O2 → LOO• LOO• + LH → LOOH + L• Образование гидропероксида липида сопровождается возникновением липидного радикала (L•), который инициирует продолжение цепи. 3 стадия ПОЛ. Разветвление цепи – разложение гидропероксида липида с увеличением количества свободных радикалов. LOOH → LO• + HO• LOOH + Fe2+ → LO• + HO¯ + Fe3+ Существенное ускорение пероксидации липидов наблюдается в присутствии небольших количеств ионов металлов. Как правило, чаще всего это ион двухвалентного железа - Fe2+. 4 стадия ПОЛ. Обрыв цепной реакции происходит при взаимодействии радикалов друг с другом или в реакции с различными антиоксидантами, например, витамином Е (структурная формула 5 в Приложении), который отдаёт электроны, превращаясь при этом в довольно стабильную окисленную форму – токоферилрадикал. Данный радикал не участвует в развитии цепи окисления . [3] LOO• + L• → LOOL L• + L• → L–L LOO• + vit E → LOOH + vit E• Молекулярные продукты ПОЛ. Первичными продуктами ПОЛ являютсягидропероксиды жирных кислот и диеновые конъюгаты. Гидропероксиды далее подвергаются распаду с образованием вторичных продуктов – малоновый диальдегид, триеновые конъюгаты. Структура диеновых конъюгат: -СН=СН - СН=СН- Структура триеновых конъюгат: -СН=СН - СН=СН - СН=СН- Наиболее реакционноспособным из вторичных продуктов ПОЛ является малоновый диальдегид (МДА), который способен образовывать ковалентные связи с NH2-группами белков и иных молекул с образованием основания Шиффа. Таким образом, малоновый альдегид образует конечные продукты перекисного окисления липидов. [3] Схема реакции с ε-NH2-группами лизина или N-концевыми аминокислотами белков, с NH2-группами фосфолипидов и гликозаминов представлена в Приложении под номером 6. Антиоксиданты Антиоксиданты — вещества, которые ингибируют окисление; любое из многочисленных химических веществ, в том числе естественные продукты деятельности организма и питательные вещества, поступающие с пищей, которые могут нейтрализовать окислительное действие свободных радикалов и других веществ. [5] Антиоксидантные факторы разделяют на 2 вида – ферментные и неферментные. К неферментным факторам антиоксидантной защиты клеток относятся витамин E (токоферолы), провитамины группы А (β-каротин), витамин А (ретинол), убихинон (кофермент Q10), мочевая кислота, глутатион, церулоплазмин, селенсодержащие и цинксодержащие соединения, мелатонин, ионол. Однако установлено, что большинству анти- 18 оксидантов присущи прооксидантные свойства, что зависит от концентрации этих веществ и природы соседних молекул. К ферментативным факторам относят: – супероксиддисмутаза (СОД) катализирует процесс диспропорционирования двух супероксидных радикалов с образованием пероксида водорода и молекулярного кислорода в цитоплазме, митохондриях и ядре: 2О2 • ¯ + 2Н+ → Н2О2 + О2. СОД имеет несколько форм, содержащих в активном центре ионы металлов: Сu, Zn-СОД; Mn-СОД; Fe-СОД. – каталаза катализирует процесс диспропорционирования двух молекул пероксида водорода с образованием молекулярного кислорода и воды внутри пероксисом практически во всех тканях: 2Н2О2 → 2Н2О + О2 – глутатионпероксидаза (локализующаяся в основном в цитоплазме), содержащая селен, восстанавливает перекись водорода до воды, а глутатионпероксидаза, не содержащая селен, разлагает гидроперекиси липидов нерадикальным способом. [7] Глутатионпероксидаза катализирует восстановление пероксидов с помощью трипептида глутатиона GSH (γ-глутаминовая кислота, цистеин, глицин), который превращается в дисульфид: Н2О2 + 2GSH → 2H2O + GSSG. Виды клеточных повреждений при ПОЛ. Из основных видов клеточных повреждений при перекисном окислении липидов можно выделить следующие: – повреждение липидов мембран клетки. В липидном двойном слое мембран формируются сквозные полярные каналы (перекисные кластеры), что увеличивает пассивную проницаемость мембран для ионов K+ , H+ , Na+ , Ca2+ и воды, снижает электрическую стабильность мембран. Увеличивается внутриклеточное содержание ионов H+ , Na+ , Ca2+ и воды, но снижается внутриклеточное содержание ионов K+ . Пробой липидной части мембраны приводит к её разрыву и гибели клетки. Изменяется количественный и качественный состав мембранных липидов (снижается содержание полиненасыщенных жирных кислот), происходит делипидизация, нарушение гидрофобной области липидного бислоя, увеличивается доступность липидов для фосфолипаз; – повреждение белков мембран клетки. Повреждение аннулярных липидов нарушает функцию липидзависимых белков. При ослаблении липидбелковых взаимодействий интегральные белки выходят из мембраны во внеклеточное пространство, увеличивается неселективная проницаемость мембраны. Образуются поперечные белковые «сшивки» и ковалентно связанные белковые полимеры, окисляются SH-группы белков и необратимо инактивируются белки (например, Ca2+ - АТФаза). Нарушение липидного бислоя мембран увеличивает доступность белков для протеаз; – повреждение гликопротеинов мембран клетки. Изменение состава липидного бислоя мембраны нарушает функциональные свойства гликопротеинов (цАМФ-зависимой протеинкиназы, рецепторов трансферрина). [7] Биологическая роль повреждения клеточных мембран Как было изложено выше, в результате перекисного окисления липидов возникает повреждения клеточных мембран, что влияет на их свойствах и функционировании клетки. К основным изменениям относят: изменение свойств липидного слоя; увеличение микровязкости мембран; изменение поверхностного заряда мембран и липопротеинов; уменьшение гидрофобного объема; увеличение полярности липидной фазы; увеличение проницаемости для ионов водорода; увеличение проницаемости для ионов кальция. [4] Таким образом, перекисное окисление липидов играет важную роль для процесса апоптоза (регулируемый процесс программируемой клеточной гибели, в результате которого клетка распадается на отдельные апоптотические тельца, ограниченные плазматической мембраной), регулирования структуры мембран и их функций (презентация рецепторов, работа ионных каналов, высвобождение биологически активных веществ, передача сигналов между клетками и т.д.). Чрезмерная активность ПОЛ может приводить к разрушению мембраны клетки, проникновению или выходу из нее веществ, которых не должно быть в норме, что ведет к нарушению жизнедеятельности клеток (их преждевременное старение, разрушение, измененные функции передачи веществ, связывания ферментов и рецепторов). Стоит отметить, что ПОЛ играет ведущую роль в развитии эритемы кожи под действием ультрафиолетовых лучей, световых ожогов глаз, радиационных повреждений, отравлений четыреххлористым углеродом. Активация ПОЛ может быть причиной развития сердечно-сосудистых заболеваний, то есть является основным звеном повреждения кардиомиоцитов при ишемической болезни сердца и инфаркте миокарда. Процесс активации полиморфноядерных лейкоцитов и макрофагов сопровождается респираторным «взрывом», характеризующимся усилением окислительного метаболизма и высвобождением активных радикалов кислорода. Активные формы кислорода в значительной степени обусловливают бактерицидные свойства фагоцитов, но могут быть токсичными для окружающих тканей и самих фагоцитов. [7] Следовательно, повышенная активность перекисного окисления липидов может быть причиной воспалительных процессов, заболеваний дыхательной системы, нарушения функции иммунной системы в организме. Перекисное окисление липидов – значение в медицине. В настоящее время в лаборатории проводится исследование на перекисное окисление липидов, которое позволяет оценить качественно, насколько активно протекают данные реакции в организме и насколько эффективно с ними справляются собственные защитные системы. Такой анализ продуктов перекисного окисления липидов играет важную роль в определении связи их повреждающего действия с возникновением, развитием или прогрессированием того или иного заболевания. Исследование проводится методом спектрофотометрии, основанным на изучении физико-химических свойств веществ, в частности их спектров поглощения. Таким способом из образца венозной крови пациента выделяются анализируемые вещества, а затем происходит их количественный подсчет, выражаемый в мкмоль/л. Спектрофотометрический метод оценки продуктов перекисного окисления липидов – это достаточно современный и точный (погрешность составляет +/- 5,2 %) метод. Он отличается высокой специфичностью (за счет использования определенных длин волн), чувствительностью (1,0 нмоль/л) и достоверностью, о чем свидетельствует низкий процент ложноположительных и ложноотрицательных результатов (достоверность более 90 %). [6] Таким образом, анализ продуктов реакций ПОЛ позволяет понять механизмы развития серьезных заболеваний, определить так называемый маркер окислительного стресса организма. При своевременно выявленном нарушении есть возможность оптимально подобрать лечение и предотвратить развитие заболевания, его прогрессирование, направить его течение по более благоприятному варианту. Следует отметить, что интерпретация результата осуществляется только врачом с учетом всех имеющихся данных анамнеза и других методов диагностики. [6] Как отмечалось выше, повышенная активность перекисного окисления липидов может быть причиной воспалительных процессов, заболеваний дыхательной и сердечно-сосудистой систем, нарушения функции иммунной системы и в организме. Также возможно нарушение ЦНС. Эти признаки и являются показаниями к назначению исследования на перекисное окисление липидов. Заключение Перекисное окисление липидов (ПОЛ) играет важную биологическую роль. Процесс перекисного окисления липидов является универсальным процессом, протекающим в каждой клетке живого организма. Известно, что продукты перекисного окисления липидов участвуют в регулировании проницаемости мембран, в регуляции скорости роста организмов и пролиферации клеток, а также в регулировании состава липидов мембран. Также при данном окислении может изменяться структура клеточной мембраны, что сказывается на ее свойствах и функциях. Литература из источников интернета Статьи с сайтов Перекисное окисление липидов. // Свободная энциклопедия Википедия [Сайт]. – URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/ Перекисное окисление липидов (дата обращения: 24.04.2021). 2. Перекисное окисление липидов [Сайт]. – URL: http://refleader.ru/ujgatyjgepol.html (дата обращения: 26.04.2021). 3. Окисление жирных кислот [Сайт]. –URL: https://biokhimija.ru/oxidative-stress/perekisnoe-okislenie-lipidov.html (дата обращения: 25.04.2021). 4. Перекисное окисление липидов [Сайт]. – URL: https://studfile.net/preview/5135268/page:3/ (дата обращения: 24.04.2021). Антиоксиданты. // Свободная энциклопедия Википедия [Сайт]. – URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/ Антиоксиданты (дата обращения: 24.04.2021). ПОЛ (перекисное окисление липидов) [Сайт]. – URL: https://helix.ru/kb/print/06-359/?param=06-359 (дата обращения: 20.04.2021). Книги и методические пособия с сайтов 7.Осколок Л.Н. Основные механизмы повреждения клеток/ Осколок Л.Н., Порядин Г.В. – М: Дрофа, 2004. 544 с. // Основные механизмы повреждения клеток: [Сайт]. – URL:https://rsmu.ru/fileadmin/templates/DOC/Faculties/LF/pathophysiology/osnovnye_mekhanizmy_povrezhdenija_kletki_2016.pdf (дата обращения: 27.04.2021). Приложение Таблица 1
Структурная формула 2, арахидоновая кислота  Структурная формула 3, пальмитоолеиновая кислота  Структурная формула 4, цис-вакценовая кислота  Структурная формула 5, витамин Е  Схема №6. Образование конечных продуктов ПОЛ при взаимодействии малонового диальдегида.  | ||||||