Биологическое окисление

 

МН + О2 + 2е + 2Н+ ®МОН + Н2О

 

Цитохромы Р450 из печени относятся к числу индуцируемых ферментов; это означает, что количество присутствующего фермента может увеличиваться в 25 раз при введении одного из многочисленных чужеродных соединений, например фенобарбитала или метилхолантрена. Цитохромы обезвреживают ксенобиотики, а также лимитируют время, в течение которого могут сохранять свою активность некоторые наркотики. Лечение некоторых форм острой интоксикации может быть облегчено введением индуктора, который в этом случае вообще безвреден.

 

Цитохромы Р450 коры надпочечников находятся в митохондриальной мембране, где два отдельных фермента катализируют соответственно расщепление боковых цепей холестерина до прегненолона и реакции гидроксилирования различных стероидов.[2,1994]

 

Цитохром Р450 катализирует образование гидроксильных групп при синтезе желчных кислот, стероидных гормонов, при катаболизме ряда веществ и обмене чужеродных соединений.

 

Первая, обнаруженная в микросомах электронпереносящая система –  это система восстановления цитохрома b5 за счет NADH; цитохром b5 восстанавливается NADH-цитохром b5-редуктазой, содержащей на молекуле один FAD, который совершает циклические переходы между полностью восстановленной и окисленной формами. Цитохром b5 прочно связан с ЭПС своей обширной гидрофобной областью. Хотя наружная поверхность области цитохрома, где находится гем, гидрофильна, она лежит в глубокой гидрофобной щели, причем карбоксильные группы пропионовой кислоты ориентированы наружу. Восстановленный цитохром b5 медленно самоокисляется с образованием супероксидного аниона. Этот механизм может быть основным генератором супероксида в клетках печени.[11,1989]

 

 

 

Пероксидазный путь использования кислорода.

 

Молекулярный кислород является парамагнитным, потому что он содержит два неспаренных электрона с параллельно ориентированными спинами. Эти электроны находятся на разных орбиталях , поскольку два электрона не могут занимать одну и ту же орбиталь, если только их спины не противоположны. Соответственно восстановление кислорода путем прямого введения пары электронов в его частично заполненные орбитали невозможно без «обращения» спина одного из двух электронов. Спиновой запрет восстановления может быть преодолен последовательным добавлением одиночных электронов. Полное восстановление О2 до 2Н2О требует 4 электрона; при одноэлектронном восстановлении в качестве промежуточных продуктов возникают супероксид, пероксид водорода и гидроксидный радикал. Эти продукты очень реакционноспособны, и их присутствие может представлять угрозу для целостности живых систем. На самом деле ОН – наиболее мутагенный продукт ионизирующей радиации – представляет собой чрезвычайно мощный окислитель, который может атаковать все органические соединения. Одноэлектронное восстановление кислорода инициирует цепь реакций, которые ведут к образованию ОН:

 

О2 + е ® О2                                  (1)

 

О2 + Н ®НО2                                         (2)

 

О2+ НО2 + Н ® Н2О2+О2              (3) [14,1996]

 

Супероксид-анион, образуемый в реакции (1), может протонироваться до гидропероксидного радикала (2). Реакция (3) представляет собой спонтанную дисмутацию, приводящую к образованию Н2О2+О2. Совокупность этих реакций дает основание предполагать, что любая система, продуцирующая О2, будет также вскоре содержать Н2О2.

 

Ксантиноксидаза, альдегидоксидаза и многочисленные флавопротеиды образуют О2 и Н2О2, что происходит и при самопроизвольном окислении гемоглобина, ферредоксинов, восстановленных цитохромом b5 гидрохинонов, тетрагидроптеридинов и адреналина. Угроза для клеток, возникающая из-за реакционноспособности О2и Н2О2, устраняется действием ферментов, эффективно обезвреживающих эти соединения.[14,1996]

 

Ферментативная антиоксидантная защита.

Супероксиддисмутазы катализируют реакцию

 

О2 + О2+ 2Н® Н2О2 + О2

 

Эти ферменты найдены во всех дышащих клетках, а также в  различных факультативно анаэробных бактериях. Супероксиддисмутазы – металлоферменты. Их каталитический цикл включает восстановление и окисление иона металла, например Cu, Mn или Fe, на активном центре.

 

Каталазная активность наблюдается почти во всех животных клетках и органах. Печень, эритроциты и почки – богатые источники каталаз. Эта активность также обнаруживается во всех растительных материалах и в большинстве микроорганизмов, кроме облигатных анаэробов. В каждом случае каталаза, вероятно, предотвращает аккумуляцию вредного Н2О2, образуемого при аэробном окислении восстановленных флавопротеидов и из О2. Одна молекула каталазы может разложить 44000 молекулы Н2О2 в секунду. Фактически фермент почти не требует энергии активации, и скорость реакции полностью определяется диффузией. Каталаза реагирует с Н2О2 с образованием относительно стабильного фермент-субстратного комплекса.

 

Хотя пероксидазы встречаются относительно редко в животных тканях, в печени и почках обнаружена слабая пероксидазная активность. Лейкоциты содержат вердопероксидазу, которая ответственна за пероксидазную активность гноя. Клетки фагоцитов содержат миелопероксидазу, которая окисляет ионы галогенов, например I, до свободного галогена – эффективного бактерицидного агента.

 

Каталазную и пероксидазную реакции можно записать следующим образом:

 

        НО       ОН                                          О

 

         +                  2Н2О +

 

НО       ОН                                          О

 

НО       ОН                                           О

 

        +               R 2Н2О + R

 

НО       ОН                                           О  [5,2000]

 

Неферментативная антиоксидантная защита.

 

Аскорбиновая кислота (витамин  С).

 

Витамин С легко окисляется до дегидроаскорбиновой кислоты, которая нестабильна в щелочной среде, в которой происходит гидролиз лактонного кольца с образованием дикетогулоновой кислоты.

 

Аскорбиновая кислота  необходима для различных биологических  окислительных процессов. Витамин  активирует окисление n-оксифенилпирови-ноградной кислоты гомогенатами печени. В присутствии кислорода растворы, содержащие ферро-ионы и аскорбат, катализируют гидроксилирование ряда соединений. Витамин является антиоксидантом, участвует в метаболизме фенилаланина, тирозина, пептидных гормонов, в синтезе жиров и белков, необходим для образования коллагена, способствует сохранению целостности соединительной и остеоидной тканей, обладает антиканцерогенным действием, предотвращая образование канцерогенных нитрозаминов, участвует в распределении и накоплении железа.[17,1995]

 

Витамин Е.

 

Витамин был выделен из масла зародышей пшеничных зерен  в 1936 году и получил название токоферол. Семь токоферолов, производных исходного  соединения токола, найдены в природных источниках; среди них наибольшее распространение и наибольшую биологическую активность имеет a-токоферол. Токоферолы обозначаются греческими буквами: альфа, бета, гамма и дельта.[18,1989]

 

Витамин защищает клеточные  структуры от разрушения свободными радикалами, участвует в биосинтезе гема, препятствует тромбообразованию, участвует в синтезе гормонов, поддерживает иммунитет, обладает антиканцерогенным эффектом, обеспечивает нормальное функционирование мышц.

 

Рисунок 6. Механизм действия витамина.[8,2000]

 

Ткани животных с недостаточностью витамина Е, особенно сердечная и скелетные мышцы, более быстро потребляют кислород, чем ткани нормальных животных. a-Токоферол нелегко подвергается обратимому окислению. Увеличенное потребление кислорода мышцами при недостаточности витамина связаны, по-видимому, с пероксидным окислением ненасыщенных жирных кислот. В других тканях, например в печени, это приводит к нарушению структуры митохондрий и снижению дыхания. Имеются данные о том, что пероксидное окисление ненасыщенных жирных кислот в эндоплазматическом ретикулуме мышечных клеток приводит к освобождению лизосомальных гидролаз, в результате развивается мышечная дистрофия. Все проявления недостаточности витамина представляет собой вторичные явления, обусловленные отсутствием торможения пероксидного окисления полиненасыщенных жирных кислот.

 

Классическим проявлением  недостаточности витамина Е у лабораторных животных является бесплодие. У самцов наиболее ранним наблюдаемым признаком недостаточности является неподвижность сперматозоидов. Наблюдается также ряд других изменений: дегенерация эпителия почечных канальцев, депигментация передних зубов. Другим проявлением недостаточности витамина Е является гемолиз эритроцитов in vitro в присутствии пероксидов или производных аллоксана. У крыс с продолжительной недостаточностью витамина развивается мышечная дистрофия с явлениями прогрессирующего паралича задних конечностей, понижается содержание креатина  в мышцах, возникает креатинурия и несколько снижается экскреция креатинина. Могут также развиваться явления недостаточности витамина А вследствие окислительной деструкции последнего из-за отсутствия в рационе витамина, обладающего антиоксидантными свойствами. Проявлениями гипервитаминоза являются тошнота, головокружение и тахикардия.[6,2000]

 

Витамин Р.

 

Витамин Р (рутин, цитрин) был выделен в 1936 году А. Сент-Дьёрдьи из кожуры лимона. Под термином «витамин Р» объединяется группа веществ со сходной биологической активностью: катехины, халконы, флавины и др. Все они обладают Р-витаминной активностью и в основе их структуры лежит дифенилпропановый углеродный «скелет» хромона или флавона (общее название «биофлавоноиды»).

 

Биофлавоноиды стабилизируют основное вещество соединительной ткани путем ингибирования гиалуронидазы, что подтверждается данными о положительном влиянии Р-витаминных препаратов, как и аскорбиновой кислоты, на профилактику и лечение цинги, ревматизма, ожогов и др. Эти данные указывают на тесную функциональную связь витаминов С иР в окислительно-восстановительных процессов организма.

 

При недостаточности биофлавоноидов или отсутствии их в пище повышается проницаемость кровеносных сосудов, сопровождающаяся кровоизлияниями и кровотечениями, отмечается также общая слабость, быстрая утомляемость и боли в конечностях.

 

Основными источниками витамина являются растительные продукты питания (в частности, овощи и фрукты), в которых содержится много витамина С. Витаминная промышленность выпускает ряд препаратов с Р-витаминной активностью: чайные катехины, рутин, гесперидин, нарингин и другие.[18,1989]

 

Заключение.

 

 Проблема, освещенная  в данной работе, на сегодняшний  день является очень важным  разделом в биохимии, где, несмотря  на достигнутые успехи, остается  множество вопросов и пробелов.

 

Знание вопросов биоорганической  химии является нужным и важным в  практике каждого врача, так как  активное развитие фармакологии и появление  множества новых препаратов позволяет, зная биохимию процессов, протекающих  в организме, воздействовать на них  и лечить многие заболевания на клеточном  уровне, стимулируя энергетические процессы на уровне митохондрий.

 

Любая внезапная смерть связана  с гипоксией, которая сопровождается накоплением в организме большого количества молочной кислоты за счет подавления функции челночных механизмов, и как следствие - возникает ацидоз. При гипоксии неограниченно образуются свободные радикалы и интенсивно протекает перикисное окисление липидов с последующим необратимым повреждением клеток. Изучение нарушений механизмов биологического окисления и способов коррекции является важным при лечении патологий сердечно-сосудистой и дыхательной систем, возрастных патологиях, воспалениях.  Особо важное значение имеют эти знания в реанимации, при наркозах, так как уровень молочной кислоты значительно возрастает во время операций под наркозом, например кетамином или этраном, под влиянием наркотических веществ происходит разобщение процессов окисления и фосфорилирования. Вот почему так важно иметь в распоряжении наиболее полные знания и информативные данные, оценка которых может обеспечить максимальные возможности прогноза течения заболевания.