Радиационная биофизика (ионизирующие излучения) - Кудряшов Ю.Б.
ISBN 5-9221-0388-1
Скачать (прямая ссылка):
Основное количество молекулярного кислорода в клетке — 90-98% расходуется в реакциях тканевого дыхания и микросомального окисления, катализируемых соответственно митохондриальной цито-хромоксидазой, а также и другими оксидазами, в результате чего в дыхательных цепях происходит запасение энергии и осуществляется четырехэлектронное восстановление Ог с образованием двух молекул воды:
02 + 4с" + 4Н —> 2Н20. (VI.7)
5. Система окислительно-восстановительного гомеостаза клетки 221
Значительно реже под действием ферментов — оксигеиаз — происходит включение одного из атомов кислорода в биоорганические молекулы:
Ог + М + 2Н —> МО + Н20. (VI.8)
Так, важную роль в окислении ненасыщенных липидов играют ферментные реакции, катализируемые липоксигеназами и циклооксигеназами — первыми ферментами на путях образования специфических регуляторов метаболизма — эйкозаноидов.
Около 2% поглощаемого кислорода восстанавливается самопроизвольным, неферментативным путем. Эти реакции всегда начинаются с присоединения к молекуле 02 одного электрона и образования аниона-радикала (содержащего неспаренный электрон) — супероксида Oj (см. также (V.29)):
02 + е~ —> 02. (VI.9)
Донорами электронов в клетке служат Fe2+, Cu+, семихинон и другие промежуточные участники процессов тканевого дыхания, а под воздействием ионизирующей радиации, как известно, электроны генерируются вследствие ионизации воды и биоорганических молекул.
В основном состоянии молекулярный кислород парамагнитен — представляет собой триплет — «бирадикал», т. е. имеет два неспаренных электрона (с параллельными спинами) на различных орбиталях. По этой причине прямые, неферментативные реакции с кислородом могут осуществляться по свободнорадикальным механизмам. Большинство органических молекул синглетны (электроны с анти-параллельными спинами), поэтому, вследствие различий с триплет-ным кислородом в направлении спинов, их реакции с молекулярным кислородом из-за спиновых запретов затруднены и протекают очень медленно. Кинетические барьеры одноэлектронного восстановления кислорода в клетке достаточно высоки, поэтому образование супероксида процесс медленный, однако он очень важен для формирования системы окислительно-восстановительного гомеостаза в клетке, так как 02 участвует в генерации многих окислителей — активных кислород-содержащих соединений — АКСС (табл. VI.2).
5.1. Активные кислород-содержащие соединения — образование
и биологическое действие в клетке в норме и после облучения
Как видно из табл. VI.2, к АКСС отнесены активные формы кислорода (АФК), активные соединения азота (АСА) и продукты перекисного окисления липидов. Выступая в качестве сигнально-пусковых молекул, OJ, а также Н202, ОН' и N0' запускают каскад реакций поддержания окислительно-восстановительного гомеостаза в клетке.
В отличие от многих других биологически активных соединений, АКСС неспецифичны, так как вступают в реакции не со специально «предназначенными» к ферментативному окислению субстратами дыхания, а непосредственно с любыми восстановленными веществами R—Н (липидами, ДНК, белками), образуя гидропероксиды RiOOH.
Таблица VI.2. Содержание и некоторые характеристики кислорода и АКСС в интактной клетке
Название Символ Содержание Полупериод Свойства Относи
в клетке жизни тельная
(в норме), в секундах актив
моль/л при 37 ° С ность *)
Молекулярный кислород
кислород в основном, 3?„о2 [ИГ6] > 102 способен к диффузии через слабый
триплетном состоянии биомембраны окисли
тель
Активные формы кислорода (АФК)
супероксидный Oj [КГ11] 10_6 сигнально-пусковые функции в 0
анион --- радикал цитоплазме; через биомембраны
кислорода не проникает
гидроперокси-р адикал КОш2 [ю-11] 10" 8 способен к диффузии и 1
(пергидроксид) оксидазной модификации
синглетный кислород 102 [10-11] О способен к диффузии и 10
\ выраженной оксидазной
О модификации
пероксид водорода Н202 о 10-102 сигнально-пусковые функции; > 1
1 диффундирует на большие
