Радиационная биофизика (ионизирующие излучения) - Кудряшов Ю.Б.
ISBN 5-9221-0388-1
Скачать (прямая ссылка):
5. Система окислительно-восстановительного гомеостаза клетки 225
8 Ю. Б. Кудряшов
Рис. VI.1. Метаболическая генерация активных форм кислорода в клетке. В заштрихованных овалах — сенсорные молекулы,
светлых кругах — молекулы прооксидантов
226
Гл. VI. Реакции клетки на действие ионизирующих излучений
АФК обнаруживаются в клеточных органеллах. Главными местами их образования являются митохондриальная, ядерная, плазматическая и микросомальная мембраны у животных, хлоропласты и хро-матофоры у растений.
В клетке существуют ферментный и неферментный пути образования АФК. Метаболические, ферментные пути образования АФК, участвующие в нормальной жизнедеятельности клетки, представлены в схеме Бурлаковой-Михайлова-Мазурика (рис. VI. 1).
В ферментной генерации АФК участвуют: дыхательная цепь митохондрий и система микросомального окисления, системы оксидаз (ксантин-, флавин-, НАДФ.Н*-оксидазы) и цитохромов, глутатионпе-роксидаза и супероксидцисмутаза (СОД).
Неферментативное образование основных АФК и их превращения происходят по схеме, изображенной на рис. VI.2, в следующих реакциях.
Рис. VI.2. Схема последовательности образования АФК в клетке в цепи неферментного одноэлектронного восстановления кислорода до воды (названия продуктов см. в табл. VI.1)
Образование «надперекисного» анион-радикала кислорода — супероксида OJ представлено реакцией (VI.9).
При слабокислых значениях pH супероксид образует протониро-ванную форму — гидропероксирадикал-НО^:
0^ + Н+ НОз • (VI. 11)
При недостатке супероксиддисмутазы в присутствии металлов переменной валентности может произойти спонтанная дисмутация супероксидов и образование сипглетного кислорода х0г:
01 + OJ + 2Н+ + Fe3+ —> Н202 + Fe2+ + l02. (VI. 12)
Синглетный кислород, содержащийся в хлоропластах растений и в зрительных рецепторах животных, занимает особое место среди АФК. Образование его здесь связано не только с реакцией (VI. 12), а преимущественно с фотохимическими процессами. Поглощая квант света, пигмент-фотосенсибилизатор переходит в синглетное, а затем в три-плетное возбужденные состояния. В обоих возбужденных состояниях молекулы пигмента взаимодействуют с молекулярным кислородом, передают ему свою энергию и превращают его в активный окислитель.
5- Система окислительно-восстановительного гомеостаза клетки 227
Супероксид при взаимодействии с органическими биомолекулами обладает слабой реакционной способностью, так как имеет невысокий окислительно-восстановительный потенциал. Однако он выполняет важную роль, продолжая дальнейшую цепь одноэлектронного восстановления кислорода путем образования молекулы пероксида (перекиси) водорода Н2О2.
Пероксид водорода — сильный окислитель и образуется при реакции супероксида с электроном и двумя протонами:
О2 + е“ + 2Н+ —> Н202. (VI.13)
В другой реакции (рис. VIЛ) пероксид водорода появляется вследствие рекомбинации (дисмутации) двух супероксидов, уже под влиянием фермента супероксиддисмутазы (СОД):
01 + О2 + 2Н+ —> Н202 + 02. (VI. 14)
Цепь одноэлектронного восстановления продолжается образованием из перекиси водорода еще более сильного окислителя — гидроксид-радикала ОН*:
Н202 + е“ + Н+ —* ОН'. (VI.15)
В клетке ОН’ может появиться также за счет других реакций — реакции Фентона из пероксида водорода при участии ионов Fe2+ (или Си2+):
Н202 + Fe2+ —> ОН’ + 0Н+ + Fe3+, (VI. 16)
а также реакции Хабера-Вейса:
Н202 + OJ —* ОН’ + 0Н~ + 02. (VI. 17)
Гидроксид-радикал завершает неферментный одноэлектронный процесс восстановления кислорода:
ОН’ + е“ + Н+ —> Н20. (VI. 18)
Экспериментально показано, что гидроксид-радикал относится к наиболее эффективным окислителям АКСС (и, соответственно, АФК) (табл. VI. 1).
Биологическая роль АФК может осуществляться в жизненно необходимых реакциях иммунитета и воспаления: АФК способствуют образованию цитокинов и иммунных рецепторов, миграции лейкоцитов в «аварийные ткани», выполняют бактерицидную функцию в фагоцитозе. Так, в макрофагах и нейтрофилах АФК реализуют процесс повреждения и разрушения макромолекул, вредных микроорганизмов, попавших в организм, а также старых, поврежденных и ставших генетически чужеродными клеток. Поглощая повышенное количество кислорода, защитные клетки с помощью встроенного в плазматическую мембрану фермента НАД(Ф)Н-оксидазы (рис. VI. 1) производят реакцию «кислородного взрыва» («дыхательного всплеска»), быстро образуя необходимые ударные концентрации супероксида:
02 + НАД(Ф)Н —> 20J + НАДФ+ 4- Н+. (VI.19)
228 Гл. VI. Реакции клетки на действие ионизирующих излучений
Вслед за этим также резко накапливаются перекись водорода, гидроксильный радикал и другие АКСС, «сжигающие макромолекулы на своем пути».
