Биофизика - Владимиров Ю.А.
Скачать (прямая ссылка):
радиации происходит образование свободных радикалов ароматических и
серусодержащих белков и пиримидиновых оснований нуклеиновых кислот. Для
триптофана схема реакций имеет вид:
н2о2 *- он+он'-
е'
ч
н
н
,СОО'
+ е* -*-
н
Натион-радикал
Сольватированный
электрон
или в краткой форме записи:
АН + ftv -*¦ АН* ЛЯ+ + г* /Г + Я+ + е~.
Образующийся в первый момент катион-радикал является сильной кислотой,
поэтому он легко диссоциирует с образованием нейтрального радикала А-.
Сольватированный (т. е. окруженный молекулами растворителя) электрон
также является частицей с очень высокой реакционной способностью и может
вступать в химические реакции. Например, е~ охотно реагирует с цистином
белков, что приводит к разрыву дисульфидного мостика в белке и появлению
свободного радикала цистеина:
R\-5-5-/?2 в* RI-(-S-S) -R'z R(-5" -f- S--R'z -
Цистин Ан он-радикал Цистеин Радикал
цигтина цистеииа
Все эти свободные радикалы играют важную роль в возникновении
радиационных повреждений тканей и при УФ-ожогах. Сольватированные
электроны могут, взаимодействуя с 02, вызывать появление
супероксидрадикала со всеми описанными выше последствиями.
Методом ЭПР (см. ниже) показано образование свободных радикалов тимина
при действии УФ-света на нуклеиновые кислоты. Такие свободные радикалы
играют важную роль при образовании ковалентных сшивок в ДНК и между ДНК и
белками.
Свободные радикалы хинонов. Еще в 1939 г. Михаэлис предположил, что в
биологических окислительно-восстановительных реакциях происходит переход
двух электронов, но эта передача происходит в два этапа, с образованием
радикалов в качестве промежуточной формы между окисленным и
восстановленным состоянием вещества:
А + е~ 4- Н+ 'АН ->- АН".
^ -г + н+ 2
Такие процессы сейчас действительно обнаружены в цепях биологического
окисления и протекают аналогично окислению гидрохинонов до хинонов через
промежуточную радикальную форму, названную Михаэлисом семихино-нами:
43
он
о- + н+
о
\/
/\
<!н
он
Семихинои
о -ь н+
Гидрохинон
Хинон
Радикалы этого типа принимают участие в переносе электронов в дыхательной
цепи митохондрий (радикалы флавинов и коэнзима Q). Такие же радикалы
образуются при взаимодействии фенольных антиоксидантов со свободными
радикалами липидов (см. ниже).
Свободные радикалы липидов. Одним из основных структурных элементов
биологических мембран являются фосфолипиды. В состав молекулы фосфолипида
входят ненасыщенные жирные кислоты, которые могут в некоторых условиях
окисляться по цепному свободнорадикальному механизму. Особенность цепных
реакций состоит в том, что свободные радикалы, реагируя с другими
молекулами, не исчезают, а превращаются в другие свободные радикалы (рис.
10). Последствия окисления фосфолипидов - это в первую очередь нарушение
барьерных функций биомембран для ионов и других молекул. Как сейчас
установлено, свободнорадикалгное окисление липидов играет ведущую роль в
развитии УФ-эритемы кожи, световых ожогов глаз, радиационных повреждений,
отравлений четыреххлористым углеродом и других патологических состояний
организмов.
На рис. 10 дана схема свободнорадикальных реакций окисления ненасыщенных
липидов. Свободнорадикальное окисление липидов начинается с реакции
инициирования (0). Инициатором могут служить свободные радикалы, например
аминокислот, свободные радикалы воды и др. Затем идут реакции продолжения
цепи (1 и 2). Далее следуют реакции разветвления (3), когда гидроперекиси
разлагаются, инициируя новые цепи. Разветвление происходит в присутствии
ионов двухвалентного железа, под действием УФ-излучения или значительно
реже спонтанно. Не все радикалы RO2 и R' продолжают цепь, часть пх
рекомбинирует друг с другом, давая неактивные продукты (4, 5 и 6). Помимо
таких реакций спонтанного обрыва цепей, цепи прерываются антиоксидантами
АН, самым распространенным из которых является витамин Е.
44
О) Инициирование ХН цепи
XV RH
ба RH
1) 2)
Продолжение цепи
ROOH
)
\
RO*+OH*
RO*+OH"
Спонтанный обрыв цепи
4)R%R* RR
6) RO*+R * ROOJ?
'2
Я) ROVROj продукты* продунты+h* (хешилюминесценция)
Ингибирование антиоксидантами
7) AH+ROJ ->A'+ROOH
8) AVRO*2 • | Неантивные
| продуиты
9) AVA* ' " J
Инициирование цепи радикалами антиоксидантов
10) A+RH -"*AH+R* ^
Рис. 10. Схема цепного свободнорадикального окисления ненасыщенных
липидов.
RH - ненасыщенный липид, например, линолевая кислота; R* - нейтральный
радикал липида; R02'-перекисный радикал; ROOH - гидроперекись; ОН* --
гидроксильный радикал; АН - антиоксидант, например, витамин Е или нонол;
А* - радикал антиоксиданта.
При этом образуются малоактивные радикалы витамина Е. Наиболее активен
витамин Е в относительно низких концентрациях (in vitro около 10-8 М),
при повышении его концентрации антиоксидантная эффективность снижается.
Это объясняется увеличением роли реакции (10), которая при низких
концентрациях витамина Е не дает существенного вклада в реакцию
инициирования новых цепей.
