Реакции перекисного окисления липидов А.Н. Осипов и Ю.А. Владимиров

Общая схема реакций перекисного окисления липидов ?????????? ??? RH OO LOO LH LOH LOOH R L L LOO LH LO Fe 2+ OO L LOO LH инициирование цепи OO продолжение цепи разветвление цепи L Fe 3+ новая цепь

Реакции перекисного окисления липидов: инициирование цепи R LLH инициирование цепи RНRН исходный (неокисленный) липид алкильный (С-центрированный) радикал

Уравнения реакций цепного окисления липидов 0) O 2 + e - O 2 - … HO· (R) (k 0 ) 1) LH + HO· L· + HOH (k 1 ) инициирование цепи CH 2 CH = CH CH 2 CH = CH CH 2 + R CH 2 CH CH = CH CH = CH CH 2 + RH (LH) (L)

Реакции перекисного окисления липидов: продолжение цепи ?????????? ??? RH OO LOO LH LOOH R L L LH инициирование цепи OO продолжение цепи LOO звено цепи перекисный (О-центрированный) радикал гидроперекись липида

Уравнения реакций цепного окисления липидов 2) L + O 2 LOO· (k 2 ) 3) LOO· + LH LOOH + L (k 3 ) продолжение цепи CH 2 CH CH = CH CH = CH CH 2 + O 2 CH 2 CH CH = CH CH = CH CH 2 | OO (L) (LOO)

Уравнения реакций цепного окисления липидов 2) L + O 2 LOO· (k 2 ) 3) LOO· + LH LOOH + L (k 3 ) продолжение цепи CH 2 CH CH = CH CH = CH CH 2 | OO + CH 2 CH = CH CH 2 CH = CH CH 2 CH 2 CH CH = CH CH = CH CH 2 | OOH + CH 2 CH CH = CH CH = CH CH 2 (LOO) (LH) (LOOH) (L)

Реакции перекисного окисления липидов: разветвление цепи ?????????? ??? RH OO LOO LH LOH LOOH R L L LOO LH LO Fe 2+ OO L LOO LH инициирование цепи OO продолжение цепи разветвление цепи L Fe 3+ новая цепь Алкоксильный (О-центрированный) радикал

Уравнения реакций цепного окисления липидов 4) Fe 2+ +LOOH Fe 3+ + OH¯ + LO· (k p ) 5) LH + LO· LOH + L·(k 5 ) разветвление цепи (LOOH) (LO) CH 2 CH CH = CH CH = CH CH 2 | OOH + Fe 2+ CH 2 CH CH = CH CH = CH CH 2 | O + Fe 3+

Уравнения реакций цепного окисления липидов 4) Fe 2+ +LOOH Fe 3+ + OH¯ + LO· (k p ) 5) LO· + LH LOH + L·(k 5 ) разветвление цепи (LO) (LH) (LOH) (L) CH 2 CH CH = CH CH = CH CH 2 | O + CH 2 CH = CH CH 2 CH = CH CH 2 CH 2 CH CH = CH CH = CH CH 2 | OH + CH 2 CH CH = CH CH = CH CH 2

Реакции перекисного окисления липидов: обрыв цепи RH OO LOO LH LOH LOOH R L L LOO LH LO Fe 2+ OO L LOO LH инициирование цепи OO продолжение цепи разветвление цепи L Fe 3+ новая цепь InH In InH In InH In мп (молекулярные продукты) обрыв цепи InH In мп

Уравнения реакций цепного окисления липидов 6) LOO· + LOO· МП + h (k 6 ) LO· + LO· МП L· + L· МП 7) L· + InH LH + In·(k 7 ) LO· + InH LOH + In· LOO· + InH LOOH + In· 8) L· + In· МП (k 8 ) LO· + In· МП LOO· + In· МП 9) L· + Fe 2+ + H + Fe 3+ + LH(k 9 ) LO· + Fe 2+ + H + Fe 3+ + LOH LOO· + Fe 2+ + H + Fe 3+ + LOOH обрывцепи

Общая схема реакций перекисного окисления липидов ?????????? ??? RH OO LOO LH LOH LOOH R L L LOO LH LO Fe 2+ OO L LOO LH инициирование цепи OO продолжение цепи разветвление цепи L Fe 3+ новая цепь

Уравнения реакций цепного окисления липидов 0) O 2 + e - O 2 - … HO· (R) (k 0 ) 1) LH + HO· L· + HOH (k 1 ) инициирование цепи 2) L + O 2 LOO· (k 2 ) 3) LOO· + LH LOOH + L (k 3 ) продолжение цепи 4) Fe 2+ +LOOH Fe 3+ + OH¯ + LO· (k p ) 5) LH + LO· LOH + L·(k 5 ) разветвление цепи 6) LOO· + LOO· МП + h (k 6 ) 7) L· + InH LH + In·(k 7 ) 8) L· + In· МП (k 8 ) 9) L· + Fe 2+ + H + Fe 3+ + LH(k 9 ) обрыв цепи

Уравнения реакций цепного окисления липидов 0) O 2 + e - O 2 - … HO· 1) LH + HO· L· + HOH 2) L + O 2 LOO· 3) LOO· + LH LOOH + L 4) Fe 2+ +LOOH Fe 3+ + OH¯ + LO· 5) LH + LO· LOH + L· 6) LOO· + LOO· МП + h 7) L· + InH LH + In· 8) L· + In· МП 9) L· + Fe 2+ + H + Fe 3+ + LH Скорости реакций v 0 = v 1 = k 1 [LH][HO·] v 2 = k 2 [O 2 ][L·] v 3 = k 3 [LH][LOO·] v p = k p [Fe 2+ ][LOOH] v 5 = k 5 [LH][LO·] v 6 = k 6 [LOO·] 2 v 7 = k 7 [InH][L·] v 8 = k 8 [In·][L·] v 9 = k 9 [Fe 2+ ][L·]

Кинетика перекисного окисления липидов Владимиров, А., Т.Б. Суслова, and В.И. Оленев, Хемилюминесценция, сопряженная с образованием липидных перекисей в биологических мембранах. П. Роль Fe(2+) в разитии цепного окисления липидов и сверхслабого свечения. Биофизика, : p

Упрощение схемы химических реакций Правило 1: Скорость нескольких последовательных реакций равна скорости самой медленной из них Правило 2: Скорость нескольких параллельных реакций в наибольшей мере определяется скоростью самой быстрой из них. Иногда можно пренебречь остальными реакциями при расчетах. Для упрощения системы химических реакций используют два правила химической кинетики:

Скорость нескольких последовательных реакций равна скорости самой медленной из них. Пример 1: Из двух реакций инициирования цепи оставим самую медленную: Примечание: На кинетику процесса в целом не влияют те продукты, которые не участвуют в дальнейших реакциях. Поэтому на схеме реакций мы можем их не указывать. 0) O 2 + e - O 2 - … HO· (R) (k 0 ) 1) LH + HO· L· + HOH (k 1 ) инициирование цепи 0) O 2 + e - O 2 - … HO· (R) (k 0 )

Уравнения реакций цепного окисления липидов 0) O 2 + e - O 2 - … HO· (R) (k 0 ) 1) инициирование цепи 2) L + O 2 LOO· (k 2 ) 3) LOO· + LH LOOH + L (k 3 ) продолжение цепи 4) Fe 2+ +LOOH Fe 3+ + OH¯ + LO· (k p ) 5) LH + LO· LOH + L·(k 5 ) разветвление цепи 6) LOO· + LOO· МП + h (k 6 ) 7) L· + InH LH + In·(k 7 ) 8) L· + In· МП (k 8 ) 9) L· + Fe 2+ + H + Fe 3+ + LH(k 9 ) обрыв цепи

Скорость нескольких последовательных реакций равна скорости самой медленной из них. Пример 2: Вместо двух реакций продолжения цепи: 2) L + O 2 LOO· (k 2 ) 3) LOO· + LH LOOH + L (k 3 ) продолжение цепи 2) L + O 2 LOO· (k 2 ) оставляем одну:

Уравнения реакций цепного окисления липидов 0) O 2 + e - O 2 - … HO· (R) (k 0 ) 1) инициирование цепи 2) L + O 2 LOO· (k 2 ) 3) продолжение цепи 4) Fe 2+ +LOOH Fe 3+ + OH¯ + LO· (k p ) 5) LH + LO· LOH + L·(k 5 ) разветвление цепи 6) LOO· + LOO· МП + h (k 6 ) 7) L· + InH LH + In·(k 7 ) 8) L· + In· МП (k 8 ) 9) L· + Fe 2+ + H + Fe 3+ + LH(k 9 ) обрыв цепи

Скорость нескольких последовательных реакций равна скорости самой медленной из них. Пример 3: Вместо двух реакций разветвления цепи: 4) Fe 2+ +LOOH Fe 3+ + OH¯ + LO· (k p ) 5) LH + LO· LOH + L·(k 5 ) разветвление цепи оставляем одну: 4) Fe 2+ +LOOH Fe 3+ + OH¯ + LO· (k p )

Уравнения реакций цепного окисления липидов 0) O 2 + e - O 2 - … HO· (R) (k 0 ) 1) инициирование цепи 2) L + O 2 LOO· (k 2 ) 3) продолжение цепи 4) Fe 2+ +LOOH Fe 3+ + OH¯ + LO· (k p ) 5) разветвление цепи 6) LOO· + LOO· МП + h (k 6 ) 7) L· + InH LH + In·(k 7 ) 8) L· + In· МП (k 8 ) 9) L· + Fe 2+ + H + Fe 3+ + LH(k 9 ) обрыв цепи

Пример 4: Вместо четырех реакций обрыва цепи оставим две, идущие в отсутствие ингибитора: Скорость нескольких параллельных реакций в наибольшей мере определяется скоростью самой быстрой из них. 6) LOO· + LOO· МП + h (k 6 ) 7) L· + InH LH + In·(k 7 ) 8) L· + In· МП (k 8 ) 9) L· + Fe 2+ + H + Fe 3+ + LH(k 9 ) обрыв цепи 6) LOO· + LOO· МП + h (k 6 ) 9) L· + Fe 2+ + H + Fe 3+ + LH(k 9 )

Уравнения реакций цепного окисления липидов 0) O 2 + e - O 2 - … HO· (R) (k 0 ) 1) инициирование цепи 2) L + O 2 LOO· (k 2 ) 3) продолжение цепи 4) Fe 2+ +LOOH Fe 3+ + OH¯ + LO· (k p ) 5) разветвление цепи 6) LOO· + LOO· МП + h (k 6 ) 7) (k 7 ) 8) (k 8 ) 9) L· + Fe 2+ + H + Fe 3+ + LH(k 9 ) обрыв цепи

Упрощенная схема реакций перекисного окисления липидов из 5 реакций O 2 + е - + LH … L·(k 0 ) L· + O 2 (+ LH) LOOH + L· (k 2 ) Fe 2+ + LOOH + LH Fe 3+ + LOH + OH¯ + L·(k p ) LOO· + LOO· L=O + LOH + фотон(k 6 ) Fe 2+ + L· + H+ Fe 3+ + LH(k 9 )

Пример 5: Скорость реакции обрыва цепей определяется двумя параллельно идущими реакциями: Fe 2+ + L· + H+ Fe 3+ + LH(k 9 ) LOO· + LOO· L=O + LOH + фотон(k 6 ) При наличии Fe 2+ скорость первой реакции гораздо выше, чем второй. Поэтому пока есть Fe 2+, основная реакция обрыва цепи – это реакция: Fe 2+ + L· + H+ Fe 3+ + LH(k 9 ) Скорость нескольких параллельных реакций в основном определяется самой быстрой из них.

Упрощенная схема реакций перекисного окисления липидов из 3 реакций L· + O 2 (+ LH) LOOH + L· (k 2 ) Fe 2+ + LOOH + LH Fe 3+ + LOH + OH¯ + L·(k p ) Fe 2+ + L· + H+ Fe 3+ + LH(k 9 )

Дифференциальные уравнения кинеткики в системе трех реакций

Стационарное приближение Боденштейна – Семенова

Триггерная функция Fe

При = 0 При [Fe 2+ ] > [Fe 2+ ] *, < 0 = k p ([Fe 2+ ]* – [Fe 2+ ]) При [Fe 2+ ]

Железо как про- и антиоксидант [Fe 2+ ] > [Fe 2+ ] * < 0 [Fe 2+ ] < [Fe 2+ ] * > 0 Скорость цепного окисления

Вопросы к зачету 1.Кинетика реакций цепного окисления липидов 2.Кривые кинетики цепного окисления липидов в митохондриях и липосомах 3.Уравнения реакций цепного окисления липидов 4.Скорости парциальных реакций цепного окисления 5.Упрощение схемы химических реакций. Скорость системы параллельных реакций. Примеры из кинеткики цепных реакций. 6.Упрощение схемы химических реакций. Скорость системы последовательных реакций. Примеры из кинеткики цепных реакций 7.Упрощение схемы химических реакций. Как из системы из 9 реакций мы приходим к системе из 5 реакций? 8.Алгоритм расчета кривых кинетики реакции на ЭВМ. 9.Аналитическое решение уравнений кинетики ПОЛ. Дальнейшее упрощение системы реакций (от 5 до 3). 10.Дифференциальные уравнения кинетики в системе трех реакций. Стационарное приближение Боденштейна – Семенова. Условия его применимости. 11.Зависимость скорости реакции пероксидации от концентрации ионов железа. Понятие "критической концентрации" железа. 12.Тригерная функция Fe2+. Железо как про- и антиоксидант.