Семипалатинский государственный медицинский университет. Кафедра Биохимии и химических дисциплин имени Тапбергенова С.О. СРС На тему: Супероксиданионзависимый апоптоз. Система антиоксидантной защиты. Природные антиоксиданты. Подготовил: Омаров.М Студент 2 курса 219ОМ Проверила: Муртазина.Д.Д Семей, 2019 год.

ВВЕДЕНИЕ. СУПЕРАКСИДНЫЙ АНИОН. СИСТЕМА АНТИОКСИДАНТНОЙ ЗАЩИТЫ. ПРИРОДНЫЕ АНТИОКСИДАНТ ЗАКЛЮЧЕНИЕ. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ План

Введение Супероксид это ион молекулы кислорода с неспаренным электроном. Относится к свободным радикалам, короткоживущий, способен спонтанно дискутировать с водой в кислород и пероксид водорода. Обладает парамагнитными свойствами. Супероксид образуется, когда молекула кислорода захватывает один дополнительный электрон и при этом частично восстанавливается, а также при действии ионизирующего излучения. Супероксид образуется, например при взаимодействии супероксида калия с водой или при взаимодействии параквата с некоторыми ферментами фотосинтетической системы растений в клетках зелёного листа.

Супероксидный анион Угарный газ (монооксид углерода) связывается с гемоглобином подобно кислороду, с образованием карбоксигемоглобина: Hb + CO + HbCO. Сродство гемоглобина к СО в 200 раз выше, чем к кислороду и поэтому, даже при низкой концентрации угарного газа, значительная часть гемоглобина выключается из транспорта кислорода и человек может погибнуть от тканевой гипоксии. Кислород может не только быть использован для образования оксигемоглобина, но и вызвать не ферментативное окисление гемоглобина в метгемоглобин. Образование метгемоглобина может происходить при попадании в организм окислителей, таких как бертолетова соль, нитраты, нитриты, анилин, нитробензол и другие. Метгемоглобин не присоединяет кислород, и поэтому не может обеспечивать дыхание тканей. Окисление гемоглобина в метгемоглобин кислородом приводит к образованию супероксидного аниона (О2-): Hb(Fe++)+O2 MetHb(Fe++)+O2-

Супероксидный анион может действовать в организме как окислитель (акцептор электрона) и как восстановитель (донор электрона). Действуя как окислитель, получай еще один электрон, в водной среде он превращается в пероксид водорода: O е- + Н+ HО-ОH Перекись водорода в свою очередь может восстанавливаться супероксидным анионом с образованием свободного гидроксильного радикала (ОН*): O HO-OH ОН* + ОН- + О 2 Гидроксильный радикал при взаимодействии с супероксидным анионом образует синглетный кислород ("О2), ), в молекуле которого оба электрона внешней орбиты имеют разнонаправленный спин: O ОН* "О 2 + ОН- Активные формы кислорода в организме образуются в реакциях самопроизвольного (не ферментативного) окисления ряда веществ, в том числе и лекарств, а также в реакциях, катализируемых различными оксидазами.

Антиоксидантное действие оказывает альфа-токоферол (витамин Е), который может служить донором электронов и может прерывать реакции пероксидного окисления жирных кислот. Обнаружено, что при нарушении функции глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы (наследственное или приобретенное), в эритроцитах снижается уровень восстановленного глутатиона и такие эритроциты быстро гемолизируются.

Гемолитическая готовность эритроцитов связана с уменьшением не только восстановленного глутатиона, но сульфгидрильных групп белков клеточной мембраны глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа - дефицитных эритроцитов. Это приводит к снижению активности SН-содержащего фермента - Nа+,К+ АТФ-азы и как следствие, происходит повышение проницаемости мембраны эритроцитов для ионов Na, K и кислорода. Все это приводит к набуханию эритроцитов и ускоряет гемолиз.

СИСТЕМА АНТИОКСИДАНТНОЙ ЗАЩИТЫ ОРГАНИЗМА Систему защиты тканей и клеток от токсических метаболитов кислорода и продуктов ПОЛ можно условно разделить на: -физиологическую (механизмы, осуществляющие регуляцию доставки и поступления кислорода к клеткам); -биохимическую (собственно антиоксидантную систему организма, т.е. широкий класс химических соединений, снижающих активность радикальных окислительных процессов). Биохимическая АО система условно делится на специфическую и неспецифическую: -специфическая АО система направлена на разрушение образующихся АФК и продуктов их дальнейших превращений; -неспецифическая - предотвращает условия и возможности утечки электронов и генерации АФК в ходе окислительно-восстановительных реакций (в рамках окислительного фосфорилирования) или в процессе аутоокисления субстратов (микросомальное окисление).

А. Специфическая АО система включает: 1. Специализированные ферментные системы; 2. Неферментные соединения. 1. Специализированные ферментные системы К специфическим АО-энзимам можно отнести супероксиддисмутазу, каталазу, глутатион зависимые пероксидазы и трансферазы. Эта группа ферментов, локализующихся преимущественно внутриклеточной, обладает способностью разрушать свободные радикалы, а также участвовать в разложении гидроперекисей нерадикальным путем. Энзимы антирадикальной защиты характеризуются высокой избирательностью действия, направленного против определенных радикалов, специфичностью клеточной и органной локализации, а также использованием в качестве стабилизаторов металлов переменной валентности – меди, цинка, марганца, железа и др.

Супероксиддисмутаза (СОД) – ключевой фермент АО защиты; обеспечивает превращение супероксидного анион-радикала в менее активный окислитель – перекись водорода, которая элиминируется каталазой до двух молекул воды и молекулы кислорода. СОД содержит ион меди, ион цинка, ион железа и имидазол гистидина. Основным местом локализации фермента является цитозоль. СОД обладает высокой термоустойчивостью, устойчивостью к действию протеаз, денатурирующих агентов, широким оптимумом рН каталитической активности. СОД – водорастворимый фермент, поэтому супероксидный радикал, генерируемый в мембране и вызывающий процессы ПОЛ, оказывается для нее малодоступным Каталаза – обеспечивает расщепление перекиси водорода до 2-х молекул воды и кислорода; из-за большого молекулярного веса практически не проникает через клеточные мембраны. Данные ферменты обладают слабой активностью по отношению к липидным пероксидам, образующимся в ходе цепных реакций ПОЛ. Разрушение этих продуктов осуществляется с участием ферментной системы глутатиона.

Система ферментов глутатиона: - селен содержащая глутатионпероксидаза - локализована в цитозоль и митохондриях; эффективно разлагает гидрофильные гидроперекиси липидов и перекись водорода; катализирует реакцию восстановленного глутатиона с гидроперекисями липидов, при этом последние превращаются в жирные оксикислоты; восстанавливает перекиси белкового и нуклеиновокислотного происхождения. - глутатион трансфераза – содержится преимущественно в цитозоль клеток; не взаимодействует с перекисью водорода; восстанавливает гидрофобные гидропероксиды с большим объемом молекулы: гидроперекиси полиненасыщенных жирных кислот – линоленовой и арахидоновой, а также фосфолипидов; восстанавливает гидроперекиси мононуклеотидов и ДНК, участвуя в их репарации. - глютатионредуктаза – позволяет быстро пополнить пул восстановленного глутатиона, тем самым поддерживая нормальную работу глутатион зависимых ферментов

Ферментные АО практически все всегда выполняют свою функцию внутри клетки. Их синтез и внутриклеточнойе содержание, как и большинства белков, находится под генетическим контролем и интенсифицируется под влиянием ряда внешних воздействий, к которым относятся и фармакологические (введение лекарственных препаратов). Большая молекулярная масса молекул энзимов препятствует их выходу за пределы клеток, одновременно это же и является препятствием для проникновения внутрь клетки и введенным в организм в виде лекарственных препаратов экзогенных ферментов и белков (например, СОД, церебролизин, актовегин и др.). В случае же попадания ферментных АО и белков в кровь (цитолиз клеток, введение извне в виде лекарств), они не могут рассматриваться в качестве ключевых механизмов в антирадикальной и антиперекисной защите крови, так как очень быстро, в течение 5 – 10 минут разрушаются под действием протеаз крови или выводятся в неизмененном виде почками. В результате уровень ферментных АО крови крайне низок и суммарно определяет менее 1% ее антирадикальной и антиперекисной активности.

2. Неферментные соединения АО системы. Ферментные АО выполняют свою функцию внутри клетки; в сыворотке крови и лимфе обнаруживается только их следовое количество. Вместе с этим, радикальные окислительные процессы активно протекают во всех водных и липидных фазах организма. Ингибирование СРО во внеклеточном секторе путем прямого захвата и нейтрализации радикалов выполняют не ферментные низкомолекулярные жиро- и водорастворимые АО Жирорастворимые соединения АО системы: вещества группы витамина Е; витамины А и К, стероидные гормоны, флавоноиды; полифенолы – убихинон, витамин Р Водорастворимая система АО включает: низкомолекулярная небелковая тиодисульфидная система на основе глутатиона; аскорбатная окислительно-восстановительная система; растворимые в воде ароматические соединения.

Б. Неспецифическая АО-система организма. Неспецифическая АО-система организма предотвращает условия и возможности утечки электронов и генерации АФК в ходе окислительно- восстановительных реакций (в рамках окислительного фосфорилирования) или в процессе аутоокисления субстратов (микросомальное окисление). Неспецифическая АО-система включает в себя ряд белков плазмы, играющих важную роль в АО-защите жидких сред организма, таких как церулоплазмин (ЦП), трансферрин (ТФ), лактоферрин (ЛФ). АО свойства этих соединений связаны с их способностью образовывать хелатные комплексы и, таким образом, связывать ионы металлов переменной валентности, которые, как известно, входят в состав активных центров оксидоредуктаз и выполняют каталитическую роль при синтезе АФК. Соответственно, связывание ионов металлов ингибирует синтез радикалов и снижает выраженность ПОЛ.

Церулоплазмин (ЦП) – медьсодержащий гликопротеин, относится к альфа-2-глобулиновой фракции сыворотки крови. Белок представляет собой полипептидную цепь, способную к спонтанному протеолизу с образованием каталитически активных фрагментов, содержащих два атома меди и два атома кальция. Церулоплазмин совместно с трансферрином образуют прооксидантно- антиоксидантную буферную систему крови, участвующую в поддержании окислительного гомеостаза гидрофильных сред. В этой системе ЦП выполняет роль восстановленного компонента, т.е. антиоксиданта, а ТФ – прооксидантную функцию. Соотношение ЦП/ТФ крови является достаточно точным критерием окислительного гомеостаза и характеризует направленность его сдвигов при различной патологии. Подобную функцию выполняет и лактоферрин – белок, который содержится в молоке и продуцируется при стимуляции фагоцитов.

Гемовые белки (гемоглобин, миоглобин), содержащие двухвалентное железо, также могут при определенных обстоятельствах катализировать реакцию разложения перекиси водорода до гидроксильного радикала. ЦП обладает ферроксидазной, аскорбатоксидазной и аминооксидазной активностью и является одним из основных АО крови. Он обеспечивает защиту липопротеидов плазмы и липидов клеточных мембран от пероксидации и воздействия гидроксильных радикалов. Связывание ионов железа с молекулой ЦП приводит к снижению участия металла в генерации гидроксильного радикала в ходе реакции Габер- Вейса (разложение перекиси водорода до гидроксильного радикала в присутствии ионов двухвалентного железа).

Ученые выяснили, что переизбыток антиоксидантов может тормозить рост клеток, отвечающих за иммунитет. Следовательно, вместо сопротивления возможной болезни антиоксиданты будут ей только способствовать. Отмечено также негативное действие антиоксидантов при уже имеющейся раковой опухоли. Раковые клетки, оторвавшись от опухоли, часто гибнут. Но неумеренное потребление антиоксидантов помогает таким клеткам выжить и распространиться по всему телу, вызывая метастазы.

Обычный и основной путь метаболизма молекулярного кислорода - это его полное восстановление до молекулы Н20 путем принятия четырех электронов. Однако, при восстановлении одним электроном могут образовываться свободные радикалы и Н2О2, как показано ниже: O2 +*1 *0e- = O2-. супероксидный радикал О2 + Н2О = НО2. + ОН- гидропероксидный радикал НО2 +*1 *0e- + Н = Н2О2 перекись водорода Н2О2 +*1 *0e- =.OH + OH- гидроксильный радикал Реакционная способность является следствием нестабильной электронной конфигурации радикалов; они с готовностью принимают электроны от других молекул, и те, в свою очередь, становятся свободными радикалами, способными реагировать. Таким образом распространяется цепная реакция.

Вещества, нейтрализующие вредный эффект свободных радикалов, обычно объединяют в так называемую антиоксидантную систему защиты. Эта система включает много веществ, которые обычно называются антиоксидантами, утилизаторами свободных радикалов, терминаторами цепи или восстановителями. Антиоксидантная система, отвечающая за защиту клетки против окислительного стресса, также разнообразна, как и сами радикалы. Для обеспечения наиболее эффективной защиты эти ферменты-утилизаторы компартментализованы в отдельные субклеточные органеллы. Например, супероксиддисмутаза ( SOD ), каталаза (CT) и глутадионпероксидаза (GSH-PX) содержатся не только в цитоплазме, но и в митохондриях, где образуются большинство внутриклеточных свободных радикалов. Хотя был достигнут значительный прогресс в понимании функционирования индивидуальных ферментов и компонентов антиоксидантной защиты, сложная внутриклеточная сеть различных антиоксидантов затрудняет понимание в целом работы защитных систем.

Природные антиоксиданты Для защиты от АФК и других радикалов все клетки содержат антиоксиданты. Последние являются восстановителями, которые легко реагируют с окисляющими веществами и вследствие этого защищают более важные молекулы от окисления. К биологическим антиоксидантам принадлежат витамины C и Е, кофермент Q и некоторые каротиноиды. Образующийся при разрушении гема билирубин также служит защитой от окисления. Особенно важен глутатион, трипептид Glu-Cys-Gly, находящийся почти во всех клетках в высокой концентрации. Глутатион содержит нетипичную γ-связь между Glu и Cys. Восстановителем здесь является тиольная группа цистеинового остатка. Две молекулы восстановленной формы при окислении образуют дисульфид.

Вывод АО-система организма многокомпонентна, она способна предотвращать образование и разрушать как свободные радикалы, так и первичные и вторичные продукты реакций ПОЛ. АО-соединения проявляют свое действие разнообразным способом: от простого захвата свободных радикалов до сложного цепного взаимодействия с ними в направлении снижения токсичности и времени жизни. Именно многокомпонентная и многоуровневая АО-защита организма позволяет предупреждать повреждающее действие многочисленных продуктов ПОЛ. Нарушение АО-равновесия системы в сторону преобладания активности ПОЛ, независимо от причин, его вызвавших, становится повреждающим фактором и в тех случаях, когда патологический процесс приводит к спонтанному или произвольному снижению емкости АО системы.

Список использованной литературы. 1. Тапбергенов С.О. Медицинская биохимия.- Астана, Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия.- М., medcenter.ru/Biohimicheskiy_analiz_krovi_biohimija/ 4.