Перекисное окисление липидов реферат

Обновлено: 02.07.2024


Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

Министерства здравоохранения Российской Федерации

Кафедра биохимии и молекулярной биологии с курсом КЛД

Зав. кафедрой д.м.н, профессор Серебров В.Ю.

Реферат
Перекисное окисление липидов

Студент 5 курса медико-биологического факультета группы 4304

Черемохин Дмитрий Андреевич
Проверил:

Д.м.н., профессор кафедры

Кузьменко Дмитрий Иванович

Оглавление

Список литературы 31

Введение

Изучение структуры и функции мембран в норме и при патологии существенно расширяет наши представления о механизмах возникновения и развития патологических процессов на уровне клетки и целого организма. Одним из мощных факторов, повреждающих клеточные мембраны, является образование свободных радикалов, вызывающих в клетке неконтролируемые реакции. В небольших количествах свободные радикалы всегда присутствуют в клетке. Однако при воздействии ультрафиолетового или ионизирующих излучений, количество свободных радикалов в клетке существенно возрастает. Наиболее интенсивно свободные радикалы образуются при аутоокислении ненасыщенных жирных кислот в процессе перекисного окисления липидов (ПОЛ). Перекисное окисление липидов является альтернативным процессу биологического окисления. При биологическом окислении кислород присоединяется к атомам водорода лишь в заключительной цепи реакций, происходящих в митохондриях. Как промежуточные, так и конечные продукты биологического окисления, не токсичны. При перекисном окислении образуются продукты аутоокисления: свободные радикалы, перекиси, альдегиды, обладающие чрезвычайной токсичностью для клетки.

Особенно подвержены перекисному окислению ненасыщенные жирные кислоты фосфолипидов мембран. Атом водорода, расположенный у них рядом с двойной связью, очень непрочно связан с соответствующим атомом углерода. Такой атом углерода называют α-метиленовым, а его водород – аллильным. Например, в линолевой кислоте, имеющей две двойные связи, α-метиленовыми будут атомы углерода в 8 и 11 положениях.


Аллильный водород очень быстро переходит к окислителю, в результате чего возникает алкильный радикал, который затем превращается в гидроперекись:

Таким образом, гидроперокси – группа присоединяется к α-метиленовому углероду жирных кислот. Это и вызывает цепочку реакций, изменяющих структуру, а затем и функции мембран.

В биологических системах можно выделить несколько типов свободных радикалов. Одни из них образуются в качестве нормальных продуктов обмена веществ, например, образование эндоперекисей при аутоокислении холестерола. Другие возникают при измененных условиях жизнедеятельности, к ним относятся свободные радикалы воды и органических молекул, образующиеся при действии на клетку ионизирующих излучений, различных токсических веществ.

Обычный молекулярный кислород находится в триплетном состоянии, его обозначают О=О. Молекула О2 содержит 2 неспаренных электрона, одновременно принадлежащих двум её атомам и имеющих одинаково направленные параллельные спины, что придает молекулярному кислороду парамагнитные свойства.

Молекула кислорода является достаточно стабильной и этому свойству она обязана именно своим двум неспаренным электронам.

Синглетный кислород образуется при переходе электрона внутри молекулы между внешними орбиталями и в связи с этим обладает дополнительной энергией, его обозначают как радикал О˙–О. Электронно-возбужденное синглетное состояние кислорода не содержит неспаренных параллельных электронов и является гораздо более реакционно-способным, чем основное состояние. Одноэлектронное образование синглетного кислорода является одним из путей восстановления кислорода, с которым связано образование свободнорадикального продукта. При одноэлектронном восстановлении в качестве промежуточных продуктов могут возникать супероксид O2˙ – , перекись водорода Н2О2 и гидроксильный радикал • OH. Для полного восстановления О2 необходимо 4 электрона.

Супероксидный анион представляет собой отрицательно заряженный свободный радикал O2˙ – . Считается, что супероксид-анион дает ограниченный токсический эффект. ˙ОН – монорадикал, образуется при взаимодействии с водородом. Эти продукты также очень реакционноспособны и их присутствие может представлять угрозу для целостности живых систем.

На самом деле, ˙ОН – наиболее мутагенный продукт ионизирующей радиации – представляет собой чрезвычайно мощный окислитель, который может атаковать все органические соединения. Гидроксильный радикал с высокой скоростью реагирует практически со всеми молекулами клетки, включая ДНК, белки, липиды, углеводы. Чувствительными к действию радикалов ˙ОН и O2˙ – являются сукцинатдегидрогеназа, цитохромоксидаза, ксантиноксидаза.

Свободные радикалы обладают высокой химической активностью и взаимодействуя с молекулами, могут превращать их также в свободные радикалы. Монорадикал ˙ОН, реагируя с водородом дает атом-радикал Н˙ и образуется вода:

с оксидом углерода монорадикал ˙ОН дает СО2 и также атом-радикал водорода:


  1. Свободнорадикольный механизм перекисного окисления липидов

Наличие в радикалах одиночных электронов обусловливает их свойство присоединять электрон. Поэтому радикалы выполняют роль окислителей. Присоединяя атом водорода, они выполняют функцию дегидрирования. Молекула кислорода может активироваться при взаимодействии с ионом железа:

Fe 2+ + O2 = Fe 3+ + (O • – O – )

Получается супероксидный радикал O2 •– . Он энергично реагирует с органическими молекулами, отрывая водород или присоединяясь к ненасыщенным связям. Поэтому ионы железа катализируют цепные реакции окисления молекулярным кислородом.

В любом химическом свободнорадикальном процессе принято рассматривать три характерные стадии: реакцию зарождения цепи, её продолжение и реакцию обрыва цепи. Свободнорадикальное окисление начинается с реакции инициирования цепи. Инициаторами могут быть химические реакции, связанные с изменением валентности иона металла (Cu 2+ , Fe 2+ ). При окислении ионов железа молекулярным кислородом в растворе образуются как O2 •– , так и гидродиоксид- радикал НO2 •

Появление бирадикала дает начало цепи при взаимодействии его с молекулой жирной кислоты RH:

при этом образуется перекись водорода, а радикалы R • подвергаются аутоокислению с образованием алкилдиоксил – радикала:

Перекисный радикал может вступать во взаимодействие с новой молекулой ненасыщенной жирной кислоты, при этом образуется следующая молекула радикала R и алкилгидропероксид:

RO2 • + RH = R • + ROOH.

Эта реакция начинает новый этап свободнорадикального цепного процесса, который называется продолжением цепи. Следует отметить, что энергия активации реакций инициирования и продолжения цепи практически равна нулю и поэтому весь процесс имеет самоускоряющийся характер. Чередование двух последних реакций приводит к цепному окислению:


Число радикалов (R • + RO2 • ) определяет активность процесса в целом, при этом число гидроперекисей липидов может возрастать.

Далее следуют реакции разветвления, когда гидроперекиси разлагаются, инициируя новые цепи. Разветвление происходит в присутствии ионов Fe 2+ , под действием ультрафиолетового, ионизирующего излучений, или значительно реже – спонтанно.

ROOH + Fe 2+ = RO • + Fe 3+ + OH –

Не все радикалы RO2 • и R • продолжают цепь, часть их рекомбинируют друг с другом, дают неактивные продукты и приводят к обрыву цепи. Рекомбинация радикалов:

RO2 • + RO2 • + H + = ROH + R=O + O2 + hν (хемилюминесценция).

Помимо спонтанного обрыва цепей, прерывание цепей возможно:

а) при взаимодействии с Fe 2+

RO2 • + Fe 2+ + H + = ROOH + Fe 3+

R • + Fe 2+ + H + = RH + Fe 3+

б) при взаимодействии с антиоксидантами (А):

AH + RO2 • = A • + ROOH

A • + RO2 • → неактивные продукты

A • + A • → неактивные продукты

Самым распространенным антиоксидантом является витамин E. Наиболее активен витамин E в относительно низких концентрациях (in vitro

10 -6 M), при повышении концентрации, его антиоксидантная активность снижается. Это объясняется усилением реакции

В случае линоленовой кислоты, имеющей три двойные связи, пос-ледовательность накопления продуктов ПОЛ может быть представлена следующим образом:

Накопление продуктов ПОЛ имеет существенное значение для определения интенсивности этого процесса.

Продуктами ПОЛ являются:

1. Гидроперекиси липидов (ROOH).

2. Диеновые коньюгаты (липоперекиси с сопряженными двойными связями) = CH – CH = CH – CH2 –

3. Перекисные радикалы: H • , • OH, HO2 •

5. Малоновый диальдегид

1) биологического окисления в митохондриях, сопряженных с образованием АТФ;

2) аутоокисления и образования свободных радикалов;

3) микросомального окисления, связанного с окислением ксенобиотиков;

4) окисления, сопровождаемого образованием перекиси водорода (Н2О2).

Рассмотрим три пути образования Н2О2 в клетке.

1. Неферментативное образование Н2О2 за счет аутоокисления субстратов. Этот путь был рассмотрен ранее для случая взаимодействия гидродиоксид-радикала с ненасыщенной жирной кислотой:

2. Перекись водорода образуется при взаимодействии кислорода с дыхательными ферментами (ДФ) в результате одно- и двухэлектронного восстановления О2, причем одновременно с Н2О2 образуется супероксидный радикал:

Далее с ним реагируют движущиеся по дыхательной цепи протоны, образуется Н2О2

В свою очередь перекись водорода взаимодействует с супероксидным радикалом и образуется третье вещество этой группы – гидроксильный радикал НО•

Генерация гидроксильных радикалов в этой реакции протекает очень медленно, но значительно ускоряется в присутствии ионов металлов с переменной валентностью:

Fe 2+ + H2O2 = Fe 3+ + OH – + • OH

Одним из путей образования синглетного кислорода считается обратимая неферментативная реакция взаимодействия супероксидного радикала с протонами, которая дает также перекись водорода:

3. Энзиматическое образование перекиси водорода.

Из интермедиатов кислорода перекись водорода считается наиболее стабильным веществом и, следовательно, наименее реакционноспособным. Ее образование требует больших затрат кислорода. Около 10% всего кислорода, потребляемого организмом, расходуется на ферментативное окисление, осуществляемое оксидазами, локализованными в пероксисомах. Оксидазы катализируют прямые реакции между своими субстратами и кислородом. При этом они восстанавливают О2 до Н2O2.

Читайте также: