Учебник для ВУЗОВ

БИОХИМИЯ

>>> Перейти на полный размер сайта >>>

       

IV. Образование токсичных форм кислорода в ЦПЭ

В ЦПЭ поглощается около 90% поступающего в клетки O2. Остальная часть O2 используется в других окислительно-восстановительных реакциях. Ферменты, участвующие в окислительно-восстановительных реакциях с использованием кислорода, делятся на 2 группы: оксидазы и оксигеназы.

Оксидазы используют молекулярный кислород только в качестве акцептора электронов, восстанавливая его до H2O или H2O2.

Оксигеназы включают один (монооксигена-зы) или два (диоксигеназы) атома кислорода в образующийся продукт реакции.

Хотя эти реакции не сопровождаются синтезом АТФ, они необходимы для многих специфических реакций в обмене аминокислот (см. раздел 9), синтезе жёлчных кислот и стероидов (см. разделы 8, 11), в реакциях обезвреживания чужеродных веществ в печени (см. раздел 12).

В большинстве реакций с участием молекулярного кислорода его восстановление происходит поэтапно с переносом одного электрона на каждом этапе. При одноэлектронном переносе происходит образование промежуточных высокореактивных форм кислорода.

В невозбуждённом состоянии кислород нетоксичен. Образование токсических форм кислорода связано с особенностями его молекулярной структуры. 02 содержит 2 неспаренных электрона с параллельными спинами, которые не могут образовывать термодинамически стабильную пару и располагаются на разных орбиталях. Каждая из этих орбиталей может принять ещё один электрон.

Полное восстановление O2 происходит в результате 4 одноэлектронных переходов:

Супероксид ⇒ пероксид ⇒ гидроксильный радикал

Супероксид, пероксид и гидроксильный радикал — активные окислители, что представляет серьёзную опасность, для многих структурных компонентов клетки (рис. 6-30).

Рис. 6-30. Повреждающее действие свободных радикалов на компоненты клетки. 1 — разрушение белков; 2 — повреждение ЭР; 3 — разрушение ядерной мембраны и повреждение ДНК; 4 — разрушение мембран митохондрий; 5 — ПОЛ клеточной мембраны; 6, 7, 8 — проникновение в клетку воды и ионов

Активные формы кислорода могут отщеплять электроны от многих соединений, превращая их в новые свободные радикалы, инициируя цепные окислительные реакции (см. раздел 8).

Большая часть активных форм кислорода образуется при переносе электронов в ЦПЭ, прежде всего, при функционировании (ЗН2-дегидрогеназного комплекса. Это происходит в результате неферментативного переноса («утечки») электронов с QH2 на кислород (рис. 6-31).

Рис. 6-31. Образование супероксида в ЦПЭ. «Утечка» электронов в ЦПЭ может происходить при переносе электронов с участием коэнзима Q. При восстановлении убихинон превращается в анион-радикал семихинона. Этот радикал неферментативно взаимодействует с O2 с образованием супероксидного радикала. Комплекс II на рисунке не указан

В отличие от рассмотренного механизма на этапе переноса электронов при участии цитохро-моксидазы (комплекс IV) «утечка» электронов не происходит благодаря наличию в ферменте специальных активных центров, содержащих Fe и Сu и восстанавливающих O2 без освобождения промежуточных свободных радикалов.

В фагоцитирующих лейкоцитах (гранулоцитах, макрофагах и эозинофилах) в процессе фагоцитоза усиливаются поглощение кислорода и образование активных радикалов. Активные формы кислорода образуются в результате активации NADPH-оксидазы, преимущественно локализованной на наружной стороне плазматической мембраны, инициируя так называемый «респираторный взрыв» с образованием активных форм кислорода (см. раздел 14).

Защита организма от токсического действия активных форм кислорода связана с наличием во всех клетках высокоспецифичных ферментов: супероксиддисмутазы, каталазы, глутатион-пероксидазы, а также с действием антиоксидантов (см. раздел 8).

 

 

Top.Mail.Ru
Top.Mail.Ru