Окисление перекисное

Окисление перекисное — сложный многостадийный цепной процесс окисления кислородом липидных субстратов, главным образом полиненасыщенных жирных кислот, включающий стадии взаимодействия липидов со свободнорадильными соединениями и образования свободных радикалов липидной природы. О. п. фосфолипидов биологических мембран играет важную роль в жизнедеятельности живых организмов. Усиление процессов О. п. имеет существенное значение в этиологии и патогенезе многих заболеваний и развитии последствий различных экстремальных воздействий. Перекисное окисление является частным случаем жидкофазного окисления углеводородов. Оно представляет собой типичный цепной процесс с выраженным разветвлением. О. п. может включить стадии неферментативного аутоокисления и ферментативные реакции.

В инициировании О. п. решающую роль играют так называемые активные формы кислорода, в первую очередь кислородные радикалы, содержащие неспаренные электроны. В результате одноэлектронного восстановления молекулярного кислорода О2 в клетках образуется супероксидный анион-радикал который возникает в электронпереносящей цепи митохондрий, хлоропластов, в реакциях, катализируемых некоторыми окислительными ферментами, при аутоокислении моноаминов и других соединений. При реакции дисмутации двух супероксидных радикалов образуется молекула перекиси водорода Н2О2; Другими источниками перекиси водорода являются реакции, катализируемые некоторыми оксидазами. В клетках существуют специальные системы обезвреживания токсичных кислородных радикалов, в частности ферментные: супероксиддисмутаза, катализирующая превращение супероксида в перекись водорода, каталаза и пероксидазы, катализирующие реакции, в которых перекись водорода восстанавливается до воды. К наиболее реакционноспособным и поэтому наиболее опасным радикалам кислорода относится гидроксильный радикал •ОН — один из основных повреждающих факторов при действии на живой организм ионизирующего излучения.

Значительная часть радикалов •ОН в живых организмах генерируется в результате реакций перекиси водорода и супероксидных радикалов с каталитическими количествами металлов переменной валентности, в первую очередь, с ионами железа и меди. Относительно малоактивные и долгоживущие и Н2О2 могут служить источником взаимодействующего практически со всеми классами биомолекул радикала •ОН в присутствии микроколичеств свободных железа или меди. Наряду с радикалом •ОН непосредственными инициаторами О. п. могут быть и другие свободные радикалы, например протонированный супероксид-анион, а также синглетный кислород и ряд других активных форм кислорода. Продукты О. п., в частности перекиси липидов, используются в организме для синтеза биологически активных веществ — простагландинов, тромбоксанов, стероидных гормонов и т.д. Интенсивность О. п. непосредственно связана с процессами обновления состава фосфолипидов биологических мембран, изменения относительного содержания липидов и белков и как следствие с изменением структуры биологических мембран и их функционирования.

В живых организмах существует сложная система регуляции интенсивности процесса О. п. В норме процессы образования и расходования продуктов О. п. хорошо сбалансированы, что определяет их относительно низкое содержание в клетках. Скорость О. п. на уровнях инициирования, продолжения и обрыва цепи в значительной степени определяется структурной организацией липидов в биологической мембране. которая влияет на доступность остатков ненасыщенных жирных кислот для кислорода. Факторы, нарушающие «упаковку» липидов в биологической мембране, ускоряют, а факторы, поддерживающие структурированность липидов (например холестерин), тормозят О. п. Другим регуляторным компонентом системы О. п. являются ферменты, участвующие в образовании (например, некоторые оксидазы) или гибели (супероксиддисмутаза) активных форм кислорода и свободных радикалов, а также в разложении перекисей без образования свободных радикалов (каталаза, пероксидазы). Активность этих ферментов также может зависеть от структурированности липидного бислоя биологической мембраны.

Практически на всех стадиях О. п. существенную модуляторную роль играют факторы, регулирующие обмен фосфолипидов биологических мембран и влияющие на скорость окисления путем изменения липидного состава мембран. Чрезвычайно важное значение в регуляции О. п. имеют многочисленные низкомолекулярные соединения, выполняющие функции инициаторов, катализаторов, ингибиторов, тушителей, синергистов этого процесса. К числу важнейших стабилизаторов биологических мембран относится природный антиоксидант (ингибитор О. п. ) витамин Е; другими природными антиоксидантами являются гормоны тироксин и кортикостероиды, витамин К, глутатион. Свойствами прооксидантов (веществ, усиливающих О. п.) обладают ионы металлов переменной валентности, витамины С, D и др. При развитии патологического процесса баланс образования и расходования перекисей и других продуктов О. п. может нарушаться, метаболиты О. п. накапливаются в тканях и биологических жидкостях, что приводит к серьезным нарушениям, в первую очередь, в биологических мембранах. Следствием активизации О. п. может быть изменение физико-химических свойств мембранных белков и липидов, изменение активности мембранно-связанных ферментов, нарушение проницаемости мембран (в т.ч. для протонов и ионов кальция), ионного транспорта (например, угнетение натриевого насоса), уменьшение электрической стабильности липидного бислоя мембран. Активация О. п. приводит к изменению структуры липопротеинов сыворотки крови и гиперхолестеринемии, нарушает разнообразные процессы клеточного метаболизма практически на всех уровнях.

Токсичными для организма являются не только образующиеся в результате О. п. перекиси, но и продукты более глубокого окисления липидов альдегиды, кетоны, кислоты. Карбонильные продукты О. п. ингибируют ряд ферментов, подавляют синтез ДНК, увеличивают проницаемость капилляров, модифицируют агрегацию тромбоцитов и проявляют ряд других нежелательных эффектов. Инициирующие О. п. и возникающие в процессе окисления реактивные свободные радикалы вызывают повреждение структуры нуклеиновых кислот, прежде всего ДНК, деструкцию нуклеотидных коферментов, нарушения функционирования ферментов (в первую очередь SH-ферментов), ковалентную модификацию различных биомолекул. Следствием избыточной генерации свободных радикалов могут быть патологические изменения свойств сосудов. Активация О. п. (так называемый синдром липидной пероксидации) является общим ключевым фактором, опосредующим повреждение мембранных структур органов и тканей при многих заболеваниях (за рубежом для таких заболеваний принят термин «свободнорадикальная патология»).

Активация О. п. и роль в патогенезе показана при многих заболеваниях печени, артритах, атеросклерозе, ряде инфекций, вызываемых паразитами (например, малярии), заболеваниях легких, гипоксических, гипероксических и реперфузионных повреждениях органов и тканей, злокачественных опухолях, травмах, ожогах, катаракте и др. Для чрезмерной активации О. п., наблюдаемой в плазме (сыворотке) крови при идиопатическом гемохроматозе, в сыворотке крови и синовиальной жидкости при артритах и остеоартрите, в цереброспинальной жидкости при нейрональном липофусцинозе, основу создает избыток свободного железа и (или) меди в соответствующих органах. Возможная активация О. п. должна быть учтена при проведении лучевой терапии, ультрафиолетовом облучении, действии на организм различных полей (в т.ч. магнитного). При лечении в условиях гипербарической оксигенации возникающее в начале усиление О. п. за счет генерации активных форм кислорода исчезает после нескольких сеансов оксигенации. На разнообразных моделях стресса показано, что активация О. п. свидетельствует о срыве адаптивных механизмов и опосредует различные проявления повреждающего действия экстремальных факторов.

Для профилактики и терапии состояний, связанных с чрезмерной активацией О. п., могут быть использованы антиоксиданты, вещества, специфически реагирующие с определенными свободными радикалами (ловушки или перехватчики), специфические вещества, образующие комплексные соединения с металлами переменной валентности, а также различные пути активации эндогенных систем антирадикальной защиты организма (например, постепенная адаптация к гипоксии или другим факторам). В связи с важной ролью О. п. в патогенезе различных заболеваний определение продуктов этого процесса (главным образом конъюгированных диенов, малонового диальдегида), спонтанной и индуцированной хемилюминесценции в биологическом материале (сыворотке и плазме крови, эритроцитах, моче, конденсате выдыхаемого воздуха и т.д.) имеет все возрастающее диагностическое и прогностическое значение.

Библиогр.: Владимиров Ю.А. и Арчаков А.И. Перекисное окисление липидов в биологических мембранах, М., 1972; Меерсон Ф.З. Адаптация, стресс, профилактика, М., 1981.