Кінетика і стехіометрія обох процесів підтверджують представлення, відповідно до якого в основі розвитку цих реакцій лежить єдиний механізм - ланцюговий радикальний процес. Основні реакції, зв'язані з пероксидним окисненням ліпідів (ПОЛ) у біологічних мембранах, наступні [2,17]:

Ініціювання ланцюга:

Продовження ланцюга:

Розгалуження ланцюга:

Обрив ланцюга:

Таким чином, пероксидне окиснення ліпідів являє собою типовий ланцюговий процес з виродженим розгалуженням. У живій клітці матеріальним механізмом процесу біологічного окиснення є дихальний ланцюг - система транспорту електронів від відновленого органічного субстрату до кисню. Компоненти дихального ланцюга (близько 40) локалізовані у внутрішній мембрані мітохондрій. Спеціалізовані білки (залізо-сірчані, гемовмісні), у яких іони металів з перемінною валентністю, убіхінони, флавіни виконують роль переносників електронів:

Активні форми кисню ( ), що виникли в ході цього процесу в силу можливого “витоку” із системи транспорту електронів можуть ініціювати неферментативне пероксидне окиснення ліпідів [1]. Вирішальну роль в його регуляції в мембранах грають іони заліза [20]. Реагуючи з гідропероксидами, двовалентне залізо різко прискорює процес ланцюгового окиснення ліпідів, розгалужуючи ланцюг. Але, взаємодіючи з вільними радикалами, що ведуть ланцюг, те ж саме двовалентне залізо інгібує реакції ланцюгового окиснення, діючи як антиоксидант.

Що ж визначає співвідношення між цими двома реакціями заліза? Наявні дані говорять про те, що воно визначається співвідношенням концентрації гідропероксиду і заліза в системі. Очевидно, двовалентне залізо набагато швидше реагує з гідропероксидами, чим з вільними радикалами. Спочатку залізо розкладає всі гідропероксиди, а вже потім, якщо воно в надлишку, вступає в реакцію з радикалами.

При окисненні ліпідної фази біомембран велике значення має місце взаємодії гідропероксидів ліпідів з іонами двовалентного заліза і доля вільних радикалів, що утворюються в цій реакції [21]. Деталі даного процесу не вивчені. Припускають, що проникнення іонів Fe2+ (де, зважаючи на все, йде ланцюгова реакція окиснення НЖК фосфоліпідів) малоймовірно. Скоріше відбувається “виринання” гідропероксидної групи на поверхню ліпідного шару і зворотне занурення вільного радикала, що утворився в реакції з залізом, в товщу ліпідної фази.

Було встановлено [17], що склад ліпідів і швидкість їхніх окисних перетворень взаємозалежні. Зміна складу ліпідів мембран спричиняє зміну мікров'язкості ліпідного компонента, ліпід-білкових взаємодій і умов для структурних переходів у мембранах. Збільшення антиоксидантної можливості призводить до переходу ліпідів мембран у більш “рідкий” стан, у той час як зниження антиоксидантної активності робить ліпідну фазу більш в'язкою. Жирнокислотні ланцюги з гідрофільними кисневмісними угрупуваннями, що проникли в них, будуть виштовхуватися з гідрофобного оточення і наближатися або входити в контакт із зовнішньою водною фазою. Це призводить до розпушення мембрани, до появи в них гідрофільних “пір” [22]. Ці процеси прискорюють подальше пероксидне окиснення фосфоліпідів у біомембранах.

1.3. Антиоксидантний захист біологічних об'єктів

1.3.1 Регуляторні системи пероксидного окиснення ліпідів

Біологічна значимість того або іншого процесу в живих клітках стає загальновизнаною звичайно після того, як виявляються спеціальні ферментативні системи, що регулюють даний процес.

У клітці існує кілька систем [17], що змінюють швидкість окиснення ліпідів і які можна розглянути як регуляторні. Ці системи можна розбити на чотири групи. Система I, відповідальна за строго визначену структурну організацію ліпідів і яка впливає таким чином на швидкість реакції ініціювання, продовження й обриву ланцюга. Ця система відповідає за доступність залишків НЖК фосфоліпідів мембран до дії кисню, чим щільніше упаковка НЖК в фосфоліпідах мембран, тим менше до них доступ кисню, тим нижче швидкість зародження вільних радикалів. Будь-які агенти, що порушують упаковку НЖК, прискорюють окиснення ліпідів. Фактори, що підтримують структуру ліпідів мембран, гальмують окиснення. При моделюванні ПОЛ у мембранах in vitro порушується структурованість ліпідного подвійного шару. Тому кількісні характеристики, отримані на таких модельних системах, можуть бути з визначеною обережністю перенесені на окиснення ліпідів in vivo, структурованість яких впливає на швидкість їхнього окиснення (структурне інгібування).

Система II. Ферменти, що відповідають за утворення і загибель активних форм кисню (супероксиддисмутаза) і вільних радикалів, що ініціюють окиснення, і ферменти, що беруть участь у розпаду пероксидів без утворення вільних радикалів з них (каталаза, глутатионпероксидаза) [23,24].

Система III, що регулює обмін фосфоліпідів мембран і впливає на швидкість окиснення шляхом зміни складу НЖК фосфоліпідів, співвідношень ліпід/білок, фосфоліпід/холестерин і т.д.

Система IV: низькомолекулярні речовини, що виконують роль ініціаторів, каталізаторів, інгібіторів і т.п. і які впливають на стадію розгалуження й обриву ланцюга.

Ендогенна система антиоксидантного захисту містить у собі [2]:

Антиоксиданти фенольного типу: вітамін Е, пироксин, стероїдні гормони; мікроелемент селен;

SH-вмісні низько- і високомолекулярні сполуки, що розкладають пероксиди за молекулярним механізмом;

Антиоксиданти - комплексони; моно-, ді-, трикарбонові кислоти й інші аніони, що зв'язують залізоцерулоплазмін, феррітин.

На думку ряду авторів [24], здатністю безпосередньо реагувати з RO2? ліпідів володіють тільки природні антиоксиданти, їхній вплив на швидкість окиснення значно перевищує ефективність впливу синтетичних інгібіторів. Це визначає особливу роль природних АО в регуляції процесів ПОЛ.

1.3.2 Особливості дії природних антиоксидантів

Ряд експериментальних даних [24,25] свідчить про те, що недостача в організмі тих або інших природних АО призводить до інтенсифікації окисних процесів в ліпідах і до появи в них продуктів окиснення в кількостях, великих чим у нормі.

До природних антиоксидантів або біоантиоксидантів відносяться речовини рослинного або тваринного походження, що гальмують у модельних реакціях розвиток процесів окиснення. Біоантиоксиданти клітки складаються з екзогенних, що доставляються з їжею, і ендогенних АО, що надходять у клітку гуморальним шляхом або синтезуються в ній.

В літературі широко обговорюється питання про внесок різних компонентів ліпідів в їхню антиоксидантну активність (АОА). Однак у цьому питанні не існує єдиної точки зору. Одні дослідники зв'язують АОА ліпідів із присутністю в них однієї індивідуальної речовини (наприклад, токоферола або убіхінона) [26]. Інші вважають, що активність ліпідів визначається сукупністю властивостей різних компонентів, зміна в складі яких виражається в зміні властивостей ліпідів взагалі [10]. Треті думають, що АОА ліпідів залежить від антиоксидантних властивостей природних антиоксидантів, їхньої кількості, від можливого взаємного впливу один на одного, від взаємодії з речовинами, що самі не є АО, але збільшують або зменшують активність останніх [17].

Загальновідомо, що сутність процесу інгібованого окиснення полягає в заміні активних у реакції передачі ланцюга радикалів субстрату, що окисляється, на значно менш активні радикали , що надалі в залежності від співвідношення концентрацій реагентів і відповідних параметрів швидкостей реакцій гинуть у реакціях обриву при взаємодії з радикалами або або вступають у (побічні) реакції продовження ланцюга. Загальноприйнята модель інгібованого окиснення включає наступні реакції [2,27]:

(7),(-7)

(8)

(9)

(10)

(11)

(12)

Ослаблення антиоксидантної дії інгібіторів може бути пояснено протіканням в окисній системі побічних реакцій за участю інгібітора та його радикалів. Такими реакціями можуть бути: реакція взаємодії радикала інгібітора з молекулою вуглеводню (10), з молекулою гідропероксиду (реакція (7)), реакція інгібітора з гідропероксидом (реакція (11)), або киснем (реакція (12)). Швидкість цих реакцій суттєво залежить від будови антиоксиданта й умов окиснення. В першу чергу цікаві властивості інгібіторів в умовах, близьких до фізіологічних: невисока температура окиснення (37?С), мала глибина перетворення, високий ступінь ненасиченості субстрату. В цих умовах реакцією (12) можна знехтувати за рахунок низької температури окиснення.

В умовах малої глибини окиснення, коли концентрація гідропероксидів у субстраті мала, можна знехтувати реакціями (-7) і (11).

Співвідношення швидкостей реакцій, що зменшують ефективну дію антиоксидантів, може змінюватися в залежності від концентрації вільних радикалів, тому що при збільшенні швидкості ініціювання (Wi) швидкість реакцій (8) і (9) зростає квадратично, а реакція (10) - лінійно. Таким чином, при збільшенні Wi в системі внесок реакції продовження ланцюга радикалами антиоксидантів у загальну швидкість окиснення зменшується, тобто зростає ефективність АО. У роботі [27] розглянута розширена кінетична схема окиснення вуглеводнів і отримані залежності, що підтверджують збільшення ефективності АО при підвищенні концентрації вільних радикалів у системі. Цим пояснюється той факт, що найбільшу ефективність природні АО виявляють у моделях окиснення високоненасичених жирних кислот.

Максимальний ефект гальмування окиснення природними АО в модельних системах може бути отриманий при окисненні високоненасичених субстратів з малим вмістом пероксиду і при низьких температурах. Саме такі умови властиві окисненню ліпідів у біомембранах, тобто фізіологічні умови є оптимальними для прояву антиоксидантної дії природних АО. Високі значення антирадикальної активності природних АО лежать в основі різкої зміни швидкості ПОЛ, що забезпечує високу ефективність регуляції навіть при незначній зміні їхньої концентрації.

У деяких випадках мала кількість природних АО може бути доповнена синтетичними інгібіторами, які можна використати для направленої зміни АОА ліпідів і, очевидно, для впливу на перебіг тих захворювань, для яких зміна антиоксидантної активності ліпідів є суттєвим чинником.

1.3.3 Гальмування процесів окиснення інгібіторами фенольного типу

Синтетичні інгібітори, що мають у своєму складі кілька функціональних груп, можуть брати участь у реакціях різного типу, що призводить до гальмування окиснення. Таким чином, з погляду механізму дії [28], інгібітори окиснення можна розділити на шість груп:

I. Інгібітори, що обривають ланцюг за реакцією з пероксидними радикалами. Такими інгібіторами є ароматичні сполуки з порівняно слабкими О-Н і N-H зв'язками (феноли, нафтоли, ароматичні аміни, діаміни).

II. Інгібітори, що обривають ланцюг за реакцією з алкільними радикалами. До них відносяться сполуки: хінони, імінохінони, метиленхінони, стабільні нітроксильні радикали, молекулярний иод.

III. Інгібітори, що швидко реагують з гідропероксидами без утворення вільних радикалів: сульфіди, фосфіти, арсеніти і т.д., а також тіосульфати і карбамати металів, різноманітні комплекси металів.

IV. Інгібітори-дезактиватори металів. Каталізоване окиснення сполуками металів перемінної валентності вдається сповільнити, вводячи комплексоутворювач, що утворює з металом неактивний комплекс стосовно гідропероксиду. До таких інгібіторів відносяться діаміни, гідроксікислоти й інші біфункціональні сполуки.

V. Інгібітори комбінованої дії. Часто в молекулі інгібітору присутні дві або кілька різних функціональних груп (-ОН, -NH2, =S, -SH та ін.), кожна з яких вступає паралельно у відповідну реакцію.

VI. Синергісти - це речовини, що підсилюють дію інгібіторів. Синергісти вводять з будь-яким типовим інгібітором у суміші. Для фенолів синергістами є органічні кислоти (лимонна, аскорбінова, щавелева).

Серед інгібіторів рідиннофазного окиснення органічних сполук центральне місце займають феноли. Саме гідроксильна група, яка приєднана до ароматичного кільця молекули, забезпечує здатність фенолів гальмувати окиснення за рахунок взаємодії їх з пероксидними радикалами субстрату, що окислюється:

Аргументами на користь цієї елементарної реакції є реєстрація методом ЕПР радикалів, що утворюються з інгібітору, наявність ізотопного ефекту з дейтерованими фенолами, відсутність інгібуючої активності простих і складних ефірів фенолів [29].

Активність фенолу в реакції з пероксидним радикалом залежить від двох факторів: міцності О-Н зв'язку (DO-H) і наявності об'ємних замісників в орто-положенні, що створюють в елементарному акті стеричні перешкоди. З одного боку, збільшення об'єму о-алкільних замісників знижує міцність ОН-зв'язку, оскільки ці замісники викликають порушення компланарності гідроксильної групи з площиною ароматичного кільця. Це повинно призводити до росту активності фенолів у реакціях радикального заміщення за участю атома водню гідроксильної групи. З іншої сторони виникають стеричні перешкоди для таких реакцій. Така подвійність приводить до того, що найбільше в реакціях радикального заміщення є феноли з проміжним о-алкільним заміщенням.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5