Активные формы кислорода (свободные радикалы)

В организме в результате окислительно-восстановительных реакций постоянно происходитгенерация активных форм кислорода (АФК) при одноэлектронном восстановлении кислорода (молекула имеет неспаренный электрон на молекулярной или внешней атомной орбите).

Источники АФК:

1) цепь тканевого дыхания (утечка электронов с восстановленного убихинона KoQH₂ на кислород);

2) реакции, катализируемые оксидазами, гемопротеинами, цитохромом Р₄₅₀;

3) реакции окисления в лейкоцитах, макрофагах и пероксисомах;

4) радиолиз воды;

5) под воздействием ксенобиотиков, пестицидов;

6) реакции самопроизвольного (неферментативного) окисления ряда веществ.

Супероксид-анион – является одним из наиболее широко распространенных в организме свободных радикалов:

Fe²⁺ Fe³⁺

O₂ + e^- O₂^-

Он образуется в клетках болезнетворных бактерий и является повреждающим фактором для мембран клеток паренхиматозных органов человеческого организма. Для лейкоцитов и макрофагов супероксид-анион является фактором бактерицидности, с помощью которого клетки инактивируют патогенные микроорганизмы.

Другой путь образования свободных радикалов – взаимодействие кислорода с металлами переменной валентности. При этом образуется пероксидныйрадикал:

Fe²⁺ + O₂ + H⁺ → Fe³⁺ + HO₂

· ·

O₂^- + Н⁺ → HO₂

Взаимодействие супероксиданиона с пероксидным радикалом (1) или одноэлектронное восстановление супероксид-аниона (2) в водной среде приводят к образованию пероксида водорода

O₂^- + НО₂ + Н⁺ → Н₂О₂ + О₂ (1)

О₂^- + е^- + 2Н⁺ → Н₂О₂ (2)

Гидроксильный радикал ОН образуется при взаимодействии пероксида водорода с супероксид-анионом (1) либо с металлами (2):

Н₂О₂ + О ₂^- → ОН + ОН^- + О₂ (1)

Н₂О₂ + Fe²⁺ → ОН + ОН^- + Fe³⁺ (2)

Кислородные радикалы обладают высокой реакционной способностью и легко вступают в химические реакции с органическими молекулами для приобретения недостающего электрона. Кислородные радикалы оказывают воздействие на различные структурные компоненты клеток: ДНК (повреждение азотистых оснований); белки (окисление аминокислотных остатков, образование ковалентных «сшивок»); липиды; мембранные структуры.

Активные формы кислорода могут отщеплять электроны от многих соединений, превращая их в новые свободные радикалы, и инициируют тем самым цепные окислительные реакции. Если в реакцию с АФК вступают ненасыщенные жирные кислоты плазматических мембран, говорят о перекисном окислении липидов.