Активные формы кислорода: суперокид-анион, пероксид водорода, гидроксид – радикал.

Основное место образования

- микросомальная цепь переноса электронов (цит. р-450),

- частично могут возникать в митохондриальной цепи переноса электронов

- в результате ферментативных реакций с участием ксантиноксидазы, алкогольоксидазы

- неферментативных процессов -аутоокисление адреналина, гемоглобина, глутатиона.

Активные формы кислорода обнаружены во всех биологических жидкостях организма: крови, слюне, слезе.

Одноэлектронный перенос сопровождается образованием супероксида - анион-радикала (содержит одиночный неспаренный электрон и заряд минус)

О₂ + е = О₂^-

На второй стадии восстановления образуется анион пероксида и пероксид водорода

О₂^- + е = О₂ ^2- О₂ ^2- + 2Н⁺ = Н₂О₂

Возможно участие воды, среда в процессе реакции становится щелочной.

 

О₂ ^2- + 2Н ₂О = Н₂О₂ + 2 ОН^-

На третьей стадии возникают радикал и анион гидроксида (среда вновь щелочная)

Н₂О₂ + е = НО^. + НО^-

 

На последней стадии восстановление сопровождается образованием иона оксида О ^2-

Свободный ион О ^2- реагирует с водой, и вновь образуется ион гидроксида..

 

О ^2- + Н ₂О = 2 ОН^-

Образование воды возможно только в случае восстановления кислорода в системе переносчиков электронов (мембраны митохондрий и микросом)

О ^2- + 2Н⁺ = Н ₂О

Супероксидный анион является высокотоксичным и относительно стабильным радикалом.

Он взаимодействует с молекулами белка, липопротеинами, вызывает разрыв спирали ДНК, окисление тиольных групп, вызывает перекисное окисление липидов, создает структурные нарушения биологических мембран. В физиологических условиях концентрация супероксида чрезвычайно низкая 8^. 10 ^-12. М. Примерно 80% супероксидного аниона превращается в пероксид водорода с участием фермента супероксиддисмутазы (СОД).

2 О₂^- + 2 Н ⁺ = Н ₂ О ₂ + О₂ или

 

2 О₂^- + 2 Н ₂О = Н ₂ О ₂ + О₂ + 2 ОН^-

Активно этот процесс протекает в макрофагах момент фагоцитоза.

Фермент СОД принято называть представителем ферментативной антиоксидантной защиты(АОЗ) в клетке.

Без участия СОД происходит спонтанная дисмутация супероксидного аниона, в результате которой образуется весьма активный и реакционноспособный синглетный кислород

2 О₂^- + 2 Н ⁺ = Н₂О ₂ + ^“O₂

СОД встречается у всех аэробных организмов. Относится к металлоферментам. Содержит в активном центре ионы меди, марганца, железа, цинка. У человека, независимо от места локализации, в активном центре медь и цинк. Ионы цинка стабилизируют конформационную структуру, а ионы меди находятся в каталитическлм центре.

Цинк также обнаружен в активных центрах карбоангидразы и алкогольдегидрогеназы и необходим для стабилизации структуры белка- гормона инсулина.

Ген Сu-Zn-СОД у человека находится на 21 хромосоме. Высокий уровень активности отмечен в печени, почках, головном мозге, надпочечниках, щитовидной железе. В форменных элементах активность снижается в последовательности:

тромбоциты - эритроциты - лимфоциты - гранулоциты.

Низкая активность СОД характерна для сердца, костного мозга и селезенки.

Перевод супероксидного аниона в пероксид водорода не устраняет полностью токсичного действия.

Пероксид водорода образуется и в других биохимических реакциях:

- окисление аминов ФАД- зависимой моноаминооксидазой (МАО)

- при метаболизме пуриновых соединений (гипоксантин - ксантин- мочевая кислота) в тканях и, особенно, в процессе трансформации моноцитов в макрофаги. Физиологическая концентрация пероксида водорода 10^-9 - 10^-7 М.

Пероксид водорода обладает двойственной реакционной способностью окислителя и восстановителя, но в биологических системах, где много восстановителей, пероксид водорода ведет себя как достаточно сильный окислитель. Окисляет тиольные группы белков, ион железа(Fe ²⁺) в гемоглобине, превращая его в метгемоглобин(Fe ³⁺), усиливает пероксидацию липидов и нарушает проницаемость биомембран,

Пероксид водорода разрушается каталазой, которая относится к гемсодержащим ферментам.