Кислородзависимые бактерицидные механизмы

· Кислородный или дыхательный взрыв – процесс образования активированных кислородных метаболитов (АКМ)

· Первичными АКМ, образующимися в нейтрофилах при кислородном взрыве являются супероксид анион-радикалО₂¯ (супероксид) и оксид азота, NO^• (нитроксид).

· Образование супероксида происходит при участии HAДФН - оксидазного ферментного комплекса, активируемого фосфолипазами и PK С. При работе данного комплекса НАДФН используется как донор электронов для восстановления молекул кислорода. Очевидно, что образование этого восстановленного кофактора сопряжено с увеличением потребления глюкозы и ее расщепления по механизму гексозомонофосфатного (пентозного) шунта (А).

· Образование супероксид анион-радикала является ключевым моментом, определяющим последующий каскад нарастания других активных форм кислорода. Супероксид обладает бактерицидным действием, но может нанести вред как самим фагоцитам, так и другим клеткам крови. Для нейтрализации супероксид анион-радикалов вырабатываются ферменты - супероксиддисмутазы (СОД). Различаясь по строению активного центра и структуре полипептидной цепи, все СОД катализируют одну и ту же реакцию дисмутации супероксидного радикала (В). При этом супероксид превращается в кислород и перекись водорода – Н₂О₂.

· Судьба последней может быть разной. В норме фагоциты используют Н₂О₂ для киллинга микробов, а также для синтеза гипохлорита – ClО¯, взаимодействуя с анионом Cl ¯ (C). Гипохлорит разрушает стенку бактерий, оказывая на них летальное действие. Образование гипохлорита катализируется миелопероксидазой (МП), которая содержится в азурофильных гранулах нейтрофилов и составляет от 2 до 5 % сухого веса клетки. Моноциты содержат лишь 1/3 от МП нейтрофилов, а при дифференцировке в макрофаги вообще ее утрачивают.

· Наряду с этим, перекись водорода может служить базисным материалом в продукции гидроксильного радикала - ^•ОН и синглетного кислорода - ¹О₂ (D). Особенность синглетного кислорода состоит в том, что в его молекуле электрон переходит с одной орбитали на другую – параллельную орбиталь, где электрон уже имеется. В результате на одной орбитали образуется пара электронов с противоположным спином (направлением движения), тогда как другая орбиталь остается незаполненной. Такое состояние нестабильно и определяет высокую окислительную активность ¹О₂.

· Радикал гидроксила ^•ОН химически наиболее активен и разрушает почти любую встретившуюся ему молекулу. Действуя на SH группу в составе активных центров ферментов, гистидиновые и другие аминокислотные остатки белков, ^•ОН вызывает динатурацию последних и инактивирует ферменты. В нуклеиновых кислотах ^•ОН разрушает углеводные мостики между нуклеотидами и, таким образом, разрывает цепи ДНК и РНК, в результате чего происходит мутация и гибель клеток. Таким образом, радикал ^•ОН - это радикал-разрушитель, радикал-убийца.

· Количество гидроксильного радикала значительно увеличивается в присутствии ионов двухвалентного железа (Е), при участии которого Н₂О₂ разлагается с образованием гидроксильного анинона (НО¯ ) и гидроксильного радикала (^•ОН).

G

Механизмы образования активных форм кислорода и их утилизация

Гидроксильный радикал образуется и при взаимодействии ионов железа с гипохлоритом (F).

· Таким образом, супероксидный радикал О₂¯ и продукты его превращений Н₂О₂, СlО¯, ¹О₂, НО^• (активированные кислородные метаболиты) при умеренном образовании выполняют ряд полезных функций: оказывают бактерицидное действие, уничтожают отработанные субклеточные структуры, регулируют подвижность мембран, а следовательно, транспорт веществ, ионную проницаемость, рецепторную экспрессию.

· При повышенном образовании активированные кислородные метаболиты представляют опасность для собственных клеток организма. Они способны:

* реагировать с большим набором биологических молекул, включая клеточные и внеклеточные продукты (ДНК, липиды, серосодержащие вещества, медиаторы воспаления, в т.ч. С 5а, хемотаксические пептиды, эйкозаноиды и т.д.), инактивируя их, или стимулировать высвобождение активных медиаторов из тромбоцитов и тучных клеток. Итогом таких взаимодействий является модуляция воспаления и деструкция окружающих тканей, в т.ч. - внеклеточного матрикса;

* реагировать с транзиторными катализаторами (Fe, Cu), что приводит к дальнейшей продукции потенциальных окислителей (см. Е, F);

* осуществлять ковалентное связывание пептидов и молекул ДНК, нарушая их функциональную активность;

* окислять полиненасыщенные жирные кислоты в липидах мембран, осуществляя дестабилизацию последних и образование свободных ацильных радикалов: LH + HO^• → H₂O + L^• (свободный ацильный радикал);

* вызывать апоптоз.