к активным формам кислорода относятся

К активным формам кислорода относятся

Глава 1. Активные формы кислорода и их роль в норме

и в условиях оксидативного стресса

Рис. 1. Электронные структуры некоторых активных форм кислорода;

Общим для всех этих соединений является их высокая реакционная способность. АФК отличаются друг от друга реакционной способностью, временем жизни и выполняемыми функциями (табл. 1).

Таблица 1. Основные виды АФК ( Беленичев и др., 2009)

Время полужизни при

О ₂

Хороший восстановитель, умеренный окислитель. Обладает свойствами внутриклеточного мессенджера : сигнальный механизм при взаимодействии различных подтипов глутаматных и аспартатных рецепторов, регуляция активности хлорных каналов, индукция образования пор в митохондриальной мембране. Участвует в окислительной модификации S Н- и N Н₂-групп низкомолекулярных соединений. Вазоконстриктор. Антисептик

Мощный окислитель. Чрезвычайно активен в реакциях акцептирования и переноса электронов. Участвует в окислительной модификации нуклеиновых кислот, белков, липидов, простагландинов. Диффундирует на очень малые расстояния

Эффективен при взаимодействии с липидами, приводит к их окислительной модификации. Окислительные свойства на уровне НО •

В физиологических условиях АФК образуются преимущественно в следующих системах [4]:

· при синтезе простагландинов как по циклооксигеназному пути – в процессе превращения PgG₂ в PgН₂ ( пероксидазная функция Pg Н-синтазы ), так и по липоксигеназному пути – в процессе превращения гидроперекиси арахидоновой кислоты в оксикислоту ; этот процесс контролируется рядом пептидных гормонов ( ангиотензин ), цитокинов (TNF-β) и ростовых факторов;

· при спонтанном или катализируемом моноаминоксидазой окислении дофамина и адреналина (при спонтанном окислении образуется О ₂ , а при катализируемом моноаминоксидазой – Н₂О₂);

Действие АФК в организме фактически направлено на 3 типа клеточных мишеней: белки, нуклеиновые кислоты и липиды. В норме они активно участвуют в их метаболизме, а при патологических состояниях – в их окислительной деструкции.

Окислительная модификация белков, нуклеиновых кислот, липидов при участии АФК постоянно наблюдается в тканях и играет важную роль в распаде этих соединений. Это один из этапов обновления химического состава тканей.

В последнее время большое внимание уделяется изучению роли АФК в процессах метаболизма белков. Белки в силу особенностей своего строения являются одними из основных ловушек АФК. В связи с разнообразием химического строения, особенностями структурной организации белков процесс окислительной модификации белков носит сложный и специфический характер, что сопряжено с образованием большого количества окисленных продуктов радикальной и нерадикальной природы. Окислительное повреждение белков может быть связано с первичным нарушением или самого скелета полипептидной цепи, или отдельных аминокислотных остатков. Разделить эти процессы можно сугубо условно, т. к. окисление полипептидной цепи влечет за собой окисление остатков аминокислот и, наоборот, окислительная модификация радикалов отдельных аминокислот может сопровождаться либо агрегацией, либо фрагментацией белков. Наиболее чувствительными к окислению являются серосодержащие (метионин, цистеин) и ароматические (гистидин, триптофан, тирозин и фенилаланин ) аминокислотные остатки белков. Однако селективное повреждение этих лабильных аминокислотных остатков и механизм их окисления зависят от природы АФК.

Ответственным за протеолиз окисленных белков является мультикаталитический протеосомный комплекс, который существует в АТФ-независимой 19-20 S и АТФ-стимулируемой 26 S формах в клетках млекопитающих.

АФК вызывают окислительную модификацию нуклеотидов и нуклеиновых кислот, особенно ДНК. Это приводит к образованию гидропероксидов ROOH (так, из тимина образуется 5-СН₂ООН-урацил), а затем и гидроксипроизводных ROH или R ( OH )₂, основными из которых являются 8-ОН-2′-дезокси­гуанозин и тимингликоль (их определение в тканях и моче используют как индексы окислительной модификации ДНК).

Существует большое количество данных, свидетельствующих о том, что живые организмы не только приспособились к сосуществованию со свободными радикалами, но фактически развили механизмы для выгодного использования их. Об этом свидетельствуют обнаруженные в последнее время новые функции АФК – регуляторные. Имеются определенные экспериментальные данные, свидетельствующие о том, что действия ряда первичных мессенджеров осуществляются либо через активацию процессов генерации АФК и повышение их уровня в тканях, либо через ингибирование компонентов АОЗ.

Следует отметить, что образование АФК различными изоформами НАДФН-оксидазы играет важную роль в регуляции каскада межклеточной сигнализации в различных типах нефагоцитирующих клеток, включая фибробласты, эндотелиальные клетки, гладкомышечные клетки сосудов, миоциты и клетки тироидной ткани.

Кроме того, установлено, что АФК образуются в клетках, стимулированных цитокинами, такими, как трансформирующий фактор роста р-1 (TGF-J31), интерлейкин-1, ФН О- α; пептидными факторами роста – тромбоцитарный фактор роста PDGF, основной фактор роста фибробластов bFGF ( basic fibroblast growth factor ); эпидермальный фактор роста EGF ( epidermal growth factor ); агонистами рецепторов ангиотензина II, тромбина и лизофосфатидной кислоты. Цитокины стимулируют освобождение АФК из многих типов клеток, включая фибробласты, эпителиальные и эндотелиальные клетки.

Таким образом, АФК играют важную роль в регуляции физиологических функций в тканях, вызывая стимуляцию различных сигнальных трансдукционных процессов, поэтому говорить о токсическом действии АФК не совсем верно. В нормально функционирующем организме АФК следует рассматривать с позиций их биологической значимости. С одной стороны, это продукты нормально протекающих окислительно-восстановительных реакций, с другой – специфические регуляторы метаболических процессов.

Свободнорадикальные реакции свойственны нормально метаболизирующей клетке. Окисление биомолекул идет со значительной скоростью, но стационарная концентрация продуктов окисления довольно мала вследствие наличия сложной системы взаимодействующих путей ее регуляции. Организм обладает многоуровневой стратегией защиты от повреждающего действия АФК. Защита осуществляется путем снижения образования первой АФК – О ₂ и функционирования специальной антиоксидантной системы (АОС), выработанной в процессе эволюции аэробных организмов. Основными функциями этой системы являются: ограничение интенсивности реакций свободнорадикального окисления; защита чувствительных к окислительным повреждениям биомолекул мембран, внутри- и внеклеточных структур от действия свободных радикалов и перекисных соединений; восстановление окислительных молекулярных повреждений.

Ключевым ферментом антиокислительной защиты является супероксиддисмутаза (СОД), т. к. при ее участии прерывается цепь свободнорадикальных процессов в начале своего зарождения на стадии одноэлектронного восстановления кислорода с образованием О ₂ :

2 О ₂ Н₂О₂ + О₂.

Глутатионпероксидаза (ГПО) эффективно расщепляет не только Н₂О₂, но и гидроперекисные соединения, образовавшиеся при ПОЛ:

2 GSH + ROOH → 2 GSSG + ROH + Н₂О.

Таким образом, АОЗ тканей включает различные по своему химическому строению соединения. Однако действие всех компонентов ферментативной и неферментативной АОЗ в нормально функционирующем организме четко сбалансировано между собой, что обеспечивает поддержание количества оксидантов тканей на физиологическом уровне.

Для оксидативного стресса в первую очередь характерно нарушение в соотношении ант и- и прооксидантной систем в сторону повышения последней, отсутствие мобилизации активности АОЗ и нарушение сбалансированности самих компонентов этой системы. Начальные этапы запуска реакции генерации АФК при различных патологических состояниях могут отличаться, но уже на следующих этапах направленность и интенсивность свободнорадикальных процессов теряют свою специфичность и зависят от состояния и степени мобилизации АОЗ.

Т. к. нервная ткань является особенно чувствительной к АФК, что обусловлено высоким уровнем метаболизма, уникальным липидным составом и минимальным клеточным обновлением, окислительный стресс может способствовать инициации и прогрессированию ряда нейродегенеративных заболеваний. В настоящее время установлена роль окислительного стресса в развитии различных нейродегенеративных расстройств, таких, как амиотрофический латеральный склероз, болезнь Паркинсона, болезнь Альцгеймера, сосудистая деменция и др.

Немаловажным фактором усиления продукции АФК при гипоксии является увеличение содержания Fe 2+ в цитоплазме. Освобождению ионов железа из белок-связанной формы может способствовать О ₂ , NO и ацидоз, возникающий при гипоксии. Кроме того, О ₂ может восстанавливать Fe 3+ до Fe 2+ и, таким образом, способствовать накоплению Fe 2+ в клетке. Fe 2+ активирует ПОЛ путем разветвления цепей окисления в присутствии кислорода.

На более поздних стадиях ишемического поражения наблюдается приток в ткань нейтрофилов и других фагоцитирующих клеток, продуцирующих АФК, которые можно считать важными источниками образования активных метаболитов кислорода при гипоксии. Гипоксия непосредственно является одной из причин повышения адгезивных свой ств гр анулоцитов, а повреждение эндотелия сосудов вследствие активации фагоцитирующих клеток крови считают одним из основных факторов патогенеза реперфузионных или реоксигенационных нарушений.

Следует отметить, что на модели ишемии/ реперфузии печени мышей установлена критическая роль в продукции АФК Rac 1-регулируемой НАДФН-оксидазы, отличной от НАДФН-оксидазы фагоцитов.

При патологических состояниях на фоне интенсивной генерации радикальных продуктов снижается АОЗ. Снижение активности ферментов-антиоксидантов может быть связано с мутацией и окислительной деструкцией соответствующих форм ДНК. В то же время сами АФК могут ингибировать активность ферментов-антиоксидантов. Так, Н₂О₂ тормозит активность СОД, а О ₂ – активность каталазы.

В условиях окислительного стресса наблюдается истощение компонентов неферментативной АОЗ, которые при нейтрализации радикальных продуктов переходят в неактивное состояние или образуют радикальные продукты разной степени токсичности. Процесс восстановления антирадикальной способности этих соединений в условиях оксидативного стресса снижен.

Таким образом, при состоянии оксидативного стресса наблюдаются глубокие изменения в метаболизме белков, липидов, нуклеиновых кислот, углеводов, водно-электролитном обмене, которые могут являться причиной тяжелых поражений тканей при ряде патологических состояний. Оценка интенсивности свободнорадикальных процессов при состоянии оксидативного стресса, их роли в патогенезе ряда заболеваний может быть произведена только при комплексном анализе пр о- и антиоксидантных систем. Более того, в каждом конкретном случае выбор исследуемых звеньев свободнорадикального окисления и компонентов АОС должен быть целенаправленным, необходимым, достаточным и адекватным поставленным задачам. Это особенно важно в клинических и патофизиологических исследованиях.

2. Болдырев А.А. Роль активных форм кислорода в жизнедеятельности нейрона // Успехи физиол. наук. – 2003. – № 3. – С. 21–34.

5. Зенков Н.К., Ланкин В.З., Меньщикова Е.Б. Окислительный стресс. Биохимический и патофизиологический аспекты. – М.: Наука / Интерпериодика, 2001. – 343 с.

12. Drőge W. Free radicals in the physiological control of cell function // Physiol. Rev. – 2002. – V. 82. – P. 47–95.

Источник

Активные формы кислорода

Описание презентации по отдельным слайдам:

Описание слайда:

Активные формы кислорода. Антиоксидантная защитная система. Перекисное окисление липидов.

Описание слайда:

Свободные радикалы.
Химические соединения, имеющие высокую реакционную способность, благодаря наличию в составе одного или двух неспаренных электронов на внешней орбитали, называются свободными радикалами.
Радикал может образоваться в результате потери одного электрона или при получении одного электрона нерадикальной молекулой.

Для биологических систем наиболее важны кислородные свободные радикалы (R.)

Описание слайда:

Кислородные свободные радикалы называют также активными формами кислорода (АФК)
Кислород, необходимый организму для функционирования (в ЦПЭ и многих других реакций), является одновременно и токсическим веществом, если из него образуются активные формы кислорода (АФК).
В норме в организме образуется около 2% АФК от всего кислорода, процесс образования идет спонтанно и подавить его трудно.

Описание слайда:

Факторы, вызывающие образование АФК

Описание слайда:

АФК
AO
система
ДЕФИЦИТ антиокси-дантов
Метаболические нарушения
Токсиканты

Тяжелые металлы
ОКИСЛИТЕЛЬНЫЙ
С Т Р Е С С

Описание слайда:

ПЕРЕКИСНОЕ ОКИСЛЕНИЕ ЛИПИДОВ

Малоновый диальдегид
Перекисное окисление липидов (ПОЛ) является важной причиной накопления клеточных дефектов. Основным субстратом ПОЛ являются полиненасыщенные жирные кислоты, входящих в состав клеточных мембран, а также липопротеинов. Атака кислородными радикалами приводит к образованию гидрофобных радикалов. Образующиеся липидные радикалы, а также 4-гидроксиноненаль и малоновый диальдегид могут атаковать молекулы белков и нуклеиновых кислот. Альдегидные группы этих соединений образуют межмолекулярные сшивки, что сопровождается нарушением структуры макромолекул и их функций.

Описание слайда:

ОКИСЛИТЕЛЬНЫЙ СТРЕСС И ДЕСТРУКЦИЯ КЛЕТКИ

Описание слайда:

Описание слайда:

Описание слайда:

Источники электронов в клетках
Утечка электронов из ЦПЭ (убихинон) и непосредственное их взаимодействие с кислородом в митохондриях – основной путь образования АФК в клетках.
Утечка электронов из микросом за счет цитохрома Р- 450.
Превращение двухвалентного железа в трехвалентное в гемоглобине (реакция Фентона) и некоторые др.

Описание слайда:

АФК наносят огромный вред организму т.к. очень легко вступают в химические реакции.
Для организма важно равновесие, образование не более 2% АФК.
Такая нестабильная частица, сталкиваясь с другими молекулами, «крадет» у них электрон, что существенно изменяет структуру этих молекул.
Пострадавшие молекулы стремятся отнять электрон у других «полноценных» молекул, вследствие чего развивается разрушительная цепная реакция, губительно действующая на живую клетку.

Описание слайда:

Описание слайда:

Что происходит если нарушается равновесие между образование и тушением АФК. Высокий уровень АФК приводит к образования окислительного стресса (активируется ПОЛ), который может вызвать апоптоз клетки или некроз ткани.
Научно доказано что АФК повинны в развитии более 100 заболеваний, таких как: рак, атеросклероз, инфаркт, инсульт, ишемия, атеросклероз, заболевания нервной и иммунной систем и заболевания кожи.

Описание слайда:

Повреждающие действие АФК
РАЗРУШЕНИЮ ПОДВЕРГАЮТСЯ:
1. Аминокислоты в белках (нарушается структура белков, между ними образуются ковалентные сшивки, эти белки гидролизуются)
2. Нуклеотиды в ДНК (окисление аденина и получение 8-гидроксиаденина, как следствие мутации)
3. Полиненасыщенные высшие жирные кислоты, входящие в состав липидов мембран клеток.

Описание слайда:

АФК: повреждение белков

Описание слайда:

Описание слайда:

АФК атакуют липиды мембраны клеток
В результате изменяются свойства мембраны:
Микровязкость
Выжигаются дыры в мембране
Изменяется проницаемость (набухание мембраны за счет утечки воды)
Изменяется ионный состав
Эти изменения нарушают жизнедеятельность клетки и приводят ее к гибели.

Описание слайда:

Активные формы кислорода запускают процесс перекисного окисления липидов (ПОЛ)

Основным субстратом ПОЛ являются полиненасыщенные цепи жирных кислот (ВЖК), входящие в состав клеточных мембран, а также липопротеинов.
Их атака кислородными радикалами приводит к образованию гидрофобных радикалов, взаимодействующих друг с другом.
В результате атаки АФК жирных кислот изменяются свойства мембран (выжигаются дыры) и образуется конечный продукт малоновый диальдегид, который может вызывать денатурацию белков путем их сшивки.

Описание слайда:

ПЕРЕКИСНОЕ ОКИСЛЕНИЕ ЛИПИДОВ

Малоновый диальдегид
Перекисное окисление липидов (ПОЛ) является важной причиной накопления клеточных дефектов. Основным субстратом ПОЛ являются полиненасыщенные жирные кислоты, входящих в состав клеточных мембран, а также липопротеинов. Атака кислородными радикалами приводит к образованию гидрофобных радикалов. Образующиеся липидные радикалы, а также 4-гидроксиноненаль и малоновый диальдегид могут атаковать молекулы белков и нуклеиновых кислот. Альдегидные группы этих соединений образуют межмолекулярные сшивки, что сопровождается нарушением структуры макромолекул и их функций.

Описание слайда:

ОКИСЛИТЕЛЬНЫЙ СТРЕСС И ДЕСТРУКЦИЯ КЛЕТКИ

Описание слайда:

Реакции ПОЛ являютсяя свободнорадикальными и постоянно протекают в клетки

Описание слайда:

Описание слайда:

Описание слайда:

Описание слайда:

Образование МДА и сшивок между белками за счет МДА

Описание слайда:

Описание слайда:

Описание слайда:

Описание слайда:

Описание слайда:

Ферменты антиоксидантного действия: супероксиддисмутаза (СОД), каталаза и глутатионпероксидаза.

СОД и каталаза образуют антиоксидантную пару, которая борется со свободными радикалами кислорода, не давая им возможности запустить процессы цепного окисления.
Глутатионпероксидаза обезвреживает липидные перекиси, обрывая тем самым цепное перекисное окисление липидов. Для работы глутатионпероксидазы необходим селен.

Описание слайда:

Угроза для клеток со стороны активных радикалов устраняется действием ряда ферментов.

СОД катализирует дисмутацию супероксида в кислород и пероксид водорода. Таким образом, она играет важнейшую роль в антиоксидантной защите практически всех клеток, так или иначе находящихся в контакте с кислородом.
Каталаза предотвращает накопление в клетке перекиси водорода.
В печени, почках, нейтрофильных лейкоцитах обнаруживается пероксидазная активность.

Описание слайда:

Витамины, обладающие антиоксидантным действием

Описание слайда:

Витамин Е ингибирует свободнорадикальное окисление путем отдачи электрона, что приводит к инактивации радикала липида. Витамин Е превращается в стабильное соединение.

Описание слайда:

Описание слайда:

Описание слайда:

Понятие об оксидазном и оксигеназном типе окисления
80% кислорода используется на оксидазный тип – это первый тип окисления, т.е. когда атом кислорода восстанавливается 2 электронами, или молекула кислорода 4-мя электронами. Например: супероксиддисмутаза и оксидазы аминокислот.
20% О2 используется на оксигеназный тип окисления, идет по 2 путям – монооксигеназному и диоксигеназному. Монооксигеназный путь происходит в митохондриях и микросомах.
В митохондриях происходит гидроксилирование (при участии НАДФН2, ).
В микросомальном окислении участвует мультиферментная мембраносвязанная система, включающая НАДФН2, особые ФП и цхР450.

Описание слайда:

Биологическое значение окисления по оксидазному типу:

Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.

Курс повышения квалификации

Охрана труда

Курс профессиональной переподготовки

Библиотечно-библиографические и информационные знания в педагогическом процессе

Курс профессиональной переподготовки

Охрана труда

Ищем педагогов в команду «Инфоурок»

Найдите материал к любому уроку, указав свой предмет (категорию), класс, учебник и тему:

также Вы можете выбрать тип материала:

Общая информация

Похожие материалы

Аварии в микробиологических лабораториях

Абразивные материалы и паковочные массы

Агрессия детей и подростков

Организация и проведение аварийно-спасательных и других неотложных работ

Гнойно-деструктивные заболевания легких

Аварии на металлургических заводах США

Азастандаы инфляцияа арсы саясаты

Аборты.виды абортов.профилактика

Не нашли то что искали?

Воспользуйтесь поиском по нашей базе из
5354349 материалов.

Вам будут интересны эти курсы:

Оставьте свой комментарий

Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.

Безлимитный доступ к занятиям с онлайн-репетиторами

Выгоднее, чем оплачивать каждое занятие отдельно

Путин поручил не считать выплаты за классное руководство в средней зарплате

Время чтения: 1 минута

Учителям предлагают 1,5 миллиона рублей за переезд в Златоуст

Время чтения: 1 минута

Создана Ассоциация руководителей школ России и Беларуси

Время чтения: 1 минута

В Ленобласти педагоги призеров и победителей олимпиады получат денежные поощрения

Время чтения: 1 минута

В Якутии проведут первую в РФ федеральную олимпиаду по родным языкам

Время чтения: 1 минута

В московских школах придумали новый формат классных часов с участием отцов

Время чтения: 2 минуты

Подарочные сертификаты

Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.

Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.

Источник