Свободные радикалы - мощное биологическое оружие и часть информационной системы клеток

14.05.2017
Активные формы кислорода (АФК) (англ. reactive oxygen species, ROS) - соединения, в составе которых имеется кислород. Это, как правило, небольшие молекулы с исключительной реактивностью благодаря наличию неспаренного электрона на внешнем электронном уровне. АФК включают ионы кислорода, свободные радикалы и перекиси как неорганического, так и органического происхождения.
Свободный радикал (CP) - это молекула или ее часть, имеющая один или два неспаренных электрона на внешней орбите, благодаря чему она становится высокореакционноспособной (хотя это свойство варьирует у разных радикалов). CP не всегда относятся к АФК, а только в том случае, если у них есть кислородный атом. Известны «некислородные» CP, например вердазил с четырьмя атомами азота, трифенилметил с фенольными кольцами. Однако в биологических системах подавляющее большинство CP представляют собой кислородсодержащие соединения.
Активные формы кислорода (АФК) — радикальные и нерадикальные — постоянно образуются в тканях и клетках как в результате естественных метаболических процессов (дыхание, пищеварение и т.п.), так и под воздействием провоцирующих внешних факторов (ультрафиолет, химикаты и пр.). Около 95% всего потребляемого клеткой кислорода восстанавливаются в митохондриях до воды в процессе окислительного фосфорилирования. Остальные 5% кислорода в результате различных реакций (как правило, ферментативных) превращаются в АФК.
АФК распространены в организме повсеместно и присутствуют как в жировой (биомембраны), так и в водной (цитозоль, межклеточная жидкость) фазе. Подавляющее большинство из них — высокореакционные химически нестабильные соединения, которые легко вступают в химические реакции с биомолекулами. Дальнейший сценарий может разворачиваться в разных направлениях. В частности, в результате свободнорадикального повреждения биомолекулы утрачивают свою дееспособность и незаметно «выходят из игры» (наиболее благоприятный исход) или же вызывают серьезные сбои в работе различных внутри- и внеклеточных структур, приводящие к негативным последствиям. При другом варианте биомолекулы сами превращаются в свободные радикалы и вступают в реакции с другими молекулами — и тогда запускается цепная реакция (рис. II-7-1), лежащая в основе состояния, называемого окислительным стрессом. Особенно опасна реакция перекисного окисления липидов биологических мембран клеток, так как она протекает по цепному механизму и вызывает лавинообразное нарастание количества свободных радикалов и других токсичных продуктов окисления. Процесс окисления липидов биологических мембран приводит к активации фермента фосфолипазы А, которая начинает расщеплять фосфолипиды мембран, в результате в мембране образуются бреши, что может привести к гибели клетки. Из разрушенных мембран клеток начинают синтезироваться молекулы воспаления - простагландины, лейкотриены и эйкозаноиды. Это, в свою очередь, может привести к запуску процессов воспаления.

Единичные «выстрелы» АФК в ряде случаев полезны для организма. Например, иммунные клетки с помощью бомбардировки радикалами и активными формами кислорода уничтожают врага — будь то чужеродные микроорганизмы, собственные опухолевые клетки или неживые эндо- или экзотоксины. Некоторые АФК служат медиаторами и участвуют в процессах межклеточной коммуникации, например, окись азота NO — универсальный вазодилататор. Доказана роль АФК и свободных радикалов и в апоптозе — запрограммированной гибели клеток. Примеров положительного — физиологического — действия можно привести множество, и важно помнить, что в данном случае организм использует высокую реакционно-способность свободных радикалов в мирных целях. К сожалению, об этом говорят гораздо реже, нежели о патологических эффектах (рис. II-7-2).
В основе многих патологий лежат цепные свободнорадикальные реакции, приводящие к множественным повреждениям. Поэтому организм, использующий АФК в определенных целях, должен четко регулировать их выработку. Для этого существует антиоксидантная система, позволяющая использовать свободные радикалы в мирных целях.