Пол біохімія. Окислення жирних кислот змінює властивості клітинних мембран

Серед первинних механізмів ушкодження клітин при окислювальному стресі лідирує окислення жирнокислотного залишків в фосфолипидах мембран. Це знижує їх гідрофобність і порушує стійкість мембран, змінює роботу мембранозв'язаних ферментів, підвищує проникність мембран для іонів.

Реакції взаємодії вільних радикалів з жирними кислотами отримали широку популярність у зв'язку з їх актуальністю в харчовій промисловості. поява неприємного запаху і прогоркание продуктів - це є проявом перекисного окислення ліпідів(ПІДЛОГА).

Основним субстратом для вільно-радикальних реакцій є подвійні зв'язку поліненасичених жирних кислот. В клітинних мембранах поліненасичені жирні кислоти знаходяться в складі фосфоліпідів і гліколіпідів. Також велика кількість фосфоліпідів з поліненасиченими жирними кислотами локалізується в оболонці ліпопротеїнів високою, низькою і дуже низької щільності, що має значення в патогенезі атеросклерозу.

В результаті вільнорадикального окислення жирних кислот утворюються гидроперекиси і дієнових кон'югати (Первинні продукти), які дуже нестабільні. За участю металів змінної валентності вони швидко метаболізують у вторинні ( альдегіди і діальдегіду) І третинні ( шіффово підстави) Продукти перекисного окислення ліпідів.

Перекисне окислення ліпідів включає в себе кілька стадій:

1. Ініціація.
2. Розвиток.
3. Розгалуження.
4. Обрив ланцюга.

У момент ініціації , Наприклад, гідроксіл-радикалом атакується метиленовая група, розташована між подвійними зв'язками, і вибивається атом водню, який відновлює гідроксил-радикал до води. Далі в жирній кислоті відбувається перестановка подвійного зв'язку, зміщення радикальної групи і взаємодія її з киснем. В результаті утворюється ліпопероксільний радикал.

Подальшу взаємодію отриманого ліпопероксільного радикала з сусідніми жирними кислотами призводить до його нейтралізації і появи нових ліпоперекісних радикалів, тобто до розвитку лінійної ланцюгової реакції з появою нових окислених жирних кислот.

Розвиток реакцій перекисного окислення ліпідів

Крім лінійного розвитку, може відбуватися розгалуження реакції за рахунок отримання гідроперекисом електронів від будь-яких металів або при впливі випромінювання.

Розгалуження і обрив реакцій перекисного окислення ліпідів

Обрив ланцюгової реакції відбувається при взаємодії радикалів один з одним або в реакції з різними антиоксидантами, наприклад, вітаміном Е, який віддає електрони, перетворюючись при цьому в досить стабільну окислену форму.

Продукти перекисного окислення ліпідів

Первинними продуктами ПОЛ є гидроперекиси жирних кислот, Вони піддаються подальшому розпаду з утворенням вторинних продуктів ПОЛ - різних спиртів, кетонів, альдегідів і діальдегіду, епоксидів та інших з'єднань.

Найбільш реакционноспособним з вторинних продуктів ПОЛ є малоновий діальдегід (МДА), який здатний утворювати ковалентні зв'язки з NH 2-групи білків та інших молекул з утворенням шіффово підстав.

Схема реакцій освіти малонового діальдегіду

Роль малонового діальдегіду

(МДА), що утворюється при перекисне окислення ліпідів, здатний реагувати з ε-NH 2-групи лізину або N-кінцевими амінокислотами білків, з NH 2-групи фосфоліпідів і глікозамінів. МДА формує містки всередині молекул і між ними з утворенням шіффово підстав.

Активні форми кисню (вільні радикали)

В організмі в результаті окислювально - відновних реакцій постійно проісходітгенерація активних форм кисню (АФК) при одноелектронному відновленні кисню (молекула має неспарених електронів на молекулярної або зовнішньої атомної орбіті).

Джерела АФК:

1) ланцюг тканинного дихання (витік електронів з відновленого убихинона KoQH 2 на кисень);

2) реакції, що каталізуються оксидазами, гемопротеинов, цитохромом Р 450;

3) реакції окислення в лейкоцитах, макрофагах і пероксисомах;

4) радіоліз води;

5) під впливом ксенобіотиків, пестицидів;

6) реакції мимовільного (неферментативного) окислення ряду речовин.

Супероксид-аніон - є одним з найбільш широко поширених в організмі вільних радикалів:

Він утворюється в клітинах хвороботворних бактерій і є фактором, що ушкоджує для мембран клітин паренхіматозних органів людського організму. Для лейкоцитів і макрофагів супероксид-аніон є фактором бактерицидности, за допомогою якого клітини інактивують патогенні мікроорганізми.

Інший шлях утворення вільних радикалів - взаємодія кисню з металами змінної валентності. При цьому утворюється пероксіднийрадікал:

Fe 2+ + O 2 + H + → Fe 3+ + HO 2

O 2 - + Н + → HO 2

Взаємодія супероксіданіон з пероксидним радикалом (1) або одноелектронне відновлення супероксіданіон (2) у водному середовищі призводять до утворення пероксиду водню

O 2 - + АЛЕ 2 + Н + → Н 2 О 2 + О 2 (1)

О 2 - + е - + 2Н + → Н 2 О 2 (2)

Гідроксильний радикал ОН утворюється при взаємодії пероксиду водню з супероксид-аніоном (1) або з металами (2):

Н 2 О 2 + О 2 - → ОН + ОН - + О 2 (1)

Н 2 О 2 + Fe 2+ → ОН + ОН - + Fe 3+ (2)

Кисневі радикали мають високу реакційною здатністю і легко вступають в хімічні реакції з органічними молекулами для придбання відсутнього електрона. Кисневі радикали впливають на різні структурні компоненти клітин: ДНК (пошкодження азотистих основ); білки (окислення амінокислотних залишків, освіта ковалентних «зшивок»); ліпіди; мембранні структури.

Активні форми кисню можуть отщеплять електрони від багатьох з'єднань, перетворюючи їх в нові вільні радикали, і ініціюють тим самим ланцюгові окислювальні реакції. Якщо в реакцію з АФК вступають ненасичені жирні кислоти плазматичних мембран, говорять про перекисне окислення ліпідів.

Реакції ПОЛ є вільнорадикальних і постійно протікають в організмі, також як і реакції утворення АФК. У нормі вони підтримуються на певному рівні і виконують ряд функцій:

· Індукують апоптоз (запрограмовану загибель клітин);

· Регулюють структуру клітинних мембран і тим самим забезпечують функціонування іонних каналів, рецепторів, ферментних систем;

· Забезпечують звільнення з мембрани арахідонової кислоти, з якої синтезуються біорегулятори (простагландини, тромбоксани, лейкотрієни);

· ПОЛ може виступати в якості вторинного месенджера, беручи участь в трансформації сигналів із зовнішнього і внутрішнього середовища організму, забезпечуючи їх внутрішньоклітинну передачу;

· АФК беруть участь в клітинному імунітеті і фагоцитозі.

механізм ПОЛ :

1) Ініціація.

Ініціює реакцію найчастіше гідроксильний радикал, який забирає водень від СН 2 - груп ненасиченої жирної кислоти L, що призводить до утворення ліпідного радикала L ·:

2) Розвиток ланцюга.

Розвиток ланцюга відбувається при приєднанні кисню, в результаті чого утворюється пероксидних радикал LOO · або пероксид ліпіду LOOH (гидроперекиси ліпідів)

L · + O 2 → LOO ·

LOО · + LH → LOOH + LR ∙ ·

3) Обрив ланцюга.

Розвиток ланцюга може зупинятися при взаємодії вільних радикалів між собою або при взаємодії з різними антиоксидантами (вітаміном Е), які є донорами електронів:

LOO · ∙ + L · → LOOH + LH

L ∙ · + віт Е → LH + віт Е · ∙

ВІТ Е · + L · → LH + ВІТ Е оксиди

В результаті ПОЛ відбувається перетворення звичайних ліпідів в первинні продукти ПОЛ (Гидроперекиси ліпідів). Це призводить до появи в мембранах ділянок ( «дірок»), через які назовні виходить вміст як самих клітин, так і їх органел.

Первинні продукти ПОЛ руйнуються з утворенням вторинних продуктів ПОЛ: Альдегідів, кетонів, малонового діальдегіду, дієнових кон'югатів. Накопиченням в крові малонового діальдегіду (МДА) пояснюється синдром інтоксикації, що супроводжує багато захворювань внутрішніх органів. Реагуючи з SH- і СН 3 -групи білків, МДА пригнічує активність цитохром-оксидази (пригнічуючи тим самим тканинне дихання) і гідроксилази. МДА обумовлює також прискорений розвиток атеросклерозу.

При взаємодії МДА з аміногрупами фосфоліпідів утворюються кінцеві продукти ПОЛ - шіффово підстави. Прикладом цих з'єднань є пігмент липофусцин, що з'являється на оболонці ока, на шкірі з віком. Ліпофусцин являє собою суміш ліпідів і білків, пов'язаних між собою поперечними ковалентними зв'язками і денатурованими в результаті взаємодії з хімічно активними групами продуктів ПОЛ. Цей пігмент фагоцитируется, але не гідролізується ферментами лізосом, накопичується в клітинах, порушуючи їх функцію.

Негативні наслідки активації ПОЛ :

· Пошкодження ліпідного бішару мембран, в результаті чого в клітини проникає вода, іони натрію, кальцію, що призводить до набухання клітин, органел і їх руйнування.

· Передчасне старіння клітин і організму в цілому.

· Взаємодія високореактивних продуктів ПОЛ з аміногрупами білків з утворенням шіффово підстав.

· Зміна плинності (в'язкості) мембран, в результаті чого порушується транспортна функція мембран (функціонування іонних каналів).

· Порушення активності мембранозв'язаних ферментів, рецепторів.

Активація ПОЛ характерна для багатьох захворювань і патологічних станів:

· Атеросклероз і інші серцево-судинного захворювання;

· Ураження ЦНС (хвороба Паркінсона, Альцгеймера);

· Запальні процеси будь-якого генезу;

· Дистрофія м'язів (хвороба Дюшенна);

· онкологічні захворювання;

· Радіаційні ураження;

· Бронхолегеневі патології.

Перекисне окислення (автоокисления) ліпідів при контакті з киснем не тільки приводить в непридатність харчові продукти (прогоркание), але і викликає також пошкодження тканин in vivo, сприяючи розвитку пухлинних захворювань. Шкідлива дія ініціюється вільними радикалами, що виникають в період утворення перекисів жирних кислот, що містять подвійні зв'язки, що чергуються з метиленовими містками (таке чергування є в природних поліненасичених жирних кислотах) (рис. 15.28). Перекисне окислення ліпідів є ланцюговою реакцією, що забезпечує розширене відтворення вільних радикалів, які ініціюють подальше поширення перекисного окислення. Весь процес можна представити в такий спосіб.

1) Ініціація: освіта R з попередника

2) Розвиток реакції:

3) Терминация (припинення реакції):

Оскільки гідроперекис ROOH виступає як попередник в процесі ініціації, перекисне окислення ліпідів є розгалуженою ланцюговою реакцією, потенційно здатної викликати значне

Мал. 15.27. Доліхол (-спірт).

Мал. 15.28. Перекисне окислення ліпідів. Реакція ініціюється світлом або іонами металів. Малоновий діальдегід, що утворюється тільки з жирних кислот з трьома і більше подвійними зв'язками, використовується як показник перекисного окислення ліпідів разом з етаном, що утворюється в результаті відщеплення кінцевого двухуглеродний фрагмента про -жірних кислот, і пентаном, що утворюється при опцепленіі кінцевого пятиуглеродного фрагмента про -жірних кислот .

ушкодження. Для регулювання процесу перекисного окислення жирів і людина, і природа використовують антиоксиданти. У харчові продукти з цією метою додають Пропілгалат, бутильований гідроксіанізол і бутильований гідрокситолуол. До природних антиоксидантів відносяться жиророзчинний вітамін Е (токоферол), а також водорозчинні урати і вітамін С. -Каротин є антиоксидантом тільки при низьких значеннях Антиоксиданти розпадаються на два класи: 1) превентивні антиоксиданти, які знижують швидкість ініціації ланцюгової реакції, і 2) гасять (переривають ланцюг) антиоксиданти, що перешкоджають розвитку ланцюгової реакції. До перших відносяться каталаза і інші пероксидази, що руйнують ROOH, і агенти, що утворюють хелатні комплекси з металами -ДТП А (діетілентріамінпентаацетат) і ЕДТА (етилендіамінтетраацетат). Як переривають ланцюг антиоксидантів часто виступають феноли або ароматичні аміни. В умовах in vivo головними переривають ланцюг антиоксидантами є супероксиддисмутаза (див. С. 126), яка в водній фазі вловлює супероксидні вільні радикали а також вітамін Е, який ловитиме вільні радикали ROO в ліпідної фазі, і, можливо, сечова кислота.

Перекисне окислення in vivo каталізується також гемов сполуками і ліпокснгеназамн, нахолящіміся в складі тромбоцитів, лейкоцитів і т.д.

Мал. 15.29. а-Токоферол.

Вітамін E (а-токоферол)

Існує кілька природних токоферолів. Всі вони є 6-гідроксіхроманамі або протоколі з ізопреноїдного заступниками (рис. 15.29). а-Токоферол найбільш широко поширений і має найбільшу біологічну активність як вітамін.

Вітамін Е виконує принаймні дві метаболічні функції. По-перше, він служить найбільш сильнодіючим природним жиророзчинних антиоксидантом і, по-друге, виконує специфічну, хоча і не до кінця зрозумілу, роль в метаболізмі селену.

Вітамін Е, по всій видимості, є першим ешелоном захисту клітинних і субклітинних мембранних фосфоліпідів від перекисного окислення. Фосфоліпіди мітохондрій, ендоплазматичної і плазматичних мембран мають специфічний спорідненістю до а-токоферолу, тому вітамін, мабуть, концентрується в складі цих мембран. Токофероли діють як антиоксиданти, переривають ланцюга окислення завдяки їх здатності переносити фенольний водень на пероксидне радикал (рис. 15.30). Феноксірадікал є резонансно-стабілізованою і щодо нереакционноспособниє структурою, за винятком його взаємодії з іншими пероксидними радикалами. Таким чином, а-токоферол майже не втягується в процес ланцюгової реакції окислення; при окисленні хромановие кільця і \u200b\u200bбічного ланцюга а-токоферолу утворюється продукт, який не є вільним радикалом (рис. 15.31). Цей продукт утворює кон'югат з глюкуроновою кислотою і виводиться з жовчю. Антиоксидантну дію а-токоферолу зберігається при високих концентраціях кисню, тому не дивно, що

Мал. 15.30. Гасить ланцюгову реакцію антиоксидантну дію токоферолів по відношенню до перекисне радикалам

Мал. 15.31. Продукт окислення а-токоферолу. Нумерація атомів дозволяє зіставити їх положення в продукті і вихідному з'єднанні.

вітамін накопичується в багатьох ліпідами областях, що контактують з середовищем, де підтримується високий парціальний тиск кисню, - в мембранах еритроцитів і клітин дихальних шляхів.

Однак навіть і в присутності адекватної кількості вітаміну Е відбувається утворення деякої кількості перекисів. Другим ешелоном захисту мембран від руйнівної дії перекисів (див. С. 204) служить глутатионпероксидаза, до складу якої входить селен. Таким чином, дія вітаміну Е і селену складається, по-видимому, в запобіганні клітинних і субклітинних компонентів від пошкодження перекису, забезпечуючи цілісність органел і перешкоджаючи тим самим розвитку патологічних станів при дії фізичних, хімічних або інших стресових факторів.

У числі продуктів цього процесу - малондіальдегіда і 4-гідроксіноненал.

Реакції біологічного окислення супроводжуються утворенням вільних радикалів, часток, що мають на зовнішній орбіті неспарених електронів. Це обумовлює високу хімічну активність цих радикалів. Наприклад, вони вступають в реакцію з ненасиченими жирними кислотами мембран, порушуючи їх структуру. Антиоксиданти запобігають вільнорадикальне окислення.

Через стадію перекисних похідних ненасичених жирних кислот здійснюється біосинтез простагландинів і лейкотрієнів, а тромбоксани, які надають потужний вплив на адгезивної-агрегаційну властивості формених елементів крові і мікроциркуляцію, самі є гідроперекисів. Освіта гідроперекисів холестерину - одна з ланок в синтезі деяких стероїдних гормонів, зокрема, прогестерону.

література

• Владимиров Ю.А., Арчаков А.И. Перекисне окислення ліпідів в біологічних мембранах. - М .: Наука, 1972. - 252 с.
• Барабой В. А., Орел В.Е., Карнаух І.М. Перекисне окислення і радіація. - К .: Наукова Думка, 1991.
• Ковшевний В. В. - вільнорадикальне окислення

Примітки

Wikimedia Foundation. 2010 року.

Дивитися що таке "Перекисне окислення ліпідів" в інших словниках:

перекисне окислення ліпідів - Процес взаємодії ліпідів (їх ненасичених ділянок), що входять до складу клітинних мембран, з окислюючими агентами (аніон О2, радикал НО і ін.), Що утворюються під дією іонізуючого опромінення і в процесах метаболізму деяких речовин; ... Довідник технічного перекладача

Lipid peroxidation перекисне окислення ліпідів. Процес взаємодії ліпідів (їх ненасичених ділянок), що входять до складу клітинних мембран, з окислюючими агентами (аніон О2, радикал НО і ін.), Що утворюються під дією іонізуючого ... ... Молекулярна біологія і генетика. Тлумачний словник.

Складний багатоступінчастий ланцюгової процес окислення киснем ліпідних субстратів, головним чином поліненасичених жирних кислот, що включає стадії взаємодії ліпідів з свободнорадільнимі сполуками і утворення вільних радикалів ліпідної ... медична енциклопедія

Механізм ПОЛ. Перекисне окислення ліпідів (ПОЛ) окислювальна деградація ліпідів, що відбувається, в основному, під дією вільних радикалів. Одне з головних наслідків опромінення. Один з продуктів цього процесу малондіальдегіда. Література Ю ... Вікіпедія

При цукровому діабеті в організмі розвивається нестача вітамінів і мінеральних речовин. Це обумовлено трьома причинами: обмеженням раціону, порушенням обміну речовин і зниженням засвоєння корисних речовин. У свою чергу, дефіцит вітамінів і ... ... Вікіпедія

- (Dibunolum) (див. Також токоферолу ацетат). 2,6 Ді тре бутил 4 метілфенол. Синоніми: бутилокситолуол, Іонол. Білий або білий зі злегка жовтуватим відтінком кристалічний порошок. Практично не розчиняється у воді, легко розчинний у спирті. ... ...

Дибунола (Dibunolum) (див. Також токоферолу ацетат). 2,6 Ді тре бутил 4 метілфенол. Синоніми: бутилокситолуол, Іонол. Білий або білий зі злегка жовтуватим відтінком кристалічний порошок. Практично не розчиняється у воді, легко розчинний у спирті ... Словник медичних препаратів

I Жирні кислоти карбонові кислоти; в організмі тварин і в рослинах вільні і входять до складу ліпідів жирні кислоти виконують енергетичну і пластичну функції. Ж. к. У складі фосфоліпідів беруть участь в побудові біологічних ... ... медична енциклопедія

Атоми або групи хімічно пов'язаних атомів, що володіють вільними валентності, тобто неспареними (нескомпенсованими) електронами на зовнішній (валентній) орбіталі. Наявність неспарених електронів визначає високу хімічну реакційну ... ... медична енциклопедія

Діюча речовина \u003e\u003e Амінокислоти для парентерального харчування + Інші препарати [Жирові емульсії для парентерального харчування + Декстроза + Мінеральні солі] (Aminoacids for parenteral nutrition + Other medicines)