Аэробные клетки получают энергию в виде молекулярного кислорода В то же время из О, (кислорода) постоянно возникают в небольшю количествах токсичные вещества, так называемые активные формы кислорода [АФК (ROS от англ. reactive oxygen species)]. Эти соединения являются сильными окислителями или крайне реакционноспособными свободными радикалами, которые разрушают клеточные структуры и функциональные молекулы Особенно подвержены АФК-повреждению эритроциты, для которых из-за их транспортной функции характерна высокая концентрация кислорода.
5.2.4.2.2. Активные формы кислорода
Молекула кислорода (02) содержит два неспаренных электрона и, таким образом, является бирадикалом. Однако неспаренные электроны расположены так, что молекула 02 остаётся относительно стабильной. Тем не менее, если молекула присоединяет дополнительный электрон, образуется высоко реакционноспособный супероксид-радикал (-02). Следующая стадия восстановления приводит к пероксид-аниону (022), который легко связывает протоны и вследствие этого переходите нероксид (перекись) водорода (Н202). Присоединение третьего электрона ведёт к расщеплению молекулы на ионы О2 и О’. В то время как О2" путём присоединения двух протонов образует воду, протонирование О приводит к особо опасному гидроксил-радикалу (ОН). Присоединение четвёртого электрона и заключительное протонирование О" заканчивается образованием воды.
Образование АФК катализируют, например, ионы железа. АФК постоянно производятся при взаимодействии 02 с флавиновыми коферментами - ФМН (FMN) или ФАД (FAD). Напротив, восстановление 02 цитохром с-оксидазой ничем не осложнено (протекает без накопления АФК), так как этот фермент не высвобождает промежуточные продукты в среду. Наряду с антиоксидантами имеются ферменты, которые также препятствуют образованию свободных АФК. Например, супероксид-дисмутаза вызывает диспропорционирование двух супероксид-радикалов на 02 и менее опасный Н202. Последний снова диспропорционируется на 02 и Н20 гемсодержащей каталазой.
5.2.4.2.3. Природные антиоксиданты
Для защиты от АФК и других радикалов все клетки содержат антиоксиданты. Последние являются восстановителями, которые легко реагируют с окисляющими веществами и вследствие этого защищают более важные молекулы от окисления. К биологическим антиоксид антам принадлежат витамины С (аскорбиновая кислота) и Е (токоферол), кофермент Q (убихинон) и некоторые каротиноиды.
Образующийся при разрушении гема билирубин также служит защитой от окисления. Особенно важен глютатион (трипептид Glu-Cys-
Gly), находящийся почти во всех клетках в высокой концентрации. Глютатион содержит нетипичную g-связь между GIu и Cys. Восстановителем здесь является тиольная группа цистеинового остатка. Две молекулы восстановленной формы GSH при окислении образуют дисульфид GSSG.