Хемилюминесценция как метод изучения реакций, идущих с участием свободных радикалов

Обрыв цепей

Разветвление цепи

Рис.4.

Разветвление цепи перекисного окисления липидов ионами железа.

Инициирование цепи

Радикал гидроксила, будучи небольшой по размеру незаряженной частицей, способен проникать в толщу гидрофобного липидного слоя и вступать в химическое взаимодействие с полиненасыщенными жирными кислотами (которые принято обозначать как LH), входящими в состав биологических мембран и липопротеинов плазмы крови. При этом в липидном слое мембран образуются липидные радикалы:

HO· + LH -> H₂O + L·

Липидный радикал (L·) вступает в реакцию с растворенным в среде молекулярным кислородом; при этом образуется новый свободный радикал - радикал липоперекиси (LOO·):

LOO· + LH -> LOOH + L·

Чередование двух последних реакций как раз и представляет собой цепную реакцию перекисного окисления липидов (см. рис.3).

Существенное ускорение пероксидации липидов наблюдается в присутствии небольших количеств ионов двухвалентного железа. В этом случае происходит разветвление цепей в результате взаимодействия Fe2+ c гидроперекисями липидов:

Fe²⁺ + LOOH -> Fe³⁺ + HO^- + LO·

Образующиеся радикалы LO· инициируют новые цепи окисления липидов (рис. 4):

LO· + LH -> LOH + L·;

L· + O₂ -> LOO· -> и т. д.

В биологических мембранах цепи могут состоять из десятка и более звеньев. Но в конце концов цепь обрывается в результате взаимодействия свободных радикалов с антиоксидантами (InH), ионами металлов переменной валентности (например, теми же Fe²⁺) или друг с другом:

LOO· + Fe²⁺ + H⁺ -> LOOH + Fe³⁺

LOO· + InH -> In· + LOOH

LOO· + LOO· -> молекулярные продукты + фотон

См. также лекцию 9.

Последняя реакция интересна еще и тем, что она сопровождается свечением (хемилюминесценцией). Интенсивность этой хемилюминесценции (ХЛ) очень мала, поэтому ее иногда называют "сверхслабым свечением". Интенсивность свечения пропорциональна квадрату концентрации свободных радикалов в мембранах, а скорость перекисного окисления прямо пропорциональна концентрации тех же радикалов. Поэтому интенсивность "сверхслабого" свечения однозначно отражает скорость липидной пероксидации в изучаемом биологическом материале, и измерение хемилюминесценции довольно часто используется при изучении перекисного окисления липидов в различных объектах. Измерение хемилюминесценции широко применяется также для изучения образования активных форм кислорода клетками крови и перитонеальными макрофагами. В присутствии специальных соединений – люминола и люцигенина – наблюдается хемилюминесценция изолированных лейкоцитов крови, макрофагов или просто разведенной цельной крови, если клетки-фагоциты продуцируют гипохлорит и радикалы кислорода (супероксид + гидроксил-радикал). Интенсивность хемилюминесцентных ответов клеток увеличивается в несколько раз при появлении очагов некроза в организме, например, после инфаркта миокарда, и напротив, угнетается при тканевой гипоксии; поэтому измерение клеточной хемилюминесценции может быть использовано в ряде случаев с целью выявления заболевания, оценки тяжести состояния больного и эффективности назначенного лечения.