Кислород - потенциально опасное вещество. Молекулярный О2 является бирадикалом (˙О::О˙), но он стабилен так как, 2 неспаренных е- внешней орбиты имеют параллельные спины, (подавляют радикальную активность друг друга).
Кислород в составе молекулы Н2О стабилен, потому что его внешняя электронная орбита укомплектована е- (Н:О:Н). Химические соединения, в составе которых кислород имеет промежуточную степень окисления, имеют высокую реакционную способность и называются активными формами кислорода (АФК). К активным формам кислорода относятся свободные радикалы кислорода и перекиси. Свободный радикал - свободный атом или частица с неспаренным электроном.
Образование активных форм кислорода
АФК во многих клетках образуются в основном в ферментативных и неферментативных реакциях в результате последовательного присоединения е- к кислороду:
1) О2 + 1е- → О ∙ 2 супероксидный анион-радикал (˙О::О:).
2) О ∙ 2 +1е- → О2-2 пероксидный анион (:О::О:), он быстро протонируется с образованием перекиси водорода О2-2 + 2Н+ → Н2О2 (Н:О::О:Н)
|
|
3) Н2О2 + 1е- → НО ∙ + ОН- гидроксильный радикал, ОН- протонируется с образованием воды ОН- + Н+ → Н2О
4) ОН ∙ + 1е- → Н2О (Н:О:Н)
Ферментативные реакции образования АФК
Электроны, необходимые для образования АФК могут давать ЦПЭ. Утечка е- из ЦПЭ на кислород является основным путем образования АФК в большинстве клеток:
- В цепи окислительного фосфорилирования Q принимая 1 е- превращается в свободный радикал семихинон НQ ∙, который при реоксигенации ишемических тканей может непосредственно взаимодействовать с кислородом, образуя супероксидный анион-радикал: HQ· + O2 → Q+ О ∙ 2 + H+;
- в монооксигеназных реакциях е- с цитохрома Р450 переходит на кислород с образованием супероксидного анион-радикала, который иногда теряется с активного центра.
- Аэробные дегидрогеназы (ФАД-зависимые оксидазы) переносят е- и Н+ с субстрата на кислород с образованием перекиси водорода. Примеры таких оксидаз — оксидазы аминокислот, супероксид дисмутаза, оксидазы, локализованные в пероксисомах.