Перекисное окисление липидов

Кислород, будучи бирадикалом, энергично взаимодействует с органическими радикалами, имеющими неспаренный электрон. Эта реакция играет важную роль в живых организмах для продолжения и развития цепных радикальных процессов перекисного окисления липидов. Реакции ПОЛ протекают, главным образом, в липидном бислое клеточных мембран.

Процесс ПОЛ условно подразделяют на четыре стадии: инициирования цепей окисления, развитие цепных реакций, обрыв цепей, разрушение структуры окисленных липидов. Стадия инициирования свободнорадикального окисления липидов биомембран в качестве основных событий представлена разрушением связи углерод-водород, отрывом атома водорода от жирнокислотной цепи и его присоединением к свободному радикалу-прооксиданту, появлением углерод-центрированного липидного радикала.

Ключевой характеристикой радикалов, необходимой для начала цепной реакции, является окислительно-восстановительный потенциал (E_ox/red). Так, в качестве прооксидантов для начала ПОЛ могут является любые радикалы, чей E_ox/red больше чем у липидов.

1. Стадия инициирования.

Наиболее подвержены действию активных форм кислорода жирные кислоты, содержащие изолированные двойные связи, расположенные через СН₂-группу. Именно от этой СН₂-группы свободный радикал (Х‧) (инициатор окисления) легко отнимает электрон, превращая липид, содержащий эту кислоту, в свободный радикал:

─ СН2 ─ СН = СН ─ СН2 ─ СН = СН ─ СН2 ─

фрагмент остатка ненасыщенной жирной кислоты

 

+Х ∙↓ - ХН

─СН2 ─ СН= СН ─ • СН ─ СН = СН ─ СН2 ─

радикальный центр

Единственный инициирующий свободный радикал способен образовать в липидной мембране посредством цепной реакции множество липидных пероксидов.

2. Стадия развития цепных реакций.

Молекулы с двумя конъюгированными двойными связями называются диеновые коньюгаты. После взаимодействия с молекулярным кислородом образуется липопероксирадикал LОО∙, а затем диеновые конъюгаты, после чего - пероксид липида LООН:

─ СН2 ─ СН ─ СН = СН ─ СН = СН ─ СН2 ─

|

ОО∙

свободнорадикальный промежуточный продукт

+LН ↓ −L∙

─ СН2 ─ СН ─ СН = СН ─ СН = СН ─ СН2 ─

|

ООН

диеновый конъюгат

Диеновые конъюгаты и гидроперекиси можно рассматривать как первичные продукты ПОЛ.

3. Разрушение структуры липидов.

Дальнейшее окисление липидов приводит к образованию широкого спектра конечных продуктов ПОЛ: альдегидных и спиртовых производных с укороченной цепью, низкомолекулярных продуктов, эпоксидов,гидропероксида кислоты и малонового диальдегида.

4. Обрыв цепи.

Развитие цепи может останавливаться при взаимодействии свободных радикалов между собой:

или при взаимодействии с различными антиоксидантами, например, витамином Е, который отдаёт электроны, превращаясь при этом в стабильную окисленную форму:

LOO• + L• → LOOH + LH

L• + vit E → LH + vit E•

vit E• + L• → LH + vit Еокисл.

Результатом перекисного окисления липидов является снижение текучести мембран, облегчение перехода молекул фосфолипидов из одного монослоя мембран в другой, увеличение проницаемости мембран для различных субстанций (K⁺, Ca²⁺ и т. д.), ковалентная модификация и изменение функциональной активности мембранных протеинов, рецепторов, энзимов и ионных каналов. Некоторые из продуктов перекисного окисления полиеновых жирных кислот оказывают выраженное цитотоксическое действие. Так 4-гидрокси-2-транс-ноненаль, обладая способностью ковалентно взаимодействовать с протеинами и ДНК, ингибирует специфическую активность различных ферментов, ионных каналов, рецепторов и индуцирует мутагенные эффекты. Возрастание уровня внутриклеточного Са²⁺ в условиях оксидативного стресса сопровождается увеличением активности фосфолипазы А2 и, как следствие, высвобождением арахидоновой кислоты из мембранных фосфолипидов. Арахидоновая кислота может как подвергаться свободнорадикальному окислению, так и использоваться в качестве субстрата в процессе синтеза эйкозаноидов. Синтез простагландинов тесно связан с перекисным окислением липидов не только из-за возрастания доступности арахидоновой кислоты, но и по причине стимуляции активности циклооксигеназ (ЦОГ) под влиянием липидных пероксидов.