Ферменты клеточного метаболизма, восстанавливающие липоевую кислоту

Рис. 1.
Внутриклеточный механизм экзогенно назначаемой α - липоевой кислоты, связанный с протеином. Описана природная α - липоевая кислота, представленная в пяти митохондриальных протеинах, взаимозаменяемая с восстановленной формой ДЛК с помощью энзима Е₃, требующего НАДН/НАД⁺. Назначаемая α - липоевая кислота проникает в клетку и восстанавливается с помощью ферментов цитоплазмы глутатион редуктазы и тиоредоксин редуктазы при участии НАДН и митохондриального фермента Е₃. Активность каждого фермента зависит от вида липоевой кислоты и ткани.

α - липоевая и дигидролипоевая кислоты обладают высокой гидрофобностью, что позволяет им с высокой скоростью проникать через биологические мембраны.

Ниже описываются биологические свойства α - липоевой кислоты, в виде простетической группы связанной с белками и в качестве свободной молекулы взаимодействующей в клеточных системах и в условиях in vitro и in vivo.

α - липоевая кислота связанная с белками

α - липоевая кислота является кофактором дегидрогеназ α – кетокислот и системы расщепления глицина. Эти ферментативные комплексы участвуют в метаболических реакциях окисления пирувата, цикле лимонной кислоты, деградации аминокислот и их биосинтезе.

Комплексы дегидрогеназ с α – кетокислотами. Комплексы дегидрогеназ с α – кетокислотами, в частности пируват-дегидрогеназный комплекс (ПДК), α – кетоглутарат-дегидрогеназный комплекс (α-КГДК), и дегидрогеназный комплекс α – кетокислоты с разветвленной боковой цепью (ДККРБЦ) составляют практически универсальное объединение ферментов. Они располагаются в митохондриальном матриксе, связаны с внутренней мембраной и катализируют окислительное декарбоксилирование различных α – кетокислотных субъектов (пирувата, α – кетоглутарата и укороченных α – кетокислот, образующихся при трансаминировании лейцина, изолейцина и валина) в соответствующие формы ацил-КоА (ацетил-КоА, сукцинил-КоА и изовалерил-КоА), соответственно, с образованием НАДН.

Система расщепления глицина (СРГ). Система расщепления глицина представляет собой мультиферментативный комплекс, располагающийся только в печеночном митохондриальном матриксе и катализирующим окисление глицина СО₂ и аммиак с образованием НАДН и (N⁵N¹⁰)-метилентетрагидрофолата.

Свободная α - липоевая кислота

Были получены данные, подтверждающие, что свободная α - липоевая кислота может влиять на различные уровни биохимических процессов. Анализировалось взаимодействие α - липоевой кислоты с различными белковыми системами и было показано, что α - липоевая кислота может быть субстратом, ингибитором или эффектором.

Также сообщалось о влиянии свободной α - липоевой кислоты на ферментативную активность системы расщепления глицина [15]. α - липоевая кислота является субстратом для дегидрогеназы липоамида, обнаруженного в сыворотке у людей.

Также изучалось способность α – липоевого / дегидролипоевого комплекса быть донором водорода в реакции, катализируемой селенопероксидазой [18]. Было также показано, что глутатион-редуктаза также использует α - липоевую кислоту в качестве субстрата [19], что приводит к НАДФ-Н-зависимому образованию дигидролипоевой кислоты.

α - липоевая кислота как ингибитор фермента. Также был отмечен ингибиторный эффект α - липоевой кислоты на активность различных ферментов.

Проводился анализ влияния свободной α - липоевой кислоты на каталазную активность.

Было высказано предположение о том, что в развитии осложнений сахарного диабета участвует альдоз-редуктазный механизм вследствие повышения активности альдоз-редуктазы при гипергликемии [28]. Более того, было показано, что ингибиторы альдоз-редуктазы обладают благоприятным действием на развитие катаракты, нефропатии и нейропатии у экспериментальных грызунов с сахарным диабетом. α - липоевая кислота в дозе 0,5 мМ ингибировала активность альдоз-редуктазы, которая активировалась гипергликемией, в хрусталике крыс, который инкубировался 20 часов в присутствии 100 мМ глюкозы [29]. Строение α - липоевой кислоты в виде хелатного кольца с металлом в середине может обеспечивать подобную защиту; однако, нельзя исключить влияния восстановительного потенциала α - липоевой кислоты на альдоз-редуктазные сульфгидридные группы [30].

Дозы α - липоевой кислоты от 500 до 1000 мг считаются хорошо-переносимыми дозами препарата без развития каких-либо побочных эффектов в плацебо-контролируемых исследованиях [31-33].

α - липоевая кислота как белковый модификатор.

Было показано, что дигидролипоевая кислота и структурные аналоги бис- и тетранорлипоат, а также амид из липоамида, восстанавливают дисульфидные группы очищенного тиоредоксина Escherischia coli [14, 35]. Это приводит к усилению активности дисульфид-редуктазы этого малого белка, который является определяющим фактором активности ферментов в клеточных системах. Регуляция активности ферментов осуществляется при тиоловом контроле окисления-восстановления [36].

Было показано в исследованиях in vitro, что дигидролипоевая кислота осуществляет восстановление как метгемоглобина в оксигемоглобин, так и феррил-миоглобина а оксигемоглобин [41]. В аналогичном исследовании было показано, что α - липоевая кислота эффективно взаимодействует с феррилгемоглобином. В зависимости от присутствия перекиси водорода, α - липоевая кислота может либо прямо восстанавливать железо гемма в форме метмиогемоглобина или вступать в реакцию с пирролоновыи кольцом, образуя сульфгидрилмиоглобин.

Также был отмечен in vitro эффект α - липоевой кислоты на структурные модификации бычьего сывороточного альбумина (БСА) и лизосом, индуцированные введением глюкозы [42].

Зависимое от α - липоевой кислоты снижение окислительного образования Nα-(карбоксиметил)-лизина (основного продукта окислительной модификации гликированных протеинов) было недавно показано на примере альбумина сыворотки человека [44]. Более того, α - липоевая кислота препятствовала снижению проницаемости мембран красных кровяных клеток и снижала реактивность протеин-SH-групп в состоянии гипергликемии [45].

Активность α-липоата в качестве очистителя от свободных радикалов (таблица 1)

Дитиоловая природа липоата делает этот компонент высоко активным против ряда реактивных свободных радикалов, но одновременно способствует регенерации окисленных антиоксидантов. Интерес к антиоксидантным свойствам липоата возник после исследований Rosenberg и Culik [46], которые отметили, что назначение α - липоевой кислоты предотвращало развитие симптоматики недостаточности витаминов В и С у морских свинок и витамина Е у крыс.

Различные виды реакций приводят к образованию свободных радикалов. В качестве ответной реакции на воспалительную стимуляцию высокореактивными кислородными ионами отмечалось резкое респираторное увеличение количества нейтрофилов. Образуется супероксид, который в присутствии супер-оксид-дисмутазы, образует Н₂О₂. Далее он конвертируется в НОСl под действием миелопероксидазы.

α - липоевая кислота и дигидроксилипоевая кислота могут способствовать очищению как от перекиси водорода и НОСl, в то время как дигидролипоевая кислота способствует очищению от Н₂О₂ [26, 49].

Перекись водорода может вступать в реакцию с переходными металлами с образованием высокоактивных гидроксильных радикалов. Было показано, что α - липоевая и дигидроксилипоевая кислоты способствуют очищению от гидроксильных радикалов в металлокатализирующих системах [23] и при металлосвободной реакции под действием ультрафиолета (УФЛ). При перекисном окислении липидов, образуются пероксильные радикалы с распространением реакции. Дигидролипоевая кислота способствует очищению от этих свободных радикалов, образованных от генераторов гидрофильных пероксильных радикалов [52]. Таким образом, комплекс липоатов представляет собой возможную систему очистки от потенциальных свободных радикалов.

При взаимодействии с активными кислородными ионами антиоксидант превращается в форму, которая более не в состоянии функционировать и разрушается. Таким образом, окисленный продукт должен возвратиться к своей нативной форме для последующего функционирования. Витамин Е, представляющий собой потенциальный очиститель от свободных радикалов, является основным антиоксидантом, разрушающим цепочку и защищающим биологические мембраны от перекисного окисления липидов [53]. Это достаточно трудная задача, так как на 1 молекулу витамина Е приходится примерно 1500 фосфолипидных молекул; однако, окисление мембран не является естественным процессом и витамин Е не является быстро истощающейся субстанцией. Этот явный парадокс может быть объяснен рециклом циркулирующих антиоксидантов. Ряд антиоксидантов могут осуществлять рецикл витамина Е, а также витамина С, убихинолов и глутатиона [54, 55]. Дигидролипоевая кислота имеет очень слабую взаимосвязь с радикалами токоферола, таким образом, большая часть рецикла витамина Е осуществляется посредством дигидролипоевой кислоты через промежуточный рецикл других антиоксидантов. Дигидролипоевая кислота также осуществляет рецикл витамина Е при снижении уровня окисления глутатиона [58], который впоследствии восстанавливает радикалы витамина Е. В настоящее время есть данные о том, что назначение липоата увеличивает уровень тканевого убихинола [59], который также может осуществлять рецикл витамина Е.