Основные пути метаболизма высокореакционных форм кислорода

Свободнорадикальные реакции с участием кислорода происходят в клетках и в физиологических условиях. Однако их интенсивность незначительна и контролируется эндогенными антиоксидантами: тиолы (цистеин, глутатион, металлотионеины), биогенные амины, убихинон, a-токоферол, аскорбиновая кислота, β-каротин, биофлавоноиды (рутин, кверцетин), восстановленные никотинамидадениндинуклеотиды, холестерин и другие. В регуляции физиологических свободнорадикальных реакций принимают участие прооксидантные (ксантиноксидаза, флавиновые дегидрогеназы, оксигеназы, цитохром-450) и антиоксидантные системы (супероксиддисмутаза, каталаза, глутатионпероксидаза).

Образование активных форм кислорода является результатом его неполного восстановления: одно-, двух–, трехэлектронного. Только цитохромоксидаза обеспечивает четырехэлектронное восстановление кислорода до воды:

О₂ + е^– ® О₂^-• + е^– ® Н₂О₂ + е^– ® ОН ^• + е^– ® Н₂О

Супероксиданион-радикал под действием фермента супероксиддисмутазы (СОД) восстанавливается до пероксида водорода, который в свою очередь разрушается каталазой и глутатионпероксидазой (ГПО).

О₂^-• + О₂^-• + 2Н⁺ + СОД ® О₂ + Н₂О₂,

2Н₂О₂ + Кат ® 2Н₂О + О₂,

2Н₂О₂ + 2 GSH (Глутатион) +ГПО ® 2Н₂О + О₂ + GS–SG,

При избыточном образовании супероксиданион-радикала, превышающем возможности СОД, последний в присутствии металлов с переходной валентностью (в основном, ионов железа, реже меди) инициирует образование наиболее сильного окислителя – гидроксильного радикала (OH^·).

Н₂О₂ + О₂^-• + Fe²⁺ (Cu⁺) ® 2OH ^• + О₂ + Fe³⁺(Cu²⁺)

Белки трансферрин и церулоплазмин способны связывать и способствовать депонированию металлов с переходной валентностью в неактивной форме, поэтому они препятствуют образованию гидроксильного радикала и выступают в роли системных антиоксидантов организма. Каталаза и глутатионперксидаза, которые устраняют избыток пероксида водорода, а также цитохром С и некоторые другие окислительно-восстановительные ферменты, которые способны утилизировать гидратированные электроны и атомы водорода, могут быть эндогенными радиопротекторами.

Эндогенные и экзогенные антиоксиданты могут перехватывать и инактивировать вторичные окислительные радикалы (включая супероксиданион-радикал), которые менее реактивны, чем гидроксильный радикал, но более стабильны и способны диффундировать на большие расстояния. Реализацию протекторного действия эндогенных SH-соединений, прежде всего, глутатиона, можно представить себе на следующих основных этапах повреждения клетки-мишени (Т) с участием кислородного усиления: