Современные представления о свободнорадикальных процессах и об антиоксидантной

Современные представления о свободнорадикальных процессах и об антиоксидантной защите клетки

Стресс – это состояние организма, характеризующееся выработкой адаптационных реакций в ответ на неблагоприятные факторы среды Ганс Селье

жизнь яд кислород Атмосфера, лишенная кислорода, не пригодна для жизни. Однако, живое существо, помещенное в атмосферу из чистого кислорода, немедленно погибает

§ В эпоху образования земной атмосферы 4, 5 – 4, 8 млрд. лет назад кислорода в ней не было! § Кислород появился около 2 млрд. лет назад в результате деятельности фотосинтезирующих организмов, первыми из которых были сине – зеленые водоросли § Постепенное накопление кислорода вызвало последующее развитие аэробных организмов (1, 5 млрд. лет назад)

В чем преимущества аэробных организмов перед анаэробами?

§ Используют кислород в качестве терминального окислителя и получают максимальное количество энергии при окислении пищи, так как субстрат полностью окисляется! § Глюкоза анаэробно 2 лактат + 56 ккал/(моль глюкозы) § Глюкоза + 6 О 2 аэробно ккал (моль глюкозы) 6 СО 2 + 6 Н 2 О + 686

Процессы окисления постоянно протекают в аэробных организмах и являются необходимой составляющей нормального обмена веществ, быть токсичным! однако! Кислород может Все дело в электронной структуре кислорода! А именно:

§ В ходе реакций восстановления кислорода до воды имеет место 4 одноэлектронных перехода: О 2 + 1 е О 2 -. + 1 е + 2 Н+ Н 2 О 2 + 1 е + НО. + 1 е + Н+ СОД Н 2 О 2 Н 3 О 2 Н 2 О + НО. Н 2 О Суммарно: О 2 + 4 е + 4 Н+ 2 Н 2 О О 2 -. – супероксид - анион – радикал . ОН – гидроксильный радикал (сильнейший из известных окислителей!)

§ В клетках организма всегда присутствует какое-то количество свободных радикалов – молекул со свободным электроном, обладающих повышенной способностью к взаимодействию с другими молекулами. Они необходимы для осуществления нормальных процессов дыхания, обмена веществ, уничтожения чужеродных бактерий

При нормальном течении метаболизма кислорода радикалы в клетках не накапливаются! ? ? ? А когда накапливаются ? ? ? Повышается скорость образования свободных радикалов (прежде всего, это АФК!) Снижается способность клетки к их нейтрализации § Образуются высокореакционные радикалы, создаются условия окислительного стресса, причиняющие прямой вред клетке

? ? ? Чем свободные радикалы вредят клетке ? ? ? Свободные радикалы окисляют все, что может быть окислено – биомолекулы, любые клеточные структуры, включая ядро и ядерный материал – ДНК. В результате организм имеет: Аноксию Диабет 2 -го типа Реперфузионные повреждения Болезнь Альцгеймера Астму Ревматоидный артрит Асбестоз Алюминиевый токсикоз Атаксию Муковисцидоз

Респираторный дистресс – синдром Атеросклероз Синдром Дауна Хронический грануломатоз Поражение радиацией Солнечные ожоги Синдром Блума Липофусциноз нервных клеток Рассеянный склероз Болезнь Паркинсона Отравление ксенобиотиками Идиопатический гемохроматоз Талассемию Отравление металлами И, в конечном счете, преждевременное старение клетки, апоптоз и рак разной этиологии

Кроме образования свободных радикалов в процессе метаболизма, мы «добавляем» их в свой рацион, когда едим консервированное мясо, некачественное масло или ветчину, употребляем лекарственные препараты, спиртные напитки, овощи, прошедшие обработку пестицидами. Они попадают в легкие вместе с воздухом, насыщенным выхлопными газами, табачным дымом, мельчайшими частицами асбестовой пыли. Усиленному образованию их в организме способствует рентгеновское излучение и инфракрасные лучи. И, наконец, они сами образуются в клетках в избытке при психо – эмоциональных перегрузках, травмах, больших физических нагрузках

Т. О. , окислительный стресс – стойкое увеличение в клетках свободнорадикальных соединений ? ? ? А как должно быть? ? ? Окисление = Восстановление § Защита тканей от окислительного стресса обеспечивается антиоксидантной системой (низкомолекулярные антиоксиданты и белки – ферменты)

Система антиоксидантной защиты сдерживает излишнее образование свободных радикалов и направляет их по тем путям клеточного метаболизма, где они приносят пользу. Ферменты АОС – супероксиддисмутаза, глутатионпероксидаза, каталаза – обезвреживают свободные радикалы, превращая их в нерадикальные соединения – пероксид водорода или в воду. Симбиотичные бактерии кишечной микрофлоры разлагают вещества, способные дать начало свободным радикалам.

§ Однако пероксид водорода при взаимодействии с супероксид-анионом может образовывать гидроксидрадикал: -. + Н О О 2 2 2 - + ОН • - сильный ОН окислитель. В обычных условиях образование гидроксидрадикала протекает очень слабо, однако в присутствии металлов переменной валентности токсичность пероксида водорода резко возрастает ( ускорение образования ОН • ): Fe 2+ + Н 2 О 2 Fe 3+ + ОН- + ОН •

Гидроксид-радикал – фактор окислительной модификации многих клеточных структур. Он может окислять молекулы белков и липидов, особенно активно атакуя мембранные липиды, которые содержат ненасыщенные двойные связи Этот процесс приводит к образованию липидных гидроперекисей (ПОЛ) и изменению свойств клеточных мембран

§ Гидроксид-радикал вызывает разрыв связей в молекуле ДНК, химическую модификацию дезоксирибозы и самих нуклеиновых оснований, что может вызывать глубокие повреждения генетического аппарата клеток

? ? ? А что при этом происходит в головном мозге? ? ? Во – первых, при нарушении целостности клеточной мембраны нейромедиаторы высвобождаются и самопроизвольно окисляются с образованием О 2 • и Н 2 О 2. Типичным примером является дофамин, нарушение обмена которого ведет к болезни Паркинсона. Нарушение обмена глутаминовой и аспарагиновой аминокислот, также играющих в мозге роль нейромедиаторов, имеет нежелательные последствия. Процесс возбуждения в нейронах обычно сопровождается генерацией радикальных форм кислорода, и избыточное высвобождение этих медиаторов приводит к повышению уровня кислородных радикалов и токсическим эффектам. Эти процессы активируются при нарушении мозгового кровообращения.

Во – вторых, при недостатке кислорода в митохондриях увеличивается восстановленность дыхательной цепи, а образование АТФ уменьшается. Поэтому после восстановления кровообращения появляющийся в тканях кислород взаимодействует с промежуточными компонентами дыхательной цепи – убихинонами – обладающими к нему наибольшим сродством. Такое взаимодействие происходит по одноэлектронному пути и заканчивается образованием О 2 • . Это – так называемый кислородный парадокс – феномен повышенного образования АФК после смены гипоксии на усиленную реоксигенацию. В – третьих, усиливающий окислительный стресс – закисление среды (молочная кислота) – из-за активации гликолиза при гипоксии.

Закисление среды приводит к высвобождению ионов железа, которые в норме находятся в связанном с трансферрином состоянии и не могут стимулировать образование гидроксидрадикала. И, в – четвертых, в мембранах нейронов повышено содержание липидов с полиненасыщенными жирными кислотами (типа арахидоновой кислоты), которые легко окисляются свободными радикалами. Таким образом, при нарушении обмена кислорода в мозге происходит усиленное свободнорадикальное повреждение клеток

§ !!!? ? ? Неужели все так плохо? ? ? !!! НЕТ! 1. Яркий пример положительной роли АФК – клеточная система иммунитета. (Макрофаги мигрируют в очаг воспаления, там активируются и с помощью специальной оксидазы генерируют из кислорода супероксид-анион, затем с помощью СОД гидропероксид и гипохлорит (НОСL), создавая условия для ликвидации инфекции. 2. Свободные радикалы в нейронах могут выполнять важные регуляторные функции. Так, для мозга характерен повышенный синтез простагландинов, тромбоксанов и лейкотриенов.

§ Этот процесс требует участия супероксид-аниона кислорода и арахидоновой кислоты – соединения, высвобождающегося из мембранных фосфолипидов в процессе ПОЛ. Образующийся в эндотелиальном русле NО – радикал используется для тонкой регуляции кровоснабжения мозга. Поэтому нельзя исключить, что происходящий после гипоксии всплеск образования свободных радикалов является сигналом к восстановлению нарушенного снабжения нейронов кислородом. Таким образом, в тканях мозга осуществляется неустойчивое равновесие между образованием и нейтрализацией свободных радикалов.

§ То есть, свободные радикалы работают и как фактор повреждения клетки, и как стимул к мобилизации метаболических реакций для адаптации к неблагоприятным условиям и борьбы с ними. Как одни и те же соединения могут выполнять двойную функцию? Видимо, решающую роль играет величина сигнала – низкие концентрации АФК стимулируют защитные системы клетки, а высокие приводят к разрушению клеточных структур и вызывают клеточную смерть.

? ? ? Как же быть ? ? ? Для работы многих антиоксидантных ферментов необходимы коферменты – витамины и микроэлементы: селен, медь, марганец, цинк, витамины В, С, А, Е и многие другие. Нехватка витамина А: частые простуды, ухудшение зрения, сухость кожи, увеличение риска опухолевых процессов. Бета – каротин – предшественник витамина А – нейтрализует АФК, защищая от разрушения иммунные клетки

§ Витамин С – защита от рака, предотвращает разрушение ферментов свободными радикалами, защищает клетки сетчатки глаза от окисления, препятствуя развитию катаракты, служит защитой многим другим клеткам § Витамин Е – «охраняет» от окисления жиры, входящие в состав клеточных мембран; останавливает цепную реакцию окисления. Помогает ему в этом селен – он разрушает вещества, содержащие свободные радикалы в цитоплазме клетки

Причины дефицита Дефицит белка Алкоголизм наркомания Дисбактериоз Болезни почек Стресс Псориаз, себорея Тяжелые металлы Передозировка лекарств, лучевая терапия Онкология, ожоги, Послеоперационн ые состояния Zn

Органы - мишени Кожа Волосы Слизистые Zn Иммунная ЦНС Симптомы Дерматит, экзема, угри, плохое заживление, трофические язвы Выпадение Язвы, эрозии, стоматит Т-клеточный иммунодефицит Депрессия, снижение памяти Поджелудочная Дефицит инсулина Гипофиз Нарушение роста Простата Печень ССС Снижение потенции, аденома Снижение синтеза белка Повышение уровня холестерина

Дефицит белка, жиров Причины дефицита Гепатит Влияние мышьяка и токсических металлов Радиация Дисбактериоз Алкоголизм Микроэлементоз Онкология Sn

Органы - мишени Кожа Волосы Ногти Sn Иммунная Соединительная ткань Глаза Щитовидная Печень ССС Симптомы Дерматит, экзема, воспаления Выпадение, слабый рост Дистрофия Частые простуды, воспаления Ревматические заболевания, артриты Глаукома, катаракта Снижение функции Снижение синтеза белка, детоксикации Риск инфаркта, дистрофия

Содержание цинка в пищевых продуктах (мг цинка в 100 г продукта) Устрицы Дрожжи пивные Зародыши пшеничные Черника Семя тыквы Грибы Овсяные хлопья, овес Лук Семя подсолнечника Чечевица Соя 100 - 400 8 - 30 13, 3 10, 0 4 - 10 4, 5 – 7, 6 1, 4 – 8, 5 5, 0 4, 9

Содержание цинка в пищевых продуктах (мг цинка в 100 г продукта) Сыр Эдам Пшеница Сухие сливки Зеленый горошек Какао Крабы Мясо Яичный желток Рожь Макароны с яйцом 4, 9 4, 1 3– 5 2– 3 2– 5 2, 5 – 4 2, 5 2 -3

Содержание селена в пищевых продуктах (мг селена в 100 г продукта) Кокос Фисташки Свиное сало Чеснок Морская рыба Пшеничные отруби Белые грибы Яйца Соя Хлеб пшенично-ржаной 0, 81 0, 45 0, 2 – 0, 4 0, 2 - 0, 4 0, 02 – 0, 2 0, 11 0, 07 – 0, 1 0, 06

Содержание селена в пищевых продуктах (мг селена в 100 г продукта) Печень Рис неочищенный Говяжье сердце Мясо курицы Мясо (говядина) Чечевица Семя подсолнечника 0, 04 – 0, 06 0, 01 – 0, 07 0, 045 0, 014 – 0, 022 0, 01 – 0, 35 0, 06 0, 07

§ ? ? ? Как будем питаться ? ? ? § Ежедневно в период сезонных сбоев биоритмов организма (март, ноябрь) утром натощак съедайте половину или целый гранат – плод, богатый марганцем, который активирует синтез стероидных гормонов, препятствуя распространению аллергических реакций § На ночь полезно употреблять 5 – 7 грецких орехов, являющихся сильным антиоксидантом, благодаря содержанию в них всей группы витаминов В, С, Е, А

§ Замените черный чай на зеленый, с добавлением к заварке поочередно (по неделе или по месяцу) листьев черной смородины, лесной малины, облепихи, ежевики. Зеленый чай – концентрат марганца и сильнейшее кровоочищающее средство, выводящее из организма любые шлаки, вплоть до радионуклидов. Лист черной смородины – концентрат селена, способствующего в сочетании с витамином Е выработке антител. Листья малины и ежевики содержат все незаменимые аминокислоты, без которых невозможно нормальное развитие и функционирование организма. Летом используйте в пищу свежие молодые листочки этих растений, расположенные на концах побегов. Насушите их на зиму

§ В течение всего дачного сезона добавляйте к овощным салатам сорняк мокрицу (звездчатку), эстрагон и зелень сельдерея. Неприметная мокрица – сильнейший иммуномодулятор, содержащий больше аскррбиновой кислоты, чем лимон § Не забывайте о болгарском перце – концентрате иммуностимуляторов § Антиоксидантной активностью обладают биологически активные вещества растений – фенольные соединения (флавоноиды, антоцианы, фенолкарбоновые кислоты), сахара, витамины, эфирные масла, ферменты, аминокислоты.

Настои, отвары, соки из растений и фитопрепараты, полученные из них, оказывают комплексное действие на систему антиоксидантной защиты организма

Растения - антиоксиданты Пищевые Арония черноплодная (плоды) Барбарис (плоды) Боярышник (плоды, лист) Голубика (плоды) Ежевика седая (лист, побег, цвет) Земляника лесная (цвет, лист, корень) Калина (лист, цвет, плоды) Клюква (плоды) Лимон (плоды) Базилик (наземная часть) Лекарственные Бадан (корень, листья) Береза (молодой лист) Девясил высокий (корень) Зверобой продырявленный (наземная часть) Звездчатка (наземная часть) Календула (цвет) Кипрей (наземная часть) Мята (наземная часть) Одуванчик лекарственный (наземная часть) Пырей (корневище)

Растения - антиоксиданты Пищевые Малина лесная (лист) Морковь (корнеплод) Облепиха (лист, плоды) Свекла столовая (корнеплод) Орех грецкий (плоды) Сельдерей (лист) Смородина черная (лист, ягоды) Шиповник (плоды) Эстрагон (лист) Яблоки (печеные плоды) Лекарственные Полынь обыкновенная(наземная часть) Солодка голая (корень) Тысячелистник обыкновенный (наземная часть) Череда трехраздельная (наземная часть)

Благодарю за работу