Висловлюється точка зору про декількох рівнях захисту клітин мак-роорганізма від активних форм кисню, які можуть бути представлені таким чином:
1 - системний захист клітин за рахунок значного зниження напруги O2 в тканинах у порівнянні з атмосферним повітрям;
2 - забезпечується в процесі четирехелектронного відновлення основної маси внутрішньоклітинного O2 за участю цитохромоксидази без звільнення вільних радикалів;
3 - ферментативне видалення утворилися супероксидного аніон-радикала і H2O2;
4 - наявність пасток вільних радикалів (антиоксидантів);
5 - ферментативне відновлення гідроперекисів поліненасичених жирних кислот.
Ефекторні компоненти антиоксидантної системи називаються антиоксидантами. Число ендогенних сполук, що відносяться до антиоксидантів, постійно зростає. Немає єдиної універсальної класифікації антиоксидантів.
1 група. Високомолекулярні сполуки - ферменти антиоксидантного захисту, а також білки, здатні зв'язувати іони Fe і Cu, являю-щиеся каталізаторами вільнорадикальних процесів. Антиоксидантні ферменти (СОД, церулоплазмін, каталаза, глутатіонзалежної ферменти) забезпечують комплексну антирадикальну захист біополімерів. Для ферментативних антиоксидантів характерні висока специфічність, строго певна органна і клітинна локалізація, а також використання в якості каталізаторів металів Cu, Fe, Mn, Zn, Se.
До числа білків, що володіють здатністю зв'язувати метали зі змінною валентністю і відповідно мають антиоксидантні властивості, відносять альбуміни крові, трансферин, феритин, лактоферин. Багато з них досить ефективні в інгібуванні свободнорадікаль-них процесів, але слабо проникають через мембрани і тканинні бар'єри.
2 група. Низькомолекулярні антиоксиданти: деякі амінокислоти, поліаміни, сечовина, сечова кислота, глутатіон, аскорбінова кислота, білірубін, токоферол, вітаміни групи A, K, P.
При цьому можна говорити про своєрідні антиоксидантних ланцюгах перенесення електронів, ефективність функціонування яких визначається роботою всіх компонентів.
Ефекти антагонізму встановлено в дії суміші токоферолу з природними хинонами (убіхінон, Филлохинон). Навпаки, фосфоліпіди підсилюють активність всіх антиоксидантів, незалежно від їх природи.
Таким чином, розглядаючи в загальному вигляді антиоксидантні системи, слід мати на увазі, що організм має в своєму розпорядженні ферментативними системами, які інгібують ПОЛ на етапі ініціації. Так, СОД інактивує супероксіданіонрадікал, субстратами дії глутатіонпероксидази і каталази є перекис водню і гидроперекиси ліпідів.
Дія ферментних антиоксидантів доповнюється в цілісному організмі природними антиоксидантами, зокрема, вітамінами групи Е, стероїдними гормонами, сірковмісними амінокислотами, аскорбінової кислотою, вітамінами групи A, K і P, убіхінон, пептидами, похідними гаммааминомасляной кислоти, фосфоліпіди, продуктами метаболізму ейкозаноїдів, а також тіолами, зокрема, ерготионеїн, що містяться в еритроцитах печінки, мозку.
Важливу роль в антиоксидантної захисті грають карнозин і його похідні. Як відомо, карнозин є природним дипептидом, здатним метаболизироваться в організмі людини і тварин, має стабілізуючим ефектом відносно pH середовища, а також здатністю взаємодії з OH, супероксіданіонрадікалом і гіпохлоріданіоном з подальшою їх інактивацією. Карнозин регулює за рахунок антиоксидантних властивостей поведінкові реакції.
Торкаючись особливостей функціонування ферментного ланки антиоксидантної системи слід зазначити, що реакції дисмутації супероксіданіонрадікала і розкладання H2O2 екзотермічни, а каталізують ці реакції СОД і каталаза не потребують кофакторами, що робить їх активність не залежить від функціонування інших клітинних структур. СОД прискорює спонтанну реакцію в 200 разів.
Вважають, що рівень активності внутрішньоклітинних ферментативних антиоксидантних систем генетично детермінований, причому надмірне накопичення в клітинах супероксидного аніон-радикала або перекису водню супроводжується депресією ділянок геному, відповідального за активність внутрішньоклітинних ферментативних антиоксидантних систем.
Mn-СОД локалізована в мітохондріях печінки і міокарда еукаріот, поблизу аніонних каналів. Для мікроорганізмів характерні железосодержащий і марганець ізоферменти. Mn-СОД складається з 4 субодиниць з ММ 20 000 кожна, механізм дії ензиму, ймовірно, подібний до дії Cu-, Zn-СОД-ферменту, тобто метал в активному центрі поперемінно змінює свою валентність: Mn3 +, Mn2 +. Супероксіддісмутазной активність можуть виявляти комплекси міді з амінокислотами і пептидами, а також багато медьсодержащие білки.
СОД суттєво прискорює дисмутації супероксіданіонрадікала. Однак, незважаючи на високу специфічність ферменту, при певних умовах Cu-СОД може взаємодіяти з H2O2 і виступати в якості прооксідантом.
В останні роки були синтезовані модифіковані препарати СОД і каталази, асоційовані з імуноглобулінами, сироватковим альбуміном, високомолекулярними спиртами, зокрема, поліетиленгліколь, що забезпечувало стабільність ферментів і тривалість їх циркуляції в крові. Подібні асоційовані форми ферменту знайшли застосування в експерименті при ендотоксикозі, інфаркті міокарда, регіональної ішемії, опіках шкіри, а також при стресових і запальних пошкодженнях тканин.
Церулоплазмін або блакитна феррооксідаза - гликопротеид сироватки крові, що утворюється в печінці, каталізує реакцію:
4Fe2 + + 4H + O2 -> 4Fe3 + + H2O
Він сприяє окисленню поліамінів, поліфенолів, аскорбінової кислоти, можливо бере участь в транспорті міді. Пряма антиоксидантний функція визначається супероксіддісмутазной і ферріоксідазной активністю, а непрямі антиоксидантні властивості пов'язані з окисленням Fe2 + і аскорбінат, потенційних джерел супероксидного аніон-радикала. Це основний реактантов гострої фази запалення.
Як вказувалося, в процесі дисмутації супероксидного аніон-радикала утворюється H2O2, відновлювана до H2O в основному каталазой і глутатіонпероксидазою.
Каталаза - хромопротеїд з ММ близько 240 000 Д, складається з 4 суб'еді-ниць, що мають по одній групі гема, локалізується в основному в пероксисомах, частково - в мікросомах і в меншій мірі - в цитоплазмі. Вважають, що каталаза не має високого спорідненості до H2O2 і не може ефективно знешкоджувати це з'єднання при низьких концентраціях, наявних в цитоплазмі. У пероксисомах, де концентрація H2O2 висока, каталаза активно руйнує її.
Розкладання H2O2 каталазой здійснюється в два етапи:
Fe3 + -каталаза + 2 H2O2 -> окислена каталаза + H2O2 -> Fe3 + -каталаза + H2O2 + O2.
При цьому в окисленні стані каталаза працює як пероксидаза. Субстратами в пероксидазною реакції можуть бути етанол, метанол, форміат, формальдегід та інші донори водню.
Слід зазначити, що близько 0,5% O2, що утворюється в результаті розкладання H2O2, виникає в збудженому синглетному стані і таким чином в процесі розкладання перекису водню знову генеруються активні форми O2.
Активності каталази і СОД корелюють між собою, що може бути пов'язано з переключенням потоку електронів з одного ланцюга транспорту на іншу. У цих умовах СОД і каталаза діють як ланки одного системи утилізації O2, розміщені в різних ділянках клітини.
Максимальна концентрація каталази виявлена в еритроцитах.
Найважливішою системою інактивації вільних радикалів є відновлений глутатіон і комплекс ферментів - глутатіонпероксидази, глутатіонтрансферази і глутатіонредуктази.
Глутатіон синтезується в печінці, звідки транспортується в різні органи і тканини, забезпечує відновлення дисульфідних груп білків, дигідроаскорбінової кислоти, за участю глутатіон-трансферази утворює кон'югати в печінці з електрофільними сполуками і наступним виведенням їх з сечею.
Інактивація H2O2 в клітинах забезпечується також глутатіонпероксидазою (ГПО), остання є Se-містить ферментом, близько 70% її локалізовано в цитоплазмі і близько 30% - в мітохондріях всіх клітин ссавців. Глутатіон-пероксидаза - білок з ММ 84000-88000, складається з 4 ідентичних субодиниць, кожна з яких включає 1 атом Se.
Глутатионпероксидаза каталізує реакцію відновлення гидроперекиси за допомогою глутатіону, володіє широкою субстратної специфічністю по відношенню до гідроперекисів, але абсолютно специфічна до глутатіону. Спорідненість глутатіонпероксидази і H2O2 вище, ніж у каталази, тому перша більш ефективно працює при низьких концентраціях субстрату, в той же час в захисті клітин від окисного стресу, викликаного високими концентраціями H2O2, ключова роль належить каталази. Останнє особливо чітко продемонстровано на ендотеліальних клітинах.
У клітинах ссавців, крім S-залежною ГПО, виявлена ГПО без S з ММ 39000-46000, що каталізує відновлення гідроперекисів органічних сполук в тому числі і поліненасичених жирних кислот, але її ефективність щодо H2O2 надзвичайно низька.
Стрес через адренергічні рецептори, цАМФ і протеїн стимулює активність ГПО.
Бесселеновая глутатионпероксидаза локалізована в мітохондріальних мембранах печінки, нирок, серця, в той час як селеновая - в еритроцитах.
ГПО належить активна роль в захисті лізосомальних мембран від перекисного окислення.
Важливу роль в інактивації вільних радикалів відводять внутрішньоклітинним і позаклітинним пасток, що забезпечує обрив ланцюга вільнорадикального окислення.
Ефективними "перехоплювачами" радикалів є фенольні антиоксиданти, зокрема, прості феноли, нафтоли і оксіпроізводних інших ароматичних сполук. В даний час виділено кілька тисяч фенольних сполук, серед яких вираженим антиоксидантним ефектом володіють вітаміни Е і К, убіхінон, триптофан і фенілаланін, а також більшість рослинних і тваринних пігментів, зокрема, каротиноїди, флавоноїди, фенокарбоксільние кислоти. Велике біологічне значення для людини має антиоксидант - токоферол. Він жиророзчинний, його основна локалізація - гідрофобний шар біологічних мембран; інактивує головним чином радикали жирних кислот.
Фенольні антиоксиданти (лікопен, каротини, білірубін) служать інгібіторами супероксидного аніон-радикала, синглетного кисню, гідроксильного радикала.
Вітамін Е найчастіше приймається укупі з вітаміном С. Аскорбінова кислота може виступати в якості донора і акцептора іонів водню завдяки наявності в структурі двох фенольних груп, її антиоксидантні властивості характеризуються широким спектром інактивує дії на різні вільні радикали. Аскорбінова кислота перевершує інші антиоксиданти плазми крові в захисті ліпідів від перекисного окислення.
Звертає на себе увагу той факт, що в присутності іонів Fe або Cu аскорбінова кислота стає потужним прооксідантом. Антиоксидантні властивості аскорбінової кислоти пов'язані з її окси-редуктазної переходами. Втрачаючи атом водню, аскорбінова кислота перетворюється в радикал - монодегідроаскорбіновую кислоту, яка виявляє прооксидантний ефект, втрата ще одного атома H + призводить до утворення дегідроаскорбіновою кислоти. При цьому бере участь фермент, що містить мідь - аскорбатоксідази. Відомо, що аскорбінова кислота відновлює продукт окислення токоферолу - токофероксід в токоферол. Вітаміни P і C також відновлюються. Аскорбінова кислота стабільніша в присутності метілметіонін, що забезпечує не тільки відновлення дегідроаскорбіновою кислоти, але і повноцінність функціонування глутатіонової ланки антиоксидантної.
Важлива роль в антиоксидантної захисту організму відводиться SH-містять сполуками до числа яких відносяться крім вищеописаного трипептида - глутатіону цистеїн, цистин і метіонін.
SH-з'єднанням відводиться провідна роль у захисті клітин від радикала OH. У зв'язку з коротким періодом життя і радіусом дифузії OH. в біологічних системах вказане з'єднання не піддається ферментативної інактивації і в той же час може досить сильно цитотоксическое і мутагенну дію, останні визначає значимість SH-вмісних сполук - активних перехоплювачів OH. - радикалів. При різних стресових впливах, під впливом ефектів токсичних і ферментативних факторів патогенності різних інфекційних збудників, зокрема, чуми, анаеробної газової інфекції, стрептостафілококковой груп бактерій, спостерігається оборотна окислювальна модифікація SH-груп, що призводить до збільшення дисульфідних груп, що є типовою неспецифічною реакцією організму на дію екстремального подразника.
Однак зміна співвідношення відновлених і окислених тіогрупп в бік переважання останніх змінює стан проникності клітинних мембран, їх адгезивні властивості, призводить до різкого пригнічення функції серусодержащих ферментів або коферментів (ліпоєвоїкислоти, коензиму А, глутатіону), порушення роботи тіолових Металопротеїни (цитохром P-450) , ряду гормональних рецепторів і факторів транскрипції.