Ферментативные механизмы защиты

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГБОУ ВПО «ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

КАФЕДРА БИОЛОГИЧЕСКОЙ ХИМИИ

РЕФЕРАТ

Ферментативные механизмы защиты от АФК

Выполнила:

Исхакова А.Р.

II курс, 211 группа

Проверила:

Афонина С.Н.

Доцент

Оренбург 2017

Содержание

Введение

1. Механизмы защиты от активных форм кислорода

2. Главные ферменты и их характеристика. Ферментативная защита от АФК

Заключение

Введение

Активные формы кислорода (АФК, реактивные формы кислорода, РФК, англ. Reactive oxygen species, ROS) -- включают ионы кислорода, свободные радикалы и перекиси как неорганического, так и органического происхождения. Это, как правило, небольшие молекулы с исключительной реактивностью благодаря наличию неспаренного электрона на внешнем электронном уровне.

В живой клетке.РФК постоянно образуются в живой клетке как продукты нормального метаболизма кислорода. Активные формы кислорода образуются также под действием ионизирующего излучения. Некоторые РФК могут играть роль медиаторов важных внутриклеточных сигнальных путей. Однако повышенная продукция РФК приводит к оксидативному стрессу. Нормальные функции РФК включают индукцию иммунной системы и мобилизацию систем ионного транспорта. Например, клетки крови на месте повреждения начинают продуцировать РФК, что рекрутирует тромбоциты, необходимые для начала процесса заживления раны. РФК также запускают программируемую клеточную смерть (апоптоз).Антиоксидантная защита.

Около 95 % от всего потребляемого клеткой кислорода восстанавливается в митохондриях до воды в процессе окислительного фосфорилирования, при этом обязательной стадией является образование из молекулы кислорода двух гидроксильных OH-групп, также относящихся к РФК, при участии фермента цитохром с-оксидазы.

Остальные 5 % кислорода в результате различных реакций (как правило ферментативных) превращаются непосредственно в РФК. Защита клетки от РФК осуществляется несколькими антиоксидантными ферментами (супероксиддисмутаза, каталаза и пероксиредоксины) и низкомолекулярными антиоксидантами (витамин С, глутатион, мочевая кислота). Кроме этого, антиоксидантными свойствами обладают полифенолы(например, аналоги некоторых компонентов красного вина).

1. Механизмы защиты от активных форм кислорода

Молекулярный кислород сам по себе обычно не вступает в неконтролируемые химические реакции внутри организма, для его активации нужны ферментативные процессы - главные ферменты метаболизма кислорода у млекопитающих: оксидазы и оксигеназы. Но в каталитических центрах этих ферментов кислород испытывает превращения до конечных соединений, не выделяясь в среду и не подвергая опасности органические макромолекулы клетки, повреждающими же агентами являются активные формы кислорода (АФК), образующиеся в ряде физико-химических процессов в организме. кислород радикал перекись липид

Во всех аэробных клетках в процессе присоединения одного электрона к молекуле кислорода образуются супероксидный анион-радикал - О2- и его протонированная форма - гидроперекисный радикал - НО2*; оба они порождают ряд других активных форм кислорода. Образование этих АФК наиболее существенно вблизи цепей переноса электронов - дыхательная цепь, микросомы и, в растительных клетках, хлоропласты.

Гидроперекиси липидов являеются весьма активными соединениями и обладают высокой биологической агрессивностью. Для протекания цепного окисления липидов в биологических мембранах совершенно необходимы переходные металлы, в частности, ионы железа.

Простым и доступным методом определения продуктов перекисного окисления липидов является реакция с тиобарбитуровой кислотой (Marcuse, Johnston, 1973). Главным механизмом защиты организма от данных форм АФК является фермент супероксиддисмутаза (СОД), активность ее обычно достаточна, чтобы инактивировать их в месте образования, не допуская диффузии в среде макромолекул ткани.

Дисмутация супероксидных анион-радикалов под действием СОД в биологических тканях ведет к образованию перекиси водорода, способной легко проникать через мембраны клеток. Перекись водорода обнаруживается при фагоцитозе, при работе митохондрий и микросом. В присутствии ионов переходных металлов (например Fe2+) перекись водорода может давать высоко активный гидроксильный радикал (* ОН). Этому процессу препятствуют главные высоко активные ферменты антиоксидантной защиты организма: каталаза и глутатион-пероксидаза.

Высокой реакционной способностью обладает гидроксильный радикал (* ОН), образующийся из перекиси водорода в присутствии ионов переходных металлов. Высокая реакционная способность определяет преимущественно местное воздействие этой форм АФК. Прямое повреждение ДНК при этом характеризуется разрывом цепи (180); с другими биомолекулами * ОН образует вторичные свободные радикалы, в том числе перексиные соединения липидов.

Главные типы повреждений биомолекул * ОН: отрыв атома водорода (таким образом повреждается лецитин - главный компонент биологических мембран, а также сахара в составе нуклеозидов ДНК); присоединение к молекулам по двойным связям (взаимодействие с пуринами и пиримидинами ДНК и РНК, в том числе с образованием вторичных радикалов); перенос электронов также является патогенным механизмом действия * ОН.

ЗАЩИТА ОРГАНИЗМА ОТ АФК

СУПЕРОКСИДДИСМУТАЗА (СОД). Супероксиддисмутаза является важнейшим элементом антиоксидантной защиты организма. Это фермент из двух субъединиц с общей молекулярной массой 32 кДа, содержащий по одному атому меди и цинка (существует также марганец-содержащая СОД, обнаруженная в печени крысы и человека; в бактериальных клетках обнаружена железо-содержащая СОД). Фермент ускоряет распад О2- на 4 порядка.

Источником О2- обычно является система феназинметасульфат + НАД*Н или ксантин + ксантиноксидаза. За единицу активности СОД принято ее количество, тормозящее в 2 раза восстановление цитохрома с при реакции ксантиноксидазы (0,003 ед/мл), ксантина (2 мкмоль/мл) и цитохрома с - 0,6 мкмоль/мл

2. Главные ферменты и их характеристика. Ферментативная защита от АФК

1. супероксиддисмутаза (СОД)

СОД восстанавливает супероксид:

2. селеновая глутатионпероксидаза (ГПО) и каталаза

Каталаза восстанавливает H₂O ₂:

3. ГПО и глутатионтрансферазы, а также недавно обнаруженная фосфолипидгидропероксид-ГПО.

ГПО восстанавливает и органические гидропероксиды свободных жирных кислот, нуклеотидов, нуклеиновых кислот и, вероятно, белков:

Глутатионтрансферазы восстанавливают только ROOH, но важно, что один из изоферментов находится прямо в хроматине и восстанавливает ROOH ДНК в ядре. Фосфолипидгидропероксид-ГПО восстанавливает ROOH жирных кислот в составе фосфолипидов (для этого не требуется предварительный гидролиз последних). Вспомогательным ферментом является глутатионредуктаза, регенерирующая GSH из GSSG путем NADPH-зависимого восстановления:

Сопряженное восстановление гидропероксидов. ГР - глутатионредуктаза, GSH и GSSG - восстановленный и окисленный глутатион, ДГ - NADPH⁺-зависимые дегидрогеназы (глюкозо-6-фосфата и др.), RH₂ - субстрат, R - дегидрированный субстрат.

Это уменьшает или даже предупреждает прогрессирование ПОЛ и ОМ нуклеиновых кислот и белков. Однако необходимо обезвреживание вторичных метаболитов ОМ (см. рис.1) - это четвертая линия защиты. ГТ конъюгирует с GSH ряд окисленных веществ (на рис.1), в том числе главный продукт ПОЛ - 4-гидроксиалкенали и опасные эпоксиды. Формальдегиддегидрогеназа и глиоксалаза, использующие GSH в качестве кофермента, окисляют свои субстраты до органических кислот. Кроме того, альдегиддегидрогеназа окисляет малоновый диальдегид. Хинонредуктаза (ДТ-диафораза) обеспечивает двухэлектронное восстановление хинонов в дигидрохиноны, что предупреждает образование вредных продуктов одноэлектронного восстановления - семихинонов; эпоксидгидролаза гидратирует эпоксиды с образованием диолов.

Ферментативная АОС обеспечивает мощный и эффективный метаболизм не только АФК, но и активных окисленных соединений.

В АОС особенно важна роль GSH:

1. это главный восстановитель клетки, его концентрация (1-10 мМ) выше, чем большинства органических веществ;

2. как и другие низкомолекулярные антиоксиданты, он прямо восстанавливает АФК;

3. функционирует на трех линиях ферментативной защиты (восстановление H₂O₂, ROOH и обезвреживание вторичных метаболитов ОМ) из четырех;

4. GSH-зависимые ферменты работают во всех частях клетки, включая ядро, митохондрии и эндоплазматическую сеть. Известный антиоксидатный эффект Se также в основном опосредован ферментами - обеими ГПО.

Важность АОС доказывается:

1) накоплением АФК и нарастанием ОМ при дефиците низкомолекулярных антиоксидантов: GSH, витаминов E и C;

2) гибелью нейронов спинного и головного мозга при инактивирующей мутации СОД (амиотрофический латеральный склероз);

3) развитием при серьезном дефиците GSH или GSH-зависимых ферментов гемолиза эритроцитов, катаракты хрусталика и поражения печени проксидантными ядами (CCL₄и др.).

АОС снижает или даже предупреждает большинство эффектов, вызываемых АФК и OМ макромолекул: активацию протеинкиназы С, фактора NF-кВ, экспрессии генов (в том числе протоонкогенов) и апоптоза, действие гормонов типа факторов роста клеток и цитокинов, тормозит прогрессирование СПИДа. Это не только стало дополнительным и независимым подтверждением регуляторных функций АФК, но и привело к признанию регуляторных функций АОС, к рождению концепции внутриклеточной редокс-регуляции, определяемой соотношением прооксидантов и антиоксидантов.

Заключение

Активные формы кислорода (АФК) представляют собой отдельную систему в организме, главным системообразующим фактором которой является текущий уровень АФК в тканях. Система самоорганизована за счет контроля уровня генерации АФК в митохондриях и микросомах, контроля активности оксидаз и антиоксидантных ферментов тканей, суммарного уровня антиоксидантной активности (АО) крови. В ходе старения снижается активность генерации АФК при относительной сохранности АО ферментов; уровень АФК повреждений в тканях и крови при этом отражает скорее общее снижение самообновления макромолекул, однако, повышение общей АО активности в старости может препятствовать одному из центральных механизмов старения -- процессам свободно-радикального повреждения тканей. Поддержание на определенном уровне АФК тканей важно для регуляции нормальных физиологических процессов в организме: уровня неспецифической и специфической иммунной защиты, уровня периферического сосудистого тонуса, уровня самообновления мембран клетки, сохранности механизма апоптоза -- «выбраковки» функционально и структурно неполноценных и ненужных клеток; АФК участвуют в процессах рецепторной регуляции клетки, в ряде других физиологических процессах. Нарушения системы генерации и, особенно, защиты от АФК, приводит к нарушению течения воспалительных процессов, играет патогенетическую роль в процессах оксидативного некроза при ишемии тканей и синдроме реперфузии, снижает общий и специфический иммунитет. Нарушения АО системы и АФК, в той или иной мере, возможно, видимо, при любых формах патологии, поэтому контроль АО активности тканей и снижение гипергенерации АФК является важной формой обще- патогенетического лечения и профилактики широкого спектра заболеваний. Кроме широко используемого подхода ограничения уровня АФК, в последнее время все шире стали применяться методы активной тренировки АО системы и АФК за счет индукции умеренной генерации АФК, что ведет к повышению мощности всей АО системы и системы контроля АФК, и приводит к общей адаптации и биостимуляции. Это: использование озона, нормобарической гипоксии, кислородотерапия, применение электрохимически-активированных соединений (ЭХАС), новых препаратов типа окислительно-восстановительного энерго-буфера -- «Галавита» и пр. Эти воздействия могут оказывать общую адаптивную функцию также и в ходе естественного старения, повышая общий адаптивный потенциал тканей и биостимулируя весь организм. Особый интерес, проявляемый в настоящее время к изучению активных форм кислорода (АФК), объясняется широким спектром их физиологических эффектов и участием во многих патологических процессов; известна также важная роль АФК в процессах старения.

Размещено на Allbest.ru