Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Активные формы кислорода в окислительных процессах у животных и защитная регуляторная роль биоантиоксидантов

И.В. Сидоров, Н.А. Костромитинов

Рассматривается влияние активных форм кислорода на процессы перекисного окисления в организме животных. Описаны механизмы биохимического воздействия биоантиоксидантов на метаболические и регуляторные системы животных. Отражены разнообразные проявления биологической активности природных антиоксидантов. Обсуждаются возможности коррекции повышенного уровня перекисного окисления липидов, проявляющегося как неспецифический ответ организма на болезнь, и перспективы для развития нового направления -- антиоксидантотерапии.

OXYGEN ACTIVE FORMS IN OXIDIZING PROCESSES IN ANIMALS AND PROTECTIVE ROLE OF BIOANTIOXIDANTS

I.V. Sidorov, N.A. Kostromitinov

Summary

The influence of oxygen active forms on processes of peroxide oxidation in animals organism was considered. The mechanisms of bioantioxidants biochemical action on metabolic and regulator systems in animals were described. The diverse manifestation of biological activity of natural antioxidants were reflected. The possibilities for correction of increased level of peroxide oxidation of lipids as nonspecific organism reaction on disease and future trends for development of new direction -- antioxidant therapy.

Х а з и е в Г.З., С а г и т о в а А.С. Гельминты и гельминтозы птиц в Башкортостане и их профилактика. Уфа: изд-во БГАУ, 2002, 297 с.

В монографии представлены результаты изучения видового состава гельминтов домашней и дикой птицы в Башкортостане. Приведены данные о распространенности основных гельминтозов птицы. Изложены принципы лечения зараженных гельминтами птиц, в том числе, смесями препаратов при смешанных гельминтозах. Предложена система мероприятий по профилактике гельминтозов в хозяйствах региона с учетом вида возбудителя, природно-климатических условий и экономических возможностей хозяйств, кариопластов при клонировании животных, а также донорских яйцеклеток коров в новейших технологиях репродукции. Отражено влияние интеграции и экспрессии гена рилизинг-фактора гормона роста человека на фенотип, особенности развития, физиологические и биохимические признаки и мясные качества свиней. Уделено внимание созданию трансгенных сельскохозяйственных животных -- продуцентов рекомбинантных лекарственных белков.

Большое количество биохимических реакций протекает у животных при участии свободных радикалов, обладающих исключительно высокой химической активностью (1-5). Особое значение для оценки гомеостаза организма животных имеет свободнорадикальное перекисное окисление липидов, что обусловлено решающей ролью биомембран в обеспечении жизнедеятельности живых существ. Важное место в структуре биомембран занимают липиды с высоким содержанием ненасыщенных жирных кислот.

Неферментативное свободнорадикальное окисление липидов в нерегулируемых условиях носит цепной, автокаталический характер, причем разветвленные радикальные реакции сопровождаются образованием разнообразных по реакционной способности соединений, участвующих в дальнейших превращениях. Субстратами этих реакций служат аминокислоты, белки, углеводы, нуклеиновые кислоты и липиды. Для организма животных жизненно важное значение имеют свободнорадикальные реакции, повреждающие липидный компонент липопротеидов в составе мембран клеток и субклеточных структур (особенно фосфолипидов), что приводит к различным видам нарушений (уменьшение проницаемости мембранных структур клеток, изменение клеточного электропотенциала и нарушение ферментативных функций) и гибели клеток.

В качестве наиболее реактивных факторов, инициирующих перекисное окисление, выступают активные формы кислорода: супероксидный (О₂-), гидроперекисный (НО₂-) и гидроксидный (ОН-) радикалы, перекись водорода (Н₂О₂-), синглетная форма кислорода *О₂- (6). Основные механизмы образования активных форм кислорода в организме животных связаны с нарушением функционирования электронно-транспортных цепей митохондрий микросом, а также свойствами дегидрогеназ. Наиболее часто активные формы кислорода образуются вблизи цепей переноса электронов -- дыхательная цепь, микросомы, у растений -- хлоропласты (7-9).

Супероксидный анион-радикал О₂- и его протонированная форма (гидроперекисный радикал НО₂-) возникают в процессе восстановления молекулярного кислорода в клетках и инициируют образование других активных форм кислорода. Супероксид-ион выделяется в реакции, протекающей в фагоцитах (моноциты, гранулоциты крови и тканевые макрофаги) и катализируемой ферментным комплексом -- НАДФН-оксидазой. Супероксидный радикал может прямо инактивировать адреналин, аскорбиновую кислоту, а более активный гидроперекисный радикал реагирует с линолевой, линоленовой, арахидоновой кислотами, окисляя их до гидроперекисей (10, 11). Образованию гидроперекисного радикала способствует закисление среды; он также свободно проникает через биомембраны, так как не имеет заряда.

Дисмутация супероксидных анион-радикалов под действием супероксиддисмутазы ведет к образованию в биологических тканях перекиси водорода, способной легко проникать через мембраны клеток. Перекись водорода выделяется при фагоцитозе, функционировании митохондрий и микросом (8, 9, 12, 13). В присутствии ионов металлов (Fe²⁺) перекись водорода может давать высокоактивный гидроксильный радикал ОН-, способный образовывать вторичные радикалы, в том числе перекисные соединения липидов. Этому процессу препятствуют главные высокоактивные ферменты антиоксидантной защиты -- каталаза и глутатион-пероксидаза (14-16).

К основным типам повреждений биомолекул гидроксильным радикалом ОН- относятся следующие: отрыв атома водорода (таким образом повреждается лецитин -- главный компонент биологических мембран, а также сахара в составе нуклеозидов ДНК); присоединение ОН- к молекулам по двойным связям (взаимодействие с пуринами и пиримидинами ДНК и РНК, в том числе с образованием вторичных радикалов); перенос электронов (17, 18). В образовании гидроксильного радикала важное значение имеют ионы металлов с переменной валентностью, в первую очередь ионы железа, которые в большом количестве содержатся в крови в связанной форме с трансферрином (гемоглобин, миоглобин и др.) (19, 20). Снижение количества железопереносящих белков и повышение концентрации свободного железа в крови может стимулировать образование свободных радикалов; своевременная диагностика и профилактика этого процесса включены в программы по предотвращению старения.

Образование гидроксильного радикала отмечено также под действием связанного железа -- лактоферрина и при взаимодействии гемоглобина и перекиси водорода (21-23).

Синглетная форма кислорода (*О₂-) образуется в реакциях фотоокисления в присутствии так называемых фотосенсибилизаторов (флавин, гематопорфирин, хлорофилл и др.), а также при дисмутации супероксидных радикалов (24). Синглетная форма кислорода характеризуется повышенной реакционной способностью в отношении биосубстратов, особенно молекул с двойной связью. В результате таких реакций образуются гидроперекиси органических молекул -- важнейшие продукты перекисного окисления ненасыщенных липидов в биомембранах (6, 25). В присутствии металлов переменной валентности эти соединения запускают цепные реакции окислительной деградации биомолекул (2). Защитную функцию обеспечивает -каротин, переводящий синглетную форму кислорода в триплетную, однако обычная вода и токоферол также способны инициировать процесс инактивации *О₂- (26, 27). Синглетная форма кислорода участвует в кожных проявлениях некоторых генетических заболеваний -- порфирий (28), а также в процессах эритемы после ультрафиолетового облучения кожи при приеме лекарств, обладающих фотосенсибилизирующим действием.

Образованием активных форм кислорода обычно сопровождается инактивация ксенобиотиков, усиливающая повреждающий эффект последних (17, 29, 30). Активные формы кислорода выполняют важную роль в защитных механизмах неспецифического иммунитета организма животных. Вследствие взаимодействия природных частиц (опсонизированных бактерий, механических частиц, латекса) с поверхностью фагоцитов происходит перестройка метаболизма клеток (увеличение ионной проницаемости клеточных мембран, усиление окисления глюкозы, возрастание более чем в 10 раз потребления кислорода, сопровождающееся интенсивным образованием супероксида О₂-) и выделяются биоцидные кислородные радикалы, например при инфекционных и других воспалительных процессах (31-33). Это явление называется «дыхательным взрывом».

Именно генерализацией супероксидного радикала обеспечивается не только микробоцидное и цитотоксическое, но и в немалой степени иммунорегуляторное действие активированных фагоцитов (34, 35). Процесс активации фагоцитов сначала приводит к образованию О₂-, а затем и более сильных окислителей -- ОН-, НОСl-, которые могут вызывать модификацию тканевых и сывороточных белков и липидов. Кроме того, после высвобождения в ходе «дыхательного взрыва» активные формы кислорода обнаруживаются не только в фагосомах, но и в прилежащих тканях, что наряду с инактивацией бактериальных клеток может повреждать как фагоциты, так и нормальные клетки. Следует отметить, что фактор изменения реактивности фагоцитов многими авторами рассматривается как ключевой в патогенезе инфекционного процесса (2, 3, 36).

Действие внешних прооксидантов, повышенное потребление кислорода, ионизирующее и ультрафиолетовое облучение, загрязнение воздуха, воды и продуктов питания, недостаток естественных антиоксидантов (витамины Е, К, А, селен и др.), врожденная недостаточность ферментов антиоксидантной защиты и другие факторы могут приводить к напряжению системы антиоксидантной защиты организма и вызывать так называемый «оксидативный стресс», проявляющийся на молекулярном, клеточном и организменном уровнях (30). Подобный стресс, видимо, является патогенетическим при развитии воспалительных и бронхолегочных заболеваний (31).

Необходимость защиты клеточных структур от аутоокисления реакционно-активными радикалами и перекисными соединениями обусловила формирование в организме животных защитных механизмов, ограничивающих неконтролируемое свободнорадикальное окисление и препятствующих переходу последнего в цепной неуправляемый процесс. У животных существует активная антиокислительная система защиты, представленная ферментативными и неферментативными реакциями. Роль ферментативного звена этой системы состоит в угнетении образования цепей окисления посредством элиминации супероксидного радикала и перекисных продуктов. Действие неферментативного звена направлено на торможение дальнейшего развития цепных реакций, то есть биоантиоксиданты выступают как антирадикальные агенты.

Следовательно, в нормальных физиологических условиях регуляция постоянства содержания активных форм кислорода и перекисей липидов в биологических мембранах в значительной степени осуществляется за счет сбалансированного взаимодействия между реакциями оксидации и антиоксидации. При дисбалансе между интенсивностью свободнорадикальных реакций и активностью системы антиоксидантной защиты развивается свободнорадикальная патология, которая является составной частью патогенеза многих болезней сельскохозяйственных животных.

Основным элементом ферментативной системы защиты организма животных от активных форм кислорода служит супероксиддисмутаза, которая ускоряет распад О₂-, а также инактивирует пероксиды в месте их образования, не допуская диффузии в макромолекулы ткани (28, 37-39). Этот фермент состоит из двух субъединиц с общей молекулярной массой 32 кД и содержит по одному атому меди и цинка. В печени крысы и человека обнаружена марганецсодержащая, в бактериальных клетках -- железосодержащая супероксиддисмутаза.

Супероксиддисмутаза, инактивируя супероксидный радикал, превращает его в перекись водорода, которая затем разлагается под действием каталазы с образованием воды. Совместная активность каталазы и супероксиддисмутазы подавляет инициацию липидной пероксидации, поддерживая минимальную концентрацию супероксида -- 10-⁹ М.

Источником супероксиддисмутазы является система феназинметасульфат + НАДФН или ксантин + ксантиноксидаза. За единицу активности супероксиддисмутазы принято считать ее количество, в 2 раза замедляющее восстановление цитохрома С при реакции между ксантиноксидазой (0,003 ед/мл), ксантином (2 мкмоль/мл) и цитохромом С (0,6 мкмоль/мл) (40). Каталаза сосредоточена в основном в пероксисомах клеток, где содержатся также ферменты, продуцирующие перекись водорода, необходимую для многих процессов жизнедеятельности организма, в частности обеспечения неспецифического иммунитета.

Пероксидаза и особенно глутатионпероксидаза широко распространены в клетках животных и растений (цитозоле и матриксе митохондрий). Глутатионпероксидаза состоит из четырех субъединиц, в каждой из которых содержится по одной молекуле селена. Активность глутатионпероксидазы зависит от содержания глутатиона в клетке, что в свою очередь определяется активностью глутатионредуктазы и концентрацией НАДФН, который образуется в пентозофосфатном метаболическом цикле. Фермент инактивирует перекиси липидов, при этом окисленный глутатион восстанавливается глутатионредуктазой. Эта система включает в себя еще и другие субстратзависимые ферменты: аскорбат-, полифенол-, глутатион-, НАДФН- и НАДН-пероксидазы (6).

Неферментативное звено антиоксидантной защиты организма представлено отдельными биоантиоксидантами, в состав которых входят фенольные соединения (токоферол, полифенолы, флавоноиды) и сходные с ними по строению хиноны (витамины группы К, убихинон, убихроменолы, каратиноиды). Действие этих веществ усиливается серосодержащими соединениями: глутатионом, эрготонином, цистеином, метионином, а также витаминами А и С, -каротином.

Важной структурной особенностью антиоксидантной системы защиты организма животных является распределение ее компонентов между гидрофильной и гидрофобной фазами клеточных структур. В липидных структурах мембран (липопротеидах) локализуются гидрофобные (жирорастворимые) антиоксиданты -- токоферол, полифенолы, убихинон, -каротин, флавоноиды и др. Гидрофильные (водорастворимые) антиоксиданты (аскорбиновая кислота, глутатион, эрготонин, антиперекисные ферменты) действуют внутри клетки. Во внеклеточном пространстве локализуются различные металлопротеины (гемоглобин, церулоплазмин, трансферрин и др.), а также мочевая и аскорбиновая кислоты. Это создает такие условия, при которых практически все клеточные структуры, а также внеклеточная среда находятся под контролем биоантиоксидантной системы.

Разносторонние механизмы биохимического действия биоантиоксидантов направлены на различные метаболические и регуляторные системы организма. Так, установлено, что антиоксидантная функция этих соединений сочетается с довольно большим спектром общебиологического действия, не связанного непосредственно с антиоксидантной защитой. Группа структурно-родственных соединений, таких как токоферол, убихинон и убихроменол, выполняет в организме сходные между собой функции, в том числе и антиоксидантную.

Среди веществ, составляющих систему биологических ингибиторов, антиоксидантная мембранопротекторная роль токоферола в живом организме считается наиболее обоснованной (36, 41, 42). При недостатке токоферола (витамин Е) наблюдаются многообразные патологические изменения большого числа органов и тканей животных. Среди важнейших симптомов Е-витаминной недостаточности (авитаминоза и гиповитаминоза) -- нарушения репродуктивной функции, мышечная дистрофия, некроз печени, повреждения эпителия почечных канальцев и т.д. При этом наблюдаются морфологические нарушения, которые заключаются в значительном увеличении проницаемости или полном разрушении цитоплазматических или внутриклеточных мембран клеток различных тканей, в том числе митохондрий и микросом. При этом морфологическим аномалиям предшествуют изменения жирно-кислотного состава липидов и снижение концентрации полиненасыщенных жирных кислот. На молекулярном уровне эти нарушения могут быть обусловлены усилением интенсивности пероксидного окисления при Е-авитаминозе. В многочисленных работах показана возможность регулирования интенсивности перекисного окисления липидов посредством изменения концентрации токоферола, что обеспечивает защиту на различных уровнях организации живых систем (43). Токоферол является универсальным протектором всех клеточных мембран, независимо от типа тканей.

Вместе с тем многие исследователи придерживаются мнения, что механизмы биологической активности токоферола и других биоантиоксидантов на молекулярном уровне до настоящего времени полностью не расшифрованы и не могут быть сведены к антиоксидантному действию (44). Биологическую активность токоферола истолковывают в связи с его защитным действием в отношении селена, входящего в состав селенопротеидов. Считается, что токоферол выступает как регулятор энергетического метаболизма. Снижение интенсивности тканевого дыхания, наступающее при Е-авитаминозе (45), связывают с прямым участием токоферола в качестве кофактора или катализатора транспорта электронов и проявлением регуляторного эффекта на ферментном уровне.

Установлено, что токоферол обладает способностью тормозить образование полимерных продуктов окисления не только липидов, но и белков, ферментов, коферментов (46, 47). Известно, что макромолекулярная агрегация ферментов и других белковых компонентов мембран приводит к потере ферментативной активности и увеличению проницаемости за счет образования пор в мембранах (48). Этот нежелательный эффект обусловлен образованием сшивок при окислении сульфгидрильных групп белков и ферментов, а также агрегатов типа шиффовых оснований при взаимодействии аминогрупп белков с продуктами окисления липидов. Показано, что токоферол тормозит эти процессы, оказывая защитное действие на сульфгидрильные группы ферментных белков как непосредственно, так и ингибируя образование диальдегидов при окислении липидов, содержащих непредельные жирные кислоты (46, 47).

Накоплены многочисленные сведения о том, что токоферол является универсальным модификатором биологических мембран; под его влиянием меняются состав, степень окисленности липидов, проницаемость и заряд мембран, структурные характеристики бислоя и связанная с этим активность мембранных белков (ферментов, рецепторов, каналообразующих белков). Воздействие токоферола приводит к качественному системному изменению состояния клетки в целом. В свете этих представлений могут найти обоснование многочисленные эффекты токоферола, непосредственно не связанные с его влиянием на перекисное окисление липидов.

В энергетическом метаболизме клетки токоферол опосредованно влияет на обмен одного из участников цепи транспорта электронов -- коэнзима Q (убихинон) (43). Последний также вовлечен в регуляцию энергетических процессов клетки, что подтверждается в ряде работ (24, 49). Выявлена зависимость между содержанием в организме витамина Е и убихинона. Токоферол увеличивает интенсивность биосинтеза убихинона и снижает таковую убихроменола. Показано, что действие токоферола осуществляется на уровне транскрипции; отмечено его влияние на синтез гема (49, 50). Имеются данные о регуляторном действии токоферола на гем-содержащие белки ферментов (каталазы, пероксидазы). С этих позиций рассматривается влияние токоферола на содержание пероксидов и метаболизм жирных кислот (50, 51). Известен феномен онкотропии витамина Е: опухолевые клетки на определенных стадиях развития интенсивно поглощают и утилизируют токоферол (52). Полагают, что токоферол может играть определенную роль в регуляции деления клеток (36).

В последние годы выявлено иммуномоделирующее действие токоферола: стимуляция клеточного и гуморального иммунных ответов как на тимус-зависимые, так и на тимус-независимые антигены; торможение генерации как антиген-специфических, так и антиген-неспецифических супрессоров; усиление активности естественных киллеров (53).

Коэнзим Q неизменно присутствует в составе липидов биологических мембран. Основная функциональная роль этого фермента связана с участием в процессах окислительного фосфорилирования, передачи электронов в цепи транспорта между флавиновыми ферментами и цитохромами; подробно изучены антигипоксические свойства убихинона (54). Положительные результаты были получены при использовании коэнзима Q для восстановления функции дыхательной цепи (55). Сильное антигипоксическое действие оказывает аналог убихинона -- убинон (в сочетании с сукцинатом). Восстановление электронно-транспортной функции дыхательной цепи приводит в этом случае к усилению сукцинатдегидрогеназной активности, что служит подтверждением важной роли коэнзима Q в дыхательной цепи при гипоксии. При экспериментальной малярии был установлен высокий терапевтический индекс коэнзима Q, разработаны подходы к созданию новых антималярийных препаратов (56).

Убихинон способен устранять ряд симптомов, вызванных недостатком токоферола. Показано, что в условиях недостаточности убихинона и гипоксии усиливается образование свободных радикалов, что приводит к дополнительному нарушению целостности биологических мембран. На практике весьма успешно применяют антиоксиданты, которые существенно ослабляют гипоксию (56). В связи с этим в комплексе стратегии защиты энергетического аппарата клетки рассматривают антиоксиданты, способные в значительной степени предотвращать нарушения функций электронно-транспортной дыхательной цепи.

Данные об уменьшении содержания убинона при мышечной дистрофии также связывают с антиоксидантными свойствами аналога убихинона (53). Есть основания считать, что особенности антиоксидантного действия природных ингибиторов хиноидной природы состоят в способности связывать радикалы, участвующие в инициировании перекисного окисления липидов, и в первую очередь -- радикалы супероксидиона (2-4, 36). Показано, что убинон в количестве 0,2-1,5 % от общего количества существует в организме в виде убисемихинона, который локализован только на внешней стороне внутренней мембраны митохондрий (43, 57).

Циклический аналог убинона -- убихроменол в последние годы также привлекает значительное внимание. Считают, что убихроменол не принимает участия в процессе переноса электронов в дыхательной цепи, который может осуществляться посредством взаимопревращений окисленной и восстановленной форм, а, по-видимому, выполняет антиоксидантную функцию (24). Подобным действием обладает не только убихроменол, но и гексагидроубихинон (43, 58). Более подробно антиоксидантные свойства убихроменола исследованы в опытах in vitro: получены количественные характеристики активности окисленных и восстановленных аналогов убихинона в реакции с пероксильными радикалами (36). Убихроменол рассматривается некоторыми авторами как распространенный в природе антиоксидант (24, 36). Было высказано предположение, что вещества с антиоксидантными свойствами, такие как убихроменол, могут регулировать содержание в организме токоферола (48). В пользу предположения о единстве антиоксидантного действия токоферола, убихинона и убихроменола свидетельствует тесная взаимосвязь между метаболизмом этих веществ (24, 36). Показано, что токоферол и соединения группы убихинона интенсивно расходуются после облучения (56). Введение животным токоферола или убихинона существенно изменяет антиоксидантную активность липидов, то есть оказывает влияние на всю систему природных антиоксидантов (2-5, 18, 36).

Известно также, что существует определенная взаимосвязь между содержанием индивидуальных биоантиоксидантов (24). Так, характер изменения содержания убихинона и его циклического аналога убихроменола зависит от обеспеченности организма витамином Е. Установлено, что в тканях каждому гомологу убихинона соответствует гомолог убихроменола (24, 28). Последний синтезируется в организме животных из общих с убихиноном предшественников, а не является продуктом спонтанного превращения коэнзима Q в процессе выделения, как считали ранее (24, 59).

Предполагается, что структурное сходство токоферола и соединений группы убихинона обусловливает общность выполняемой ими биологической роли, в том числе и антиоксидантной (60). Убихинон, как и токоферол, помимо антиоксидантной активности обладает специфическими функциями. Так, различные формы убихинона способны связываться с активными центрами ферментов и влиять на их активность (48). Убихинон и его производные, участвуя в процессах образования пероксида водорода, могут воздействовать на активность АТФ-азной системы митохондрий, регулировать энергетические процессы клетки, оказывать влияние на терморегуляцию гоймотермных животных и некоторые реакции гидроксилирования, а также, возможно, определять третичную структуру белка (28, 55, 61, 62).

В липидах наряду с токоферолом и веществами группы убихинона присутствуют каротиноиды и витамины группы А (каротиноиды играют важную роль в качестве предшественника витамина А). При недостатке ретинола приостанавливается рост и возникает тяжелое заболевание глаз -- ксерофтальмия. Ранее считалось, что каротиноиды и витамин А являются переносчиками активного кислорода, стимулирующего пероксидное окисление липидов мембран (36). Однако в настоящее время появились немногочисленные, но прямые указания на антиоксидантные свойства ретинола, что объясняет его способность в физиологических концентрациях регулировать этот процесс (43, 52). При содержании в мембране 1 моль% ретинола проявляется прооксидантное влияние последнего, а в более высоких дозах он обладает выраженными антиоксидантными свойствами, подобно витамину Е (43). В работах последних лет при окислении фосфолипидов отмечена ингибирующая активность изомеров каротиноидов (63).

Получены новые данные о влиянии витаминов группы А и каротиноидов на генетический аппарат клетки. Известно, что витамин А циркулирует в крови в комплексе с ретинол-связывающим белком, присоединение к которому в печени является обязательным условием поступления этого витамина в кровь (12, 17, 41). Низкая концентрация ретинола и ретинол-связывающего белка коррелирует с частотой развития опухоли. В последнее десятилетие активно исследуется иммуномоделирующая активность каротиноидов (6, 44). Показано, что дополнительное введение витамина А нормализует ослабленные гуморальный и клеточный иммунные ответы при целом ряде заболеваний, вызывает увеличение массы тимуса, возрастание числа Т-лимфоцитов в периферической крови, стимулирует естественную киллерную активность, способствует снижению активности Т-супрессоров. (6). При этом стимулирующий эффект наблюдается через 4-6 нед после приема витамина А. Высокие дозы каротиноидов, напротив, вызывают развитие кратковременного обратимого состояния иммунодепрессии (64).

Витамины группы К широко представлены в липидах; эта группа объединяет так называемые антигеморрагические факторы (65). Активной формой витамина К служит гидрохиноновая, участвующая в реализации (катализе) его основной биологической функции -- карбоксилировании глутаминовой кислоты в ходе ферментной реакции. При дефиците этого витамина наблюдаются значительные нарушения в структуре и функции биомембран, что позволяет рассматривать его в качестве одного из эссенциальных компонентов биомембран (6). Витамин К относят к группе биоантиоксидантов; in vitro его восстановленные формы проявляют чрезвычайно высокую антирадикальную активность (2, 4, 36). Во многих работах выявлена взаимосвязь между воздействием витаминов К и Е на биохимические реакции (66). Так, обогащение организма токоферолом полностью или частично предотвращает ряд биохимических нарушений, обусловленных К-витаминной недостаточностью (3). При этом действие витамина Е направлено на устранение тех нарушений, вызванных дефицитом витамина К, которые не связаны непосредственно с участием последнего в биосинтезе.

Действие витамина К, как и ряда других природных антиоксидантов, наряду с ингибирующей способностью определяется коферментными свойствами не только в составе системы витамин-зависимого карбоксилирования, но и при функционировании других ферментов. Дефицит витамина К оказывает модифицирующее влияние на активность спектр-независимой АТФ-азы эритроцитов и растворимой миозинредуктазы печени. При недостатке этого витамина снижается сродство Nа-, К-АТФ-азы эритроцитов к специфическому ингибитору уабаину, уменьшается содержание цитохрома Р-450 в микросомах печени, изменяется креатинкиназная активность миозина скелетных мышц (3).

Особенности функционирования антиоксидантов в мембранах зависят от взаимодействия с другими компонентами липидов. К настоящему времени достаточно обширная литература посвящена оценке характера взаимосвязей между токоферолом (основной природный антиоксидант) и фосфолипидами (24, 36, 48). При этом важная роль в структурной стабилизации липидного бислоя мембран придается боковой алифатической цепи антиоксидантов (67). Токоферол оказывает структурообразующее и модифицирующее влияние на фосфолипидные бислои биомембран, участвует в специфическом гидрофобном взаимодействии с остатками жирно-кислотных компонентов и со свободными жирными кислотами, нивелируя хронотропное действие последних (68), поддерживает бислойную организацию лизоформ фосфолипидов, которые могут дестабилизировать действие оксидантов на мембраны. Под влиянием токоферола в процессе окисления полиненасыщенных фосфолипидов образуется гексагональная фаза -- кластеры с высокой локальной концентрацией витамина Е (69). Мембранотропные эффекты токоферола модулируют физические свойства бислоя и не только поддерживают необходимую плотность упаковки фосфолипидов, ограничивают доступ кислорода к ацильным цепям, препятствуют возникновению пероксильных радикалов липидов, но и обеспечивают в биомембранах условия для осуществления антиоксидантной функции (70).

Приведенные данные литературы свидетельствуют о том, сколь сложны и многообразны проявления биологической активности природных антиоксидантов, служащих важнейшим звеном существующей системы физико-химической регуляции окисления липидов, которая включает совокупность реакций, обеспечивающих взаимосвязь между составом липидов, степенью их окисления и структурой мембран (2-4, 36). Нарушение этой регуляции приводит к развитию целого ряда патологических состояний (1-4, 36, 55). Возможности коррекции перекисного окисления липидов, повышение активности которого проявляется в качестве неспецифического ответа организма на болезнь, создают значительные перспективы для развития нового направления -- антиоксидантотерапии.

Литература

кислород перекисный окисление животное

А р х и п е н к о Ю.В., С а з о н т о в а Т.Г. Роль про- и антиоксидантных факторов при адаптации к различным видам гипоксии. Мат. Междунар. симп. «Кислород и свободные радикалы». Гродно, 1996: 7-8.

Б е л о в А.Д., Ф о м и ч е в а Н.А. Интенсивность свободнорадикального окисления в крови крупного рогатого скота, содержащегося на загрязненной радионуклидами территории. Тез. докл. Третьего съезда по радиационным исследованиям. Пущино, 1997, 1: 387-388.

В л а д и м и р о в Ю.А., А з и з о в а О.А., Д е е в а А.И. и др. Свободные радикалы в живых системах. В сб.: Итоги науки и техники. Биофизика. М., 1991, 29.

Ж у р а в л е в А.И., П а н т ю ш е н к о В.Т. Свободнорадикальная патология и методы ее профилактики биоантиокислителями. С.-х. биол., 1989, 2: 17-27.

Г е р а с и м о в А.М., Д е л е н я н Н.В. Пространственный фактор в регуляции свободнорадикальных процессов. Мат. Междунар. симп. «Кислород и свободные радикалы». Гродно, 1996: 40-41.

О с и п о в А.Н., А з и з о в а О.А., В л а д и м и р о в Ю.В. Активные формы кислорода и их роль в организме. Усп. биол. химии, 1990, 31: 180-208.

Ж и р о н к и н А.Г. Кислород. Физиологическое и токсическое действие. Л., 1972: 1-172.

К а р м о л и е в Р.Х. Биохимические процессы при свободнорадикальном окислении и антиоксидантной защите. Профилактика окислительного стресса у животных. С.-х. биол., 2002, 2: 19-28.

C a l w d a C., R i c e - E v a n s C. Ruptured erythrocytes inhibit the oxidation of membranes by 15-hydroperoxy-eicosatet-raenoic acid. FEBS Letters, 1993, 329: 111-115.

W e i n e r M. Concepts of «tissue pO₂» in relation to О- delivery. Artif. Cells. Blood. Substit. Immobil. Biotechnol., 1994, 22, 3: 763-768.

Y a m a g u c h i K., A s a n o К., T a k a s u g i Т. e.a. Modulation of hypoxic pulmonary vasoconstriction by antioxid and enzymes in red blood cells. Am. J. Respir. Crit. Care Med., 1996, 153, 1: 211-217.

G a u d u e l Y., M e n a s c h e P., D u v e l l e r o y М. Enzyme release and mitochondrial activity in reoxygenated cardiac muscle: relationship with oxygen-induced lipid peroxidation. Gen. Physiol. Biophys., 1989, 8, 4: 327-340.

Р e r l y B., S m i t h J.C.P., H u g h e s L. e.a. Estimation of the location of natural -tocopherol in lipid bilayers by C-NMR spectroscopy. In: Biochem. et Biophys. Acta. Biomembranes, 1985, 819, 1: 131-135.

Х о ч а ч к а П., С е м е р о Дж. Биохимическая адаптация. М., 1988.

Z i n c h u k V.V., B o r i s u k M.V. Fe²⁺-Initiated chemiluminescence in rats with high hemoglobin-oxygen affinity during fever. J. Physiol. Pharmacol., 1997b, 48, 1: 113-119.

Б о р и с ю к М.В., З и н ч у к В.В., К о р н е й ч и к В.Н. и др. Взаимоотношения сродства гемоглобина к кислороду и перекисного окисления липидов при лихорадке. Бюл. эксп. биол. и мед., 1994, 114, 7: 27-30.

П е с к и н А.В. Взаимодействие активного кислорода с ДНК. Биохимия, 1997, 62, 12: 1571-1578.

B a r t n i k o w s k a E. Powstawanie wolnych rodnikow tlenowych i skutki ich dzialania u zwierzat. Med. Weter., 1992, 48, 4: 173-176.

C h a n P.H. Oxygen radicals in focal cerebral ischemia. Brain. Pathol., 1994, 4, 1: 59-65.

Z w e i e r J.L., K u p p u s a m y P., L u t t y G.A. Measurement of endothelial cell free radical generation: evidence for a central mechanism of free radical injury in postischemic tissues. Proc. Nat. Acad. Sci., USA, 1988, 85, 11: 4046-4050.

Б у р л а к о в а Е.Б., К у х т и н а Е.Н., Г л у щ е н к о Н.Н. и др. Влияние мелкодисперсного порошка железа на физико-химические характеристики липидов печени мышей. Биохимия, 1982, 47, 4: 678-685.

B a n n i s t e r J.V., B a n n i s t e r W.H., H i l l H.A. e.a. Chemical reaction of oxygen -- derived radicals with referense to biological system. Biochem. et Biophys. Acta., 1982, 715: 116-120.

B i e l s k y B.H., M a s k i e w i c a r R. Kinetics some electron -- transfer reactions in biological photosystems. II Study of intramolecular electron -- transfer rates between ferredoxin -- NADP reductase. NADP -- radicals and oxidized ferredoxin. Biochem et Biophys. Acta., 1982, 680, 3: 297-303.

A v i r a m M., R o s e n b l a t M., B i s g a i e r C.L. e.a. Atorvastatin and gemribrazil metabolites, but not the parent drugs, are potent antioxidants against lipoprotein oxidation. Atherosclerosis, 1998, 158: 271-280.

К л и м о в А.Н., Н и к у л ь ч е в а Н.Г. Обмен липидов и липопротеидов и его нарушения. М., 1999: 9-15.

E c k e n h o f f R.G., D o d i a C., T a n Z. e.a. Oxygen-dependent reperfusion injury in the isolated rat lung. J. Appl. Physiol., 1992, 72: 1454-1460.

I h n k e n К., M o r i t a К., B u c k b e r g G.D. e.a. Reduction of reoxygenation injury and nitric oxide production in the cyanotic immature heart by controlling pO₂. Eur. J. Cardiothorac. Surg., 1995, 9, 8: 410-418.

F r a n k К.I., K e s s l e r М., A p p e l b a u m К. e.a. Oxygen supply of the myocardium. Adv. Exp. Med. Biol., 1989, 248: 561-566.

K o b a y a s h i M., I s h i g a k i К., K o b a y a s h i M. e.a. Shape of the haemoglobin-oxygen equilibrium curve and oxygen transport efficiency. Respit. Physiol., 1994, 955, 3: 321-328.

S t o r e y K.B. Oxidative stress: animal adaptations in nature. Brazilian J. of Medical and Biological Research, 1996, 29, 12: 1715-1733.

С т е п а н е н к о М.В., Ф а р х у т д и н о в Р.Р. Свободнорадикальное окисление крови у телят при бронхите и возможность его коррекции. В сб.: Современные вопросы ветеринарной медицины и биологии. Уфа, 2000: 283-285.

E d w a r d s S.W., L l o y d D., S c o t R.I. e.a. Cytochrome in Tetrahymena pyriformis reactions with carbon monoxide and oxygen at subzero temperatures and photochemical action spectra. J. Biochem., 1982, 206, 2: 367-372.

K l e b a n o f f S.J., C l a r k R.A. The neutrophil: function and clinical disorders. Amsterdam, North-Holland, 1978.

К о н ю х о в а С.Г., Д у б и к а й т и с А.Ю., Ш а т у к е в и ч Л.В. и др. Роль активации перекисного окисления липидов в патогенезе экспериментального перитонита. Бюл. эксп. биол. и мед., 1989, 5: 557-559.

К р ю к о в О.А., Г а л о ч к и н В.А. Антиоксидантная активность и неспецифическая резистентность организма свиней разного потенциала продуктивности. Тез. докл. Третьей Междунар. конф. «Актуальные проблемы биологии в животноводстве». Боровск, 2000: 308-309.

Б у р л а к о в а Е.Б. Роль липидов в процессе передачи информации в клетки. Мат. Всес. конф. «Биосинтез и метаболизм липидов у микроорганизмов». М., 1982: 164-179.

K e n d a l l E.J., M c K e r s i e B.D. Free radical and freezing injury to cell membranes of winter wheat. Physiol. Plantarum, 1989, 76, 1: 86-94.

G u a r n i e r i С., F e r r a r i R., V i s i o l i O. e.a. Effect of -tocopherol on hypoxic-perfused and reoxygenated rabbit heart muscle. J. Mol. Cell. Cardiol., 1978, 10, 10: 893-906.

Р а к о в а Т.Н., Р е ц к и й М.И. Биохимические изменения в организме свиней под влиянием микробных фосфолипидов. В. сб.: Фармакологические и токсикологические аспекты промышленного животноводства. Воронеж, 1985: 96-98.

H a r r i s E.D. Regulation of antioxidant enzymes. FASEB. J. 1992, 6, 9: 2675-2683.

S n a n a r a p a n d i S o r n a m p i l l a i Z w e i e r J a y. Evidence against the generation of free hydroxyl radicals from the intraction of coper Zn-superoxide. J. Biol. Chem., 1999, 274, 49: 34579-34583.

D u t h i e G.G., A r t h u r J.R., N i c o l F. e.a. Increased indices of lipid peroxidation in stress-susceptible pigs and effects of vitamin E. Res. in Veter. Sci., 1989, 46, 2: 226-230.

I z q u i e r d o R., S w a r t z W.M., S u t k e r K.B. e.a. Attenuaton of reperfusion-induced lipoperoxidation by systemic use of oxygen radical scavengers after pedicle occlusion. Ann. Plast. Surg., 1992, 28, 2: 175-179.

Р е ц к и й М.И. Перекисное окисление липидов и система антиоксидантной защиты у телят при бронхопневмонии. В сб.: Итоги и перспективы научных исследований по проблемам патологии животных и разработке средств и методов терапии и профилактики. Воронеж, 1995: 161-162.

T e r a o J. e.a. Kinetic study of free-radical-scavinging action of flavonoides in homogeneous and aqueous Triton X-100 mullar solution. In.: All Rigst Reserved Flontiers of Reactive Oхigen Species in Biology and Medicine. 1994: 3746-3753.

С о к и р к о Т.А., П о п о в а Э.М. Процессы перекисного окисления липидов и антиоксидантной защиты в крови при моделировании сальмонеллеза у свиней. Информ. бюл. Украинской академии аграрных наук (Ин-т экспериментальной клинической ветеринарной медицины). Киев, 1994.

G a l l e y H.F., R i c h a r d s o n N., H o w d l e P.D. e.a. Total antioxidant capacity and lipid peroxidation luring diver transplantation. Clin. Sci. Colch., 1995, 89, 3: 329-332.

F a t o R., E s p o s t i M.D., B e r t o l i E. e.a. Incorporation of ubinone homologs into lipid vesicles and mitochondrial membraus. Arch. Biochem. and Biophys., 1981, 210, 1: 21-32.

A t r o s h i F., R i z z o A., K a n g a s n i e m i R. Role of plasma fatty acids, prostaglandin's and antioxidant balance in bovine mastitis. J. Veter. Med., Ser. A, 1989, 36, 9: 702-711.

M a r i n i F., R a d i n S., T e n c h i n i P. e.a. L'altra faccia dell'ossigeno. Chir. Ital., 1985, 37, 5: 517-524.

O l e s o n J.R. Eugene Robertson special lecture. Hyperthermia from the clinic to the laboratory: a hypothesis. Int. J. Hyperthermia, 1995, 11, 3: 315-322.

Л ы с е н к о Н.И. Регуляция перекисного окисления липидов при стрессе. Ветеринарная медицина, 2000, 78, 2: 125-127.

Х р а п о в а Н.Г. Взаимосвязь природных и синтетических антиоксидантов. Тр. Московского общ-ва испытателей природы (отд. биологии). М., 1982, 57: 59-71.

К о с т ы р к о В.А., Я г у ж и н с к и й А.С. Два центра связывания убисемихинона и сукцинатоксидазы митохондрий. Биохимия, 1979, 10: 1884-1890.

Л е н и н д ж е р А. Биохимия. М., 1974.

Н е й ф а х Е.А., Е р м а ч к о в а Е.В., С т р о м и л о в а Л.И. Мобилизация и интенсивная утилизация малии витамином Е. В сб.: Биоантиоксиданты. Черноголовка, 1986: 67-68.

Z h a n g P., O m a t e S. -Carotein oxidation: effect of accorbic acid and -tocopherol. J. Toxicology, 2000, 146, 1: 37-47.

S t o r e y K.B. Oxidative stress: animal adaptations in nature. Brazilian J. of Medical and Biological Research, 1996, 29, 12: 1715-1733.

D i r k s R.C., F a i m a n M.D., H u y s e r E.S. The role of lipid, free radical initiator, and oxygen on the kinetics of lipid peroxidation. Toxicol. Appl. Pharmacol., 1982, 63, l: 21-28.

K r e m s e r К., K o v a c s W., S t a n g i H. Peroxisomale Erkrankungen-Sauerstoff und freie Radikale. Wien. Klin. Wochenschr, 1995, 107, 22: 690-693.

P u n t a r u l o S., C e d e r b a u m A.I. Effect of oxygen concentration on microsomal oxidation of ethanol and generation of oxygen radicals. Biochem. J., 1988, 251: 787-794.

B o v e r i s A., C h a n c e B. The mitochondrial generation of hydrogen peroxide. General properties and effect of hyperbaric oxygen. Biochem. J., 1973, 134, 3: 707-716.

С к у л а ч е в В.П. Нефосфорилирующее дыхание как механизм, предотвращающий образование активных форм кислорода. Мол. биол., 1995, 29, 6: 1199-1209.

С у к о ч е в а О.А., М а р е н и к о в а О.А., К а м б у р о в а В. и др. Влияние гидроперекиси кумола на энергетический метаболизм митохондрий печени. Тез. докл. съезда биофизиков России (Москва, 23-27 августа 1999 г.). М., 1999, 1: 209-210.

Л у к ь я н о в а Л.Д. Кислородозависимые процессы в клетке и ее функциональное состояние. М., 1982.

М е н ь ш и к о в а Е.В., З е н к о в Н.К. Антиоксиданты и ингибиторы радикальных окислительных процессов. В сб.: Успехи современной биологии. М., 1993, 113, 4: 442-453.

D e m o p o u l o s H.B., F l a m m E.S., P i e t r o n i g r o D.D. e.a. The free radical pathology and the microcirculation in the major central nervous system disorders. Acta Physiol. Scand., 1980, 492: 91-119.

П о п i к Г.С., В о л о ш и н а О.Б., С т а р о с т е н к о I.М. Iнтенсiвность перекисного окисления лiпiдов як показник активностi зонального процессу при хронiчному обструктивному бронхiтi. Одесский мед. журн., 2000, 6: 35-37.

V a n V l e e t J.F., K e n n e d y S. Selenium-vitamin E deficiency in swine. Compendium on Continuing Educat. Practicing Veter., 1989, 11, 5: 662-668.

Fat-soluble vitamins freis biochemistry and applications /Ed. A.D. Heinemann. London, 1985.

Размещено на Allbest.ru