Оксидативный стресс

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оксидативный стресс

Содержание

Введение

1. Стресс как общий адаптационный синдром

1.1 Понятие и стадии ОАС

1.2 Кратковременный и длительный стресс

1.3 Периоды мобилизации адаптационных резервов

2. Оксидативный стресс

2.1 Понятие оксидативного стресса

2.2 Антиоксидантная система

2.2.1 Антиокислительные ферменты

2.2.1.1 Супероксиддисмутаза

2.2.1.2 Каталаза

2.2.1.3 Система глутатиона

2.2.2 Жирорастворимые антиоксиданты

2.2.2.1 Токоферол

2.2.2.2 Убихинон

2.2.2.3 Витамин А

2.2.3 Водорастворимые антиоксиданты

2.2.3.1 Глютатион

2.2.3.2 Небелковые тиоловые соединения

2.2.3.3 Система аскорбиновой кислоты

2.2.3.4 Система физиологически активных фенольных соединений

3. Изменения происходящие в организме

4. Заключение

5. Список использованной литературы

кратковременный длительный оксидативный стресс

Введение

Основным, и почти единственным источником энергии в органическом мире является свободная энергия Солнца, усваиваемая хлоропластами растений и расходуемая на разделение водорода и кислорода в молекулах воды и конечном счёте-на синтез органических соединений разной степени сложности. В организме животных и человека эта энергия «законсервирована» в химических связях сложных органических соединений, которая частично освобождается в процессе окисления их молекулярным кислородом этот процесс носит название-клеточное дыхание. За счёт этого процесса(клеточное дыхание) полностью удовлетворяются потребности животного организма, а именно:обеспечивается поддержание температуры тела, работа сократительных белков, активный транспорт ионов через мембраны и все биосинтетические процессы происходящие в организме животных и человека. К началу биологической эволюции на поверхности Земли накопились достаточные запасы органических веществ, послужившие материалом для возникновения простейших живых систем. Это были протобионты-анаэробы и гетеротрофы, то есть организмы, которые существовали за счёт использования органических ресурсов и энергии брожения. По мере истощения запасов абиогенной органики и выхода растений на сушу появляется новый способ использования органики это-фотосинтез, восстановивший баланс синтеза и деструкции соединений углерода в биосфере. Но при этом возникла новая проблема-это увеличение свободного кислорода и тогда появилась дыхательная цепь-биоэнергетический механизм, действующий в противоположном фотосинтезу направлении и частично использующего свободный кислород в интересах живой природы. При этом процессе(тканевое дыхание) всё равно остаётся ещё часть свободного кислорода и поэтому в ходе эволюции появляется дополнительно антиокислительная система и механизмы, обеспечивающие защиту клеток от токсического действия избытка кислорода. Но если в физиологических состояниях антиоксидантная система справляется с избытком кислорода, то если возникает какая-либо стрессовая ситуация организм может не справится. По-этому целью нашей курсовой работы является понять, что такое оксидативный стресс, как он действует на организм в целом, какие системы помогают организму справится с этим стрессом. Но в самом начале надо понять, что такое стресс вообще.

1. Стресс как общий адаптационный синдром (ОАС)

1.1 Понятие и стадии ОАС

Под стрессом принято понимать неспецифический ответ организма на предъявляемые ему внешние или внутренние требования. Данное понятие было предложено канадским физиологом Гансом Селье. При этом любое условие или действие может вызвать стресс, но ни одно из них нельзя выделить и сказать - “вот это и есть стресс”, потому что этот термин в равной мере относится ко всем другим. Факторы, вызывающие стресс, получившие название стрессоры, различны и они запускают в ход одинаковую биологическую реакцию, то есть ответ организма на дейстие внешней среды.

С точки зрения стрессовой реакции не имеет значения, приятна или неприятна ситуация, с которой организм столкнулся имеет значение лишь интенсивность потребности в перестройке или адаптации. При этом организм противопоставляет воздействиям повреждающего агента прежде всего свою способность гибко приспосабливаться и давать ответную реакцию. По-этому стресс и есть набор приспособительных реакций, предназначенных на случай воздействия стресс-фактора, который и получил название -- общий адаптационный синдром (ОАС).

Что-же такое адаптация? Адаптация -- это динамический процесс, благодаря которому подвижные системы живых организмов, несмотря на изменчивость условий, поддерживают устойчивость, необходимую для существования, развития и продолжения рода. Именно механизм адаптации, выработанный в результате длительной эволюции, обеспечивает возможность существования организма в постоянно меняющихся условиях среды. Например: это появление фотосинтеза, то есть процессы при которых растения адаптировались к изменениям среды с излишним содержанием кислорода.

Благодаря процессу адаптации достигается сохранение гомеостаза при взаимодействии организма с внешним миром. Гомеостаз - это подвижное равновесное состояние какой-либо системы, сохраняемое путем ее противодействия нарушающим это равновесие внешним и внутренним факторам. Если же нарушить равновесие процессов и систем организма, то параметры внутренней среды нарушаются. Причем такое состояние будет сохраняться на протяжении всего времени восстановления параметров, обеспечивающих нормальное состояние организма. Если же необходимых для сохранения равновесия внутренней среды прежних параметров достичь не удается, то организм может попытаться достичь равновесия за счёт других, изменённых параметрах. В этом случае общее состояние организма отличается от нормального и проявляться в виде заболевания. В этой связи процессы адаптации включают в себя не только оптимизацию функционирования организма, но и поддержание сбалансированности в системе «организм-среда». Процесс адаптации реализуется всякий раз, когда в системе «организм-среда» возникают такого рода изменения, и обеспечивает формирование нового гомеостатического состояния, которое позволит достичь максимальной эффективности физиологических функций организма. Но так как организм и среда находятся не в статическом, а в динамическом равновесии и их соотношения меняются постоянно, то также постоянно должен осуществляется и процесс адаптации.

Изучение адаптационных процессов, известным зарубежным психологом Гансом Селье, дало основания для определения стресса как неспецифической реакции организма на предъявляемые ему требования, и рассмотрение его как общего адаптационного синдрома. При этом общий адаптационный синдром имеет следующие стадии стресса:

1) стадия тревоги-непосредственная реакция на воздействие;

2) стадия резистенции-максимально эффективная адаптация;

3) стадия истощения-нарушение адаптационного процесса.

На первой стадии - стадии тревоги - осуществляется мобилизация защитных сил организма, повышающая его устойчивость. При этом организм функционирует с большим напряжением. Однако на данном этапе он еще справляется с нагрузкой с помощью поверхностной, или функциональной, мобилизации резервов, без глубоких системных перестроек. Физиологически первичная мобилизация проявляется в следующем: кровь сгущается, содержание ионов хлора в ней падает, происходит повышенное выделение азота, фосфатов, калия, отмечается увеличение печени или селезенки. У большинства организмов к концу первой стадии отмечается некоторое повышение работоспособности всех систем.

Вслед за первой стадией наступает вторая. Ее обычно называют стадией резистенции или стабилизации, максимально эффективной адаптации. На данном этапе отмечается сбалансированность расходования адаптационных резервов организма. При этом обеспечивается мало отличающееся от нормы реагирование организма на воздействующие стресс-факторы. Возникает равновесие между непривычным воздействием среды и силой ответа - изменением гомеостаза, новым уровнем равновесия внутренней среды организма. Эта стадия может длиться очень долго - месяцами и даже годами.

Тогда неизбежно наступает третья стадия - стадия истощения. Поскольку функциональные резервы исчерпаны на первой и второй стадиях, в организме происходят структурные перестройки, но когда для нормального функционирования не хватает и их, дальнейшее приспособление к изменившимся условиям среды и деятельности осуществляется за счет невосполнимых энергетических ресурсов организма, что в свою очередь заканчивается истощением.

1.2 Кратковременный и длительный стресс

Рассматривая адаптационные возможности организма, как основной источник необходимых приспособительных реакций к условиям среды, было предположено различать «поверхностную» и «глубокую» адаптацию. Первая доступна «по первому требованию» и восполняется за счет второй - «глубокой». Последняя мобилизуется путем адаптационной перестройки механизмов организма. При этом её истощение необратимо и в конечном итоге приведёт к старению или к гибели.

Кратковременный стресс - это как бы всестороннее проявление начала длительного стресса.

При действии стресс-агента начало развития стресса бывает стертым, с определенным числом проявлений адаптационных процессов. Поэтому кратковременный стресс можно рассматривать как усиленную модель начала длительного стресса. И хотя по своим проявлениям кратковременный и длительный стресс отличаются друг от друга, тем не менее, в их основе лежат идентичные механизмы, работающие в разных режимах (с разной интенсивностью). Кратковременный стресс--это бурное расходование «поверхностных» адаптационных резервов наряду с которым идёт начало мобилизации «глубоких». И если при этом «поверхностных» резервов не достаточно для ответа на экстремальные требования среды, а темп мобилизации «глубоких» недостаточен для возмещения расходуемых адаптационных резервов, то организм может погибнуть при совершенно неизрасходованных «глубоких» адаптационных резервах.

При этом длительный стресс - это постепенная мобилизация и расходование и «поверхностных» и «глубоких» адаптационных резервов. Его течение может быть скрытым, а это отражается в изменениях показателей, которые удается регистрировать только специальными методами. Максимально переносимые длительные стрессы вызывают выраженную симптоматику. Адаптация к таким факторам может быть при условии, что организм успеет мобилизировать глубокие адаптационные резервы и «подстроиться» к уровню длительных экстремальных требований среды. Симптоматика такого стресса напоминает начальные общие симптомы соматических, а иногда и тяжелых болезненных состояний. Причиной длительного стресса может стать повторяющийся экстремальный фактор. В этой ситуации попеременно «отключаются» процессы адаптации и реадаптации. Их проявления могут казаться слитными. В целях диагностики и прогноза течения стрессовых состояний предложено рассмотреть её как самостоятельную группу состояния, вызванных длительными прерывистыми стресс-агентами.

1.3 Периоды мобилизации адаптационных резервов

Исследования длительного стресса позволили выдать в первой стадии стресса три периода адаптации к устойчивым стрессогенным воздействиям.

Первый период - активизация адаптационных форм реагирования за счет мобилизации в основном «поверхностных» резервов. Этот период во многом идентичен реакции организма на кратковременное воздействие. Его продолжительность при максимальном воздействии стресс-агента исчисляется минутами иногда часами. Первый период стресса у большинства организмов отличался повышением работоспособности.

Второй период начинается, когда мобилизационная защитная активность не прекращается из-за стрессового воздействия, тогда начинают действовать имеющиеся в организме «программы» перестройки, которые существуют в не экстремальных условиях. Для этого состояния часто характерно снижение работоспособности. Однако высокая мотивация в этом периоде стресса может поддерживать достаточно высокую работоспособность организма, несмотря на выраженную клиническую симптоматику.

Более того, временная «сверхмобилизация» резервов, например гипофизарно-адреналовой системы, может купировать неблагоприятные проявления второго периода. «Сверхмобилизация» может быть реализована у здоровых людей или животных. При переутомляемости, при болезнях, а также в немолодом возрасте, «сверхмобилизация» при стрессе может обострить имеющееся скрытое заболевание, а также вызвать другие заболевания (сосудистые, диспластические, воспалительные, психические).

2. Оксидативный стресс

2.1 Понятие оксидативного стресса

Этот вид стресса возникает в следствии чрезмерного поступления в организм активных форм кислорода. При этом развивается комплекс не специфических изменений метаболизма, то есть активация аденилат- и гуанилатциклазной систем и каскадное образование и функционирование вторичных мессенжеров, которые, в свою очередь, стимулируют деятельность большого количества протеинкиназ, а также других внутриклеточных ферментов. Для этого вида стресса характерно разобщение тканевого дыхания и окислительного фосфорилирования, в механизме которого важную роль играют повреждения митохондриальной мембраны и потеря клеткой неорганического фосфата. В результате развивается частичная деэнергизация клетки, усиление анаэробного гликолиза, накопление молочной кислоты, активация митохондриальной АТФазы, выход и активация лизосомальных гидролаз, увеличивается образование аммиака, распад гликогена, нарушается мембранный транспорт ионов, медиаторов. А также самым важным является образование и накопление в клетке особых стрессовых белков-это кислые белки с большой молекулярной массой.

В соответствии со стадиями стресса(по Селье) в организме тоже по разному протекают процессы оксидативного стресса. В основном это сказывается на липидах и получило в соответствии с этим термин пероксидное окисление липидов (ПОЛ). По-этому на ранних сроках стресса, минуты и даже секунды воздействия стресс-агента, происходит активация ПОЛ. При чём активация ПОЛ тем выше, чем выше возмущающее воздействие, при этом продолжительность вспышки ПОЛ небольшая и служит сигналом для мобилизации собственных защитных свойств клетки вернутся в состояние равновесия нарушенного гомеостаза. Одновременно происходит включение защитных механизмов, и это происходит тем быстрее, чем сильнее возмущение, нанесённое клетке стресс-агентом. В результате вспышка ПОЛ «возбуждение» сменяется «торможением» этого процесса (пероксидного окисления липидов):содержание активных форм ПОЛ опускается ниже уровня физиологического покоя. Если после этого продолжается воздействие стресса, то защитные системы клетки истощаются, антиоксидантные ресурсы исчерпываются, и в этом случае запускается вторичная активизация ПОЛ и увеличивается действие прооксидантов. При этом активные формы кислорода оказывают окислительную деструкцию на структуры клетки. Вторичная активация ПОЛ, при продолжительном стрессе, развивается в основном как следствие исчерпания эндогенных антиоксидантных резервов. В результате идёт окислительная свободнорадикальная атака мембранных клеточных структур, вывод из строя части из них и как результат этого-снижение устойчивости клетки к продолжающемуся стрессу. Это соответствует уже второй стадии стресса по Селье. При этом изменения идут уже не только на уровне клетки, а уже во всём организме:поражения желудочно-кишечного тракта (язвы желудка), сердечно-сосудистая(снижение сократительной способности миокарда), кроветворной системы (лимфоцитопения, эозинофелия, тромбоцитопения), иммунной системы (угнетение киллерной активности). В итоге первичная активация ПОЛ-это только сигнал для запуска стресс-реакции, в то время как вторичная активация ПОЛ-это фактор развития патогенеза, то есть причина развития стрессовых заболеваний и поражений. После чего процесс переходит в третью стадии по Селье и при этом процессы изменения в клетках уже практически не обратимы.

Из этого следует, что воздействие разнообразных стрессовых агентов приводит к:

индуцированию в организме активации пероксидного окисления липидов;

смещение влево в прооксидантно-антиоксидантном равновесии;

увеличение активных продуктов пероксидного окисления липидов.

А пероксидное окисление липидов уже служит сигналом для запуска цепи последующих изменений в организме.

Прооксидантами в этом случае будут служит первичные и вторичные продукты пероксидного окисления липидов.

Первичные продукты ПОЛ: свободные окислительные радикалы например: супероксид О2, гидропероксид НО2 и гидроксил ОН, гидроперекиси, липидные перекиси, эпоксиды, диеновые конъюгаты.

Вторичные продукты ПОЛ: альдегиды(малоновый диальдегид), деградированые жирные кислоты (после разрыва двойных связей), шиффовые основания.

2.2 Антиоксидантная система организма

Защита организма от вредного воздействия кислорода и окисления в ходе эволюции решилась путём создания специализированных антиокислительных механизмов-за счёт создания специализированных ферментных систем- антиокислительных ферментов, буферных систем способных поддерживать прооксидантно-антиоксидантный гомеостаз во внутриклеточных, межклеточных и липидных структурах мембран.

Первая линия обороны клетки от токсического действия активных форм кислорода идёт за счёт цитохром-с-оксидазы, которая осуществляет восстановление кислорода до воды. Вторую линию обороны образуют антиокислительные ферментные системы, локализованные в клетке(органеллы:митохондрии, микросомы). Эти ферментные системы предотвращают «утечку» активных форм кислорода и тем самым, уменьшают окислительную деструкцию биологических структур клетки. К числу антиокислительных ферментов относятся: супероксиддисмутаза, каталаза, система глютатиона, глютатионпероксидаза, органические липидные перекиси, глютатионредуктаза, глютатионтрансфераза, а также церулоплазмин и трансферин крови.

2.2.1 Антиокислительные ферменты

2.2.1.1 Супероксиддисмутаза

Супероксиддисмутаза (СОД) - пероксид:пероксид оксиредуктаза, которая инактивирует супероксидный анион-радикал О2. В итоговой реакции образуется пероксид водорода, способный инактивировать супероксиддисмутазу. Поэтому последняя локализована и функционирует в содружестве с каталазой, которая быстро и эффективно разлагает перекись водорода. Наиболее распространённая форма супероксиддисмутазы находится в цитозоле клетки и интермембранном пространстве митохондрий. Супероксиддисмутаза относится к наиболее устойчивым ферментам и в связи с этим подкожное введение её больным животным и человеку, подвергающихся например лучевому облучению, существенно снижает воспалительную и лучевую реакцию в зоне облучения.

2.2.1.2 Каталаза

Каталаза - пероксид водорода: пероксид водорода оксиредуктаза разлагает пероксид водорода. Реакция разложения протекает в две стадии:сначала образуется комплекс фермента с одной, а затем с другой молекулой пероксида водорода. Основная функция каталазы в клетке- это разложение пероксида водорода, образующегося при дисмутации супероксидного анион-радикала. Наибольшая активность каталазы отмечена в гепатоцитах печени, в пероксисомах которой, этот фермент составляет до 40% от всего белка.

2.2.1.3 Система глютатиона

Глютатионзависимая антиоксидантная система включает в себя три фермента: глютатионредуктаза, глютатионпероксидаза, глютатионтрансфераза. Центральный метаболит системы это трипептид глютатион, глютаметилцистеинилглицин(GSH), функционирующие как антиоксиданты в качестве: кофакторов, доноров водорода, метаболита и субстрата с ферментами системы, а также с супероксиддисмутазой и каталазой.

Глютатионредуктаза(ГР) - НАД(Ф)Н:окисленный глютатион оксиредуктаза. Он осуществляет механизм восстановления GSH( глютаметилцистеинилглицин) из его окисленной формы GS-SG. Остальные ферменты, кроме глютатионсинтетаз, являются потребителями восстановленного глютатиона. Глютатионредуктаза- это флавопротеин с простетической группой флавинадениндинуклеотидом. Это классический цитозольный фермент всех эукариотических клеток.

Глютатионпероксидаза(ГПО) - глютатион:пероксид водорода оксиредуктаза. Это селенопротеин, который обезвреживает не только перекись водорода, но и органические, в том числе липидные, пероксиды, образующиеся в организме при активации пероксидного окисления липидов. Локализован фермент в цитозоле клетки, в малых количествах в микросомах. Функционирует вмести с глютатионредуктазой, защищая клетки от генерируемого вне их пероксида водорода. Активируется ц-АМР-зависимой протеинкиназой.

Глютатионтрансфераза(ГТ) - RX:глютатион S-трансфераза. Осуществляет детоксикацию разнообразных ксенобиотиков, в том числе и пероксидов. Глютатионтрансфераза осуществляет четыре вида реакций: присоединение к субстрату полной молекулы глютатиона; нуклеофильное замещение; восстановление органических пероксидов(гидропероксиды жирных кислот) до соответствующих спиртов; изомеризация(стероиды, простагландины). В связи с основной функцией фермента(детоксикацией) больше всего его находится в печени (3-8% от общего цитозольного белка), а также в микросомах плазматического ретикулума.

Активность и количество этих ферментов в зависимости от возраста не одинаковая. С возрастом активность антиоксидантных ферментов у людей возрастает, достигая максимума в 60-65 лет, тогда как у молодых его содержание не превышает 25-40%, а это можно рассматривать косвенно как теорию свободнорадикального старения. А также активность и количество ферментов зависит и от времени года:весной и летом их больше, чем зимой и осенью. Так же зависит и от возраста: у молодых людей и животных уровень ферментов повышен, это связано с увеличением количества общих липидов в сыворотке, так как организм молодой и растёт. Максимальная их активность и количество во время полового созревания, так как активизируется максимально метаболизм, увеличивается потребность в кислороде, соответственно и увеличивается концентрация ПОЛ. После чего активность и количество ферментов с возрастом постепенно падает.

2.2.2 Жирорастворимые антиоксиданты

Вслед за цитохром-с-оксидазой и антиоксидантыми ферментами клетки третью линию защиты осуществляют вещества обладающие антирадикальной и антипероксидной активностью и находящиеся там, где расположены субстраты-мишени атаки свободных радикалов и пероксидов. В первую очередь, это такие места, как биологические мембраны, а мишени-это полиненасыщенные жирные кислоты:линолевая, линоленовая и арахидоновая. Поэтому в структуру плазматических, митохондриальных, микросомальных, лизосомальных мембран встроены жирорастворимые антиоксиданты. К которым относятся:токоферол, убихинон, витамин А.

2.2.2.1 Токоферол

Это подвижный гидроксил который в положении 6 хроманового ядра молекулы а-токоферола непосредственно взаимодействует с пероксидами и свободными радикалами с образованием токоферолхинона и димеров а-токоферола, прерывая тем самым процесс свободнорадикального пероксидного окисления липидов. Его важной особенностью служит то, что он способен повышать уровень природных липидных антиоксидантов, в отличии от синтетических мощных антиоксидантов. Токоферол выполняет несколько функций. Он взаимодействует с гидроксильным радикалом ОН(наиболее сильнодействующий и короткоживущий из активных форм кислорода). Токоферол оказывает «тушащее» действие по отношению к синглентному кислороду, акцептирует супероксид О2 и ингибирует липидные радикалы, радикалы аминокислот, защищает от токсического действия озона, блокируя порождаемые им реакции. Образующиеся в процессе реакций токоферол мало активен и поэтому способен к повторному взаимодействию с радикалами, с образованием нейтральных продуктов, и отрывом двух цепей свободнорадикального окисления. Но в тоже время, при избытке токоферола, образующиеся радикалы его действуют как прооксиданты, то есть продолжают цепь, разрыхляют мембраны и даже могут усиливать лучевое поражение. Но присутствие других антиоксидантов, например аскорбиновой кислоты, способствует восстановлению токоферола и его антиоксидантной активности. Антиоксидантные свойства токоферола усиливаются также в присутствие холестерина, хотя последний антиоксидантными свойствами не обладает. Так как а-токоферол в организме человека не синтезируется, то он относится к необходимым факторам питания-витаминам и недостаток может привести к синдрому пероксидации, проявляющийся увеличением концентрации свободных радикалов в печени, сердце, мыщцах, развитием атеросклероза, гипертонической болезни, угнетение гуморального иммунитета, дегенерации сетчатки глаза, хотя чёткой картины Е-авитоминоза не описано. А-токоферол принадлежит к числу важнейших универсальных жирорастворимых антиоксидантов, обладающих мембраннозащитной, антимутагенной активностью. Взаимодействуя с другими природными антиоксидантами других классов, он является важнейшим регулятором окислительного гомеостаза клеток и организмов, важнейшим компонентом антиоксидантой активности тканей.

2.2.2.2 Убихинон

Кофермент Q, подобно токоферолу жирорасворимый и обладает антиоксидантной активностью, образуя окислительно-восстановительную буферную систему убихинол-убихинон. Его важная роль связана с участием в митохондриальной цепи электронного транспорта, в качестве одного из его компонентов и кофермента, входящих в цепь сукцинат-Q-NADH-Q-редуктазных и цитохром с-Q-оксидазной систем. Убихинон структурно близок а-токоферолу, их внутриклеточная локализация и биологическая активность похожи. Их близкие аналоги это-пластохиноны и нафтохиноны. Однако убихинон, в отличии от витамина Е и К, синтезируется в организме животных и человека и поэтому к витаминам не относится. Основная часть внутриклеточного убихинона находится в митохондриях, а также присутствует в ядрах и эндоплазматическом ретикулуме и в не больших количествах в аппарате Гольджи и в лизосомах. Много его в органах с большой метаболической активностью-сердце, печень и почки. Подобно а-токоферолу убихинон является слабым антиоксидантом, но он как а-токоферол стимулирует повышение уровня природных антиоксидантов в организме.

2.2.2.3 Витамин А

Ретинол, ретиналь, ретиновая кислота и его провитамины:в-каратин и другие каратиноиды. Непосредственным предшественником витамина А являются каратиноиды- растительные пигменты, придающие вмести с флавоноидами и ксантоффилами оранжевую окраску овощам и фруктам. Основной их структурной особенностью, обуславливающей химическую, биологическую и антиоксидантную активность, является наличие системы сопряжённых, чередующихся одинарных и двойных связей между атомами углерода. Максимальной активностью обладает транс-изомер витамина А. Витамин А и каратиноиды оказывают антиоксидантную активность во всех биологических мембранах клетки от повреждения их активными формами кислорода, а именно:синглетным кислородом, пероксидными радикалами, канцерогенами;участвуют в регуляции микросомального окисления, ингибируя метаболическую активацию канцерогенов. Антиоксидантные свойства ретиноидов сводится к тому, что они способны к лёгкому обратимому окислению-восстановлению и функционируют в качестве свободного буфера. Витамин А и каратиноиды обладают также антитоксическим, антирадиоционным, антиканцерогенныи, антимутагенным, геропротекторным действием.

2.2.3 Водорастворимые антиоксиданты

Присутствие в жидких средах организма легкоокисляющихся липидных образований (липопротеины крови, хиломикроны, холестерин, триглицериды, фосфолипиды)увеличивают опасность окисления активными формами кислорода и поэтому существуют специализированные антиоксидантные системы, ответственные за стабильность прооксидантно-антиоксидантного равновесия жидкостных сред организма. К их числу относятся:система восстановленный-окисленный глютатион, система аскорбиновой кислоты, фенольные соединения. Каждая из этих систем представляет собой окислительно-восстановительную буферную систему, состоящую из восстановленного и окисленного членов, переходящих друг в друга в зависимости от колебаний параметров среды и направленности метаболических процессов. В нормальных условиях равновесие внутри каждой из редокс-систем сильно сдвинуто в сторону восстановленного субстрата. Преобладание последних и образуют антиокидантный резерв, буферную ёмкость систем.

2.2.3.1 Глютатион.( y-глютамил-цистеинил-глицин)

Играет ключевую роль в защите клеток и внутриклеточной среды от радиоционноспособных интермедиаторов кислорода, образующихся при метаболизме ксенобиотиков, действия ионизирующего излучения и окислительном стрессе. Содержится глютатион преимущественно внутри клеток, в довольно больших концентрациях и в виде восстановленной формы. Некоторая его часть внутри клеток находится в связанном виде-в форме смешанных дисульфидов с белками и высвобождается при повышении концентрации АМФ, то есть при функциональном напряжении, а также в виде соединений с коэнзимом А (КоА). Восстановленный глютатион не проникает через клеточную мембрану и поэтому синтезируется внутриклеточно и к тому же быстро окисляется в плазме крови. Поэтому при экзогенном введении его в кровь он быстро возвращается в узкие физиологические границы. Внутриклеточный глютатион является фактором защиты от токсического действия многих ксенобиотиков, препятствует взаимодействию активных метаболитов с SH-группами белков, взаимодействует с цитохромом Р-450, инактивируя активные формы кислорода, образующиеся при действии этого ферментного комплекса, и тем самым защищает его от ингибирования этими продуктами.

Функции глютатиона очень разнообразны и многочисленны:

Защита от активных форм кислорода.

Восстановление и изомеризация дисульфидных связей.

Влияние на активность многочисленных ферментов.

Поддержание оптимального функционирования биологических мембран.

Реализация коферментных функций.

Участие в обмене эйкозаноидов.

Функционирование в качестве резерва цистеина.

Участие в биосинтезе нуклеиновых кислот и частично белков.

Участие в метаболизме ксенобиотиков.

Повышение клеточной резистентности к интоксикациям и другим вредным воздействиям.

Стимулирует пролиферацию.

2.2.3.2 Небелковые тиоловые соединения (цистеин, тиосульфат натрия, унитиол, цистеамин)

Они участвуют в клеточной пролиферации, стимулируют её, повышают устойчивость клеток к разнообразным вредным воздействиям, оказывают радиозащитное действие, стимулируют иммунореактивность, в некотором смысле замедляют процесс старения организма, стимулируют заживление ран, повышают устойчивость к шоку. К нему относится:эрготионеин-тиолгистидин он близок по своим свойствам и функциям к металлотионеинам - низкомолекулярные белки, не обладающие ферментативной активностью и связывающие ионы тяжёлых металлов с переменной валентностью.

2.2.3.3 Система аскорбиновой кислоты (витамин С)

Вторая по значимости антиоксидантная система биологической жидкости. У разных видов её роль разнообразна, у мышей и крыс она синтезируется в организме и, таким образом полностью удовлетворяются её потребности. У человека и и других животных она не синтезируется и поэтому должна поступать из вне, то есть является витамином. В организме она не имеет депо накопления и поэтому очень быстро распадается, в связи с этим должна постоянно поступать с пищей. Аскорбиновая кислота неустойчива и при её окислении она подвергается дегидрированию с образованием дегидроаскорбиновой кислоты (ДАК). Переход осуществляется через промежуточную стадию нестойкого интермедиата -- семидегидроаскорбата (аскорбил). При дальнейшем необратимом окислении образуется дикетогулоновая кислота. Аскорбиновая кислота метаболически высокоактивна, тогда как её радикал аскорбил (первый продукт её окисления) относительно инертен, долгоживущий и может участвовать в окисленно-восстановительных реакциях. В биологических системах аскорбиновая кислота присутствует в виде отрицательно заряженного лактона. Дегидроаскорбиновая кислота проходит через клеточные мембраны и является транспортной формой витамина С, сама же аскорбиновая кислота через мембраны проходит с трудом. В клетках и в крови присутствуют все три члена системы, однако в физиологических условиях равновесие сильно сдвинуто влево, в сторону наиболее восстановленного члена аскорбиновой кислоты. Это состояние и характеризует резервные возможности антиоксидантной буферной системы Аскорбиновая-семиДАК-ДАК, её способность, в определенных пределах, стабилизировать прооксиданто-антиоксидантное равновесие в биологических жидкостях, связывая и инактивируя О2, ОН, органические пероксиды, уменьшая тем самым количество продуктов пероксидного окисления липидов. В малых дозах аскорбиновая кислота может являться прооксидантом. При этом при избытке кислорода и прооксидантов резервные возможности системы исчерпываются и аскорбиновая кислота действует в прооксидантном направлении. Антиоксидантные свойства аскорбиновой кислоты помогают при горной гипоксии, гипотермии и холоде, стимулируют фагоцитарную активность нейтрофилов, выводит радионуклиды, при онкологии угнетает активность гиалуронидазы клеток опухоли (фактора инвазии). Также система аскорбиновой кислоты взаимодействует с системой глютатиона, селеном, другими антиоксидантными витаминами, при этом достигаются взаимная стабилизация эффектов, усиление и пролонгирование действий, общее увеличение антиоксидантной активности.

2.2.3.4 Система физиологически активных фенольных соединений

Это непосредственный спутник аскорбиновой кислоты. К этой системе относятся:ароматические аминокислоты - тирозин и триптофан, катехоламины - адреналин и норадреналин, серотонин и близкие к нему токоферол, убихинон, нафтохинон, конденсированый фенол - меланин. Наибольшей активностью обладают те классы веществ, которые содержат две и более гидроксильных групп в бензольном ядре. Эти классы соединений в физиологических условиях образуют окисленно-восстановительную систему, компоненты которой легко переходят друг в друга и большинстве случаев функционируют одновременно, подобно системе аскорбиновой кислоты, и играют роль буферной антиоксидантной системы. Обладая резервной антиоксидантной мощностью система фенол-семихинон-хинон при мощном окисленном стрессе и в условиях избытка кислорода действует как прооксидант. Продукты обратимого окисления обладают канцерогенными, токсическими, мутагенными свойствами. Восстановленные члены системы наоборот обладают антиоксидантной, антитоксической, антимутагенной и гепатозащитной активностью. Наиболее высокой биологической активностью, среди витаминных фенольных соединений, обладают катехины и лейкоантоцианидины - наиболее восстановленные из числа растительных фенолов и обладающие наибольшей антиоксидантной активностью. Биологические эффекты фенольных соединений усиливаются и пролонгируются при их комбинированном применении с аскорбиновой кислотой, тиоловыми соединениями (глютатион, цистеин, унитиол) и жирорастворимыми антиоксидантами (а-токоферол, убихинон).

3. Изменения происходящие в организме

Окислению при оксидативном стрессе подвергаются не только липиды биологических мембран в процесс включаются и углеводы и белки. Также изменения идут в эндокринной и гормональной системе. Снижается активность энзимной системы лимфоцитов тимуса, увеличивается уровень нейромедиаторов, высвобождаются гормоны. Идёт окисление протеинов, нуклеиновых кислот, углеводов, увеличивается общее количество липидов в сыворотке крови. Увеличивается выброс адренокортикотропного гормона в связи с увеличением распада АТФ и образование цАМФ при этом последний активирует протеинкиназу которая при участии АТФ осуществляет фосфорилирование холинэстеразы, превращающий эфиры холестерина в свободный холестерин. Усиливается биосинтез белка, ДНК, РНК, гликогена и в тоже время идёт мобилизация жиров из депо и распад высших жирных кислот и глюкозы в тканях. Эти процессы идут под действием гормона соматотропина. Усиливается действие липотропных гормонов их действие заключается в жиромобилизующем действии, кортикотропном действии, а также инсулиноподобное действие то есть повышение утилизации глюкозы в тканях. Липотропный эффект осуществляется через систему аденилатциклаза-цАМФ-протеинкиназа, завершающей стадией будет фосфорилирование неактивной триацилглицерол-липазы, которая после активации расщепляет нейтральные жиры на диацилглицерол и высшую жирную кислоту. Усиливается действие гормонов щитовидной железы так как она регулирует скорость основного обмена то есть рост и дифференцировку тканей, обмен белков, углеводов и липидов, увеличивает синтез ферментов, регулирующих скорость окисленно-восстановительных процессов. Очень важную роль играют гормоны инсулин и глюкагон. Есть предположения что глюкоза действует как сигнал для активирования аденилатциклазы, а образовавшаяся в этой системе цАМФ-сигнал для секреции инсулина. Это в свою очередь приводит к усилению распада гликогена в печени и мышцах, замедление биосинтеза белков и углеводов, снижение скорости окисления глюкозы в тканях, развитие отрицательного азотистого баланса, увеличению содержания холестерина и других липидов в крови. Усиливается мобилизация жиров из депо, усиливается глюконеогенез, синтез кетоновых тел. Глюкагон же напротив способствует образованию глюкозы из промежуточных продуктов обмена белков и жиров, стимулирует образование глюкозы из аминокислот путём индукции синтеза ферментов глюконеогенеза при участии цАМФ, также он тормозит гликолитический распад глюкозы до молочной кислоты. Перерасход глюкозы ведёт за собой усиление глюконеогенеза-это синтез глюкозы из неуглеводных продуктов. Такими продуктами являются в первую очередь молочная и пировиноградная кислоты, глицерол и любое соединение которое в процессе катаболизма превратиться в пируват или один из промежуточных продуктов цикла трикарбоновых кислот. Также основными субстратами являются лактат и аминокислоты, при чём принято считать, что все аминокислоты, за исключением лейцина, могут пополнять пул предшественников глюконеогенеза. Центральную роль в превращениях углеводов играет глюкозо-6-фосфат, он резко тормозит фосфорилитическое расщепление гликогена, активирует ферментативный перенос глюкозы с уридиндифосфоглюкозы на молекулу синтезирующегося гликогена, а также является субстратом для дальнейших гликолитических превращений, в том числе и окислении глюкозы по пентозофосфатному пути. При этом усиливается синтез ферментов глюконеогенеза, особенно фосфоэнолпируват-карбоксикиназа, которая определяет скорость глюконеогенеза в печени и почках, при этом соотношение гликолиза и глюконеогенеза смещается в право. Индукторами синтеза ферментов глюконеогенеза служат глюкокортикоиды.

Увеличивается количество кетоновых тел-это своего рода поставщики топлива для мышц, почек и действуют как регуляторный механизм предотвращая чрезвычайную мобилизацию жирных кислот из жировых депо. Это происходит потому-что многие ткани начинают испытывать энергетический голод из-за того, что при недостатке инсулина глюкоза не может пройти в клетку. При высоком содержании жирных кислот в плазме их поглощение печенью возрастает, усиливается синтез триглицеридов, окисление жирных кислот, а это и приводит к повышению кетоновых тел.

Белки начинают распадаться до свободных аминокислот. Подвергаются этому в основном белки биологических мембран, белки печени, плазмы, мышц. В основном это происходит в реакциях дезаминирования до конечного продукта- пирувата. Углеродные скелеты аминокислот при этом могут включатся в цикл трикарбоновых кислот через ацетил-КоА(ПВК), щавеливоуксусную кислоту, оксалоацетат, а-кетоглутарат, сукцинил-КоА. Пять аминокислот (Фен, Лиз, Трп, Тир) являются кетогенними, так как они предшественники кетоновых тел, в частности ацетоуксусной кислоты, остальные аминокислоты являются источником углеводов и частности глюкозы. Хотя такое распределение на кетогенные и гликогенные аминокислоты условно, так как некоторые углеродные атомы Лиз, Трп, Фен, и Тир могут включаться в молекулы предшественников глюкозы, например Фен и Тир-в фумарат. Истинно кетогенной является только лейцин. Увеличивается синтез биогенных аминов путём декарбоксилирования ароматических аминокислот например: 3, 4-диоксифенилаланин до дофамина из тирозина, а он в свою очередь предшественник катехоламинов;глутаминовая кислота до гама-аминомасляной кислоты(ГАМК). Все эти процессы усиленного распада белков приводят к отрицательному азотистому балансу-это когда распад превосходит синтез.

4. Заключение

Исходя из выше описанного можно сделать заключение, что при воздействии стресс-агента, что в нашем случае это избыточное содержание кислорода в организме, возникает стресс (оксидативный) который ведёт за собой изменения в липидном, углеводном и белковом обмене. И чтобы этого не происходило в организме должны присутствовать определённые системы защиты в нужных количествах(не много-не мало), которые бы боролись с этим видом стресса. Существование таких систем, а это тканевые жиро- и водорастворимые антиоксидантов, антиоксидантные ферментные системы(супероксиддисмутаза, каталаза, ферменты системы глютатиона) обеспечивают удержание процесса свободнорадикального пероксидного окисления липидов биологических мембран, липопротеинов на низком стационарном уровне, не препятствующем нормальной жизнедеятельности. В этом важнейшая и неоспоримая биологическая роль антиоксидантной систем-обеспечение и сохранение прооксидантно-антиоксидантного гомеостаза организма.

5. Список использованной литературы

Алексюк Н.П., Янович В.Г. Активность про и антиоксидантной систем в печени пресноводных рыб в разное время года.//Украинско-биохимический журнал.2010.-Том82, май-июнь, №3.-стр.41-49.

Б.И. Збарский, И.И. Иванов, С.Р. Марданев. Биологическая химия. Изд.5-е исправл. и допол.: Ленин.»Медицина».1972.-583 с.

Берёзов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия: Учебник/Под ред.акад. АМН СССР С.С.Дебова.-2-е изд., перераб. и доп.-М.: Медицина, 1990.-528 с.:ил.-(Учеб. лит.для студ.мед.ин-тов).

Вадзюк О.Б., Чунихин О.Ю., Костюрин С.О. Воздействие рибоксина на процессы пероксидного окисления липидов и активность антиоксидантных энзимов в тимоцитах крыс и мембранный потенциал митохондрий//Украинско-биохимический журнал.-2010.-Том82, июль-август, №4.-стр.48-53.

Дробинская О.В., Гайда Л.М., Дворщенко К.О., Тимошенко М.О и др. Состояние системы пероксидного окисления липидов и антиоксидантная защита в париентальных клетках в условиях развития экспериментального хронического атрофического гастрита.// Украинско-биохимический журнал.-2010.-Том82, сентябрь-октябрь, №5.-стр.85-92.

Изюмов Д.С., Домнина Л.В., Непряхина О.К. и др. Митохондрии как источники активных форм кислорода при окисленном стрессе. Исследования с помощью новых митохондриально-направленных антиоксидантов на основе «ионов Скулачёва».//Российская академия

Литвин Б.С. Окислительно-антиоксидантный гомеостаз и возможности его коррекции у детей с вегетативными дисфункциями: Автореферат диссертации кандидата медиц.наук.-Киев, 2009.-21 стр.

М. Мецлер Биохимия.-М.: Мир. том2 1980.-606 с.

Моравская О.В., Вовк С.О. Изменения жирокислотного состава основных липидов и содержание продуктов пероксидного окисления их в тканях эмбрионов в зависимости от уровня вит.А., Д3, Е, в рационе гусей в репродуктивный период.// Украинско-биохимический журнал.-2010.-Том82июль-август, №4.-стр.112-121.

Окислительно-антиоксидантный гомеостаз в норме и патологии/Бара бой В.А., Сутковой Д.А, ;Под общ.ред. Зозули Ю.А.-Киев:Наук.Думка.1997.-420 с.

Основы биохимии:Учебник для студ. биол. спец. ун-тов/А.А. Анисимов, А.Н. Леонтьева, И.Ф. Александрова и др.; под.ред. А.А. Анисимова.-М.:Высшая школа., 1986.-551 с., ил.

Проскурина И.К. Биохимия: Учеб. пособие для студ. высш. учебных заведений.-Изд-во ВЛАДОСС-ПРЕСС, 2001.-240 с.

Цехмистренко С.И., Полищук В.М. Возрастные особенности функционирования системы антиоксидантной защиты крови страусов.// Украинско-биохимический журнал.-2010.-Том82, сентябрь-октябрь, №5.-стр.92-98.

Размещено на Allbest.ru