как правильно оформить ссылку на эту публикацию?
 

В статье обсуждается наличие в клетках организма отдельных подсистем антиоксидантной защиты, обеспечивающих оптимальную элиминацию активных форм кислорода различного (эндо- и экзогенного происхождения), уменьшение уровня окислительных повреждений и репарацию последних.
Ключевые слова: антиоксидантная защита, свободнорадикальное окисление, перекисное окисление липидов

К настоящему времени накоплен обширный фактический материал о взаимосвязи функциональной активности антиоксидантной системы (АОС) с интенсивностью свободнорадикального окисления (СРО) в физиологических условиях и при патологии. Однако во многих исследованиях используется изолированное определение одного-двух показателей, что, на наш взгляд, вряд ли можно признать информативным.

Основным источником активных форм кислорода (АФК) в живой клетке являются оксидоредуктазы, в процессе функционирования образующие некоторое количество ^•О₂^– и Н₂О₂, и процессы автоокисления некоторых веществ (например, катехоламинов). В обнаруживаемых в живых клетках концентрациях токсическим действием обладает ^•О₂^–, но не Н₂О₂. По-видимому, главную роль в окислительном повреждении клеток играет продукт взаимодействия Н₂О₂ и ^•О₂^– – гидроксил-радикал ^•OH. ^•OH и ^•О₂^– способны эффективно окислять и инактивировать различные белки, разрушать некоторые полисахариды и стимулировать мутагенез за счет накопления окислительных повреждений в ДНК. АФК способны инициировать перекисное окисление жирных кислот и жирнокислотных остатков в составе липидов (перекисное окисление липидов – ПОЛ). Перекисное окисление различных жирных кислот может протекать с разным соотношением между отдельными путями развития ПОЛ и с образованием разных продуктов: большая часть арахидоновой кислоты окисляется до малонового диальдегида, а продуктом перекисного окисления линоленовой кислоты является главным образом 4-гидрокси-2-ноненаль, но не малоновый диальдегид. Карбонильные продукты ПОЛ легко образуют аддукты с нуклеиновыми кислотами и белками. Таким образом, в развитии и проявлении токсичности реакций СРО принимают участие все АФК и почти все продукты СРО.

Большинство компонентов АОС характеризуются специфическим действием на различные звенья СРО. Существуют ферменты, направленно элиминирующие АФК (каталаза, супероксиддисмутаза – СОД, пероксидазы), промежуточные продукты ПОЛ (глутатионпероксидазы – ГП), или токсические вторичные продукты СРО (глутатион-S-трансферазы – ГТ).

Отметим, что защита клеточных структур от повреждающего действия АФК, продуцирующихся внутри клетки (эндогенные АФК) и воздействующих извне (экзогенные АФК), организуется различным образом. В первую очередь это связано с неспособностью АФК проникать сквозь мембраны. В результате экзогенные АФК всегда воздействуют на клетку только опосредованно через стимуляцию ПОЛ в плазматической мембране. Поэтому защита от повреждения экзогенными АФК на-правлена в первую очередь на утилизацию жирнокислотных и липидных гидропероксидов, как продуктов ПОЛ, стимулирующих СРО по принципу цепной реакции. Основная роль в этой защите принадлежит ГП, особенно, специфической ГП гидропе-роксидов фосфолипидов. Сверхэкспрессия в клетках различных форм ГП (но не СОД) приводит к значительному повышению устойчивости клеток к экзогенным окислителям [2]. Часть радикальных продуктов в мембране перехватывается токоферолами. Последние могут затем регенерироваться на внутренней стороне мембраны за счет передачи окислительных эквивалентов на цитозольный аскорбат [5], либо внутри клетки при участии убихинолов электронпереносящих цепей [4]. Фосфолипиды с перекисно-окисленными жирнокислотными остатками являются более предпочтительным субстратом для фосфолипазы А₂, чем нормальные неокисленные фосфолипиды [6]. Образующиеся в результате лизофосфолипиды вновь ацилируются при участии ацилтрансферазы. Отщепившиеся гидропероксиды жирных кислот утилизируются ГП. Такой механизм репарации окисленных липидов позволяет снизить вредное влияние ПОЛ на физическую структуру плазматической мембраны. Образовавшиеся карбонильные про-дукты утилизируются в цитозоле, а конъюгированные диены, триены и продукты ре-комбинации липидных радикалов, по-видимому, накапливаются в клетках вместе с окисленными белками в виде «липофуциновых гранул» [8].

Напротив, защита от эндогенных АФК основана главным образом на эффективной элиминации первичных АФК. Для этого служат СОД, каталаза и пероксидазы (в том числе ГП). Поскольку СОД утилизирует ^•О₂^– с образованием Н₂О₂, важным для жизнеспособности клетки оказывается баланс между активностью СОД и скоростью разрушения Н₂О₂: резкое повышение в клетке активности СОД без соответствующей активации каталазы или пероксидаз само по себе является цитотоксичным [7]. Поскольку в цитозоле основной мишенью для АФК являются белки, важную роль в защите от эндогенных АФК играют восстановленный глутатион (GSH) и цистеин. SH-группы этих веществ окисляются гораздо легче, чем SH-группы белков, защищая тем самым белки от окислительной модификации. Приведенные факты позволяют вполне обоснованно говорить, что клеточная АОС достаточно четко подразделяется на подсистему защиты от эндогенных АФК и подсистему защиты от повреждающего действия экзогенных АФК.

Также, на наш взгляд, в составе АОС можно выделить подсистему детоксикации продуктов СРО и поврежденных компонентов клетки. В первую очередь к этой подсистеме следует отнести ГТ. Семейство ГТ является, собственно, важнейшим компонентом системы детоксикации токсических метаболитов и ксенобиотиков. В то же время, существуют изоферменты, которые обладают высокой активностью в отношении продуктов СРО [3]: ГТ 5-5 крысы высокоактивна в отношении продуктов окисли-тельной модификации нуклеотидов и нуклеиновых кислот и является единственной изоформой, обнаруживаемой почти исключительно в ядре клетки, ГТ А3-А3 мыши способен к эффективной детоксикации гидропероксидов жирных кислот, а некоторые изоформы ГТ катализируют конъюгацию GSH с 4-гидроксиалкеналями.

Функционирование различных компонентов АОС требует тесного взаимодействия с другими системами клеточного метаболизма. В первую очередь это связано с существенной зависимостью АОС от наличия достаточного количества GSH. Для регенерации окисленного глутатиона в GSH в клетках присутствует глутатионредуктаза (ГР). Ферментативное восстановление глутатиона зависит от NADPH, поэтому функционирование GSH-зависимых компонентов АОС тесно связано с активностью NADPH-продуцирующих ферментов. Особое внимание привлекает следующий факт. ГП утилизирует гидроперекиси за счет одновременного окисления восстановленного глутатиона (GSH). Константа Михаэлиса ГП для GSH составляет 4,1 мМ [1], в то время как нормальная (в отсутствие окислительного стресса) внутриклеточная концентрация GSH для большинства типов клеток организма находится в пределах 1-3 мМ. Поэтому незначительное изменение внутриклеточной концентрации GSH способно вызывать заметное изменение активности ГП. Следовательно, активация ферментов пентозофосфатного пути и системы синтеза GSH de novo при окислительном стрессе представляет собой механизм активации ГП.

Для работы системы репарации липидов требуется постоянное наличие в клетке резервного пула жирных кислот, связанных с коферментом А. Важную роль играет также микросомальная система регенерации токоферолов.

Таким образом, в протекание реакций СРО в клетках вовлечено большое число различных веществ, еще большее число компонентов клетки участвует в регуляции интенсивности СРО. Поэтому изолированное изучение отдельных компонентов АОС клетки и/или содержания одного-двух продуктов ПОЛ для целей исследования механизма развития и регуляции СРО представляется нам мало целесообразным из-за недостаточной информативности. Более того, в каждом конкретном случае выбор исследуемых звеньев СРО и компонентов АОС должен быть целенаправленным, необходимым, достаточным и адекватным поставленным задачам. Это особенно важно в клинических и патофизиологических исследованиях. Мы считаем, что при исследовании защиты клетки от повреждающего действия экзогенных АФК в качестве основного теста следует использовать одновременное определение содержания гидропероксидов, карбонильных продуктов ПОЛ и GSH и активности ГП и фосфолипазы А₂. Учитывая прямую зависимость активности ГП в клетке от уровня GSH, отметим, что изолированное определение активности ГП без определения концентрации GSH вообще не может быть использовано для адекватной оценки устойчивости клетки к повреждающему действию экзогенных АФК. При изучении же процессов, связанных с эндогенной продукцией АФК, наиболее информативным будет одновременное определение активности СОД и ГТ, содержания GSH и Н₂О₂-катаболизирующей активности. Если в процессе исследований требуется оценить степень повреждения компонентов клетки, наиболее информативным будет определение содержания 8-гидроксидезоксигуанозина (образуется при окислительном повреждении ДНК) и аддуктов карбонильных продуктов ПОЛ с белками. Только такой комплексный подход к изучению позволит, на наш взгляд, получить адекватную оценку функционального состояния АОС клетки.

Зайцев В.Г., Закревский В.И. Защита клеток от экзогенных и эндогенных активных форм кислорода: методологические подходы к изучению // Фундаментальные и прикладные аспекты современной биохимии. Тр. научн. конф., посв. 100-летию каф. биохимии Санкт-Петербургск. гос. мед. ун-та им. акад. И.П.Павлова, Санкт-Петербург, 15-17 окт. 1998 г.– Т.2.– СПб., 1998.– С.401-405.

редакция 28 от 3.02.2009

Разработка и оформление: Валерий Зайцев