Антиоксиданты в продлении жизни. Свободные радикалы

Видео: Свободные радикалы и антиоксиданты

Свободные радикалы и их роль в биологических процессах

Парамагнитные частицы — свободные радикалы и комплексные соединения металлов (Fe, Мn, Мо и др.) — обнаружены в настоящее время во многих тканях животных и растительных организмов при их нормальном функционировании (Козлов, 1973- Рrуоr, 1978).

На рис. 81 показан набор сигналов электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), которые регистрируются обычно в животных тканях.

Рис. 81. Схематическое изображение основных сигналов ЭПР, свойственных животным и тканям (печень) в норме (1) и при патологии (гепатома) (2).
По оси абсцисс — значения g-фактора.

Узкий сигнал электронного парамагнитного резонанса с g-фактором 2.003 соответствует радикалам семихинонного типа, наблюдающимся во многих тканях. Сигнал с g-фактором 1.94 связан с комплексами негеминового железа митохондрий с серосодержащими соединениями.

Геминовое железо цитохрома Р-450 в микросомах в низкоспиновом состоянии дает триплет с g-факторами 1.91, 2.25 и 2.42, компонента с g-фактором 2.25 наиболее интенсивна. Может наблюдаться также сигнал с g-фактором 1.97, обусловленный соединениями молибдена ксантиноксидазы.

Предполагается, что более 60% свободных радикалов локализованы в митохондриях и связаны с процессом переноса электрона в дыхательной цепи клетки (Козлов, 1973). Остальные радикалы, вероятно, связаны с микросомами (около 20%), ядрами и т. д. Установлена корреляция между количеством свободных радикалов и метаболической активностью ткани (Козлов, 1973).

Естественно ожидать, что при патологических процессах концентрация свободных радикалов может отличаться от нормальной вследствие нарушения биохимической деятельности клеток и органов. Кроме того, могут появляться сигналы ЭПР, не свойственные организмам в норме. Экспериментальные исследования показали, что такие явления действительно имеют место.

При многих патологических процессах, таких как лучевое поражение, рак, вируcные заболевания, стрессовые воздействия (гипоксия, гипероксия и др.) (Эмануэль и др., 1966- Бурлакова, 1967- Эмануэль, 1974а, 1974б), в тканях возрастает концентрация свободных радикалов, имеющих сигнал электронного парамагнитного резонанса с g-фактором 2.003. Появляются и новые спектры ЭПР, изображенные на рис. 81 пунктиром.

Так, при канцерогенезе, гипоксии действии KCN, некрозах тканей появляется широкий сигнал с наложением триплета с g-фактором центра 2.035, который связан с образованием комплексов железа гемоглобина, миоглобина или негеминового железа с азотсодержащими лигандами. Полосы триплета имеют g-факторы 1.98, 2.07 и 2.007 (Эмануэль, 1974б).

Нарушения свободнорадикальных процессов наблюдаются также при действии на живые организмы химических веществ, с которыми человек постоянно сталкивается в своей жизни. Это могут быть пищевые продукты, химические средства защиты сельскохозяйственных растений, многочисленные выбросы химических предприятий в водоемы и атмосферу и т. д.

Оказалось, что под действием токсичных доз бензола, 4,4`-дихлор-дифенил-трихлорэтан (ДДТ), окисленного подсолнечного масла содержание свободных радикалов в печение крыс после небольшого падения резко возрастает, затем снова уменьшается, в случае ДДТ — ниже нормы.

В мозге животных наблюдается уменьшение содержания свободных радикалов (Эмануэль и др., 1973б). 4,4`-дихлор-дифенил-трихлорэтан и бензол оказывают влияние также на состояние детоксицирующей системы в микросомах, за которым можно следить по интенсивности в клетках печени сигналов электронного парамагнитного резонанса конечной оксидазы микросомальной цепи — цитохрома Р-450 (g-фактор 2.25).

Токсичные вещества вызывают резкое повышение содержания цитохрома Р-450, а в дальнейшем падение его, в случае бензола ниже нормы (Шуляковская и др., 1973). Источником свободных радикалов являются также процессы неферментативного (перекисного) окисления органических молекул, входящих в состав клетки, главным образом липидов мембран (Козлов, 1973- Рrуоr, 1978).

Образующиеся при этом перекисные радикалы RО2 могут взаимодействовать с окружающими молекулами, инициируя нежелательные реакции. Перекисное окисление липидов приводит к повреждению структуры и нарушению функций мембран (Виленчик, 1970- Рrуоr, 1978), что влечет за собой дальнейшие нарушения в клетке.

Известно, что взаимодействие природных перекисных соединений с ДНК, протекающее, по-видимому, по радикальному механизму, приводит к деструкции ДНК и модификации ее оснований (Fris, 1964). Cвободные радикалы вызывают мутации (Harman, 1962), накопление которых ведет к старению.

Возникновение «спонтанных» хромосомных изменений наблюдается в клетках крови, причем число их увеличивается с возрастом (Jacobs, Brown, 1966). Основная роль в этом процессе принадлежит «внутриклеточным мутагенам» (Auerbah, 1967) различной природы, в том числе и свободные радикалы (СР).

В клетках старых животных и в диплоидных культурах в фазе деградации обнаружены «неактивные ферменты» (Gershon, Gershon, 1972- Holliday, Tarront, 1972), т. е. молекулы, сохранившие специфическую структуру, но утратившие каталитические свойства.

Причиной появления «неактивных ферментов» могут быть как структурные дефекты матрицы и искажение определенных этапов синтеза, так и постсинтетическая модификация белка ферментами лизосом или СР. Это вызывает в свою очередь повреждение липопротеидных мембран лизосом (Kinselia, 1967- Tappel, 1968), дегенеративное изменение структуры и функций митохондрий (Weiss, Lansing, 1953- Weinbach, Garbus, 1959).

Таким образом, свободнорадикальные реакции, по-видимому, играют значительную роль в накоплении повреждений, которые могут вызвать старение живых организмов.

Рис. 82. Изменение интенсивности сигналов ЭПР с g-факторами 2.003 (.4) и 2.25 (Б) в ткани печени крыс линии Вистар при канцерогенезе, вызванном n-Диметиламиноазобензолом (ДАВ).
По оси ординат — интенсивность сигнала ЭПР, отн. ед.- по оси абсцисс — время, мес. 1 — контроль, 2 — в отсутствие ионола, 3 — при добавке ионола.

При старении мышей SHK от 2 до 18 мес наблюдается монотонное медленное повышение (примерно на 15%) содержания CP в печени (Эмануэль, 1975). В ткани головного мозга крыс в возрасте 30 мес концентрация радикалов выше, чем у 10-месячных животных (Узбеков, 1972). Изменение количества свободных радикалов в печени мышей и крыс изучено также Дюшеном.

Обнаружено увеличение концентрации свободных радикалов в тканях в первые 12—43 дня жизни животных, после чего в течение 100 дней монотонно падало или оставалось постоянным (Duchesne, van de Vorst, 1969). Дюшен (см.: Маrechal et al., 1973) предпринял также попытку связать содержание свободных радикалов в разных органах различных классов животных (млекопитающих, птиц, рыб, земноводных и рептилий) с максимально возможной длительностью их жизни. Им была получена определенная корреляция между средней концентрацией свободных радикалов в мозге и продолжительность жизни (ПЖ) млекопитающих и птиц. Для других органов этих животных и других классов животных никакой зависимости обнаружить не удалось.

Уровень окислительно-восстановительных и свободнорадикальных процессов в организме можно оценить также путем измерения антиокислительной активности (АОА) липидов печени (Бурлакова, 1970). АОА связана с концентрацией свободных радикалов в тканях печени обратно пропорциональной зависимостью.

Если при патологическом процессе или стрессорном воздействии количество свободных радикалов возрастает (что может свидетельствовать о нарастании повреждений в организме), то уровень антиокислительной активности оказывается пониженным, и наоборот.

Было обнаружено, что при старении животных АОА монотонно уменьшается, причем у разных линий мышей с различной скоростью. Кинетические кривые изменения антиокислительной активности можно выразить экспоненциальным уравнением

и с помощью полулогарифмических анаморфоз вычислить кинетические константы к для разных линий животных:

Поскольку уменьшение АОА свидетельствует об увеличении уровня свободных радикалов, можно предположить, что в процессе старения организм теряет природные антиоксиданты.