"МИС-РТ" - 2001. Сборник №24-1-2.

Благотворная роль
активных форм кислорода

Воейков В. Л. ( sb24-1.zip)

 

  1. Парадоксы кислородного дыхания
  2. Особые свойства молекулы кислорода и продуктов его превращения
  3. Целенаправленная продукция АФК живыми клетками
  4. Биорегуляторная роль АФК
  5. Свободно-радикальные реакции - источники импульсов света
  6. Осцилляторные режимы реакций с участием АФК
  7. Вместо заключения

Особые свойства молекулы кислорода и продуктов его превращения

Кислород абсолютно необходим для всех организмов, а для жизни человека в особенности. Всего несколько минут без кислорода приводят к необратимому повреждению мозга. Мозг человека, составляющий лишь 2% от массы его тела, потребляет около 20% получаемого организмом кислорода. Cчитается, что почти весь О2 потребляется при окислительном фосфорилировании в митохондриях, но их содержание в нервной ткани не больше, если не меньше, чем в других энергозависимых тканях [1]. Следовательно, должен существовать другой путь утилизации О2, и мозг должен потреблять его на этом пути активнее, чем другие ткани. Альтернативный окислительному фосфорилированию путь использования О2 для получения энергии - его одноэлектронное восстановление. Свойства молекулы О2 в принципе позволяют получать энергию и на этом пути.

Кислород уникален среди важных для жизнедеятельности молекул. Он содержит 2 неспаренных электрона на валентных орбиталях (Máá, где á представляет собой электрон с определенным значением спина), т.е. О2 в своем основном состоянии триплетен. Такие частицы обладают значительно большим запасом энергии, чем молекулы в невозбужденном синглетном состоянии [Máâ], когда все их электроны спарены. О2 может стать синглетным, только получив немалую порцию энергии. Таким образом, как триплетное, так и синглетное состояния кислорода - это возбужденные, богатые энергией состояния. Избыточная энергия О2 (180 ккал/моль) освобождается, когда он восстанавливается до 2-х молекул воды, получив с атомами водорода 4 электрона, полностью уравновешивающих электронные оболочки обоих атомов О.

Несмотря на большой избыток энергии, О2 с трудом реагирует с окисляемыми им веществами. Практически все доступные ему доноры электронов - синглетные молекулы, а прямая реакция триплет-синглет с образованием продуктов в синглетном состоянии невозможна [2]. Если же О2 тем или иным способом приобретает дополнительный электрон, то последующие он может получить уже легко. На пути одноэлектронного восстановления О2 и образуются промежуточные соединения, названные АФК, благодаря их высокой химической активности. Получив первый электрон, О2 превращается в супероксид-анион радикал O2-á. Добавление второго электрона (вместе с двумя протонами) превращает последний в перекись водорода, H2O2 áâ. Перекись, не будучи радикалом, а малоустойчивой молекулой, может легко получить третий электрон, превратившись в чрезвычайно активный гидроксил-радикал, HOá, который легко отнимает у любой органической молекулы атом водорода, превращаясь в воду.

Рисунок 1. В отличие от обычных молекулярных реакций свободные радикалы – частицы с нечетным числом электронов – порождают реакционные цепи, обрывающиеся только при рекомбинации радикалов

 

Свободные радикалы отличаются от обычных молекул не только высокой химической активностью, но и тем, что порождают цепные реакции. "Отобрав" доступный электрон у оказавшейся рядом молекулы, радикал превращается в молекулу, а донор электрона - в радикал, который может продолжить цепь дальше (рисунок 1). Действительно, когда в растворах биоорганических соединений развиваются свободно-радикальные реакции, немногочисленные исходные свободные радикалы могут вызывать повреждение громадного числа биомолекул. Именно поэтому АФК традиционно рассматриваются в биохимической литературе как чрезвычайно опасные частицы [3], и их появлением в среде организма объясняют многие заболевания и даже видят в них основную причину старения [4].