Главная страница
qrcode

афк. Министерства здравоохранения Российской Федерации Кафедра биологической химии


Скачать 41.05 Kb.
НазваниеМинистерства здравоохранения Российской Федерации Кафедра биологической химии
Дата08.11.2019
Размер41.05 Kb.
Формат файлаdocx
Имя файлаафк.docx
ТипРеферат
#66439
Каталог


Министерства здравоохранения Российской Федерации

Кафедра биологической химии









К.мед н., доцент кафедры биологическая химия

Афонина.С.Н
2017
Содержание:

Введение 3

Глава 1. Активные формы кислорода 5

Глава 2. Механизм образования АФК 9

Глава 3. Физиологическая роль АФК 12

Заключение 16


Введение

Кислород – необходимое условие существования аэробных клеток. Реакция восстановления О
Кислород – потенциально опасное вещество. Молекулярный кислород О
Вместе с тем в биологических системах могут образовываться и промежуточные продукты восстановления молекулы кислорода. Образование радикалов из устойчивых молекул обусловлено появлением на свободной валентной орбитали нового электрона или наоборот – удалением одного электрона из электронной пары. Эти соединения обладают высокой реакционной способностью и получили название активных форм кислорода (АФК).

В настоящее время к числу АФК относят производные кислорода радикальной природы, а также его реактивные производные: О- - супероксид-анион радикал, H•OH - гидроксильный радикал, 1О•- алкоксильный радикал, НО• - пергидроксильный радикал, RО• - перекисный радикал

АФК постоянно образуются в живой Тема моего реферата активные формы кислорода, механизмы их образования и их физиологическая роль

Целью моей работы является описание активных форм кислорода с использованием различной литературы

Задачи:
Описать активные формы кислорода
  • Рассмотреть механизмы их образования
  • Изучить физиологическую роль АФК


    Глава 1. Активные формы кислорода

    АФК представляют группу различных соединений радикальной и нерадикальной природы, которые различаются по продолжительности их существования и активности.

    Радикалы в организме человека разделяются на природные и чужеродные. К последним относятся радикалы, образующиеся при действии радиации, УФ-облучения, ксенобиотиков.

    Все радикалы, образующиеся в организме, можно разделить на 3 категории.

    Первичные радикалы образуются из молекул за счет реакций одноэлектронного окисления с участием металлов переменной валентности. Это компоненты дыхательной цепи, такие как радикалы убихинона (коэнзима Q), супероксидный анион-радикал и окись азота.

    К
    вторичным относят радикалы, образующиеся из перекиси водорода, липоперекисей и гипохлорита в присутствии ионов двухвалентного железа, потому что сами эти радикалпродуцирующие молекулы образуются, как правило, из первичных радикалов. Это, прежде всего, гидроксильный радикал и (с некоторыми оговорками) липидные радикалы, участвующие в реакциях цепного окисления ненасыщенных жирнокислотных цепей липидов биологических мембран и липопротеинов плазмы крови.

    В качестве третичных можно рассматривать радикалы, которые образуются при действиях вторичных радикалов на молекулы антиоксидантов (АО) и других легкоокисляющихся соединений.

    Необходимо отметить принципиальную разницу в биологическом действии первичных и вторичных радикалов. Первичные радикалы специально вырабатываются организмом и выполняют жизненно важные функции: переноса электронов в дыхательной цепи (убихинон); защиты от микроорганизмов (супероксидный анион-радикал); регуляции кровяного давления (окись азота), тогда как вторичные радикалы оказывают цитотоксическое действие и, как правило, наносят организму большой вред

    Главным источником АФК в организме человека и животных служат клетки-фагоциты: гранулоциты, моноциты, макрофаги, нейтрофилы, эозинофилы. Мембраны фагоцитов содержат ферментативный комплекс (НАДФН+-оксидазу), который окисляет НАДФН+ до НАДФ+ за счет восстановления О•О- в ходе стимуляции неспецифической защиты организма для разрушения бактерий.

    Фагоцит выделяет в окружающую среду АФК и ряд ферментов, среди которых миелопероксидаза катализирует реакцию образования гипохлорита из аниона хлора и перекиси водорода. Кроме того, в присутствии ионов железа происходит образование ОН радикала из перекиси водорода и гипохлорита. Активированные фагоциты для борьбы с чужеродными клетками образуют ряд АФК, которые при взаимодействии друг с другом и с другими молекулами образуют также синглетный кислород 1О
    Супероксидный анион-радикал (О2-)

    Одноэлектронное восстановление кислорода, которое происходит в результате взаимодействия О3+, Fe2+, Cu2+, V2+, Mn2+, Co2+) приводит к образованию О– или его протонированной формы – гидропероксидного радикала (HO– более реакционноспособное соединение, чем О– является слабым окислителем и может выступать в качестве донора электронов, восстанавливая ряд соединений. Так как анион О– имеет заряд, он плохо мигрирует через мембраны, в противоположность О–, его протонированная форма HO•О-10-6 с; радиус диффузии 0,3 мкм (48).

    В живых системах О-представляет собой промежуточный продукт биохимических реакций (окисление тиолов, флавинов, хинонов, катехоламинов, а также метаболизма ксенобиотиков). Однако основные источники его образования – ферментативные системы: НАДФН-оксидаза фагоцитирующих клеток, ксантиноксидаза, митохондриальная дыхательная цепь (коэнзим Q, цитохром-с-оксидаза) и микросомальные монооксигеназы

    Перекись водорода (Н2О2)

    Присоединение двух электронов к молекуле кислорода или одного электрона к аниону О-сопровождается образованием двухзарядного аниона О2–. В свободном состоянии такой анион не существует, так как энергия связывания атомов кислорода становится отрицательной. Присоединяя протоны, он переходит в НО
    Синглетный кислород (1О2)

    Изменение спина одного из электронов, находящегося на π-орбитали в молекуле кислорода, приводит к образованию возбужденного синглетного состояния. Синглетный кислородметастабилен, переход его в триплетное состояние сопровождается инфракрасной (1270 нм), а рекомбинация – красной (634 нм) люминисценцией. Время жизни синглетного кислорода 10-6 с; радиус действия 0,3 мкм. Высокая реакционная способность приводит к тому, что он легко вступает в окислительные реакции с органическими соединениями, принимает участие в инициировании ПОЛ. Во многих ферментативных реакциях О
    Гидроксильный радикал (OH)

     Считается, что OH обладает наибольшим повреждающим действием по отношению к биологическим объектам, он может разрывать любую С-Н или С-С связь. Образование OH -радикала показано в реакциях окисления арахидоновой кислоты, при микросомальном окислении, в реакциях с флавиновыми ферментами и убихиноном.

    О– + НOH + ОН.

    Однако основным источником OH в большинстве биологических систем служит реакция Фентона с участием металлов переменной валентности, главным образом Fe2+, по схеме (22, 59, 60):

    Fe2+ + Н3+ + OH + ОН –

    Вследствие высокой химической активности время жизни OH-радикалов составляет около 100 мкс, следовательно, эффективность повреждающего действия OH радикалов будет зависеть от локализации места их образования. Есть основания полагать, что повреждающий эффект АФК обусловлен, прежде всего, радикалом гидроксила с его чрезвычано высокой реакционной способностью и очень положительным редокс-потенциалом.

    Глава 2. Механизм образования АФК

    Существует 2 пути образования активных форм кислорода:
    Ферментативные пути
  • Неферментативные пути
    К первым относят несколько ферментов и типов реакций:
    Дыхательная цепь митохондрий
    Нарушение переноса электронов в дыхательной цепи приводит к образованию АФК. Образуется главным образом О
    Оксидазы
    Одним из основных продуктов реакций, катализируемых оксидазами, является Н•О-. Активные формы: О- , НЛипоксигеназа
    Катализирует окисление некоторых ненасыщенных жирных кислот (линолевой, линоленовой) с образованием их гидро-перекисей, которые затем неферментативно деградируют с высвобождением свободных радикалов. АФК: RO

    К неферментативным путям относят 2 реакции:
    Реакция Хабера–Вейсса
    О- + Н•OH + OH- + О
    Катализаторами реакции являются металлы переменной валентности
    Реакция Фентона
    Men+ + Н(n+1)+ + OH + OH-

    Или

    Men+ + ROOН → Me(n+1)+ + RO + H
    В реакции Фентона участвуют катионы металлов переменной валентности в низшей степени окисления (Fe2+, Cu+, Ti3+, Cr2+, Co2+)

    Активные формы кислорода во многих клетках образуются в основном в результате последовательного одноэлектронного присоединения 4 электронов к 1 молекуле кислорода:

    1) О- → О
    2) О- → О2-2-+ → Н
    3) Н- → НО∙ + ОН- гидроксильный радикал, ОНпротонируется с образованием воды ОН+ Н+ → Н
    4) ОН∙ + 1е- → Н
    В организме донорами электронов являются:
    ЦТЭ. Утечка электронов из ЦТЭ на кислород является основным путем образования активных форм кислорода в большинстве клеток:
    В цепи окислительного фосфорилирования убихинон Q (СоQ), принимая 1 электрон, превращается в свободный радикал семихинон НQ, который при реоксигенации ишемических тканей может непосредственно взаимодействовать с кислородом, образуя супероксидный анион-радикал: HQ· + O+
  • В монооксигеназных реакциях электрон с цитохрома Р
  • Аэробные дегидрогназы (ФАД-зависимые оксидазы) переносят электроны и протоны с субстрата на кислород с образованием перекиси водорода. Примеры таких оксидаз — оксидазы амино­кислот, супероксид дисмутаза, оксидазы, лока­лизованные в пероксисомах.

      Металлы переменной валентности. Наличие в клетках Fe2+ или ионов других пе­реходных металлов катализирует обра­зования гидроксильных радикалов и других активных форм кислорода. Например, в эритроцитах окисление иона железа гемоглобина спо­собствует образованию супероксидного анион-радикала.
      Hb(Fe2+) + O3+) + О
      H2+ → Fe3+ + HO- + HO· (реакция Фентона)

      HOCl + Fe2+ → Fe3+ + Cl- + HO· (реакция Осипова).
        Радикалы. Активные формы кислорода, обмениваясь электроном, легко переходят друг в друга: О∙ + ОН-
        Активные формы кислорода в организме также могут образовываться при гомолитическом разрыве связей под действием ионизирующего излучения. Ионизирующее излучение вызывает например, радиолиз воды с образованием Н·, НО, О·. Это процесс в основном происходит на поверхности тела - в коже (понятие фотостарения).

        Глава 3. Физиологическая роль АФК

        В течение продолжительного периода времени физиологическая роль свободных радикалов, в том числе и активных форм кислорода (АФК), сводилась к участию в развитии и поддержании целого спектра патологических процессов на клеточном, тканевом и организменном уровнях. В связи с этим, основная масса исследований была сосредоточена на изучении антиоксидантной системы организма, действие которой направлено на элиминацию свободных радикалов в ткани.

        Открытие фермента, специально предназначенного для продукции свободнорадикальных форм кислорода (·О-), НАДФН-оксидазы , позволило взглянуть на выполняемую АФК роль под другим углом зрения.

        В частности, усиленная генерация супероксида аниона клетками иммунной системы представляет собой основной компонент неспецифической внутритканевой защиты. Установление сигнальных свойств у молекулы монооксида азота (NO), обладающей неспаренным электроном и, следовательно, также рассматриваемой в качестве биорадикала [93], позволило предположить участие АФК в процессах передачи информации.

        В середине 90-х гг. ХХ века была высказана гипотеза об АФК (·О-), как внутриклеточных передатчиках сигнала и агентов межклеточной коммуникации (пероксид водорода). Между тем, накопление экспериментальных данных, не говоря уже о построении теорий, свидетельствующих о роли свободнорадикальных форм кислорода в регуляции и координации нервных функций, находится на начальном этапе.

        Кислородные радикалы, обладая высокой активностью, разрушают органические молекулы в реакциях свободно-радикального окисления (СРО).

        Процессы СРО, протекающие в клетке, затрагивают все без исключения клеточные структуры и модифицируют работу многочисленных систем клеточного метаболизма. Наиболее активным процессом, идущим на поверхности клеточных мембран, является ПОЛ. Это сложный, зависящий от множества факторов процесс, который заключается во взаимодействии активных кислородных частиц с ацильными остатками липидов мембраны, липопротеидами различной плотности и свободными ненасыщенными жирными кислотами (ЖК), присутствующими в клетке в свободном состоянии
        Избыток продуктов ПОЛ приводит к разобщению структурно-функциональной организации биомембраны, повреждение вязкости поверхностного заряда, химического состава: образование пор, нарушение связи ДНК с биомемебраной, что в свою очередь ведёт к многим нарушениям:
        Повреждение энергетического аппарата в клетки (разобщение сопряженного окислительного фосфорилирования)
      1. Нарушение системы клеточной регуляции
      2. Повреждение системы детоксикации, развитие токсического эффекта
      3. Нарушение клеточного деления
      4. Увеличение проницаемости биомембраны
      5. Изменение активности мембраносвязанных ферментов, белок-липидных взаимодействий
        Использование активных форм кислорода в организме
        Иммунная система. 
        АФК используются фагоцитарными клетками - тканевыми макрофагами, моноцитами и гранулоцитами крови для разрушения бактерий, вирусов и онкоклеток.

        Фагоциты с участием НАДФН+ + 2О-+ 2Н+

        Под действием супероксиддисмутазы (СОД) супероксидный радикал превращается в перекись водорода: 2О+ → H
        Под действием миелопероксидазы H- → H-.

        В условиях патологии могут произойти нарушения либо системы защитных ферментов (в частности, снижение активности СОД), либо ферментных систем, связывающих ионы железа в плазме крови (церулоплазмин и трансферрин) и в клетках (ферритин). В этом случае супероксидные радикалы и перекись водорода вступают в альтернативные реакции: Образование двухвалентного железа из трехвалентного: Fe3+ + O•- → Fe2+ + O
        Реакция перекиси водорода и гипохлорита с ионами двухвалентного железа:

        Fe2+ + H3+ + НО∙ + ОН-

        Fe2+ + ClO- + H+ → Fe3+ + Cl- + НО
        Фактор некроза опухоли
      6. Поддержание гомеостаза.
        Эйказаноиды – медиаторы воспаления. Радикалы гидроксила химически исключительно активны и вызывают повреждение белков, нуклеиновых кислот и липидов биологических мембран. В белках происходит неферментативное окисление аминокислотных остатков гистидина, цистеина, триптофана.

        Таким образом, инактивируют многие ферменты. Особенно тяжелые последствия имеют повреждение ДНК и липидов. Радикалы НО∙ вызывают разрыв нитей ДНК, обладая, в зависимости от ситуации, мутагенным, канцерогенным или цитостатическим действием. Радикалы гидроксила инициируют цепную реакцию ПОЛ, при этом нарушаются физико-химические свойства мембран - проницаемость, рецепторная функция и работа мембранных белков. Повреждение барьера приводит к нарушению регуляции внутриклеточных процессов и тяжелым расстройствам клеточных функций. Свободно-радикальные реакции часто вызывают гибель клеток и целом ускоряют процесс старения организма.
        Внутриклеточное пищеварение.
        В пероксисомах образуются АФК. Когда пероксисомы сливаются с фагосомами, АФК обеспечивают внутриклеточное пищеварение.

        Заключение

        Таким образом, мы выяснили, что активные формы кислорода - это соединения, которые являются сильными окислителями или крайне реакционноспособными свободными радикалами.

        К числу АФК относят: О- - супероксид-анион радикал, H•OH - гидроксильный радикал, 1О•- алкоксильный радикал, НО• - пергидроксильный радикал, RО• - перекисный радикал

        Радикалы в организме человека разделяются на природные и чужеродные. К последним относятся радикалы, образующиеся при действии радиации, УФ-облучения, ксенобиотиков. Природные радикалы бывают первичными, вторичными и третичными

        АФК в организме образуются через ферментативные (ЦТЭ, оксидазы, липоксигеназа) м неферментативные пути (Реакция Хабера–Вейсса, реакция Фентона)

        АФК участвуют в развитии патологических процессов на клеточном, тканевом и организменном уровнях, Кислородные радикалы, обладая высокой активностью, разрушают органические молекулы в реакциях свободно-радикального окисления (СРО). Избыток продуктов ПОЛ приводит к разобщению структурно-функциональной организации биомембраны, повреждение вязкости поверхностного заряда.

        Однако АФК имеют и положительную сторону действия на организм человека. В частности, они учувствуют во внутриклеточном пищеварении, в поддержании гомеостаза, входят в иммунную систему организма и являются факторами некрозов опухолей.


        Список использованной литературы:
        Биологическая химия: учеб. / Т. Т. Березов, Б. Ф. Коровкин. — 3-е изд., стереотип. — М.: ОАО «Издательство «Медицина», 2008. — 704 с
      7. Биохимия: учеб. для студ. мед. вузов / под ред. Е. С. Северина.- 5-е изд., испр. и доп. — М: ГЭОТАР-Медиа, 2011. — 768с.
      8. Основы биохимии Ленинджера. В трех томах / Д.Нельсон, М.Кокс. —М.:Бином. Лабораторные задания, 2011.-т 1.-682 с.

        Интернет-ресурсы:
        Активные формы кислорода и система защиты от окислительных повреждений [Электронный ресурс] – электронные данные. – Режим доступа:http://www.activestudy.info/aktivnye-formy-kisloroda-i-sistema-zashhity-ot-okislitelnyx-povrezhdenij/
      9. Википедия, свободная энциклопедия.
        перейти в каталог файлов


  • связь с админом