Биохимия человека Том 1 - Марри Р. 1993
Биоэнергетика и метаболизм углеводов и липидов
Физиологически важные липиды
Перекисное окисление липидов
Перекисное окисление (автоокисление) липидов при контакте с кислородом не только приводит в негодность пищевые продукты (прогоркание), но и вызывает также повреждение тканей in vivo, способствуя развитию опухолевых заболеваний. Повреждающее действие инициируется свободными радикалами (ROO•, RO•, ОН•), возникающими в период образования перекисей жирных кислот, содержащих двойные связи, чередующиеся с метиленовыми мостиками (такое чередование имеется в природных полиненасыщенных жирных кислотах) (рис. 15.28). Перекисное окисление липидов является цепной реакцией, обеспечивающей расширенное воспроизводство свободных радикалов, которые инициируют дальнейшее распространение перекисного окисления. Весь процесс можно представить следующим образом.
1) Инициация: образование R из предшественника
2) Развитие реакции:
3) Терминация (прекращение реакции):
Поскольку гидроперекись ROOH• выступает как предшественник в процессе инициации, перекисное окисление липидов является разветвленной цепной реакцией, потенциально способной вызвать значительные повреждения. Для регулирования процесса перекисного окисления жиров и человек, и природа используют антиоксиданты. В пищевые продукты с этой целью добавляют пропилгаллат, бутилированный гидроксианизол и бутилированный гидрокситолуол. К природным антиоксидантам относятся жирорастворимый витамин Е (токоферол), а также водорастворимые ураты и витамин С. ß-Каротин является антиоксидантом только при низких значениях РО2. Антиоксиданты распадаются на два класса: 1) превентивные антиоксиданты, снижающие скорость инициации цепной реакции, и 2) гасящие (прерывающие цепь) антиоксиданты, препятствующие развитию цепной реакции. К первым относятся каталаза и другие пероксидазы, разрушающие ROOH•, и агенты, образующие хелатные комплексы с металлами — ДТПА (диэтилентриаминпентаацетат) и ЭДТА (этилендиаминтетраацетат). В качестве прерывающих цепь антиоксидантов часто выступают фенолы или ароматические амины. В условиях in vivo главными прерывающими цепь антиоксидантами являются супероксиддисмутаза (см. с. 126), которая в водной фазе улавливает супероксидные свободные радикалы (O-2), а также витамин Е, улавливающий свободные радикалы ROO• в липидной фазе, и, возможно, мочевая кислота.
Рис. 15.27. Долихол (С95-спирт).
Рис. 15.28. Перекисное окисление липидов. Реакция инициируется светом или ионами металлов. Малоновый диальдегид, образующийся только из жирных кислот с тремя и более двойными связями, используется как показатель перекисного окисления липидов вместе с этаном, образующимся в результате отщепления концевого двухуглеродного фрагмента ω 3-жирных кислот, и пентаном, образующимся при отщеплении концевого пятиуглеродного фрагмента ω 6-жирных кислот.
Перекисное окисление in vivo катализируется также гемовыми соединениями и липоксигеназами, находящимися в составе тромбоцитов, лейкоцитов и т. д.
Рис. 15.29. а-Токоферол.
Витамин Е (а-токоферол)
Существует несколько природных токоферолов. Все они являются 6-гидроксихроманами или токолами с изопреноидными заместителями (рис. 15.29). а-Токоферол наиболее широко распространен и имеет наибольшую биологическую активность как витамин.
Витамин Е выполняет по крайней мере две метаболические функции. Во-первых, он служит наиболее сильнодействующим природным жирорастворимым антиоксидантом и, во-вторых, выполняет специфическую, хотя и не до конца понятную, роль в метаболизме селена.
Витамин Е, по всей видимости, является первым эшелоном защиты клеточных и субклеточных мембранных фосфолипидов от перекисного окисления. Фосфолипиды митохондрий, эндоплазматического ретикулума и плазматических мембран обладают специфическим сродством к а-токоферолу, поэтому витамин, по-видимому, концентрируется в составе этих мембран. Токоферолы действуют как антиоксиданты, прерывающие цепи окисления благодаря их способности переносить фенольный водород на пероксидный радикал (рис. 15.30). Феноксирадикал является резонансно-стабилизированной и относительно нереакционноспособнои структурой, за исключением его взаимодействия с другими пероксидными радикалами. Таким образом, а-токоферол почти не вовлекается в процесс цепной реакции окисления; при окислении хроманового кольца и боковой цепи а-токоферола образуется продукт, не являющийся свободным радикалом (рис. 15.31). Этот продукт образует конъюгат с глюкуроновой кислотой и экскретируется с желчью. Антиоксидантное действие а-токоферола сохраняется при высоких концентрациях кислорода, поэтому неудивительно, что витамин Е накапливается в богатых липидами областях, контактирующих со средой, где поддерживается высокое парциальное давление кислорода, — в мембранах эритроцитов и клеток дыхательных путей.
Рис. 15.30. Гасящее цепную реакцию антиоксидантное действие токоферолов (ТосОН) по отношению к перекисным радикалам (ROO).
Рис. 15.31. Продукт окисления а-токоферола. Нумерация атомов позволяет сопоставить их положение в продукте и исходном соединении.
Однако даже и в присутствии адекватного количества витамина Е происходит образование некоторого количества перекисей. Вторым эшелоном защиты мембран от разрушающего действия перекисей (см. с. 204) служит глутатионпероксидаза, в состав которой входит селен. Таким образом, действие витамина Е и селена состоит, по-видимому, в предохранении клеточных и субклеточных компонентов от повреждения перекисями, обеспечивая целостность органелл и препятствуя тем самым развитию патологических состояний при действии физических, химических или других стрессорных факторов.