БІОХІМІЯ - Підручник - Остапченко Л. І. - 2012
Розділ 16. ЕНЕРГЕТИЧНИЙ ОБМІН
16.5.Утворення активних форм кисню в ЛПЕ
У ЛПЕ поглинається близько 90 % О2, який потрапляє в клітину. Інша частина О2 використовується в інших окисно-відновних реакціях. Ферменти, котрі беруть участь в окисно-відновних реакціях з використанням кисню, поділяють на дві групи: оксидази й оксигенази. Оксидази використовують молекулярний кисень тільки як акцептор електронів, відновлюючи його до Н2О або Н2О2. Оксигенази включають один (монооксигенази) або два (діоксигенази) атоми кисню в продукт реакції, що утворився.
Хоча ці реакції не супроводжуються синтезом АТФ, вони необхідні для багатьох специфічних реакцій в обміні амінокислот, синтезі жовчних кислот і стероїдів, у реакціях знешкодження чужорідних речовин у печінці тощо.
У більшості реакцій за участю молекулярного кисню його відновлення проходить поетапно з перенесенням одного електрона на кожному етапі. При одноелектронному перенесенні відбувається утворення проміжних високореактивних форм кисню.
У незбудженому стані кисень нетоксичний. Утворення токсичних його форм пов'язано з особливостями його молекулярної структури. О2 містить два неспарені електрони з паралельними спинами, які не можуть утворювати термодинамічну стабільну пару й розташовуються на різних орбіталях. Кожна з цих орбіта- лей може прийняти ще один електрон.
Повне відновлення О2 відбувається в результаті чотирьох одноелектронних переходів:
Супероксид, пероксид і гідроксильний радикал - активні окисники, що є серйозною небезпекою для багатьох структурних компонентів клітини (рис. 16.18).
Активні форми кисню (АФК) можуть відщеплювати електрони від багатьох сполук, перетворюючи їх на нові вільні радикали, ініціюючи ланцюгові окисні реакції. Значна частина АФК утворюється при перенесенні електронів у ЛПЕ, насамперед при функціонуванні QH2-дегідрогеназного комплексу. Це відбувається в результаті неферментативного перенесення ("втрати") електронів з QH2 на кисень (рис. 16.19).
На відміну від розглянутого механізму на етапі перенесення електронів за участю цитохромоксидази (комплекс IV) "втрата" електронів не відбувається завдяки наявності у ферменті спеціальних активних центрів, що містять Fe і Си та відновлюють О2 без вивільнення проміжних вільних радикалів.
У фагоцитуючих лейкоцитах (гранулоцитах, макрофагах і еозинофілах) у процесі фагоцитозу підсилюється поглинання кисню та утворення активних радикалів. Активні форми кисню утворюються в результаті активації НАДФH-оксидази, переважно локалізованої на зовнішньому боці плазматичної мембрани, ініціюючи так називаний "респіраторний вибух" з утворенням АФК.
Рис. 16.18. Ушкоджувальна дія вільних радикалів на компоненти клітин:
1 - руйнування білків; 2 - ушкодження ендоплазматичного ретикулума;
3 - руйнування ядерної мембрани й ушкодження ДНК;
4 - ушкодження мембран мітохондрій; 5 - ПОЛ клітинної мембрани;
6, 7, 8 - проникнення в клітину води та іонів
Рис. 16.19. Утворення супероксиду в ЛПЕ:
"втрата" електронів у ЛПЕ може відбуватись при перенесенні електронів за участю коензиму Q. При відновленні убіхінон перетворюється в аніон-радикал семихінону. Цей радикал неферментативно взаємодіє з О2 з утворенням супероксидного радикалу. Комплекс ІІ на рисунку не показано
Захист організму від токсичної дії АФК пов'язаний з наявністю в усіх клітинах високоспецифічних ферментів: супероксиддисмутази, каталази, глутатіонпероксидази, а також із дією антиоксидантів.