3.2. Низкомолекулярные антиоксиданты и ингибиторы

Радикальных процессов

В качестве защиты от повреждающего действия радикалов кислорода могут выступать вещества, имеющие небольшой молекулярный вес и высокую константу скоростей взаимодействия с кислородными радикалами. К таким веществам относятся различные соединения - -токоферол, убихиноны, аскорбиновая кислота, некоторые аминокислоты, полиамины, а также большинство растительных пигментов (каротиноиды, флавоноиды, фенолкарбоновые кислоты). Антиокислительную функцию в организме эти вещества выполняют наряду с другими специфическими для них функциями.

Фенолы. Как антиоксиданты, наиболее активны фенольные вещества, имеющие в своей структуре ароматическое кольцо - простые фенолы, нафтолы и оксипроизводные других ароматических соединений, а также моно- и полифенолы. Фенольные антиоксиданты эффективно ингибируют супероксидный радикал, пероксирадикалы, Н-радикалы и инициируемые ими процессы перекисного окисления липидов (ПОЛ).

Токоферол и убихинон. В настоящее время выделено несколько тысяч фенольных соединений, среди которых наиболее выраженным антиокислительным действием обладает токоферол (витамин Е). Почти весь токоферол связан с мембранными участками клеток, предположительно с углеводородной частью полиненасыщенных жирных кислот. В хлоропластах -токоферол находится в тилакоидных мембранах.

В антиоксидазной защите мембран фенольные соединения типа убихинона играют менее важную роль, чем токоферол. Термин "убихинон" используется для обозначения соединений, имеющих одно и то же хиноидное ядро, но различающихся числом изопреноидных остатков в составе боковой липофильной цепи. Убихиноны - главные антиоксиданты в митохондриях. Они эффективно ингибируют супероксидрадикал, гидроксилрадикал, перекисные и алкоксильные радикалы.

Убихиноны, также как токоферолы, стабилизируют мембраны. В их молекулах содержатся длинноцепочечные боковые заместители, включающие от 16 до 50 углеродных атомов. Встраиваясь боковыми цепями между ненасыщенными жирными кислотами фосфолипидов мембран, эти вещества образуют комплексы с двойными связями ненасыщенных жирных кислот. При этом увеличивается плотность упаковки фосфолипидов мембран, что препятствует образованию перекисных радикалов липидов и уменьшает общую скорость окисления.

Антиоксидазная активность свойственна и гидрохинонам. Например, гидрохинон в протопластах, обработанных озоном, снижал скорость перекисного окисления липидов примерно в 2 раза.

Флавонолы, например, кверцетин, также участвуют в детоксикации супероксидного аниона, но вклад его в этот процесс не слишком велик.

Аскорбиновая кислота. Аскорбиновая кислота (аскорбат) является -лактоном. В клетках растений аскорбат локализован в цитоплазме и вакуолях. Он также найден снаружи от плазмалеммы в апоплазм . В хлоропластах локализовано 30-40% аскорбата, содержащегося в протоплазме растительной клетки.

Механизм защиты аскорбиновой кислотой от озона и кислородных радикалов (Рис. 22) состоит в том, что аскорбат действует как восстанавливающий агент (донор электронов).

Аскорбат быстро реагирует с и Н ₂ и еще быстрее с Н, отдавая им электроны. Образуется семигидроаскорбат радикал, который преобразуется в дегидроаскорбат.. Аскорбиновая кислота превосходит другие антиокислители в защите липидов от перекисного окисления. Защитный эффект аскорбата состоит в том, что образующиеся в результате его окисления промежуточные радикалы и молекулы менее активны, чем Н.

Эффект действия аскорбиновой кислоты на озонированные клетки может заключаться и в снижении скорости образования малонилдиальдегида - показателя перекисного окисления липидов и стабилизации АТФ-азной активности, которая без аскорбата снижалась примерно в 2 раза.

Тиоловые (SH)-соединения. Важную роль в антиоксидазной защите играют тиоловые соединения:

цистеин CH₂(SH)CH(NH₂)COOH

метионин CH₂(SCH₃)CH₂CH(NH₂)COOH

глутатион HOOCH(CH₂)₂CONHCHCONHCH₂COOH

| |

NH₂ CH₂SH

Измерение скорости поглощения озона различными тиоловыми соединениями при pH=7 показало, что эта способность убывает в следующейпоследовательности: тиосульфат>цистеин=метионин>глута-тион .

В живых клетках одним из наиболее важных тиолов является глутатион. Глутатион содержится в значительных количествах в листьях растений, и его концентрация в хлоропластах может составлять от 1 до 4 мкМ (в среднем 66-76%). В цитоплазме возможен высокий уровень глютатиона, главным образом в восстановленном состоянии.

В реакции со свободными радикалами глютатион (GSH) образует радикал (G ) с последующей димеризацией в дисульфид (GSSG). Глутатион хорошо улавливает гидроксил радикал Н. Взаимодействие глутатиона с гидроксильными радикалами приводит к быстрому его окислению в реакции:

Каротиноиды. Каротиноиды являются тритерпенами, то есть С-40 соединениями, углеродный скелет которых построен из восьми С-5 изопреновых фрагментов. Они обычно локализованы в липофильных, гидрофобных районах клетки. В мембранах они находятся в комплексе с белками. Система сопряженных двойных связей делает каротиноиды подверженными окислительным реакциям с кислородом и озоном. Каротиноиды могут служить защитой от активных форм кислорода и снижать

скорость перекисного окисления липидов в хлоропластах. Они могут прямо реагировать с перокси и алкокси радикалами, а также способны снижать образование синглетных форм кислорода и помогают их удалять, когда они образовались. Будучи связанны с мембранами, они стабилизируют их, предотвращая развитие цепных реакций автоокисления. Важнейшим тушителем синглетного кислорода является -каротин.

Мишени действия антиоксидантов в клетке. Приведенная выше информация показывает, что защита живых клеток от озона и других активированных форм кислорода может происходить по разным механизмам, что повышает надежность биологических систем. В этих процессах принимают участие различные антиоксиданты, что иллюстрируется таблицей 3. Ингибиторы окисления, вызванного озоном и

Таблица 3. Мишени действия различных антиоксидантов в клетке

Активные формы кислорода	Ингибиторы радикальных окислительных процессов
Супероксидный анион-радикал( )	Mn-СОД, Cu, Zn-СОД убихинон аскорбиновая кислота
Пергидроксильный радикал(Н 2)	аскорбиновая кислота убихинон -токоферол
Перекись водорода (Н2О2)	каталаза пероксидазы
Гидроксильный радикал ( Н)	аскорбиновая кислота -токоферол
Синглетный кислород ( )	аскорбиновая кислота гистидин каротиноиды -токоферол
Перекисный радикал (R 2)	аскорбиновая кислота убихинон -токоферол
Алкоксильный радикал (R )	-токоферол убихинон аскорбиновая кислота

его производными, действуют против разных типов активных форм кислорода. Среди них – как высокомолекулярные (белки, например), так и низкомолекулярные антиоксиданты (фенолы, каротиноиды). Существенно отметить, что антиокислители преимущественно работают в комплексе.

Антиоксидазные механизмы эволюционно выработаны и закреплены генетически. Они предотвращают развитие в клетках свободнорадикальных процессов и перекисного окисления липидов. В условиях обычной жизнедеятельности антиоксидазные системы не сводят к нулю процессы радикалобразования и перекисного окисления липидов. Продукты этих и процессов постоянно возникают и присутствуют в системах любой сложности. Однако благодаря функционированию антиокислительной системы, количество этих продуктов удерживается на постоянном низком уровне. В экстремальных же условиях, например при действии озона, равновесие сдвигается в направлении свободно радикальных процессов и активации перекисного окисления.