Свободные радикалы в организме¶
Свободные радикалы — это атомы, молекулы или ионы, содержащие один или несколько неспаренных электронов на внешней электронной оболочке, что делает их химически крайне активными. В биологии и медицине под свободными радикалами обычно понимают реактивные формы кислорода (ROS) и азота (RNS), которые образуются в клетках живых организмов в процессе нормального метаболизма. К ним относятся супероксид-анион (O₂⁻), гидроксильный радикал (OH·), пероксид водорода (H₂O₂), пероксинитрит (ONOO⁻) и ряд других соединений. Избыточное накопление свободных радикалов приводит к оксидативному стрессу — состоянию, при котором антиоксидантная защита клетки не справляется с их нейтрализацией, что повреждает белки, липиды и нуклеиновые кислоты.
¶Образование в организме
Основным источником свободных радикалов в клетке является митохондриальное дыхание. При переносе электронов по цепи транспорта электронов в внутренней мембране митохондрий небольшая доля электронов «утекает» и присоединяется к молекулярному кислороду, образуя супероксид-анион. По различным оценкам, от 0,1 до 2 % потребляемого клеткой кислорода превращается в реактивные формы. Другие внутриклеточные источники включают ферментные системы: NADPH-оксидазы, ксантиноксидазу, цитохром Р450, а также ферменты пероксисом.
Вне клеток значительное количество радикалов продуцируют иммунные клетки — нейтрофилы и макрофаги — в ходе так называемого «респираторного взрыва». При фагоцитозе патогенов NADPH-оксидаза генерирует супероксид, который далее превращается в гипохлорную кислоту и другие агрессивные соединения, уничтожающие бактерии и вирусы. Таким образом, выработка свободных радикалов является неотъемлемой частью иммунного ответа.
К внешним факторам, усиливающим продукцию радикалов, относятся ультрафиолетовое излучение, ионизирующее излучение, табачный дым, загрязнение воздуха, тяжёлые металлы, некоторые лекарственные препараты (например, парацетамол в высоких дозах), а также избыточное потребление полиненасыщенных жирных кислот.
¶Биологические эффекты
¶Повреждение молекул
Свободные радикалы вступают в реакции с биологическими молекулами, нарушая их структуру и функцию. При взаимодействии с полиненасыщенными жирными кислотами клеточных мембран запускается цепная перекисная реакция липидного окисления, приводящая к потере мембранной целостности. Окисление белков приводит к карбонилированию, деструкции аминокислот и потере ферментативной активности. Наиболее опасно повреждение ДНК: окислительные модификации оснований (например, образование 8-оксогуанина) могут вызывать мутации, что связывают с канцерогенезом и старением.
¶Сигнальная функция
Вместе с тем свободные радикалы выполняют важные физиологические роли. Пероксид водорода, в отличие от гидроксильного радикала, достаточно стабилен и служит сигнальной молекулой, участвуя в регуляции пролиферации, апоптоза, дифференцировки клеток и воспалительных реакций. Окислительно-восстановительная сигнализация через тиоловые группы цистеина белков является одним из ключевых механизмов клеточной коммуникации.
¶Антиоксидантная защита
Организм располагает многоуровневой системой антиоксидантной защиты, нейтрализующей избыток свободных радикалов.
¶Ферментные антиоксиданты
| Фермент | Функция |
|---|---|
| Супероксиддисмутаза (SOD) | Катализирует дисмутацию супероксида в пероксид водорода |
| Каталаза | Разлагает пероксид водорода на воду и кислород |
| Глютатионпероксидаза | Восстанавливает перекиси липидов и пероксид водорода с участием глутатиона |
¶Низкомолекулярные антиоксиданты
К ним относятся витамины C и E, глутатион, каротиноиды, убихинол (коэнзим Q10), флавоноиды. Витамин E (токоферол) защищает липидные мембраны, а витамин C (аскорбиновая кислота) работает в водной фазе и регенерирует окисленный витамин E. Глутатион — основной внутриклеточный антиоксидант, синтезируемый из трёх аминокислот.
¶Роль в патологии
Хронический оксидативный стресс рассматривается как фактор развития ряда заболеваний. С ним ассоциированы атеросклероз (окисление липопротеинов низкой плотности), нейродегенеративные болезни — болезни Альцгеймера и Паркинсона, сахарный диабет II типа, хронические воспалительные заболевания, катаракта. Старение клеток связывают с накоплением повреждений ДНК и митохондрий под действием радикалов (митохондриальная теория старения, предложенная Денихамом Харманом в 1956 году).
¶Антиоксидантная терапия
Популярность теории оксидативного стресса привела к широкому распространению пищевых добавок с антиоксидантами. Однако крупные клинические исследования (например, ATBC, CARET, SELECT) не подтвердили снижения смертности или заболеваемости при приёме высоких доз витаминов C, E и бета-каротина у здоровых людей; в отдельных случаях приём бета-каротина даже увеличивал риск рака лёгких у курильщиков. Современная позиция медицинского сообщества состоит в том, что достаточное поступление антиоксидантов лучше обеспечивать сбалансированным питанием, богатым овощами, фруктами и цельнозерновыми продуктами, а не добавками.
Источники:
- Halliwell B., Gutteridge J. M. C. Free Radicals in Biology and Medicine.
- Sies H. Oxidative Stress: Concept and Some Practical Aspects. Antioxidants, 2020.
- Harman D. Aging: A Theory Based on Free Radical and Radiation Chemistry. Journal of Gerontology, 1956.
- Bjelakovic G., Nikolova D., Gluud C. Meta (организация признана экстремистской, деятельность запрещена в РФ)-Analysis: Antioxidant Supplements for Primary and Secondary Prevention of Mortality and Disease. JAMA, 2012.