Продолжение. Начало — в статье «Основы жизни и смерти (Часть 2)»
Перекиси
В общем и целом введение в организм окислителя имеет намного более далеко идущие последствия, чем первичная реакция окислителя с той областью, с которой он соприкасается. Иными словами, какой бы окислитель мы ни ввели in vivo, он должен найти какой-то восстановитель, с которым он мог бы прореагировать. И эта реакция — отнюдь не конец, а как раз начало, поскольку продукты, возникащие в результате первичной реакции, вызовут к жизни вторичные реакции с другими веществами. Продукты вторичных реакций зачастую могут вызывать дальнейшие реакции. Например, в предыдущей статье было показано, как отъем водорода от интактного БППЭ на любом его этапе может вызвать перераспределение восстановительных эквивалентов на других этапах затронутого БППЭ. Если это происходит, то происходит и масса физиологических перестроек, часть из которых могут быть вполне благоприятными, а часть — очень даже вредоносными.
Одним из таких неблагоприятных эффектов является перекисное окисление липидов (ПОЛ). Каскад событий показан ниже. Пусть R* обозначает вещество, способное интенсивно отнимать водород (обычно это АФК), LH — чувствительный к окислению липид (например, ПНЖК), LOOH — липоперекись, а AOH — любой антиоксидант, способный отдавать водород.
Инициация: R* + LH → RH + L*
Распространение:
L* + O2 → LOO*
LOO* + LH → LOOH + L*
Прекращение:
L* + L* → LL
L* + LOO* → LOOL
LOO* + AOH → LOOH + AO*
Если реакция распространения начнет протекать бесконтрольно, могут произойти существенные разрушения с большими последствиями, к которым относятся токсичные липоперекиси, повреждение клеточных мембран, различных органелл, мутация нуклеиновых кислот, инактивация важных ферментов, разрушение питательных веществ и гибель важных клеток.
Однако необходимо сразу же отметить, что указанные разрушительные последствия неконтролируемого ПОЛ и прочие опасные реакции с участием АФК не характерны для окислительной терапии. Практически все терапевтические оксиданты назначаются в низких дозировках по сравнению с дозировками обычных лекарств или питательных веществ. А точнее ровно столько, сколько необходимо для изменения вполне определенных редокс-условий в теле, без причинения вреда структурам, чувствительным к окислению.
Система глутатион-пероксидазы (которая представляет собой БППЭ) работает весьма аккуратно. Ее можно активировать назначением разбавленной перекиси водорода (Н2О2) так, что никаких вредоносных свободных радикалов при этом генерироваться не будет. Пусть GPrx-SeH обозначает восстановленную форму фермента глутатион-пероксидаза, что подразумевает наличие селеноцистеина (соединения между аминокислотой и селенолом) в качестве редокс-активного центра.
G6P ... NADP+/NADPH ... FAD/FADH2 ... GSSG/GSH ... GPrx-Se/GPrx-SeH ... HOOH/HOH
Эта система точно также превращает липоперекиси (LOOH) в спирты (LOH).
... LOOH / LOH + HOH
Обратите внимание на то, как перекиси могут превращать глутатион (GSH) в глутатион-дисульфид (GSSG), что влечет за собой массу вторичных физиологических эффектов, к которым относятся:
Истощение восстановительных эквивалентов у NADPH сажает на временный голодный паек определенные функции синтеза, такие как: синтез жирных кислот, активация фолата или синтез ДНК. Кроме того, многие ферменты, чья активность зависит от присутствия тиолов (RSH), могут обратимо ингибироваться при дегидрогенизации, что может быть осуществлено при помощи большого разнообразия окислителей [O], включая дисульфиды (RSSR) подобные глутатион-дисульфиду (GSSG).
фермент-SH + фермент'-SH + [O] → фермент-SS-фермент' + H[O]H
фермент-SH + фермент'-SH + GSSG → фермент-SS-фермент' + 2GSH
Указанные реакции пойдут еще легче, если в наличии имеется большое отношение GSSG/GSH, возникающее вслед за активным использованием системы глутатион-пероксидазы.
На этом этапе невозможно удержаться от небольшого экскурса в нутрицевтику. Дефицит селена вызывает дефицит селеноцистеина, который столь необходим для синтеза глутатион-пероксидазы. Такая ситуация позволяет накопление токсичных уровней липоперекисей или перекиси водорода. Если же сюда добавится еще и свободное двухвалентное железо (Fe++), то могут возникнуть высоко вредоносные алкоксильные радикалы (RO*) или гидроксил-радикалы (HO*).
Fe++ + ROOH → Fe+++ + RO* + OH-
Fe++ + HOOH → Fe+++ + HO* + OH-
На счет токсичных эффектов этих АФК относят возникновение и атеросклероза, и рака, и иммунодефицита, что очень часто подтверждается эпидемиологически (бедностью почв селеном). Однако проблема нейтрализации перекисей не является сугубо проблемой дефицита селена. Неспособность глутатион-пероксидазы окислять глутатион (GSH) до глутатион-дисульфида (GSSG) участвует здесь в равной степени. И проблему эту нельзя решить в короткие сроки, добавляя, скажем, селенит натрия к растворам для внутривенного введения — требуется еще и значительное время. Потому что для того, чтобы превратить селенит в селеноцистеин уже требуется немало времени, а потом еще нужно время для того, чтобы из селеноцистеина синтезировалась глутатион-пероксидаза. В эритроцитах этот процесс протекает особенно медленно, ибо он может происходить только в прекурсорах эритроцитов, для чего (для замены циркулирующих безъядерных эритроцитов) требуется несколько месяцев.
Аналогичным образом, наличие глутатиона (GSH) очень зависит от типа питания и факторов окружающей среды. GSH — это трипептид, производимый в цитоплазме из глутаминовой кислоты, цистеина и глицина. Дефицит любой из этих трех аминокислот приводит к дефициту GSH и, соответственно, дефициту GSSG. Дефицит GSH не позволяет нормальное функционирование целого ряда БППЭ, а также массы физиологических триггеров, зависящих от присутствия GSSG.
Особенно опасное истощение глутатиона происходит у больных, злоупотребляющих ксенобиотиками. Глутатион приносится в жертву важнейшему механизму детоксикации — он сопрягается с ксенобиотиками посредством фермента глутатион-S-трансферазы. И если его запасы не восполняются, то происходит серьезное обрушение всех глутатион-зависимых функций.
Клиническое улучшение состояния больных, наблюдаемое иногда в связи с назначением определенных ПНЖК (вроде льняного масла или морских масел), как правило, связано с воздействием жирных кислот таких масел на баланс в теле простагландинов и прочих докозоидов. Однако следует помнить, что ПНЖК чрезвычайно чувствительны к перекисному окислению. Физиологический эффект от избытка липоперекисей, наступающего вслед за введением ПНЖК, таков, что происходит истощение восстановительных эквивалентов в системе глутатион-пероксидазы.
Другим потенциальным источником липоперекисей с терапевтическими свойствами являются так называемые эне-реакции синглетного кислорода с олефинами, в результате которых образуется ограниченное количество липоперекисей без опасности неконтролируемого распространения.
R2-CH-CH=CH-R' + O=O → R2-C=CH-CH(OOH)-R'
Понятие «синглетный кислород» — не то же самое, что «одноатомный кислород». Синглетный кислород представляет собой более реакционноспособную форму двухатомного кислорода, обладающую высокой энергией. Он легко образуется из так называемой «триплетной», низкоэнергетической формы кислорода под воздействием ультрафиолета. Синглетный кислород может также взаимодействовать с фенольными веществами с образованием ароматических гидроперекисей, которые затем трансформируются в хиноны. Синглетный кислород может быть дезактивирован посредством контакта с такими поглотителями энергии, как каротиноиды, парааминобензойная кислота (ПАБК) и сульфаниламиды.
Важным источником терапевтической перекиси водорода является гидролиз озонидов. Озон, назначаемый либо в виде аутогемотерапии, либо каким-то иным способом, быстро растворяется в водном секторе тела, где и вступает в реакцию с олефинами с образованием озонидов. Озониды реагируют с водой с образованием двух альдегидных групп и одной молекулы перекиси водорода на каждую гидролизованную озонидную группу.
O3 + R-CH=CH-R' → R-CH-O3-CH-R' → R-CH-OO + R'-CH=O
R-CH-OO + H2O → R-CH(OH)(OOH) → R-CH=O + HOOH
Таким образом, озоновая терапия представляет собой смешанный эффект от перекиси водорода, различных альдегидов и ряда других возможных продуктов озонирования.
Еще одним источником перекиси водорода (НООН) может служить супероксид-анион (*ОО-) — посредством супероксиддисмутазы (СОД) из каждых двух *ОО- получается одна молекула НООН. Таким образом, потенциальные враги могут превращаться в друзей.
2(-OO*) + 2H+ → OO + HOOH
Вообще, супероксид — не бог весть какая опасная АФК. Однако при физиологических значениях рН, от 1 до 2% супероксида превращаются в намного более опасную сопряженную кислоту — гидроперекисный радикал (НОО*).
-OO* + H+ ←→ HOO*
С помощью любого антиоксиданта, способного отдавать водород (АОН), гидроперекисный радикал (HOO*) может превращаться обратно в перекись водорода (НООН).
AOH + HOO* → AO* HOOH
Самыми распространенными источниками супероксида (-ОО*) in vivo являются:
Одним из самых интересных химических процессов в биологическом окислении является авторегенерация перекиси водорода (Н2О2). Перекись водорода может в буквальном смысле исчезать и появляться вновь. При надлежащих условиях этот процесс может самораспространяться до тех пор, пока либо не исчерпается пул водородных доноров, либо не прекратится подача двухатомного кислорода, либо перекись водорода не будет устранена каким-то сторонним способом. Этапы авторегенерации перекиси водорода показаны ниже. Пусть HXH обозначает один многих возможных двухвалентных доноров водорода, в изобилии присутствующих во всех живых существах, Р — фермент пероксидазу, а Р** — его активированную форму.
- HOOH + P → P**
- 2HXH + P** → 2HX* + P + 2HOH
- 2HX* + 2OO → 2X + 2(-OO*) + 2H+
- 2(-OO*) + 2H+ → OO + HOOH
Суммарный эффект всех указанных процессов можно в сокращенной форме записать как
5. 2HXH + OO → 2X + 2HOH
Уравнение 1 представляет собой присоединение перекиси водорода к активному центру пероксидазы. Это семейство ферментов использует редокс-активные железо-порфиновые простетические группы. Уравнение 2 показывает как активированная пероксидаза по одному отнимает атомы водорода у самых разнообразных доноров, что дает два свободных радикала 2НХ*. В 3-м уравнении двухатомный кислород, присутствующий в изобилии, гасит НХ* путем отнятия второго атома водорода. Таким образом получаются две молекулы супероксида (-ОО*). Уравнение 4 показывает дисмутацию супероксида, что генерирует новую молекулу перекиси водорода (НООН). Ну, а поскольку эта новорожденная перекись водорода сразу же наталкивается на очередную пероксидазу, то весь процесс возобновляется заново.
Обратите внимание, что, согласно итоговому уравнению 5, общий эффект заключается в дегидрогенизации больших количеств двухвалентных носителей водорода. Также заметьте, что немитохондриальное поглощение одной молекулы двухатомного кислорода происходит в каждом подобном цикле. Именно это объясняет увеличение поглощения двухатомного кислорода, хорошо наблюдаемого в клинической практике по внутривенному вливанию больным разбавленной перекиси водорода. Впервые это явление было описано Чарльзом Фаром. Этот процесс объясняет также обширные физиологические изменения и клиническое улучшение состояния больных после внутривенной перекисно-водородной терапии, наступающее после того, как будут выведены всевозможные токсины или избыток метаболитов (НХН). Перекись водорода может также назначаться перорально (естественно, разбавленная) в виде перекиси магния. Правда, существует некоторая вероятность того, что прием Н2О2 через рот может вызывать рак слизистой оболочки кишечника.
Кроме того, перекись водорода может окислительно взаимодействовать с цитохромами митохондрий, что приводит к усиленной челночной передаче восстановительных эквивалентов в последних. В результате всего этого получаем:
-
ингибирование различных процессов в цитоплазме, зависящих от избытка восстановителей, и
-
стимуляцию физиологических триггеров, чувствительных к окислению.
Резюмируя вышесказанное, можно выделить три важнейших механизма, посредством которых перекись водорода может истощить восстановительные эквиваленты:
-
система глутатион-пероксидазы
-
авторегенерация перекиси водорода и
-
челночный перенос водорода в митохондрии.
Как было показано выше, липоперекиси могут возникать в результате цепной реакции, в которой участвует алкил-пероксильный радикал (ROO*), или в результате эне-реакции с участием синглетного кислорода. Теоретически, обе эти реакции могут оказывать благотворный окислительный эффект путем поглощения восстановительных эквивалентов посредством системы глутатион-пероксидазы. Однако это возможно только в том случае, если в организме в достаточном количестве присутствуют все необходимые прекурсоры: ниацин, рибофлавин, цистеин и селен.
Прекурсоры : Редокс-пары
Ниацин : NADP+ / NADPH
Рибофлавин : FAD / FADH2
Цистеин : GSSG / GSH
Селен : GPrx-Se / GPrx-SeH
Обратите также внимание на тот факт, что необходимость сохранения любого их указанных средств метаболизма перекиси водорода (Н2О2) в неприкосновенности и доставки их до областей патологии в «нетронутом» виде, полностью отсутствует. Некоторые «специалисты» критикуют практику внутривенного введения перекиси водорода, мотивируя это тем, что, дескать, Н2О2 разрушается уже через несколько секунд после первого контакта с кровью, и поэтому не может оказать никакого действия на периферические ткани. Подобное обоснование мгновенно уничтожается хорошо известным фактом, гласящим, что любые перекисные соединения очень быстро истощают запасы любых восстановителей. Если перекись «съест» весь запас восстановителей крови, то когда такая кровь дойдет до тканей, этого уже более чем достаточно, чтобы вызвать серьезные физиологические изменения. При этом то, как долго «проживет» в крови, собственно, первоначальный окислитель, не играет абсолютно никакой роли. Более того, небольшая порция введенной перекиси водорода, действительно, сохраняется и переносится цитохромом С. А еще какая-то порция перекиси водорода авторегенерирует с образованием «дочерних» перекисей водорода — так что в любом случае то, что дойдет до тканей, будет совсем не той перекисью водорода, которую набрали в шприц из пузырька.
И, наконец, прямой контакт эритроцитов с раствором разбавленной перекиси водорода приводит к повышению уровня 2,3-DPG. Аналогично, после прямого контакта с внутривенной инъекцией перекиси водорода многие лейкоциты высвобождают цитокины. Таким образом, после контакта перекиси водорода с кровью происходят два важнейших физиологических изменения, которые полностью снимают необходимость прямой доставки к периферическим тканям или каким-то удаленным рецепторам каких бы то ни было окислителей.
Продолжение в Части 4. | 
