Терминология перекисного окисления
Прежде чем мы начнем рассматривать механизмы ПОЛ, нужно освежить в памяти терминологию, которая встречается в литературе на эту тему. По ходу обсуждения мы постоянно будем сталкиваться с такими терминами, как алкокси-радикалы, перокси-радикалы, пероксильные радикалы и т.д.
Алкил, или алкильная группа — обобщенное название одновалентных органических радикалов (СН3, С2Н5 и т.д.), являющихся остатками насыщенных углеводородов алифатического ряда. В химии алкокси-группа является алкильной группой, которая связана с кислородом одной связью (R–O). Существует масса алкоксильных групп. Самая простая из них — это метокси-группа (CH3O–), т.е. метан, соединенный с О вместо 4-го водорода.
&hide_Cookie=yes)
Рис. 17.1. Разные алкокси-группы
Перокси-группа — это бивалентный радикал –O–O–, получаемый из пероксида. Отсюда любой пероксильный радикал имеет структуру одновалентного радикала R–O–O–.
Классический механизм перекисного окисления полиненасыщенных жирных кислот
ПОЛ является сложным процессом, который происходит в клетках растений и животных. Оно включает в себя образование и распространение липидных радикалов, потребление кислорода, перераспределение двойных связей в НЖК и в конечном итоге разрушение липидов мембран с образованием различных продуктов распада, включающих алкоголи, кетоны, алканы, альдегиды и другие термодинамически устойчивые соединения (Repetto et al., 2012). Считается, что это один из главных механизмов, которым свободные радикалы кислорода вызывают повреждения в организме и приводят к изменениям, суммарно обозначаемым как окислительный стресс.
В интерпретации, которая дается в учебниках и большинстве статей на эту тему, говорится, что ПОЛ представляет собой цепную реакцию, вызванную абстракцией (удалением) водорода или добавлением кислородного радикала, которое приводит к окислительному повреждению ПНЖК. Поскольку ПНЖК являются более чувствительными к ПОЛ, чем насыщенные ЖК, становится очевидным, что активированный метиленовый (СH) мостик при двойной связи — критическая цель для действия радикала. В классическом описании перекисного окисления таким радикалом является гидроксильный радикал (OH•). Рассмотрим более подробно последовательность событий при действии на ПНЖК радикала •OH, взяв за основу один из недавних подробных обзоров на эту тему в открытом доступе (Repetto et al., 2012).
Последовательность событий при перекисном окислении полиненасыщенных жирных кислот
Шаг 1. Присутствие двойной связи рядом с метиленовой группой делает метиленовую связь С-Н ослабленной, поэтому водород становится более доступным для удаления (абстракции).
&hide_Cookie=yes)
Рис. 17.2. Инициация перекисного окисления путем удаления атома водорода из метиленовой группы при двойной связи полиненасыщенной жирной кислоты
Удаление водорода оставляет атом углерода с неспаренным электроном, т.е. образуется неустойчивый углеродный радикал, который стремится стабилизироваться путем молекулярной перестройки двойных связей с образованием конъюгированного диена в транс-конфигурации, с последующим присоединением молекулы кислорода и образованием пероксильного радикала (шаг 2). Пероксильный радикал сам по себе способен к абстракции атома водорода из другой полиненасыщенной кислоты и таким образом может начать цепную реакцию (Halliwell & Gutteridge, 1984).
&hide_Cookie=yes)
Рис. 17.3. Начальная фаза этапа распространения процесса перекисного окисления, состоящая в присоединении молекулы кислорода
Шаг 2. Молекулярный кислород быстро добавляется к образовавшемуся на первой стадии углеродному радикалу (R•), образуя при этом липидные пероксильные радикалы (ROO•). Распад липидных пероксидов катализируется комплексами переходных металлов с образованием алкоксильных (RO•) или гидроксильных (•OH) радикалов. Эти радикалы участвуют в цепных реакциях инициации, что в свою очередь абстрагирует водороды и продолжает цепную реакцию перекисного окисления. Образование пероксильных радикалов приводит к образованию органических гидропероксидов, которые, в свою очередь, могут удалять водород из другой ПНЖК. Эти реакции называются «распространением» (propagation) перекисного окисления, т.е. однократное повреждение может приводить к превращениям многих ПНЖК в липидные гидропероксиды. В ходе их появления вовлечены алкильные, пероксильные и алкоксильные радикалы. Конечный радикал ЖК стабилизируется путем преобразования в конъюгированный диен, который удерживает более стабильные продукты, включая гидропероксиды, алкоголи, альдегиды и алканы (шаг 3). Липидный гидропероксид (ROOH) является первым сравнительно стабильным продуктом перекисного окисления (Halliwell & Gutteridge, 1984).
Шаг 3. Восстановленные комплексы железа (Fe2+) реагируют с липидными пероксидами (ROOH) с образованием алкокси-радикалов, в то время как окисленный комплекс железа (Fe3+) реагирует более медленно с образованием пероксильных радикалов. Оба радикала могут участвовать в распространении цепной реакции. Конечные продукты этих сложных липидных гидропероксидов, катализируемых ионами разложения, включают в себя цитотоксические альдегиды и углеводородные газы, в том числе этан.
Радикальная цепная реакция распространяется до тех пор, пока 2 радикала не соединятся друг с другом и не закончат цепную реакцию. Цепная реакция может также закончиться в присутствии разрушающих ее антиоксидантов, таких как витамин Е (α-токоферол) (Halliwell & Gutteridge, 1984).