Вторичные радикалы. 
Свободные радикалы и антиоксиданты

Роль ионов железа.

Вторичные радикалы — это радикалы гидроксила и липидов, образуются при разложении перекиси водорода и липидных перекисей под действием ионов двухвалентного железа.

HOOH + Fe²⁺ Fe³⁺ + HO- + HO* (hydroxyl radical).

LOOH + Fe²⁺ Fe³⁺ + HO- + LO* (lipoxyl radical).

LO* + LH LOH + L * ;

L* + O₂ LOO *.

Вопрос о возможных путях образования ферро-ионов в живой клетке и плазме крови — это тема отдельного разговора. По-видимому, что существует по меньшей мере три пути образования двухвалентного железа:

Восстановление супероксидным радикалом трехвалентного железа в клеточных депо, таких как ферритин, восстановление и выход железа, входящего в состав цепи переноса электронов (возможно, также с участием супероксида) и высвобождение ионов железа при разрушении гемоглобина перекисью водорода и гипохлоритом, а также возможно в ходе аутоокисления гемоглобина.

Образование гидроксилрадикала

В настоящее время описаны три основные реакции образования свободных радикалов под действием ионов двухвалентного железа. Первое — это реакция разложения перекиси водорода (известная как реакция Фентона). В результате её образуются радикалы гидроксила, которые можно зарегистрировать методом спиновых ловушек. Вторую реакцию открыл А. Н. Осипов и сотрудники в нашей лаборатории, используя методы спиновых ловушек и хемилюминесценции [11]. Это реакция разложения гипохлорита под действием ионов двухвалентного железа (реакция 10 на рис. 4).

Рис. 4. Метаболизм супероксидного радикала в норме и патологии.

В пунктирной рамке приведены реакции двух первичных радикалов в условиях нормального метаболизма. Окись азота служит одним из внутриклеточных регуляторов, а в условиях организма входит в состав фактора расслабления сосудистых стенок, вырабатываемого эндотелием (1). Супероксидный радикал под действием фермента супероксиддисмутазы (СОД) превращается в перекись водорода (2), которая служит источником гипохлорита — эффективного бактерицидного фактора, выделяемого фагоцитами (3). Избыток перекиси водорода разлагается (4) ферментами каталазой и глутатион-пероксидазой (в присутствии восстановленного глутатиона).

Недостаточная активность супероксиддисмутазы может привести к увеличению концентрации супероксидного радикала и ряду нежелательных последствий.

В реакции супероксида и окиси азота образуется токсическое соединение — пероксинитрит (5), способное разрушать клетки стенок сосудов. Супероксид может восстанавливать трехвалентное железо (в частности, депонированного в ферритине) до двухвалентного (6−7). Последнее обладает выраженным цитотоксическим действием благодаря реакциям с перекисью водорода (8), гипохлоритом (9) и перекисями липидов (10). В этих реакциях образуются высокоактивные вторичные радикалы.

Сигналы ЭПР спинового аддукта, образуемого при этом в присутствии спиновой ловушки фенилбутилнитрона (ФБН), оказались идентичными сигналам, которые наблюдаются в реакции Фентона. Выход гидроксильных радикалов в расчете на один моль добавленного железа в реакции Осипова оказался в несколько раз выше, чем при разложении перекиси водорода.

Гидроксильные радикалы, как известно, способны вызывать повреждение нуклеиновых кислот, инактивацию ферментов и запуск цепной реакции перекисного окисления липидов, в силу чего обладают сильнейшим мутагенным и цитотоксическим действием.

Цепное окисление липидов

В липид-содержащих системах, таких как биологические мембраны и липопротеины крови, ионы двухвалентного железа образуют радикалы при взаимодействии с гидроперекисями ненасыщенных жирных кислот. Эти радикалы дают начало новым цепям окисления, и таким образом в присутствии ионов железа реакция цепного окисления становится разветвленной и скорость ее многократно возрастает.

Реакции, в которых принимают участие вторичные радикалы гидроксила и липидов обладают разрушительным действием и приводят к развитию большого числа так называемых дегенеративных болезней, или болезней пожилого возраста, включая атеросклероз, диабет, гипертонию, раковую болезнь, иммунные нарушения, катаракту, артриты и другие. Естественно, что организм стремится предотвратить образование вторичных радикалов как в водной так и в липидной фазах, используя целую систему защиты, включающую ферменты, соединения, связывающие железо, восстановители гидроперекисей и ловушки радикалов. Все эти соединения, тем или иным способом тормозящие накопление продуктов пероксидации, носят общее название антиоксидантов.