Характеристика отдельных радикалов и активных форм кислорода. 
Перекись водорода. NO, Пероксинитрит ONOO-, Гипохлорноватистая кислота

Активные формы кислорода представляют группу различных соединений радикальной и нерадикальной природы, которые различаются по продолжительности их существования и активности. К активным формам кислорода относятся свободные радикалы — супероксидный анион-радикал (супероксид), гидроксиди гидропероксид-радикалы и нейтральные молекулы — пероксид водорода и синглетный кислород.

Образование радикалов из устойчивых молекул обусловлено появлением на свободной валентной орбитали нового электрона или наоборот — удалением одного электрона из электронной пары. Эти соединения обладают высокой реакционной способностью.

Активные формы кислорода обнаруживаются в клеточных органеллах. Главными местами их образования являются митохондриальная, ядерная, плазматическая и микросомальная мембраны у животных, хлоропласты и хроматофоры у растений.

Перекись водорода (Н2 О2) — сильный окислитель, образуется при реакции супероксида с электроном и двумя протонами:

В другой реакции пероксид водорода появляется вследствие рекомбинации (дисмутации) двух супероксидов, уже под влиянием фермента супероксиддисмутазы:

Цепь одноэлектронного восстановления продолжается образованием из перекиси водорода ещё более сильного окислителя — гидроксидрадикала ОН.

Н2 О2 относят к окислителям слабой силы. В отсутствие восстановителей Н2 О2 довольно стабильна и может легко проникать через мембрану.

Цитотоксическое действие Н2 О2 увеличивается в 100−1000 раз в присутствии свободных ионов металла. В живых организмах источниками Н2 О2 служат ферментативные реакции с оксидазами, переносящими два электрона на молекулу кислорода: ксантиноксидазой, оксдидазой L-аминокислот и рядом других, а также реакция дисмутации, катализируемая супероксиддисмутазой. Н2 О2 служит источником возникновения гидроксильного радикала. Генерация Н2 О2 приводит к закислению среды, индуцируя диссоциацию железа из ферритина и, таким образом, усиливает цитотоксическое действие самой Н2 О2.

Актиные соединения азота (NO).

Установлено, что монооксид азота NO, образующееся в организме из L-аргинина ферментативным путём — выполняет функции одного из наиболее универсальных регуляторов метаболизма.

Суммарное уравнение ферментной реакции образования NO, включающее пятиэлектронное окисление атома азота (N3- >N2) аргинина (L-аргинин — Арг — превращается в L-цитруллин — Цит), сопряжённое с окислением НАДФ. Н имеет вид (рис.1):

Обнаружено, что активные соединения NO выполняют многообразные физиологические регуляторные функции в организме, выступая в качестве антагониста адренергической нервной системы, регулирующего по эфферентным нервам деятельность дыхательной, мочеполовой, мышечной, секреторной, сосудистой и других систем. Установлено активирующее действие NO на растворимую форму важнейшего внутриклеточного регуляторного белка — гуанилатциклазы — фермента, ответственного за синтез одного из вторичных мессенджеров — цГМФ.

Малые размеры двухатомной газообразной молекулы NO и отсутствие заряда позволяет ей легко проникать через плазматические и внутриклеточные мембраны. Молекулы моноксида азота легко диффундируют в биологических средах и являются относительно долгоживущими.

Наряду с нормальными регуляторными функциями, NO, образуясь в фагоцитах в больших концентрациях, проявляет цитотоксическую активность, обнаруживая эффекторные свойства системы клеточного иммунитета.

Установлено также, что длительная генерация NO способна вызывать патологию различного генеза. Так, оксид азота и его производные являются ключевыми факторами воспаления, инфекции, канцерогенеза, а также развития радиационных, стрессорных и адаптивных ответов клеток и организма на соответствующие воздействия.

Показано, что цитотоксические и цитогенетические эффекты обусловлены образованием чрезвычайно активного окислителя — пероксинитрита (ONOO-), возникающего в реакции взаимодействия оксида азота с супероксидным анион-радикалом:

или протонированной формой пероксинитрита:

Как видно, пероксинитрит представляет собой связующее звено двух высокоактивных низкомолекулярных кислороди азотсодержащих систем: АФК и АСА (активные соединения азота). Пероксинитрит может разлагаться с образованием гидроксид-радикала:

Протонированный пероксинитрит так же, как и пероксид водорода, выполняет функции диффундирующей «скрытой» формы гидроксид-радикала.

Установлено, что пероксинитрит и его протонированная форма, диффундируя в клетке и проникая через мембраны с помощью переносчиков анионов, имеют уникальный спектр химической реактивности: разрывы цепочек и окисление оснований ДНК, нитрование гуанина и белков, окисление липидов биологических мембран. Результатом многих таких реакций могут быть цитогенетические эффекты и мутагенез.

Существенный вклад в цитотоксическое действие пероксинитрита вносит образующийся из него ОН-радикал:

ONOO- + Н+ = ONOOH + НО* + NO2 .

NO является источником не только пероксинитрита и гидроксид-радикала, но и синглетного кислорода, который образуется при реакции монооксида азота с пероксидом водорода.

Хлорноватистая кислота — HClO, очень слабая одноосновная кислота, в которой хлор имеет степень окисления +1. Существует лишь в растворах.

В водных растворах хлорноватистая кислота частично распадается на катион и гипохлорит-анион.

Неустойчива, постепенно разлагается даже в разбавленных водных растворах на хлороводород и атомарный кислород, благодаря которому является сильным окислителем:

Как уже говорилось выше, хлорноватистая кислота и её соли — гипохлориты — сильные окислители. Реагирует с соляной кислотой HCl, образуя газообразный хлор: