Механизмы антиоксидантной защиты

Для цепных разветвленных реакций окисления характерным является увеличение скорости в ходе превращения (автокатализ). Это связано с образованием свободных радикалов при распаде промежуточных продуктов — гидроперекисей и др. При этом в ходе таких реакций поведение свободных радикалов не подчинено жестким правилам. Какие именно стабильные молекулы они разрушат и как поведут себя «обломки», предсказать заранее невозможно. Трудно не согласиться с американским физикохимиком Лайнусом Полингом, назвавшим поведение свободных радикалов в цепных реакциях «свободным хулиганством». Молодой здоровый организм практически не ощущает разрушительного действия свободных радикалов, так как в процессе эволюции живых организмов выработались некие механизмы защиты от них — антиоксидантная система защиты организма человека от повреждающего действия свободных радикалов. Однако в силу неизбежных возрастных изменений сопротивляться «свободному хулиганству» «неустроенных» частиц организму становится все трудней. Почему так происходит, однозначного ответа на этот вопрос пока не существует. Старение процесс многоплановый, у него множество причин. Соответственно и теорий старения существует множество, причем вовсе не обязательно, чтобы признание какой-то одной теории приводило к опровержению всех остальных: они могут нести в себе разные грани некой многосложной истины. Так или иначе, одно можно утверждать бесспорно, то что на какой-то стадии жизни воздействие свободных радикалов на организм становится все более разрушительным: они вызывают повреждение белков, нуклеиновых кислот и липидных мембран. Накопление повреждений биологических макромолекул в конечном итоге приводит к ускорению процесса старения и возникновению возрастных заболеваний. Во всех живых организмах протекают реакции с образованием активированных кислородных метаболитов (О2-, О2, Н2О2, НО*, OCl-, RO2), среди которых присутствуют свободные радикалы. Неспаренный электрон может быть локализован на атомах углерода, серы, азота. Свободные радикалы (СР) накапливаются по многим причинам: загрязненная окружающая среда, электромагнитные и радиационные излучения, плохое питание, стрессы, курение. Загрязненный воздух и вода, химикаты и пестициды, содержащиеся в продуктах, различные виды излучений — все эти факторы стимулируют образование радикалов в органах и тканях человека, являясь причинами многих заболеваний и изнашивания организма человека. Солнечная радиация тоже источник свободных радикалов. Мощное ультрафиолетовое излучение солнца способно «выбивать» электроны из молекул клеток кожи, и, как результат, «нормальные» молекулы превращаются в СР. Основной белок кожи, коллаген, при столкновении со свободными радикалами кислорода, становится химически активным настолько, что способен связаться с другой молекулой коллагена. Образовавшиеся в результате такого процесса молекулы, обладая всеми свойствами обычной молекулы коллагена, тем не менее, в силу размеров, становятся менее эластичны, а их накопление ведет к появлению морщин. Радиационное излучение также способствует образованию СР. Количество свободных радикалов увеличивается в организме с усилением уровня радиации, и тем быстрее происходит разрушение организма. Состояние стресса заставляет организм вырабатывать адреналин и кортизол. В больших количествах эти гормоны тоже нарушают нормальное протекание обменных процессов и способствуют появлению свободных радикалов во всем организме. Никотин, смолы и другие вредные вещества, попадая в организм, активируют процессы образования СР, а те, в свою очередь, вступая в цепные реакции, приводят к разрушению живых клеток. Даже молекулы лекарства, попадая в организм, вступают в химические реакции, в результате которых могут образовываться СР.

Многие причины образования свободных радикалов неустранимы, однако можно попытаться свести к минимуму их губительное действие. Задачу обуздания «свободного хулиганства» одним из первых поставил академик Николай Маркович Эмануэль, прямой наследник химической школы академика Н. Н. Семенова. Следуя за учителем в изучении цепных разветвленных реакций, Н. М. Эмануэль и его сотрудники нашли чрезвычайно важный новый поворот темы, обратив внимание на роль антиоксидантов — ловушек для свободных радикалов в клетке. Ученые детально исследовали на химическом и биохимическом уровне ингибиторы свободно-радикальных окислительных процессов. Под председательством Н. М. Эмануэля была разработана и начала осуществляться государственная программа «Биоантиоксидант» (1980;е гг.), которая позволила изучить молекулярную природу оксидативных процессов и окислительного стресса; исследовать процессы перекисного окисления липидов; разработать методы количественной оценки активности антиоксидантов. В результате были найдены способы регуляции оксидативных процессов. Исследования академика Н. М. Эмануэля, его сотрудников и последователей позволили установить, что окислительный стресс является следствием дисбаланса прои антиоксидантных систем клетки и отражается в избыточном образовании в клетке активных форм кислорода. Он может являться причиной повреждения различных структур — ДНК, белков и липидов и может приводить к клеточной смерти. Поиск и изучение новых биоантиоксидантов является важной проблемой современной физико-химической биологии, имеющей большое практическое значение. Препараты антиоксидантного типа действия составляют новую фармакологическую группу лекарственных средств, обладающих разнообразным спектром биологической активности.

С точки зрения сегодняшней науки антиоксидантная система организма человека сложная многоуровневая система, компонентами которой являются ферменты (супероксиддисмутаза, каталаза и др.), хелаторы металлов с переходной валентностью (альбумин, ферритин, церулоплазмин) и низкомолекулярные антиоксиданты (АО). Некоторые АО синтезируются в организме человека, их называют эндогенными (мелатонин, аминокислоты, глутатион, некоторые витамины). Но организм может получать антиоксиданты извне (экзогенные) — природные (их важнейшим источником является растительная пища) и синтетические (разработанные химиками пищевые добавки и специальные фармацевтические препараты). Значение экзогенных АО особенно велико для людей, постоянно подвергающихся психологическому стрессу, проживающих в неблагоприятных климатических и экологических условиях, а также для людей пожилого возраста. Учитывая значимость экзогенных АО для сохранения здоровья человека, в последнее время активизировались исследования в этом направлении. С одной стороны, проводится тестирование продуктов питания на содержание АО, а с другойведется поиск новых природных и синтетических АО. Важнейшим классом экзогенных АО являются низкои высокомолекулярные фенольные соединения. Поскольку в организме образуются различные СР, различающиеся по химическим свойствам (жиро-, водорастворимые) и по времени жизни, то для эффективной защиты организма от них необходимо найти соответствующие им антиоксиданты.