Organizmo antioksidacinė sistema

Organizmo antioksidacinė sistema yra mechanizmų rinkinys, slopinantis autooksidaciją ląstelėje.

Nefermentinis autooksidavimas, jei neapsiriboja lokaliu protrūkiu, yra destruktyvus procesas. Nuo deguonies atsiradimo atmosferoje prokariotams reikalinga nuolatinė apsauga nuo savaiminių jų organinių komponentų oksidacinio skaidymosi reakcijų.

Antioksidantų sistema apima antioksidantus, kurie slopina autooksidaciją pradiniame lipidų peroksidacijos etape (tokoferolis, polifenoliai) arba aktyvias deguonies formas (superoksido dismutazė - SOD) membranose. Šiuo atveju dalelės su nesuporuotu elektronu, tokoferolio arba polifenolio radikalais, susidariusiais redukcijos metu, regeneruojamos askorbo rūgšties, esančios hidrofiliniame membranos sluoksnyje. Oksiduotas askorbato formas savo ruožtu redukuoja glutationas (arba ergotioneinas), kuris gauna vandenilio atomus iš NADP arba NAD. Taigi, radikalų slopinimą vykdo glutationo (ergotioneino) askorbato-tokoferolio (polifenolio) grandinė, pernešdama elektronus (kaip vandenilio atomų dalį) iš piridino nukleotidų (NAD ir NADP) į SR. Tai užtikrina stacionarų, itin žemą lipidų ir biopolimerų laisvųjų radikalų būsenų lygį ląstelėje.

Kartu su AO grandine, gyvos ląstelės laisvųjų radikalų slopinimo sistemoje dalyvauja fermentai, kurie katalizuoja glutationo ir askorbato oksidacijos-redukcijos konversiją – nuo glutationo priklausomą reduktazę ir dehidrogenazę, taip pat tie, kurie skaido peroksidus – katalazę ir peroksidazes.

Reikėtų pažymėti, kad dviejų gynybos mechanizmų – bioantioksidantų grandinės ir antiperoksidinių fermentų grupės – veikimas priklauso nuo vandenilio atomų fondo (NADP ir NADH). Šis fondas papildomas biologinio fermentinio energijos substratų oksidacijos-dehidrogenacijos procesuose. Taigi, pakankamas fermentinio katabolizmo lygis – optimaliai aktyvi organizmo būsena – yra būtina antioksidacinės sistemos veiksmingumo sąlyga. Skirtingai nuo kitų fiziologinių sistemų (pavyzdžiui, kraujo krešėjimo ar hormoninės), net trumpalaikis antioksidacinės sistemos trūkumas nepraeina be pėdsakų – pažeidžiamos membranos ir biopolimerai.

Antioksidantų apsaugos sutrikimui būdingas laisvųjų radikalų daromas įvairių SR sudarančių ląstelės ir audinių komponentų pažeidimas. Laisvųjų radikalų patologijos apraiškų polivalentiškumas skirtinguose organuose ir audiniuose, skirtingas ląstelių struktūrų jautrumas SR produktų poveikiui rodo nevienodą organų ir audinių aprūpinimą bioantioksidantais, kitaip tariant, matyt, jų antioksidacinė sistema turi reikšmingų skirtumų. Žemiau pateikiami pagrindinių antioksidacinės sistemos komponentų kiekio nustatymo skirtinguose organuose ir audiniuose rezultatai, kurie leido mums padaryti išvadą apie jų specifiškumą.

Taigi, eritrocitų ypatumas yra didelis antiperoksidinių fermentų – katalazės, glutationo peroksidazės, SOD – vaidmuo įgimtose eritrocitų fermentopatijose, dažnai stebima hemolizinė anemija. Kraujo plazmoje yra ceruloplazmino, pasižyminčio SOD aktyvumu, kurio kituose audiniuose nėra. Pateikti rezultatai leidžia įsivaizduoti eritrocitų ir plazmos AS: ji apima ir antiradikalinį ryšį, ir fermentinį gynybos mechanizmą. Tokia antioksidacinės sistemos struktūra leidžia efektyviai slopinti lipidų ir biopolimerų FRO dėl didelio eritrocitų prisotinimo deguonimi lygio. Reikšmingą vaidmenį ribojant FRO atlieka lipoproteinai – pagrindinis tokoferolio nešiklis, iš jų tokoferolis, kontaktuodamas su membranomis, patenka į eritrocitus. Tuo pačiu metu lipoproteinai yra jautriausi autooksidacijai.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ], [ 5 ]

Įvairių organų ir audinių antioksidacinių sistemų specifiškumas

Nefermentinės lipidų ir biopolimerų autooksidacijos pradinė reikšmė leidžia mums priskirti SP genezės inicijavimo vaidmenį organizmo antioksidacinės gynybos sistemos nepakankamumui. Įvairių organų ir audinių antioksidacinės sistemos funkcinis aktyvumas priklauso nuo daugelio veiksnių. Tai apima:

1. fermentinio katabolizmo (dehidrogenacijos) lygis - NAD-H + NADP-H fondo gamyba;
2. NAD-H ir NADPH fondo sunaudojimo laipsnis biosintezės procesuose;
3. NADH fermentinio mitochondrijų oksidacijos reakcijų lygis;
4. esminių antioksidacinės sistemos komponentų – tokoferolio, askorbato, bioflavonoidų, sieros turinčių aminorūgščių, ergotioneino, seleno ir kt. – tiekimas.

Kita vertus, antioksidacinių sistemų aktyvumas priklauso nuo lipidų, sukeliančių laisvųjų radikalų oksidaciją, poveikio sunkumo; kai jie yra pernelyg aktyvūs, slopinimas sutrinka ir padidėja laisvųjų radikalų bei peroksidų gamyba.

Skirtinguose organuose, atsižvelgiant į audinių metabolizmo specifiškumą, vyrauja tam tikri antioksidacinės sistemos komponentai. Tarpląstelinėse struktūrose, neturinčiose NAD-H ir NADPH fondo, didelę reikšmę turi redukuotų AO-glutationo, askorbato, polifenolių ir tokoferolio formų patekimas į organizmą krauju. Organizmo aprūpinimo AO lygiu, antioksidacinių fermentų aktyvumu ir STO produktų kiekiu rodikliai vientisai apibūdina viso organizmo antioksidacinės sistemos aktyvumą. Tačiau šie rodikliai neatspindi AS būklės atskiruose organuose ir audiniuose, kuri gali labai skirtis. Tai leidžia manyti, kad laisvųjų radikalų patologijos lokalizaciją ir pobūdį daugiausia lemia:

• antioksidacinės sistemos genotipinės savybės skirtinguose audiniuose ir organuose;
• egzogeninio SR induktoriaus, veikiančio visos ontogenezės metu, pobūdis.

Analizuojant pagrindinių antioksidacinės sistemos komponentų kiekį įvairiuose audiniuose (epitelio, nervų, jungiamojo), galima nustatyti įvairius FRO slopinimo audinių (organų) sistemų variantus, kurie paprastai sutampa su jų metaboliniu aktyvumu.

Eritrocitai, liaukų epitelis

Šiuose audiniuose vyrauja aktyvus pentozų fosfatų ciklas ir anaerobinis katabolizmas; pagrindinis vandenilio šaltinis antioksidantų sistemos antiradikalinei grandinei ir peroksidazėms yra NADPH. Eritrocitai, kaip deguonies nešėjai, yra jautrūs FRO induktoriams.

[ 6 ], [ 7 ], [ 8 ], [ 9 ], [ 10 ], [ 11 ]

Raumenų ir nervų audiniai

Šiuose audiniuose pentozės fosfato ciklas yra neaktyvus; NADH, susidarantis aerobiniame ir anaerobiniame riebalų ir angliavandenių katabolizmo cikluose, vyrauja kaip vandenilio šaltinis antiradikaliniams inhibitoriams ir antioksidacinėms fermentams. Ląstelių prisotinimas mitochondrijomis padidina O2 „nutekėjimo“ riziką ir biopolimerų pažeidimo galimybę.

Hepatocitai, leukocitai, fibroblastai

Stebimas subalansuotas pentozų fosfato ciklas ir ana- bei aerobiniai kataboliniai keliai.

Jungiamojo audinio tarpląstelinė medžiaga yra kraujo plazma, skaidulos ir kraujagyslių sienelių bei kaulinio audinio pagrindinė medžiaga. SR slopinimą tarpląstelinėje medžiagoje daugiausia užtikrina antiradikaliniai inhibitoriai (tokoferolis, bioflavonoidai, askorbatas), kurie sukelia didelį kraujagyslių sienelių jautrumą jų nepakankamumui. Be jų, kraujo plazmoje yra ceruloplazmino, kuris turi savybę pašalinti superoksido anijonų radikalą. Lęšiuke, kuriame galimos fotocheminės reakcijos, be antiradikalinių inhibitorių, didelis yra glutationo reduktazės, glutationo peroksidazės ir SOD aktyvumas.

Pateiktos vietinių antioksidacinių sistemų organų ir audinių ypatybės paaiškina ankstyvųjų SP apraiškų skirtumus su skirtingais FRO sukeliančiais poveikiais.

Skirtinga bioantioksidantų funkcinė reikšmė skirtingiems audiniams lemia jų trūkumo vietinių apraiškų skirtumus. Tik tokoferolio, universalaus visų tipų ląstelinių ir neląstelinių struktūrų lipidinio antioksidanto, trūkumas pasireiškia ankstyvais skirtingų organų pažeidimais. Pradinės cheminių prooksidantų sukeltos SP apraiškos taip pat priklauso nuo sukėlėjo pobūdžio. Duomenys leidžia manyti, kad kartu su egzogeninio veiksnio pobūdžiu, laisvųjų radikalų patologijos vystymuisi reikšmingas yra genotipui būdingų rūšių ir audinių specifinių antioksidacinių sistemų ypatybių vaidmuo. Audiniuose, kuriuose mažas biologinio fermentinio oksidavimo greitis, pavyzdžiui, kraujagyslių sienelėje, didelis vaidmuo tenka antiradikalinės grandinės ergotioneino - askorbato (bioflavonoidų) - tokoferolio, kurią reprezentuoja organizme nesintezuojami bioantioksidantai, vaidmuo; atitinkamai lėtinis poliantioksidantų trūkumas pirmiausia pažeidžia kraujagyslių sienelę. Kituose audiniuose vyrauja antioksidacinės sistemos fermentinių komponentų - SOD, peroksidazių ir kt. - vaidmuo. Taigi, katalazės lygio sumažėjimas organizme pasižymi progresuojančia periodonto patologija.

Antioksidantų sistemos būklę skirtinguose organuose ir audiniuose lemia ne tik genotipas, bet ir onkogenezės metu fenotipiškai heterochroninis įvairių antioksidacinių sistemų komponentų aktyvumo sumažėjimas, kurį sukelia antioksidacinių sistemų induktoriaus pobūdis. Taigi, realiomis sąlygomis individui skirtingi egzogeninių ir endogeninių antioksidacinių sistemų skaidymo veiksnių deriniai lemia tiek bendrus laisvųjų radikalų senėjimo mechanizmus, tiek konkrečius laisvųjų radikalų patologijos sukėlėjus, pasireiškiančius tam tikruose organuose.

Pateikti AS pagrindinių grandžių aktyvumo skirtinguose organuose ir audiniuose vertinimo rezultatai yra pagrindas ieškant naujų vaistų-lipidų FRO inhibitorių, turinčių tikslinį poveikį tam tikros lokalizacijos laisvųjų radikalų patologijai išvengti. Dėl skirtingų audinių antioksidacinės sistemos specifiškumo, AO vaistai tam tikram organui ar audiniui trūkstamas grandis turėtų atlikti skirtingai.

Limfocituose ir eritrocituose nustatytos skirtingos antioksidacinės sistemos. Gonzalez-Hernandez ir kt. (1994) tyrė 23 sveikų asmenų limfocitų ir eritrocitų antioksidacines sistemas. Nustatyta, kad limfocituose ir eritrocituose glutationo reduktazės aktyvumas buvo atitinkamai 160 ir 4,1 U/h, glutationo peroksidazės – 346 ir 21 U/h, gliukozės-6-fosfato dehidrogenazės – 146 ir 2,6 sd/h, katalazės – 164 ir 60 U/h, o superoksido dismutazės – 4 ir 303 μg/s.