III. Задания для самостоятельной работы

ЗАНЯТИЕ № 8

Методические указания для студентов

по теме «Роль радикальных процессов. Свободные формы кислорода.

Пероксидное окисление липидов биологических мембран.

Ферментативные и неферментативные ингибиторы окисления»

Цель занятия: Сформировать у студентов представления о радикальных процессах. Показать образование свободных форм кислорода в условиях организма. Продемонстрировать механизм процесса пероксидного окисления липидов биологических мембран. Познакомить с игибиторами процесса пероксидного окисления ферментативной и неферментативной природы.

Значение изучения темы

Важным аспектом проблемы реакций окисления в организме человека являются процессы пероксидного окисления липидов (ПОЛ) биологических мембран. Эти процессы в норме протекают в организме, обеспечивая синтез ряда биологически важных соединений - биорегуляторов (простагландинов, лейкотриенов, тромбоксанов и др.). Интенсификация ПОЛ приобретает патогенетическое значение, поскольку может привести к нарушению целостности биологических мембран, к массовой гибели клеток. В связи с этим необходимо представлять способы коррекции патологических состояний, вызванных интенсификацией ПОЛ.

I . Теоретические вопросы

1. Значение протекания радикальных в организме.

2. Механизм зарождения активных форм кислорода в условиях организма.

3. Процессы пероксидного окисления липидов (ПОЛ) биологических мембран. Схема ПОЛ (инициирование, рост цепей, продолжение цепей, вырожденное разветвление, реакции обрыва цепей). Виды радикалов: пероксидный, алкильный, алкоксильный.

4. Основные представители ферментативных и неферментативных (антиоксидантных) систем организма, механизм их функционирования.

5. Биоантиоксиданты как ловушки алкильных (хиноны, каротиноиды) или пероксидных радикалов (a-токоферол, кверцетин и др. фенолы).

II . Обучающие упражнения

Задание 1. Приведите механизм зарождения активных форм кислорода

В активном центре гемоглобина в результате переноса электрона от катиона железа к кислороду образуются супероксид-ион радикалы

Fe ²⁺ - e ¾ ® Fe ³⁺ , О₂ + е ¾¾¾ ® О₂ ^·

При диспропорционировании супероксид-иона образуется пероксид водорода.

О₂ ^· + О₂ ^· + 2 Н⁺ ¾¾ ® Н₂О₂ + О₂

При реакции супероксид-иона и пероксидом водорода образуется гидроксил-радикал Н₂О₂ + О₂ ^· ¾¾ ® 2ОН ^· + О₂

В реакции супероксид-иона с гидроксил-радикалом образуется синглентный кислород:

ОН ^· + О₂ ^· ¾¾ ® *О₂(синглентный) + ОН^- Образование высокоактивного ОН^· радикала происходиттакже по реакции Фентона: H ₂ O ₂ + Fe ²⁺ ¾ ® Fe ³⁺ + OH ^- + ОН ^·

Задание 2. Напишите схему реакции пероксидного окисления на примере линолевой кислоты.

Ответ. В молекулах фосфолипидов связи С-Н, расположенные между двумя p-связями ( в a-положении к ним), атакуются гидроксильными или пероксильными радикалами. Рассмотрим этот процесс на примере линоленовой кислоты:

В результате образуются новые радикалы, существующие в двух мезомерных формах:

Радикал стабилизируется за счет делокализации электронной плотности в сопряженной системе: СН₃-(СН₂)₄-СН^{. . .} СН^{. . .} СН^{. . .} СН^{. . .}СН-(СН₂)₇-СООН

Схематично описанный выше процесс представляется как

RH + OH ^· ¾ ® H ₂ O + R ^· инициирование (0)

Таким образом, инициируется процесс неферментативного окисления липидов биологических мембран.

Образующийся алкильный радикал присоединяет молекулу кислорода (за время 10^-6сек) и превращается в очень активный пероксидный (пероксильный) радикал:

R ^· + O ₂ ¾ ® R О₂ ^· рост цепей (1)

Пероксидный радикал RО₂^· взаимодействует с соседними углеводородными фрагментами молекулы фосфолипидов, что приводит к образованию гидропероксидов (RООН) и новому алкильному радикалу R^·, вновь присоединяющему молекулу О₂ согласно реакции 1.

R О₂ ^· + RH ¾ ® R ОО H + R ^· продолжение цепей (2)

Гидропероксиды способны разрушаться с разрывом О-О связей, что приводит к вторичному иницированию и, как следствие, ускорению окисления:

R ОО H ¾ ® R О ^· + ОН ^· вырожденное разветвление (3)

Последняя реакция крайне нежелательна для организма. Поэтому существуют ферментативные антиоксидантные системы, регулирующие в организме концентрацию активных кислородсодержащих ионов и радикалов.

Свободные радикалы взаимодействуют между собой, обрывая цепи окисления в соответствии с элементарными реакциями :

RO₂^·+ RO₂^· ¾® молекулярные продукты

RO^· + RO^· ¾® молекулярные продукты

R^· + R^· ¾¾® молекулярные продукты

Задание 3. Покажите механизм действия ферментативной и неферментативной (антиоксидантной) системы.

Ответ. Ферменты каталаза и глутатионпероксидаза защищают аэробные клетки от окисления, предотвращая возможность радикального разрушения пероксидов. Субстратом для каталазы преимущественно служит пероксид водорода.

2 Н₂О₂ ¾¾ ® 2Н₂О + О₂

В состав простетической группы каталазы входит гемовое железо, в активном центре происходит окисление ( Fe ²⁺ - e ¾ ® Fe ³⁺ ).

Глутатионпероксидаза вместе с глутатионом разрушают пероксид водорода и гидропероксиды, защищая клетки от повреждающего действия радикалов, образующихся при гомолитическом разрыве связей RО-ОH.

Глутатион представляет собой трипептид, образованный глутаминовой кислотой, цистеином и глицином :

Реакционоспособной группой глутатиона ( R - SH ) является тиольная группа. Глутатион взаимодействует с пероксидом водорода и гидропероксидами липидов:

2 R - SH + H ₂ O ₂ ¾ ® 2 H ₂ O + R - S - S - R

2 R-SH + R₁OOH ¾ ® H₂O +R₁OH + R-S-S-R

Окисленный глутатион способен восстанавливаться:

R - S - S - R + 2 H ⁺ + 2 e 2 R - S - H

Активный центр глутатионпероксидазы содержит остаток селеноцистеина, в котором атом серы цистеина заменен на атом селена:

Полагают, что действие глутатионовой ферментной системы может быть описано совокупностью реакций:

R-Se-H +H₂O₂ ¾¾ ® R-Se-OH + H₂O (I)

R-Se-OH + 2 R-S-H ¾¾ ® R-Se-H + R-S-S-R + H₂O (II)

R-S-S-R + НАДФ - Н ¾¾ ® 2 R-S-H + НАДФ ⁺ (III)

Задание 4. Показать механизм действия антиоксидантов

Ответ. В присутствии относительно низких концентраций ингибиторов фенольного типа (IпН) (10^-6 - 10^-3 моль/л) обрыв цепей происходит на молекулах антиоксидантов согласно реакции:

IпН +RO₂ ^· ¾¾¾¾ ® ROOH + Iп ^· (обрыв цепей) (VII)

Радикал ингибитора (Iп ^· ) обычно неактивен и не участвует в продолжении цепей, в связи с чем антиоксидант выполняет роль ловушки свободных радикалов и способствует значительному торможению окисления.

формула основного липидного антиоксиданта - a -токоферола:

В последние годы антиоксиданты применяются в клинической практике (антиоксидантотерапия).

III. Задания для самостоятельной работы

Задание 1. Приведите элементарные реакции инициирования, роста, продолжения и обрыва цепей на примере свободнорадикального окисления олеиновой кислоты. Дайте название радикалам, образующимся в результате этого процесса.

Задание 2. Покажите химизм взаимодействия липидов ( RH ) с гидроксильными и пероксидными радикалами. Перечислите соединения (антиоксиданты), способные тормозить процесс свободно радикального окисления липидов.

Задание 3. Напишите реакцию уничтожения свободных радикалов с участием важнейшего фенольного биоантиоксиданта (a-токоферола).

Задание 4. Представьте механизм образования активных форм кислорода (О₂^·, ОН^·, О₂^*, Н₂О₂). Какие ферменты способны разрушать пероксид водорода и гидропероксиды?

Задание 5. В состав активного центра глутатионпероксидазы входит трипептид глутатион. Изобразите его структуру и приведите химизм реакции глутатиона с пероксидом водорода.

Задание 6. Соотнесите перечисленные ниже соединения к системам ферментативной и неферментативной защиты ПОЛ: супероксиддисмутаза, убихинон, каталаза, глутатионпероксидаза, флавоноиды, липоевая кислота, аскорбиновая кислота.

IV . Выполнение самостоятельной аудиторной работы «Пероксидное окисление липидов биологических мембран. Ферментативные и неферментативные ингибиторы окисления»

Дата добавления: 2019-01-14; просмотров: 406; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!