Как вы понимаете выражение свободно радикальный механизм
Обновлено: 22.12.2024
Что такое свободные радикалы? Свободные радикалы, это атомы и молекулы, которые имеют не спаренный электрон. Любая связь в химических элементах образуется, как минимум, двумя электронами, а есть соединения, когда присутствует всего один электрон, вот такие соединения называются свободные радикалы. Эти соединения очень активны химически и как следствие, очень активны – биологически. Живут они очень короткое время, для обычных радикалов самое максимальное время, это порядка нескольких секунд, а многие радикалы живут тысячные, а то и миллионные доли секунды, поэтому разговоры о том, что при определенных заболеваниях накапливаются свободные радикалы, они не имеют под собой ни каких оснований, радикалы не могут накапливаться принципиально, накапливаются продукты их воздействия на другие молекулы.
Какие свободные радикалы и при каких условиях образуются в нашем организме. Свободные радикалы являются продуктами нормального обмена веществ, и образуются в результате нескольких важных процессов, где свободные радикалы генерируются как физиологическое явление. Первый процесс, это процесс тканевого дыхания и синтеза АТФ (молекул энергии) из кислорода, причем 3% кислорода в норме, превращается в свободный радикал.
Данный процесс идет в каждой живой клетке, как только этот процесс прекращается, клетка немедленно погибает. Второй источник образования свободных радикалов, это фагоцитоз. Фагоциты – клетки пожиратели, которые атакуют чужеродные клетки, обволакивают их, и убивают свободными радикалами. И если клетки крови не генерируют свободные радикалы, то жизнь не возможна, это заболевание называется лимфогранулематоз. Еще один важный процесс генерации свободных радикалов – процесс детоксикации, при котором идет нормальное формирования свободных радикалов. Свободные радикалы активно генерируются в лизосомах (клеточный элемент), в которых идет разрушение отработанных веществ, беков, сахаров, других углеродов, жиров и т.д. Свободные радикалы образуются при смерти клетки, и это нормальный процесс, потому что клетка должна родиться, жить и вовремя умереть, потому что бессмертная клетка – это раковая клетка. С одной стороны, свободные радикалы приносят пользу, с другой стороны, такие заболевания как ишемическая болезнь сердца, инфаркт, инсульт, атеросклероз, инфекции вирусные и бактериальные, диабет, онкология, связаны с избыточным образованием свободных радикалов. В нашем организме существует система, которая уравновешивает генерацию свободных радикалов, и поддерживает уровень свободных радикалов в физиологических пределах, потому что внутриклеточно, свободные радикалы и перекиси, являются важными сигнальными молекулами. Представьте себе, к примеру, выброс адреналина который стимулирует выброс глюкозы, сам адреналин внутрь клетки не проходит, он связывается на поверхности клетки своим белком, рецептором (адренорецептор), и оттуда химический сигнал передается внутрь клетки с помощью специальных молекул, которые называются вторичными посредниками или мессенджерами. Так вот, свободные радикалы тоже выполняют такую сигнальную функцию, при этом сигнальная функция реализуется даже на уровне клеточного ядра и гена, но все зависит от того, какой уровень свободных радикалов в каждой клетке.
В нашем организме два противоположных явления:
- система физиологической генерации свободных радикалов;
- система противодействия, которая балансирует таким образом, чтобы уровень свободных радикалов был на физиологическом пределе.
При наличии этих двух систем складывается нормальная ситуация со свободными радикалами в организме. И если первая система очень активна, а вторая менее активна, то в результате мы и получаем болезни, вызванные продуктами воздействия на молекулы нашего организма. Вот отсюда и появился термин, свободно-радикальная патология.
Ключевой свободный радикал, с которого начинаются вообще все процессы, это радикал кислорода. О2 который принял лишний электрон с отрицательным зарядом, О2-* обозначается таким образом, с точкой со знаком минус, этот первый свободный радикал с которого начинаются все кислород зависимые процессы, называется супероксид-анион радикал. Он живет всего несколько секунд, причем он часто образуемый в окружающей естественной природной среде, к примеру, во время грозы (процесс ионизации), так что не такой уж он и вредный для нас. С другой стороны, если Вы находитесь возле искра образующего электрогенератора, где образуется озон и супероксид-анион, то через некоторое время начинает болеть голова, и это уже токсическое действие, вызванное воздействием радикала на молекулы озона. Все хорошо в меру.
Когда две молекулы супероксид-анион радикала взаимодействуют между собой, то они дают еще два продукта: внутриклеточная перекись водорода (Н2О2) и синглетный кислород (1О2), и он крайне токсичен и крайне опасен, он образуется при взаимодействии со светом в радужной оболочке глаза, свет провоцирует образование синглетного кислорода в маслах, которые хранятся на свету, и кстати, он разрушает растительные масла и образует опасные продукты. Поэтому все растительные масла должны храниться в условиях, защищающих от попадания на них света, либо в темных или не прозрачных емкостях, либо в темном месте.
Перекись водорода, под действием фермента каталазы (каталаза разрушает водород и это видно по эффекту попадании перекиси на рану), дает обычную воду (Н2О) и кислород (О2), и поначалу этот кислород атомарный, очень активный, и убивает бактерии, а потом комбинируясь дает нейтральную молекулу кислорода. И опасность состоит в том, что если каталазы мало или она не активна, то перекись водорода в присутствии следов железа (железо всегда есть в любой клетке и межклеточной жидкости, и оно двухзарядное), дает гидроксил радикал (ОН*), который очень активен и крайне токсичен, проникает абсолютно через все, и к счастью живет всего одну миллионную долю секунды. Правда за это время повреждает молекулы белка, липидов, нуклеиновой кислоты. Данная реакция называется – реакция Фентона. Железо при этой реакции становиться трехзарядным, перестает быть активным и выходит из реакции. И если железо перевести опять в двухзарядное, пойдет генерация свободного радикала, а восстановить железо можно витамином С, и если его добавить в эту реакцию, то вы получите разрушительный процесс для своего организма. И вместо антиоксидантной защиты, запустите разрушительные процессы, поэтому надо быть крайне осмотрительным при приеме витамина С, и осторожно подходить к вопросу антиоксидантной защиты, и этот вопрос будет рассмотрен в отдельной лекции.
Помимо термина – свободный радикал, сейчас введен термин – активная форма кислорода (АФК) И, к примеру, перекись водорода не является свободным радикалом, но так как она дает свободный радикал при разрушении, то является активной формой кислорода.
Есть другая реакция получения гидроксил радикала, это когда супероксид-анион радикал взаимодействует с перекись водорода в присутствии двухзарядного железа, и дает реакцию генерации гидроксил радикала. И надо понимать, что железо не всегда необходимо, его переизбыток может быть токсичным.
Следующий свободный радикал – окись азота (NО*). Окись азота раньше рассматривался как техногенный загрязнитель в азотно-туковом производстве, и всегда считалось, что жители, проживающие возле такого производства, имеют массу проблем со здоровьем, и все это происходит из-за окиси азота. В 1992 году, два американских ученных получили Нобелевскую премию, за открытие роли окиси азота в состоянии сосудистой стенки наших кровеносных сосудов, и доказали, что это естественный расширитель сосудов, и абсолютно необходим для нашего организма. И вот тогда стало понятно, как работает нитроглицерин, метаболизирует и дает окись азота. В нашем организме нет нитроглицерина, зато есть естественный его источник – аминокислота аргинин, из которого образуется окись азота в нашем организме. Поэтому в Японии, которая опережает всех по существу, нитроглицерин вообще не используют в медицине, а используется аминокислота аргинин. В экстренных случаях инъекция, в профилактических – через правильное питание. И как это не парадоксально, о значимости аргинина, меньше всего знают врачи, а ведь он так важен для всех сердечников. Окись азота важный агент, но если в нашем организме образуется супероксид-анион радикал, то он начинает связывать окись азота и образуется опасный продукт – пероксинитрит. Пероксинитрит, к примеру, поражает клетки поджелудочной железы, производящих инсулин, и это рассматривается как химический механизм повреждения поджелудочной железы. И как мы видим, при этой реакции исчезает необходимый и полезный агент, и образуется токсический продукт.
Окись азота, перекись водорода, пероксинитрит, гидроксил, супероксид-анион, синглетный кислород – это все называется активные формы кислорода, и это могут быть, как и свободные радикалы, так и другие формы кислорода, которые не являются свободными радикалами, однако при этом токсичны, опасны и активны.
И вот теперь у Вас возникает вполне закономерный вопрос, а причем тут питание, органические вещества, если все вышеназванное не относиться к органике, а являются неорганическими химическими элементами?
Каждый из этих элементов, а особенно такие как - синглетный кислород, гидроксил радикал, маленькие молекулы способные к проникновению, воздействуют на белок и химически его меняют, причем химические реакции которые при этом протекают очень сложные, и рассматриваются на уровне специализированных ВУЗов. При воздействии свободных радикалов повреждаются нуклеиновые кислоты, и если это происходит в ядре клетки, то приводит к мутациям, которые могут привести к опухолям, уродству и многому другому.
Информативно, радиация страшна тем, что происходит радиолиз воды и возникают гидроксил радикалы, и на 85% они воздействуют на наш организм, разрушая его, и только на 15% остальные факторы, такие как например α-частицы, которые довольно-таки крупные, заряженные, и медленно проникают внутрь клетки. А наша внутриклеточная жидкость – это вода, и свободные радикалы при радиации, возникают прямо внутри наших клеток!
Наиболее изучен механизм окисления липидов мембран, процесс перекисного окисления липидов или свободно-радикальный цепной перекисный процесс. И кстати, данный процесс, математически, в формулах, идентичен процессу ядерного распада урана. Его можно описать таким образом, свободные радикалы атакуют все молекулы, белки, нуклеиновые кислоты, липиды клеточных мембран, там, где содержаться ненасыщенные жирные кислоты, имеющие двойные связи, и чем больше двойных связей, тем сильнее идет атака и тем больше продуктов распада.
Вот представим себе лецитин (LH – лецитиновый компонент мембраны, либо лецитин, либо его аналог, всегда есть в клеточной мембране), атакуется гидроксил радикалом (ОН*), и в результате образуется молекула воды (Н2О) а лецитин образует липидный радикал (L*) Этот липидный радикал очень быстро взаимодействует с обычным кислородом, который мы вдыхаем с воздухом, и образуется липопероксильный радикал, который активен и он тоже атакует мембранный лецитин, и в результате получается липидный радикал, и гидропероксиды липидов (LOOH), которые моментально распадаются на два радикала… и дальше идет процесс в геометрической прогрессии. Если совсем упрощенно, то схематически это выглядит как построение сетевой структуры… свободный радикал ударяет по молекуле липида, в результате образуются два свободных радикалы, где каждый ударяет по молекуле и образуется два радикала… и так практически до бесконечности, поэтому этот процесс и называется – свободно-радикальный цепной перекисный процесс.
Так происходит процесс разрушения липидов при любом воздействии свободных радикалов, и при этом образуются стойкие и очень токсические продукты, и теоритически весь исходный липид должен развалиться. На самом деле полного распада никогда не происходит, во-первых, некоторый свободные радикалы дают нейтральные продукты, а самое главное, что в любой клеточной мембране должны быть мембранные антиоксиданты, к примеру витамин Е. И вот эти мембранные антиоксиданты по существу тормозят этот процесс, балансируя его, и если их не хватает, то этот процесс доминирует и идет разрушение мембраны, поэтому надо постоянно восполнять уровень антиоксидантов. И самый лучший синергический антиоксидант, тот, который содержит жирорастворимые витамины А и Е, и витамин С.
Сами свободные радикалы живут очень короткое время, и процессы в которых они участвуют тоже довольно таки короткие, а вот вред приносимый этими процессами очень сильный. И для защиты от воздействия этих процессов и требуются антиоксиданты, которые сохраняют баланс, и к сожалению, антиоксидантов не хватает в нашем организме, тогда как условий, провоцирующих воздействия свободных радикалов более чем предостаточно. Это и загрязнение окружающей среды, в том числе и электромагнитный смог, целым рядом фармакологических препаратов (лекарств), которые в принципе имеют много вредных воздействий на организм.
В следующей лекции мы рассмотрим – как наши клетки борются с избытком свободных радикалов.
Читайте также: