Открыть сервисСервис

Свободные радикалы в организме

Свободные радикалы — это атомы, молекулы или ионы, содержащие один или несколько неспаренных электронов на внешней электронной оболочке, что делает их химически крайне активными. В биологии и медицине под свободными радикалами обычно понимают реактивные формы кислорода (ROS) и азота (RNS), которые образуются в клетках живых организмов в процессе нормального метаболизма. К ним относятся супероксид-анион (O₂⁻), гидроксильный радикал (OH·), пероксид водорода (H₂O₂), пероксинитрит (ONOO⁻) и ряд других соединений. Избыточное накопление свободных радикалов приводит к оксидативному стрессу — состоянию, при котором антиоксидантная защита клетки не справляется с их нейтрализацией, что повреждает белки, липиды и нуклеиновые кислоты.

Образование в организме

Основным источником свободных радикалов в клетке является митохондриальное дыхание. При переносе электронов по цепи транспорта электронов в внутренней мембране митохондрий небольшая доля электронов «утекает» и присоединяется к молекулярному кислороду, образуя супероксид-анион. По различным оценкам, от 0,1 до 2 % потребляемого клеткой кислорода превращается в реактивные формы. Другие внутриклеточные источники включают ферментные системы: NADPH-оксидазы, ксантиноксидазу, цитохром Р450, а также ферменты пероксисом.

Вне клеток значительное количество радикалов продуцируют иммунные клетки — нейтрофилы и макрофаги — в ходе так называемого «респираторного взрыва». При фагоцитозе патогенов NADPH-оксидаза генерирует супероксид, который далее превращается в гипохлорную кислоту и другие агрессивные соединения, уничтожающие бактерии и вирусы. Таким образом, выработка свободных радикалов является неотъемлемой частью иммунного ответа.

К внешним факторам, усиливающим продукцию радикалов, относятся ультрафиолетовое излучение, ионизирующее излучение, табачный дым, загрязнение воздуха, тяжёлые металлы, некоторые лекарственные препараты (например, парацетамол в высоких дозах), а также избыточное потребление полиненасыщенных жирных кислот.

Биологические эффекты

Повреждение молекул

Свободные радикалы вступают в реакции с биологическими молекулами, нарушая их структуру и функцию. При взаимодействии с полиненасыщенными жирными кислотами клеточных мембран запускается цепная перекисная реакция липидного окисления, приводящая к потере мембранной целостности. Окисление белков приводит к карбонилированию, деструкции аминокислот и потере ферментативной активности. Наиболее опасно повреждение ДНК: окислительные модификации оснований (например, образование 8-оксогуанина) могут вызывать мутации, что связывают с канцерогенезом и старением.

Сигнальная функция

Вместе с тем свободные радикалы выполняют важные физиологические роли. Пероксид водорода, в отличие от гидроксильного радикала, достаточно стабилен и служит сигнальной молекулой, участвуя в регуляции пролиферации, апоптоза, дифференцировки клеток и воспалительных реакций. Окислительно-восстановительная сигнализация через тиоловые группы цистеина белков является одним из ключевых механизмов клеточной коммуникации.

Антиоксидантная защита

Организм располагает многоуровневой системой антиоксидантной защиты, нейтрализующей избыток свободных радикалов.

Ферментные антиоксиданты

ФерментФункция
Супероксиддисмутаза (SOD)Катализирует дисмутацию супероксида в пероксид водорода
КаталазаРазлагает пероксид водорода на воду и кислород
ГлютатионпероксидазаВосстанавливает перекиси липидов и пероксид водорода с участием глутатиона

Низкомолекулярные антиоксиданты

К ним относятся витамины C и E, глутатион, каротиноиды, убихинол (коэнзим Q10), флавоноиды. Витамин E (токоферол) защищает липидные мембраны, а витамин C (аскорбиновая кислота) работает в водной фазе и регенерирует окисленный витамин E. Глутатион — основной внутриклеточный антиоксидант, синтезируемый из трёх аминокислот.

Роль в патологии

Хронический оксидативный стресс рассматривается как фактор развития ряда заболеваний. С ним ассоциированы атеросклероз (окисление липопротеинов низкой плотности), нейродегенеративные болезни — болезни Альцгеймера и Паркинсона, сахарный диабет II типа, хронические воспалительные заболевания, катаракта. Старение клеток связывают с накоплением повреждений ДНК и митохондрий под действием радикалов (митохондриальная теория старения, предложенная Денихамом Харманом в 1956 году).

Антиоксидантная терапия

Популярность теории оксидативного стресса привела к широкому распространению пищевых добавок с антиоксидантами. Однако крупные клинические исследования (например, ATBC, CARET, SELECT) не подтвердили снижения смертности или заболеваемости при приёме высоких доз витаминов C, E и бета-каротина у здоровых людей; в отдельных случаях приём бета-каротина даже увеличивал риск рака лёгких у курильщиков. Современная позиция медицинского сообщества состоит в том, что достаточное поступление антиоксидантов лучше обеспечивать сбалансированным питанием, богатым овощами, фруктами и цельнозерновыми продуктами, а не добавками.

Источники:

  • Halliwell B., Gutteridge J. M. C. Free Radicals in Biology and Medicine.
  • Sies H. Oxidative Stress: Concept and Some Practical Aspects. Antioxidants, 2020.
  • Harman D. Aging: A Theory Based on Free Radical and Radiation Chemistry. Journal of Gerontology, 1956.
  • Bjelakovic G., Nikolova D., Gluud C. Meta (организация признана экстремистской, деятельность запрещена в РФ)-Analysis: Antioxidant Supplements for Primary and Secondary Prevention of Mortality and Disease. JAMA, 2012.
Заметили ошибку или не согласны с информацией в статье? Напишите нам support@bfometr.ru