Кислород является участником множества процессов в организме, необходимых для поддержания жизнедеятельности. Однако его активные формы могут причинять вред. Что такое окисление липидов в организме и в чем его особенности?
Энергетическая функция
Жировые клетки являются самыми энергоемкими, что отличает их от белков и углеводов. В процессе их окисления образуется энергия, которая запасается в виде АТФ. Основные функции липидов – пластическая и энергетическая. Они являются структурным элементом клеток, без которых организма бы не существовало. Липиды накапливаются в жировых депо, тем самым создавая источники энергообеспечения функций организма.
Перекисное окисление
Активные формы кислорода образуются в большинстве клеток организма, благодаря поэтапному присоединению электронов. Основной продукт таких реакций – это вода, но при этом превращении побочно выделяются и химически активные вещества. Процесс происходит не только в липидах, затрагиваются и молекулы белков.
Роль окисления
Участие активных форм кислорода чаще всего ведет к неприятным последствиям в организме – разрушению клеток. Особенно важен процесс окисления липидов мембраны, в ней формируются дефекты. Таким образом, клеточная мембрана перестает выполнять свои защитные функции, и клетка погибает.
Наиболее активным является гидроксильный радикал. Он оказывает более выраженное влияние на органические компоненты клеток. Он способен отнимать электрон у молекул, в результате чего запускается цепь реакций окисления. Для защиты в организме имеется система подавления окисления, которая помогает сохранить целостность в клетке.
Перекисное окисление причиняет не только вред. У этого процесса есть и полезные функции. Без активных форм невозможно представить фагоцитоз, в результате которого гибнут чужеродные для организма вещества. После захвата патогенного агента лейкоцитом его следует уничтожить, за что и отвечает кислород. Кроме того, процессы окисления помогают разрушать и удалять из организма поврежденные клетки, влияя на их мембраны и ДНК.
Реакции
Перекисное окисление липидов протекает в организме всегда и затрагивает не только липиды, но и другие соединения. Этот процесс важен и для разрушения белков. Свободнорадикальное окисление вызывает повреждение некоторых аминокислот. Его активация приводит к изменению структуры, между ними появляются ковалентные связи – «сшивки», что способствует повышению функции протеолитических ферментов – это соединения, участвующие в разрушении поврежденных белков.
Липиды наиболее подвержены окислению, так как имеют специфическую структуру. Они имеют CH2-группу, через которую расположены двойные связи. От этой группы активные формы способны отнимать электрон.
Как окисляются липиды? Стадии включают запуск, развитие цепи и обрыв. Реакция перекисного окисления начинается с инициации. Ее запускает обычно гидроксильный радикал, который отнимает водород от группы CH2, содержащейся в молекуле полиеновой кислоты. Так образуется липидный радикал.
Далее, цепь развивается за счет присоединения кислорода, в результате чего формируется пероксид липида. При дальнейших превращениях образуются конечные продукты. Цепь может обрываться после образования связи с антиоксидантом. Таковы стадии процесса.
Особенности
Активные формы кислорода разрушительно влияют на структуры белков, генетического материала (ДНК), а также компонентов мембраны. В мембранах процесс повреждения запускается следующим образом. Клетки ограничены от окружающей среды двойным слоем липидов. Их молекулы содержат гидрофобную и гидрофильную части. Наружная часть представлена гидрофобными структурами, которые препятствую транспорту ряда веществ.
В процессе окисления в этом слое образуются гидрофильные зоны – это связано с образованием гидропероксидов. Через эти участки спокойно проходит вода, а также ионы кальция и натрия, чего в норме происходить не должно. Они должны транспортироваться лишь при участии специальных систем. После окисления они активно проникают через зоны повреждения, в результате чего клетка набухает, ее органоиды повреждаются и она становится нежизнеспособной.
В норме такие процессы в организме поддерживают баланс, разрушая дефектные клетки. Однако некоторые заболевания сопровождаются избыточной активацией свободнорадикального окисления. Например, при болезни Паркинсона активируется разрушение нервных клеток, расположенных в стволе мозга. При мышечной дистрофии активируется окисление белков.
Реакция окисления активизируется и в зоне ишемии, а затем реваскуляризации (восстановлении сосудов). Это происходит, когда кровоток на время нарушается, а затем снова восстанавливается, например, при спазме или окклюзии просвета сосуда. Ситуацию можно подробно рассмотреть на примере тромбоза коронарной артерии.
В момент перекрытия сосуда тромбом кровь перестает снабжать миокард кислородом и питательными веществами – возникает ишемия.
Если своевременно была оказана помощь, и тромб удалось разрушить, кровоснабжение восстанавливается. Казалось бы, все процессы в клетке должны нормализоваться, но возникает синдром ишемии-реперфузии. Во время реоксигенации (восстановления снабжения кислородом) значительно повышено образование активных форм, из-за чего отмечаются дополнительные поражения клеток миокарда.
Биохимия выяснила, что перекисное окисление липидов протекает не только в организме. Его влияние можно оценить, обратив внимание на изменение свойств продуктов питания. Неверное хранение ведет к прогорканию жиров, потемнению масел, изменение запаха и вкуса молочных продуктов – все это происходит по причине окисления. Эта реакция приводит к изменению первоначальных свойств веществ.
Защита
Процессы окисления не должны быть излишне интенсивными, их активация может привести к пагубным последствиям. Избыточному выделению свободных радикалов препятствует особая защитная система – именно она поддерживает баланс в организме, препятствуя разрушению здоровых клеток. От какого соединения следует ждать защиты?
Важную роль играют ферменты, которые превращают активные формы кислорода в безобидные соединения. Среди таких ферментов можно выделить каталазу, супероксиддисмутазу и глутатионпероксидазу. Наибольшая активность этих ферментов наблюдается в печени и почках.
Витамины
Витамин E относится к природным антиоксидантам. Это липофильная молекула, основная функция которой – подавлять свободные радикалы. Этот процесс проходит в гидрофобном слое клеточной мембраны. Альфа-токоферол более активен, чем бета. Механизм его действия заключается в отдаче атома водорода свободному радикалу, что останавливает пероксидное окисление липидов. Антиоксиданты вызывают снижение функции активных форм.
Витамин C также относится к группе антиоксидантов, поддерживая защиту клеток двумя механизмами. Это соединение способно восстанавливать витамин E, что усиливает свойства последнего. Кроме того, он способен самостоятельно инактивировать водорастворимые формы кислорода, за счет того, что является сильнейшим восстановителем.
Бета-каротин также способен блокировать перекисное окисление липидов. Такое соединение является предшественником витамина A. Активация перекисного окисления становится невозможной, благодаря действию этого соединения.
Таким образом, можно сделать вывод, что поступление необходимого количества витаминов в организм является профилактикой некоторых патологических изменений. Витамины должны преимущественно поступать с пищей – следует придерживаться рационального питания, употреблять в нужном количестве фрукты и овощи. Раз в 6 месяцев рекомендуется принимать курс поливитаминов. В пище должно быть сбалансированное содержание белков, углеводов и жиров.
Заключение
Перекисное окисление липидов имеет как положительные, так и отрицательные аспекты. Этот процесс необходим для организма, так как он защищает от действия чужеродных агентов, а также помогает уничтожать поврежденные клетки, которые уже не способны выполнять свои функции. Однако свободнорадикальное окисление может протекать слишком интенсивно – тогда поражаются здоровые клетки, нарушается их функция, и они погибают.
Многие заболевания связаны с активацией перекисного окисления. Защита от избыточного действия активных форм помогает сохранять баланс в организме. Чрезмерное снижение интенсивности окисления также нежелательно, так как нарушатся процессы фагоцитоза и удаления нежелательных клеток – важно поддерживать равновесие.
