System antyoksydacyjny organizmu

Układ antyoksydacyjny organizmu to zespół mechanizmów, które hamują autooksydację w komórce.

Autooksydacja nieenzymatyczna, jeśli nie ogranicza się do lokalnego wybuchu, jest procesem destrukcyjnym. Od czasu pojawienia się tlenu w atmosferze prokarioty potrzebowały stałej ochrony przed spontanicznymi reakcjami rozkładu oksydacyjnego ich składników organicznych.

System antyoksydacyjny obejmuje przeciwutleniacze, które hamują autooksydację na początkowym etapie peroksydacji lipidów (tokoferol, polifenole) lub aktywne formy tlenu (dysmutaza ponadtlenkowa - SOD) w błonach. W tym przypadku cząsteczki z niesparowanym elektronem, rodniki tokoferolu lub polifenolu powstałe podczas redukcji są regenerowane przez kwas askorbinowy zawarty w hydrofilowej warstwie błony. Utlenione formy askorbinianu są z kolei redukowane przez glutation (lub ergotioneinę), który otrzymuje atomy wodoru z NADP lub NAD. Tak więc hamowanie rodnikowe jest przeprowadzane przez łańcuch askorbinianu glutationu (ergotioneiny)-tokoferolu (polifenolu), transportując elektrony (jako część atomów wodoru) z nukleotydów pirydynowych (NAD i NADP) do SR. Zapewnia to stacjonarny, ekstremalnie niski poziom stanów wolnorodnikowych lipidów i biopolimerów w komórce.

Oprócz łańcucha AO, w układzie hamowania wolnych rodników w żywej komórce uczestniczą enzymy katalizujące przemianę utleniania-redukcji glutationu i askorbinianu - reduktaza i dehydrogenaza glutationozależna, a także enzymy rozkładające nadtlenki - katalaza i peroksydazy.

Należy zauważyć, że funkcjonowanie dwóch mechanizmów obronnych - łańcucha bioantyoksydantów i grupy enzymów antynadtlenkowych - zależy od funduszu atomów wodoru (NADP i NADH). Fundusz ten jest uzupełniany w procesach biologicznego enzymatycznego utleniania-dehydrogenacji substratów energetycznych. Tak więc wystarczający poziom katabolizmu enzymatycznego - optymalnie aktywny stan organizmu jest warunkiem koniecznym skuteczności układu antyoksydacyjnego. W przeciwieństwie do innych układów fizjologicznych (na przykład krzepnięcia krwi lub hormonalnego), nawet krótkotrwały niedobór układu antyoksydacyjnego nie przechodzi bez śladu - uszkodzone zostają błony i biopolimery.

Załamanie ochrony antyoksydacyjnej charakteryzuje się rozwojem uszkodzeń wolnorodnikowych różnych składników komórek i tkanek tworzących SR. Poliwalentność przejawów patologii wolnorodnikowej w różnych narządach i tkankach, różna wrażliwość struktur komórkowych na działanie produktów SR wskazują na nierównomierne zaopatrzenie narządów i tkanek w bioantyoksydanty, innymi słowy, najwyraźniej ich układ antyoksydacyjny ma znaczące różnice. Poniżej przedstawiono wyniki określania zawartości głównych składników układu antyoksydacyjnego w różnych narządach i tkankach, co pozwoliło nam wyciągnąć wniosek o ich specyfice.

Tak więc osobliwością erytrocytów jest duża rola enzymów antynadtlenkowych - katalazy, peroksydazy glutationowej, SOD, w wrodzonych enzymopatiach erytrocytów często obserwuje się niedokrwistość hemolityczną. Osocze krwi zawiera ceruloplazminę, która ma aktywność SOD, której nie ma w innych tkankach. Przedstawione wyniki pozwalają nam wyobrazić sobie AS erytrocytów i osocza: obejmuje ona zarówno wiązanie antyrodnikowe, jak i mechanizm obrony enzymatycznej. Taka struktura układu antyoksydacyjnego pozwala nam skutecznie hamować FRO lipidów i biopolimerów ze względu na wysoki poziom wysycenia erytrocytów tlenem. Znaczącą rolę w ograniczaniu FRO odgrywają lipoproteiny - główny nośnik tokoferolu, z nich tokoferol przechodzi do erytrocytów po kontakcie z błonami. Jednocześnie lipoproteiny są najbardziej podatne na autooksydację.

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

Specyfika układów antyoksydacyjnych różnych narządów i tkanek

Inicjujące znaczenie nieenzymatycznego autooksydowania lipidów i biopolimerów pozwala nam przypisać rolę wyzwalającą w genezie SP niedoborowi układu antyoksydacyjnego organizmu. Funkcjonalna aktywność układu antyoksydacyjnego różnych narządów i tkanek zależy od szeregu czynników. Należą do nich:

1. poziom katabolizmu enzymatycznego (dehydrogenacji) - produkcja kompleksu NAD-H + NADP-H;
2. stopień zużycia funduszy NAD-H i NADPH w procesach biosyntezy;
3. poziom reakcji enzymatycznego utleniania NADH w mitochondriach;
4. dostarczanie niezbędnych składników układu antyoksydacyjnego - tokoferolu, askorbinianu, bioflawonoidów, aminokwasów zawierających siarkę, ergotioneiny, selenu itp.

Z drugiej strony, aktywność układu antyoksydacyjnego zależy od nasilenia działania lipidów, które indukują utlenianie wolnorodnikowe; gdy są one nadmiernie aktywne, hamowanie zostaje zaburzone, a produkcja wolnych rodników i nadtlenków wzrasta.

W różnych narządach, zgodnie ze specyfiką tkankową metabolizmu, przeważają pewne składniki układu antyoksydacyjnego. W strukturach pozakomórkowych, które nie mają funduszu NAD-H i NADPH, istotne znaczenie ma napływ zredukowanych form AO-glutationu, askorbinianu, polifenoli i tokoferolu transportowanych przez krew. Wskaźniki poziomu zaopatrzenia organizmu w AO, aktywność enzymów antyoksydacyjnych i zawartość produktów STO integralnie charakteryzują aktywność układu antyoksydacyjnego organizmu jako całości. Jednakże wskaźniki te nie odzwierciedlają stanu AS w poszczególnych narządach i tkankach, które mogą się znacznie różnić. Powyższe pozwala nam założyć, że lokalizacja i charakter patologii wolnych rodników są z góry określone głównie przez:

• cechy genetyczne układu antyoksydacyjnego w różnych tkankach i narządach;
• natura zewnętrznego induktora SR działającego w trakcie ontogenezy.

Analizując zawartość głównych składników układu antyoksydacyjnego w różnych tkankach (nabłonkowej, nerwowej, łącznej) można zidentyfikować różne warianty układów tkankowych (narządowych) hamowania FRO, które na ogół pokrywają się z ich aktywnością metaboliczną.

Erytrocyty, nabłonek gruczołowy

W tych tkankach aktywny cykl pentozofosforanowy funkcjonuje, a dominuje katabolizm beztlenowy; głównym źródłem wodoru dla łańcucha antyrodnikowego układu antyoksydacyjnego i peroksydaz jest NADPH. Erytrocyty jako nośniki tlenu są wrażliwe na induktory FRO.

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

Mięśnie i tkanka nerwowa

Cykl pentozofosforanowy w tych tkankach jest nieaktywny; NADH, powstający w tlenowych i beztlenowych cyklach katabolizmu tłuszczów i węglowodanów, dominuje jako źródło wodoru dla inhibitorów antyrodnikowych i enzymów antyoksydacyjnych. Nasycenie komórek mitochondriami powoduje zwiększone ryzyko „wycieku” O2 i możliwość uszkodzenia biopolimerów.

Hepatocyty, leukocyty, fibroblasty

Obserwuje się zrównoważony cykl pentozofosforanowy oraz szlaki kataboliczne ana- i tlenowe.

Substancją międzykomórkową tkanki łącznej jest osocze krwi, włókna i substancja podstawowa ściany naczyniowej i tkanki kostnej. Hamowanie SR w substancji międzykomórkowej zapewniają głównie inhibitory antyrodnikowe (tokoferol, bioflawonoidy, askorbinian), co powoduje dużą wrażliwość ściany naczyniowej na ich niewydolność. Oprócz nich osocze krwi zawiera ceruloplazminę, która ma zdolność eliminowania anionorodnika ponadtlenkowego. W soczewce, w której możliwe są reakcje fotochemiczne, oprócz inhibitorów antyrodnikowych, wysoka jest aktywność reduktazy glutationowej, peroksydazy glutationowej i SOD.

Przedstawione cechy narządów i tkanek dotyczące lokalnych układów antyoksydacyjnych wyjaśniają różnice we wczesnych objawach SP z różnymi typami efektów wywołujących FRO.

Różne znaczenie funkcjonalne bioantyoksydantów dla różnych tkanek z góry determinuje różnice w lokalnych przejawach ich niedoboru. Tylko niedobór tokoferolu, uniwersalnego lipidowego przeciwutleniacza wszystkich typów struktur komórkowych i niekomórkowych, objawia się wczesnym uszkodzeniem w różnych narządach. Początkowe objawy SP wywołane przez chemiczne prooksydanty zależą również od natury czynnika. Dane pozwalają nam sądzić, że wraz z naturą czynnika egzogennego, rola specyficznych dla genotypu gatunków i specyficznych dla tkanki cech układu antyoksydacyjnego jest znacząca w rozwoju patologii wolnych rodników. W tkankach o niskim tempie biologicznego utleniania enzymatycznego, takich jak ściana naczyniowa, rola łańcucha antyrodnikowego ergotioneina - askorbinian (bioflawonoidy) - tokoferol, który jest reprezentowany przez bioantyoksydanty niesyntetyzowane w organizmie, jest wysoka; w związku z tym przewlekły niedobór poliantyoksydantów powoduje przede wszystkim uszkodzenie ściany naczyniowej. W pozostałych tkankach przeważają enzymatyczne składniki układu antyoksydacyjnego - SOD, peroksydazy itp. Tak więc spadek poziomu katalazy w organizmie charakteryzuje się postępującą patologią przyzębia.

Stan układu antyoksydacyjnego w różnych narządach i tkankach jest determinowany nie tylko przez genotyp, ale także podczas onkogenezy przez fenotypowo heterochroniczny spadek aktywności różnych składników układu antyoksydacyjnego, spowodowany naturą induktora układu antyoksydacyjnego. Tak więc w rzeczywistych warunkach u danej osoby różne kombinacje czynników egzogennych i endogennych rozkładu układu antyoksydacyjnego determinują zarówno ogólne mechanizmy starzenia się wolnorodnikowego, jak i szczególne wyzwalacze patologii wolnorodnikowej, manifestujące się w określonych narządach.

Przedstawione wyniki oceny aktywności głównych ogniw AS w różnych narządach i tkankach stanowią podstawę do poszukiwania nowych leków-inhibitorów lipidowego FRO o ukierunkowanym działaniu w celu zapobiegania patologii wolnorodnikowej określonej lokalizacji. Ze względu na specyfikę układu antyoksydacyjnego różnych tkanek, leki AO powinny wykonywać brakujące ogniwa w sposób zróżnicowany dla określonego narządu lub tkanki.

W limfocytach i erytrocytach odkryto różne systemy antyoksydacyjne. Gonzalez-Hernandez i in. (1994) badali systemy antyoksydacyjne w limfocytach i erytrocytach u 23 zdrowych osób. Wykazano, że w limfocytach i erytrocytach aktywność reduktazy glutationowej wynosiła odpowiednio 160 i 4,1 U/h, peroksydazy glutationowej - 346 i 21 U/h, dehydrogenazy glukozo-6-fosforanowej - 146 i 2,6 sd/h, katalazy - 164 i 60 U/h, a dysmutazy ponadtlenkowej - 4 i 303 μg/s.