Активные формы кислорода
Глутатионпероксидаза катализирует взаимодействие пероксида водорода и гидропероксидных радикалов с глутатионом (G–SH): 2G–SH + H2O2 ® G–S–S–G + 2H2O Защита от вредного действия активных форм кислорода осуществляется с помощью антиоксидантной системы. Антиоксиданты – вещества, обратимо взаимодействующие со свободными радикалами и окислителями, предохраняющие субстраты от их воздействия. Реагируя со свободными радикалами, антиоксиданты превращаются в малореакционноспособные радикалы, прерывающие цепной процесс. К антиоксидантам относятся тиолы (унитол, N-ацетилцистеин), аскорбиновая кислота, b-каротин, витамины А, Е, К, Р. Например, под действием фермента супероксиддисмутазы (СОД), входящего в состав антиоксидантной системы, супероксидный радикал превращается в кислород и пероксид водорода: 2 ×О + 2Н+ H2O2 + O2. Пероксид водорода далее разлагается под действием каталазы H2O2 2Н2О + О2. Пероксид водорода утилизируется в клетке под действием фермента пероксидазы, а кислород опять принимает участие в биологическом окислении. Наличие пероксидазы в лейкоцитах способствует уничтожению бактерий и веществ, поглощенных лейкоцитарными клетками. 2Н2О2 + субстрат 2Н2О + окисленный субстрат. Обычный путь поступления кислорода в организм лежит через легкие, где он проникает в кровь и связывается с гемоглобином: HHb + O2 HHbO2. Благодаря оксигемоглобину 1 литр крови переносит 250 мл кислорода в капилляры различных органов. Небольшая часть поступившего кислорода соединяется с миоглобином для накопления кислорода в тканях, в основном, в мышцах и поддержания необходимого парциального давления. Основная часть кислорода вступает в процессы метаболизма. Кислород поступает в организм также в виде воды. Кислород применяют для вдыхания при гипоксии, заболеваниях дыхательных путей и сердечно-сосудистой системы, отравлениях СО, HCN, нарушении функции дыхания. Обычно используют смесь (О2 – 95% и СО2 – 5%) называемую карбогеном. Применение кислорода под повышенным давлением (гипербарическая оксигенация) используется для улучшения кислородного насыщения тканей, защищает головной мозг от гипоксии. Для улучшения обменных процессов при лечении сердечно-сосудистых заболеваний в желудок вводят кислородную пену в виде кислородного коктейля. Пероксид магния (MgO2 в смеси с MgO) применяют как комбинированное средство, оказывающее антисептическое действие и связывающее HCl желудочного сока при повышенной кислотности: MgO2 + 2HCl = MgCl2 + H2O2. Кислород – самый распространенный элемент земной коры. Организм взрослого человека в состоянии покоя потребляет 264 мл кислорода в минуту, около 300 л в сутки, при физической работе в 10-15 раз больше. Кислород участвует во всех видах обмена веществ, необходим для дыхания. Он жизненно необходимый элемент, однако избыток его вреден. Лабораторная мышь в среде чистого кислорода погибает через 2 недели. Молекула О2 имеет пару электронов с параллельно ориентированными спинами О–О. Эта способность запрещает О2 вступать в химические реакции с синхронным участием сразу двух электронов. О2 является свободным бирадикалом. В живых организмах реакции с участием О2 контролируются ферментами и используются главным образом для выработки энергии: О2 ® ® Н2О2 ® 2Н2О | В организме при определенных условиях может образоваться так называемый синглетный кислород О=О (электронно-возбужденное состояние молекулы с замкнутой системой электронов): Н2О2 + ® ОН– + Н + О ( синглетный) Считается весьма вероятным, что синглетный кислород играет важную роль в индуцировании злокачественных опухолей при попадании в организм полициклических углеводородов. Повышение концентрации кислорода в сыворотке и тканях организма нарушает природную гармонию между ферментативными и неферментативными окислительно-восстановительными реакциями. Природные и искусственные антиоксиданты снижают токсичный эффект воздействия повышенных доз кислорода. При повышенном давлении увеличивается содержание кислорода в крови. В барокамерах проводят сложные хирургические операции, лечат некоторые формы сердечной недостаточности, повреждений мозга, почек, печени, легких, костных тканей, газовую гангрену, столбняк, иногда принимают роды. Аллотропная модификация кислорода – озон – самый агрессивный стрессор внешней среды, сокрушительно действующий на легкие и другие органы. Озон О3 (О+4О2) – газ синего цвета с резким раздражающим запахом, токсичен. Озон сильно эндотермичен(D Н = +142,3 кДж/моль), поэтому очень реакционноспособен. По окислительным свойствам уступает только фтору. Непосредственно не реагирует только с галогенами, благородными газами, платиной и золотом. В естественных условиях озон образуется из атмосферного кислорода при грозовых разрядах, а на высоте 10–30 км – под действием ультрафиолетовых лучей. Озон задерживает ультрафиолетовое излучение Солнца и поглощает инфракрасное излучение Земли, препятствуя её охлаждению. При этом происходит разложение озона: О3 О2 + О. Озон сильно раздражает глаза и дыхательные пути. Предельно допустимая концентрация (ПДК) в воздухе – 1 мг/м3. Применяется озон как бактерицидное средство, в смеси с воздухом или кислородом для дезинфекции воды, воздуха. Ничтожные количества озона, содержащиеся в атмосферном воздухе, достаточны для инициирования пероксидного окисления непредельных жирных кислот, входящих в биомембраны. Экспериментально установлено, что предельно допустимый уровень содержания озона 120 мкг/м3 представляет для окружающей среды большую угрозу, чем предельно допустимая радиация. Установлено, что поражение легких, органов зрения, ускоренное старение организма и ряд других патологий, вызываемых озоном, связаны с инициированием цепных свободнорадикальных реакций. Витамины Е, Р, С и другие природные антиоксиданты защищают организм от действия озона, перехватывая свободные радикалы, обрывая кинетические цепи.
…Человеку, впервые попавшему в горы, на высоте «не хватает воздуха», а точнее кислорода. Причина «горной болезни» в том, что на высоте парциальное давление кислорода понижено и в разряженном воздухе кровь не успевает насытиться кислородом, и – наступает кислородное голодание. Люди, постоянно живущие в горных районах, кислородной недостаточностью не страдают. Их организм адаптировался к горным условиям: интенсивнее протекают процессы кровообращения, организм вырабатывает больше гемоглобина.
|