Свободнорадикальное окисление

Свободные радикалы – это частицы с неспаренным электроном (наличие неспаренного электрона обозначается точкой ·). Главным источником радикалов в организме человека является молекулярный кислород, а в случае радиационного воздействия – вода (радиолиз воды). От 1 до 3% потребляемого человеком кислорода расходуется на образование свободных радикалов. Молекула кислорода содержит два неспаренных электрона и представляет собой бирадикал ·О₂·. Однако неспаренные электроны расположены так, что молекула О₂ остаётся относительно стабильной. При полном восстановлении (тканевом дыхании) молекула кислорода, принимая четыре электрона и четыре протона, превращается в две молекулы воды. При неполном восстановлении кислорода образуются различные активные формы. К активным формам кислорода относятся:

О₂

↓+ ē

·О₂ ‾ - супероксидный радикал (+ Н⁺ → НО₂^• гидроперекисный радикал)

↓+ ē (+2Н⁺)

Н₂О₂ - перекись водорода

↓+ ē

·ОН - гидроксильный радикал

Под действием света молекулярный кислород переходит в синглетное состояние, т.е. в синглетный кислород О₂', в котором все электроны спарены. Синглетный кислород неустойчив, период полураспада – 45 мин. Он более активен в реакциях окисления, чем молекулярный кислород. Окислительная способность активных форм кислорода возрастает в следующей последовательности:

О₂ → О₂' → ·О₂ ^─ → НО₂^• → Н₂О₂ → НО^•

Образование активных форм кислорода происходит в организме постоянно. В организме токсичные кислородсодержащие радикалы возникают при взаимодействии О₂ с металлопротеинами (гемоглобин, цитохромы), содержащими катионы металлов в низших степенях окисления (Fe²⁺, Cu⁺, Mn²⁺), получая от них электрон:

Fe²⁺ + О₂ → Fe³⁺ + ·О₂ ^─

Химические реакции, приводящие к появлению свободных радикалов, являются нормальными процессами человеческого организма. Свободные радикалы появляются в результате тканевого дыхания, переноса кислорода гемоглобином, синтеза гормонов, простагландинов, фагоцитоза, обезвреживания лекарственных препаратов и различных токсических веществ печенью, физической активности и т. д.

Образовавшиеся радикальные частицы, прежде всего радикал НО^•, обладают чрезвычайно высокой реакционной способностью. Свободные радикалы реагируют практически с любыми молекулами, вызывая нарушение их структуры и функций: белками, нуклеиновыми кислотами, углеводами, липидами. Особенно агрессивны свободные радикалы в отношении ДНК и липидов. Их взаимодействие с ДНК приводит к нарушению генетического кода, и может стать источником развития раковой опухоли. Однако в первую очередь свободные радикалы участвуют в реакциях перекисного окисления липидов (ПОЛ). При этом окислению подвергаются ненасыщенные жирные кислоты, входящие в состав фосфолипидов клеточных мембран. Процесс ПОЛ можно условно разделить на три этапа:

I этап – образование свободных радикалов липидов:

RH + ^•ОН → R^• (R─CH₂─CH═CH─R' + НО^• → R─CH^•─CH═CH─R' + Н₂О)

аллильный радикал

II этап – продукция перекисей липидов: окисление аллильного радикала молекулярным кислородом с образованием пероксидных радикалов:

R^• + О₂ → ROO^• (R─CH^•─CH═CH─R' + О₂ → R─CH─CH═CH─R')

│

О─О^•

Пероксидный радикал затем восстанавливается в гидропероксид за счёт окисления другой молекулы жирной кислоты в свободный радикал: ROO^• + RH → ROOH + R^•