Образование токсичных форм кислорода в ЦПЭ и обезвреживание перекиси водорода ферментом пероксидазой

В большинстве реакций с участием молекулярного кислорода его восстановление происходит поэтапно с переносом одного электрона на каждом этапе. При одноэлектронном переносе происходит образование промежуточных высокореактивных форм кислорода.

В невозбужденном состоянии кислород нетоксичен. Образование токсических форм кислорода связано с особенностями его молекулярной структуры. О2 содержит 2 неспаренных электрона с параллельными спинами, которые не могут образовывать термодинамическую стабильную пару и располагаются на разных орбиталях. Каждая из этих орбиталей может принять ещё один электрон.

Полное восстановление О₂ происходит в результате 4 одноэлектронных переходов:

 

ē

О₂ О₂ˉ - супероксид

+ē, Н⁺

О₂^- Н₂О₂ - пероксид

 

+ē, Н⁺ +ē, Н⁺

Н₂О₂ Н₂О + ОН^- 2Н₂О

гидроксильный радикал

 

Супероксид, пероксид и гидроксильный радикал- активные окислители, представляют серьезную опасность для многих структурных компонентов клетки.

Активные формы кислорода могут отщеплять электроны от многих соединений, превращая их в новые свободные радикалы, инициируя цепные окислительные реакции. Активные формы О₂ вызывают окисление липидов, белков мембраны клеток, ДНК, РНК. Все это приводит к разрушению клеток.

Большая часть активных форм О₂ образуется при переносе электронов в ЦПЭ, прежде всего, при функционировании QН₂– дегидрогеназного комплекса. Это происходит в результате неферментативного переноса («утечки») электронов с QН₂ на кислород.

Супероксид может образовываться:

1. При спонтанном окислении гемоглобина. В норме гемоглобин обратимо связывает кислород в оксигемоглобин, однако оксигемоглобин превращается в метгемоглобин (Fе³⁺) и супероксид О₂ˉ.

2. Вирус гриппа взаимодействует с нейтрофилами легочной ткани и образует О₂ˉ, который поддерживает воспаление, деструктивные процессы.

3. Нейтрофилы, в избытке накапливающиеся в воспаленных суставах, также образуют О₂ˉ, которые участвуют в развитии артритов.

В организме существуют защитные механизмы:

- гемсодержащие ферменты: пероксидаза, которая расщепляет Н₂О₂:

пероксидаза

Н₂О₂ Н₂О + О