Коантиоксиданты и прооксидантная активность

В биомембранах и липопротеиновых частицах окисление а-токоферола при его / взаимодействии со свободными радикалами компенсируется биорегенерацией молекул 1 этшш антиоксиданта в реакциях восстановления так называемыми коантиоксидантами \ (АН), редокс-потенциал которых ниже, чем у радикала а-токоферола (а-Тф-О*).

а-Тф-О* + ЯН > а-Тф-ОН + К* (10)

а-Тф-О* + АН > а-Тф-ОН + А* (14)

Так, константа скорости реакции а-Тф-О* с большинством ненасыщенных жирных кислот (реакция (10)) не превышает 103 М_1с 1 [304], в то время как для реакции (14) в зависимости от природы АН (аскорбат, урат и др.) константа скорости может достигать значений 104— 107 М^с'1 [1114], поэтому в физиологических условиях реакция (14) обыч­но превалирует над реакцией (10).

ЯОО*

Коантиоксиданты могут быть гидрофильными и липофильными, природными и син­тетическими; к наиболее изученным относятся З^ихинол (восстановленная форма коэн- зима СЬо) и аскорбиноаая^кислота [1175, 1502] (рис.

Рис. 77. Окислительно-восстановительные превращения а-токоферола и сопряжённых с ним

коантиоксидантов

Аскорбиновая кислота (витамин С) выявляется во всех тканях млекопитающих. Её содержание в плазме крови человека в норме составляет 20-60 мкМ, в клетках благодаря наличию механизмов активного транспорта она может накапливаться в миллимолярных концентрациях. Особенности структуры молекулы аскорбиновой кислоты позволяют ей выступать в качестве донора двух атомов водорода (рис. 107).

В гетерогенных системах, содержащих липидную и водную фазы, пара а-токоферол и аскорбиновая кислота (НО-Аск-ОН) работает синергично и "выводит" радикалы из легкоокисляющейся липидной фазы (лф) в водную (вф):

ЯОО лф + а-ТФ-ОНЛф > ЯООНлф + а-ТФ-О Лф

а-ТФ-0*лф + НО-Аск-ОНвф > а-ТФ-ОНЛф + НО-Аск-0*Вф

а-ТФ О*Лф + НО-Аск-0*вф > а-ТФ-ОНЛф + 0=Аск=Овф

Г Последующая регенерация аскорбиновой кислоты в организме осуществляется фер­ментными системами клетки (см. ниже раздел "Аскорбиновая кислота"); в митохондриях и липопротеинах сыворотки дегидроаскорбат восстанавливается а-липоевой кислотой. По­казано, что 1 мл человеческих эритроцитов восстанавливает около 40 нмоль дегидроа­скорбата в минуту, при этом если принять нормальное значение гематокрита за 45 %, то вся аскорбиновая кислота крови может рециклизироваться каждые 3 минуты. Определён­ная методом импульсного радиолиза скорость взаимодействия токофероксильных радика­лов с аскорбиновой кислотой составляет (1,3 ± 0,2) х 107 М^с 1 [1294]. Синергическое дей­ствие а-токоферола и аскорбиновой кислоты может усиливаться природным флавоноидом рутином. Анализ ингибирования индуцированного ионами Си2+ и УФ-облучением окисле­ния липопротеинов низкой плотности смесью антиоксидантов показал, что наибольший эффект достигался при соотношении рутин: аскорбиновая кислота: а-токоферол, равном 4:4:1 [1109].

Среди других водорастворимых коантиоксидантов для а-токоферола физиологиче­ски важными являются билирубин и 3-гидроксиантраниловая кислота. Билирубин, про­дукт катаболизма гема, как в свободной, так и в связанной с альбумином форме восста­навливает токоферолы, защищая липопротеины низкой плотности от окисления [1114]. Добавленный в среду с выделенными липопротеинами билирубин значительно ингиби­ровал индуцированное 2,2'-азобис(2,4-диметил)валеронитрилом окисление на начальной стадии, однако его эффективность была незначительной на более поздней стадии, после истощения а-токоферола [1112]. Обследование людей с наследственной предрасполо­женностью к коронарному атеросклерозу показало, что снижение уровня общего били- J рубина в сыворотта на 50 % повышает риск развития атеросклероза на 47 % [718]. ^

"^-Т^щроксиант^ниловая^ислота образуется в ходе Неточного метаболизма трипто-1 фан^по кинурениновсму пути (рис. 78). При воспалении индукция деградации трипто-1 фана в человеческих моноцитах/макрофагах приводит к выходу из клеток больших ко­личеств 3-гидроксиантраниловой кислоты, в результате чего её концентрация в очаге воспаления может существенно возрастать и достигать десятков микромолей. Исследо­вание окисления выделенных липопротеинов низкой плотности в разных эксперимен­тальных системах (индукция Си2+, азоинициаторами или 15-липоксигеназой) показало, что в концентрациях 1-10 мкМ 3-гидроксиантраниловая кислота и её предшественник 3-гидроксикинуренин дозозависимо ингибировали окисление [1503].

3-Г идроксиантраниловая кислота

В организмах ряда экспериментальных животных и человека наиболее изученными и эффективными липофильными коантиоксидантами для а-токоферола являются убихи- нолы, в частности убихинол Q10, который в результате взаимодействия с а-Тф-О* пре­вращается в семихинонный радикал (см.

В митохондриях а-токоферол содержится в значительно меньшем количестве, чем другой фенольный антиоксидант убихинол: соотношение убихинол/токоферол превы­шает 20/1 [189]. Анализ активности процессов ПОЛ в митохондриях позволил предпо­ложить, что антиоксидантный эффект убихинола во многом реализуется за счёт восста-

новления радикалов токоферола [798]. Добавление витамина Е к выделенным митохонд­риям снижало индуцированное Ее3+-АДФ свободнорадикальное окисление, при этом аскорбат и убихинон усиливали ингибирующий эффект токоферола [536].

Растительные пигменты (ликопин, Р~каротин и др.) и образующийся в тканях живот­ных витамин А (ретинол) имеют в своей структуре полиеновую цепь с чередующимися двойными связямиТТэыло показано, что как витамин А, так и его провитамин (3-каротин могут участвовать в регенерации токофероксильного радикала [1052, 1492], при этом Р-каротин переходит в катион-радикал, как это следует из реакции:

а-ТфО* + Н+ + Р-каротин > а-ТфОН + [3-каротин*+.

Помимо описанных путей регенерации, в клетках присутствует редуктаза токоферок­сильного радикала, которая способна восстанавливать радикалы витамина Щ58]. tf от­сутствие восстановителей радикал а-токоферола вступает в реакцию со вторым перок- сидным радикалом с образованием неактивных продуктов, что приводит к расходу ан­тиоксиданта, однако каждая его молекула может инактивировать два пероксидных ради­кала и тем самым обрывать две цепи окисления.

Взаимодействуя с перекисными радикалами, токоферолы ингибируют цепные про­цессы свободнорадикального окисления, протекающие в липидной фазе. Кинетические параметры взаимодействия разных форм токоферолов и их синтетических аналогов с радикалами ненасыщенных жирных кислот подробно изучены в работах Е. Б. Бурлако вой с коллегами из Института биохимической физики им. Н. М. Эмануэля РАН [20]. В антирадикальной защите липопротеинов плазмы крови и клеточных мембран а-токоферолу принадлежит ведущая роль - одна его молекула защищает - 10 000 моле­кул ненасыщенных жирных кислот, при этом считается, что а-токоферол способен обез вредить не менее 60 % образующихся пероксильных радикалов. В то же время вклад витамина Е в суммарную антиокислительную активность^плазмы крови по разным оцен­кам либо незначителен [39], либо составляет неТюлее 10 % [1603]. Это связано с тем, что в физиологических условиях токоферолы функционируют в комплексе с другими жиро- и водорастворимыми восстановителями (аскорбиновая кислота, коэнзим Q10, флавонои- ды), в отсутствие которых они быстро инактивируются или переходят в токофероксиль- ные радикалы, способные инициировать новые цепи окисления ненасыщенных липидов (реакции (-7) и (10)):

а-Тф-О* + LOOH > а-Тф-ОН + LOO* (-7).

а-Тф-О* + LH > а-Тф-ОН+ L* (10).

В модельных окислительных системах при отсутствии восстановителей или соотно­шениях а-токоферол/жирная кислота больше 1/100 реакция (10) начинает превалировать над реакцией рекомбинации токоферильных радикалов, в результате начинают прояв­ляться прооксидантные свойства токоферола [14^4, ЗШ*]. Константы скорости взаимодей­ствия феноксильных радикалов а-то1юферола с липидами и жирными кислотами суще­ственно зависят от наличия и количества двойных связей в молекуле окисляемого суб­страта (табл. 40).

Орооксидантные свойства токоферола проявляются также за счёт его способности восстанавливать ионы меди и тем самым инициировать реакции разветвления цепей:

Си2+ + а-Тф-ОН > Си+ + а-Тф-О* + Н+

ROOH + Си+ > Cu2+ + ROO* + ОН .

Таблица 40

Константы скорости реакции феноксильных радикалов а-токоферола с высшими жирными кисло­тами и фосфолипидами [131]

В физиологических условиях константа скорости взаимодействия а-токоферола с Си24 составляет 0,56 М ]с 1 [1675]. Способность токоферола восстанавливать ионы меди приводит к тому, что индуцированное ионами Си2+ окисление липосом и липопротеинов низкой плотности может протекать в отсутствие восстановителей в среде, но значитель- , но снижено в условиях дефицита а-токоферола [870]. Прооксидантные эффекты токо- [ ферола часто наблюдаются при окислении липопротеинов крови in vitro в условиях не­достатка в среде восстановителей токоферильных радикалов, для таких ситуаций даже введён специальный термин "токоферол-опосредованное окисление" (ТМР, tocopherol- mediated peroxidation) [1542]. Двойственное поведение витамина Е в биологических сис­темах (возможность проявления в различных ситуациях как антиоксидантного, так и прооксидантного действия) позволяет рассматривать токоферолы как регуляторные со­единения, способствующие поддержанию свободнорадикальных реакций в организме на определённом стационарном уровне.