CC BY
232
УДК 636.09: 615.9: 636.2
Губерук В.О..2 здобувач Лье1еський нацюнальний утеерситет еетеринарног медицины та бютехнологт ¡мет С.З. Гжицького
ПЕРЕКИСНЕ ОКИСНЕННЯ Л1П1Д1В ТА АНТИОКСИДАНТНА СИСТЕМА ЗАХИСТУ ОРГАН1ЗМУ (Огляд л1тератури)
Ключовi слова: антиоксиданти, ферментатиена антиоксидантна система, неферментатиена антиоксидантна система, перекисне окиснення лтд1е,штрати, нтрити.
Питанням фармаколопчно! корекци розлад1в окислювально-антиокислювального гомеостазу у цей час придшяеться дедал1 бшьша увага дослщниюв. Надлишкову активацш вшьнорадикальних процеав вважають ушверсальним мехашзмом ураження кл1тин при р1зних захворюваннях. Отримано численш тдтвердження, що вшьш радикали, штенсифжащя перекисного окислення лшдав \ ослаблення системи антирадикального захисту оргашзму вдаграють важливу роль у патогенез! штратно-штритного токсикозу
[2, 3, 4].
В сучаснш бюлоги активащя перекисного окиснення лшщ1в (ПОЛ) розглядаеться як ушверсальна вщповщь живо! системи на дш екстремальних фактор1в. Загалом, прооксидантно-антиоксидантний статус оргашзму вщбивае баланс м1ж двома протилежно спрямованими д1ями в ограшзмк антиоксидантними властивостями (захист) та утворенням вшьних радикал1в (пошкодження). Вплив екстремальних чинниюв, включно токсикант1в, призводить до р1вноваги м1ж ними у прооксидантний б1к \ розвитку так званого "окиснювального стресу" [1].
Вшьно-радикальне перекисне окислення практично на вс1х етапах свого переб1гу утворюе ряд продукт1в, як1 е результатом взаемоди вшьних радикал1в як м1ж собою, так \ з бюлопчними макромолекулами [6]. Так, при ВРПО разом з активними формами кисню (АФК) утворюються \ шш1 активш радикали (пероксиди, епоксиди, альдегщи, кетони, спирти, д1альдегщи та ш.), яю здатш ковалентно взаемод1яти з окремими функщональними групами бшк1в, що приводить до !х пол1меризаци \ руйнування амшокислотних залишюв, особливо як1 мктять SH-, SCH3-групи цисте!ну, метюншу, NH-групи л1зину тощо. Усе це може викликати модифжацш бшк1в, у тому числ1 фермент1в, змшу !х активности руйнування бюантиокислювач1в (в1тамш1в, уб1хшону, стеро!дних гормошв тощо), змшу фосфолшщного складу, появу в гщрофобнш частиш продукт1в окислення, яю шщшють процеси юнного транспорту, змшу конформаци бшк1в \ лшщного складу, а звщси структурних \ функщональних властивостей мембран. Аналопчш явища спостер1гаються \ в структур1 ДНК
2 Науковий кер1вник доктор ветеринарних наук, професор Д.Ф. Гуфрш Губерук В.О., 2008
51
пошкоджених кл^ин. Вшьш радикали (ВР) можуть взаeмодiяти як безпосередньо з азотистими основами ДНК, утворюючи !х модифiкованi похiднi, зокрема, 8-азагуанш, так i опосередковано, через вторинш та кiнцевi продукти ПОЛ (малоновий диальдегiд та його похщш), якi можуть зв'язуватися з ДНК та бшками ядерного хроматину, призводячи до спотворення процеЫв зчитування генетично! шформаци — реплжаци та транскрипци [5].
З цього приводу нам представлялося важливим, з огляду на досвщ iнших дослiдникiв i власш експериментальнi результати, узагальнити та охарактеризувати одну з найважливших систем захисту оргашзму — антиоксидантну систему захисту оргашзму.
Антиоксидантна система захисту оргашзму контролюе i гальмуе всi етапи вшьнорадикальних реакцiй, починаючи вiд !х шщацп i закiнчуючи утворенням гщроперекиЫв та малонового дiальдегiду. Основний мехашзм контролю цих реакцiй пов'язаний з ланцюгом оборотних окисно-вiдновних реакцiй юшв металiв, глутатiону, аскорбату, токоферолу та шших речовин, значення яких особливо важливо для збереження довго юнуючих макромолекул нукле!нових кислот i бшюв, деяких складових мембран. Невипадково рiвень активностi антиоксидантно! системи органiзму досягае максимальних значень до початку S-фази, коли ДНК деспiралiзуеться i особливо уразлива до продукив ВРПО [8]. Бшьш того, е пiдстави думати, що тривалiсть життя макромолекул у кл^иш багато в чому визначаеться саме !х стiйкiстю до атаки вшьнорадикальних продукив.
Еволюцiя до високо! надiйностi i лабiльностi антиоксидантно! системи оргашзму тварин, iмовiрно, визначило властиву 1й надмiрнiсть, дубльованiсть i взаемозамiннiсть елементiв. Включення окремих ланок антиоксидантно! системи вщбуваеться за принципом зворотного зв'язку з участю "гормошв-тригерiв". Даний принцип дозволяе не очжувати небезпечного для життедiяльностi клiтини зниження активност антиоксидантно! системи, а попереджати виникнення порушень по типу позитивного зворотного зв'язку. Роль таких систем, очевидно, дуже велика при виникненш рiзних патологiчних сташв органiзму (онкологiя, рiзнi види шеми та iн.) та при знаходженш бiологiчних об'ектiв у несприятливих умовах кнування, зокрема, екологiчного. За даних умов кнування та дi! несприятливих факторiв на органiзм активнiсть ендогенних антиоксиданив рiзко зростае.
Ряд авторiв умовно розподiляють систему антиоксидантного захисту на ферментативну i неферментативну [1, 2]. До ферментативно! системи належать: каталаза, супероксиддисмутаза, глютатiонпероксидаза, глютатiонредуктаза, глютатюнтрансфераза, та iншi ензими. До неферментативно! системи належать жиророзчиннi вiтамiни А, Е i К, водорозчиннi в^амши С i РР, бiогеннi амши, глютатiон, каротино!ди, убiхiнон, стерини. Як ферментативна, так i неферментативна системи антиоксидантного захисту е наявш у кров'яному русл1 Активнiсть ферментативно! антиоксидантно! системи е дуже добре регульована i залежить вiд вiку тварин, фiзiологiчного стану, динамiки гормонiв, штенсивност синтезу антиоксидантного ферменту, рН середовища,
52
наявност коферменив, iнгiбiторiв, активаторiв та шших чинникiв. Неферментвативна антиоксидантна система не потребуе стшькох багатьох регуляторiв так, як сама хiмiчна речовина - антиоксидант - вступае у хiмiчну реакцiю з радикалом. Змшюватись може хiба що швидкiсть реакцi!. Слiд зауважити, що наявшсть цих двох систем антиоксидантного захисту забезпечуе утилiзацiю вiльних радикалiв та пероксидiв, проте навiть при високш активностi антиоксидантно! системи у кровi е якийсь рiвень продукив пероксидацi!.
Залежно вiд того на яку ланку метаболiзму спрямована дiя вiльнорадикального перекисного окиснення, систему антиоксидантного захисту можна умовно роздшити на таю групи [2, 8].
До першо! групи антиоксидантно! системи захисту оргашзму вщносять жиророзчиннi ендогеннi антиоксиданти: в^амши групи Е (токофероли), убiхiнон, вiтамiни групи А та пров^амши групи А (а-, Р-, у - каротини), вiтамiни групи D (кальцефероли), К (фiлохiнони), лiпоеву кислоту, деяю стеро!днi гормони та шш1 Механiзм антиоксидантно! дi! вказаних сполук обумовлений зменшенням кiлькостi вiльного кисню в клiтинi, шляхом активацi! його утилiзацi!, пiдвищення активностi процесiв окиснення i фосфорилювання та здатнiстю вщновлювати лiпiднi радикали.
До друго! групи антиоксидантно! системи захисту оргашзму вщносять захисш ферменти: супероксиддисмутазу, каталазу, глутатюнредуктазу, а також низько- та високомолекулярш сполуки, що мiстять тiоловi- та селеновi групи, зокрема, метiонiн, цисте!н та iншi. Цi захиснi ферменти запобкають надлишковому утворенню активних форм кисню та беруть участь у нерадикальному розкладi перекисiв лшдав.
Третя група антиоксидантно! системи захисту оргашзму представлена двома ферментами: глутатюнпероксидазою, яка каталiзуе розклад гiдроперекисiв лшвдв нерадикальним шляхом за допомогою глутатюну вiдновленого та глутатiонтрансферазою, яка е важливим компонентом системи дезiнтоксикацi! токсичних метаболтв та ксенобiотикiв.
Для дезштоксикаци Fe2+ в органiзмi наявна четверта система: для окиснення та зв'язування юшв Fe2+. У плазмi кровi ця система представлена ферментом церулоплазмшом (фероксидазою), що окиснюе Fe2+ до Fe3+, киснем без утворення вшьних радикалiв, та бiлком трансферином, який зв'язуе i переносить у кров'яному ру^ iони Fe3+. У кл^инах iони залiза можуть вiдновлюватися аскорбшовою кислотою та iншими вiдновниками, але потiм окисняються i депонуються всередиш ферментного бiлкового комплексу феритину.
За мехашзмом дi! антиоксидантна система подiляеться на:
- пряму - антирадикальш чинники. Ферментативш -супероксиддисмутаза, каталаза, пероксидаза, глутатюнтрансфераза, та iншi. Не ферментативш - в^амши А, Е, С, убiхiнон, трiольнi сполуки, Р-каротин, шкотинова кислота;
53
- опосередковану - шпбггори генераци кисневих радик^в та активатори вшьнорадикальних реакцш, а також шпбггори фосфолшаз, активатори синтезу фермента та сполук, що володiють антиоксидантною дieю.
Механiзм ди антиоксидантiв полягае у взаемоди !х з продуктами та шщаторами перекисного окиснення, тобто з радикалами R, ROO, з активними формами кисню, гщропероксидами жирних кислот, каталiзаторами пероксидного окиснення - юнами металiв змшно! валентностi, результатом чого е гальмування процесiв ферментативного i не ферментативного ПОЛ [2, 5].
Отже, тдсумовуючи, необхщно тдкреслити, що наявнiсть багатоступенево! антиоксидантно! системи захисту клiтини вiд вiльнорадикального перекисного окиснення, яка склалася в ходi фiлогенетичного розвитку, зумовлюе складнiсть причино-наслщкових вiдносин серед про- та антиоксидантами i направлена, в першу чергу, на встановлення балансу помiж ними, i внаслщок цього — збереження оптимального метаболiчного балансу клiтини. З вщомих в цьому планi даних необхщно видшити декiлька найважливiших аспекта. По-перше, ця багатоступеневiсть визначаеться ч^ким подiлом систем антиоксидантного захисту на ферментативш та не ферментативнi. Першi е, якби, "вбудованими" у кл^инний метаболiзм та набагато складнiше та повшьшше пiддаються екзогенному впливовi рiзних бiологiчно активних речовин, в тому числ^ фармакологiчних препаратiв. Другi е набагато бшьш автономними i складаються, окрiм ендогенних, також i з ендогенних елемента, що робить щ системи набагато гнучкiшими, дозволяючи регулювати до певних меж про- та антиоксиданттний статус кл^ин органiзму, знов-таки, за допомогою фiзiологiчно активних речовин, у тому чи^ i фармаколопчних препаратiв. Накопичений у цьому зв'язку досвщ експериментального вивчення та практичного впровадження у клiнiчну практику антиоксидантних препарата на основi рiзних клаЫв хiмiчних сполук дозволяе з оптимiзмом дивитися у майбутне.
На сьогодшшнш день накопичилась велика кiлькiсть повщомлень про важливу роль перекисного окислення лшдав i антиоксидантно! системи у розвитку багатьох токсикозiв [1, 8].
Помiж речовин, що забруднюють довкшля, азотнi добрива займають перше мкце. За недотримання технологи !х застосування вони е причиною отруення тварин i людей.
Ушверсальшсть токсично! ди нiтратiв обумовлена дiею вшьних радикалiв NO". Токсична дiя штрата полягае у гiпоксi! (кисневому голодуванш тканини), що розвиваеться внаслiдок порушення транспорту кисню кровi, а також у пригшченш активностi ферментних систем, що беруть участь у процесах тканинного дихання [7, 9].
Питання штратно-штритних токсикозiв всебiчно вивчаеться. Проте недостатньо дослщжено роль ферментно! i неферментно! системи антиоксидантного захисту оргашзму за умов нiтратного навантаження. Виршальну роль у цих процесах займають антиоксиданти. Це шпбггори окиснення бюлопчних мембран молекулярним киснем. В органiзмi тварин вони
54
е необхщними компонентами Bcix тканин i кл^ин, захищаючи бiологiчнi субстрати вiд самовiльного окиснення.
Отже, з даних л^ератури видно, що дослiдження ферментативно! i неферментативно! антиоксидантно! системи на тлi ди нiтратiв не достатньо вивчено, що i становить актуальнiсть дослiджень. Окремi фрагменти експериментiв будуть опублiкованi в наступних статтях.
Ллература
1. Антиоксидантна система захисту оргашзму (огляд) 1.Ф. Беленiчев, £.Л. Левицький, Ю.1. Губський, C.I. Коваленко, О.М. Марченко // Совр. пробл. токсикол. -2002.-№°3.- С.24-31.
2. Барабой В.А., Брехман И.И., Головитин В.Г. Перекисное окисление липидов и стресс. - СПб.: Наука, 1992.- 268 с.
3. Биоантиокислители. Под ред. Иванова И.Н.,- М: Наука, 1975
4. Бггюцький В.С. Стан процеЫв перекисного окиснення лшвдв, системи антиоксидантного захисту та ефектившсть застосування нового комплексного антианемiчного препарату для поросят-сисушв // Наук.- техн. бюл. 1н-ту бюл. тварин. - Львiв, 2006. - С. 32-37.
5. Волторшстий А.В. Вплив мшеральних елеменив на антиоксидантну систему захисту i деякi показники життедiяльностi мiкроорганiзмiв рубця // Наук.- техн. бюл. 1н-ту бiол. тв. УААН. -2004. -В. 5, №1-2. -С. 173-178.
6. Гутий Б.В., Гуфрш Д.Ф. До методики вивчення впливу штраив на стан антиоксидантно! системи бичюв // Науковий вкник Львiвсько!' нацюнально! академi!' ветеринарно! медицини iменi С.З. Гжицького Львiв 2004 Т.6(№2) частина 2, С 48- 52
7. Гуфрий Д.Ф. Коррекция нитратно-нитритных отравлений у молодняка крупного рогатого скота фармакологическими препаратами // Тез. докл. 4-й Межгосуд. науч.-практ. конф. "Новые фармакологические средства в ветеринарии", Санкт-Петербург, 1992. - С. 69-70.
8. Олшник С.А. Антиоксидантний захист за умов опосередкованих окисним стресом патолопчних сташв оргашзму: Автореф. дис... д-ра бюл. наук: 03.00.04 / НАУ.-К., 2004.-40 с.
9. Хмельницкий А.Г. Патогенез, диагностика лечение и профилактика отравлений крупного рогатого скота карбомидом и нитратами: Автореф. дис. д-ра вет. наук. - М., 1980. - 32 с.
55
