Гальмування залізоініційованого окиснення фосфоліпідів

55

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ХІМІЧНИЙ ФАКУЛЬТЕТ

Магістр: Льовкіна Вікторія Вікторівна

Затверджено наказом №126/08 від 10 лютого 2004 р.

Керівник: к.х.н., професор кафедри

Ніколаєвський Алим Микитович

Донецьк-2004

До захисту магістрської роботи допустити протокол № 17

від “3 ”червня 2004 р.

Зав. кафедрою фізичної хімії, к.х.н., професор Ніколаєвський Алім Микитович

________________________

Магістрська робота захищена з оцінкою _________

“____” _____________ 2004 р.

Секретар ДЕК ___________________

________________________________

________________________________

Зміст

Вступ

У зв'язку із забруднюванням навколишнього середовища та ростом поширення різноманітних хвороб, розвиток яких прямо чи посередньо пов'язан з ушкоджуваною дією вільних радикалів, питання забеспеченості організма людини антиоксидантами стоїть достатньо гостро. Тому пошук нових ефективних біоантиоксидантів представляється дуже актуальною і важливою науковою і практичною проблемою особливо для України, що пов'язано з наслідками Чорнобильської аварії.

Найбільш вивченими інгібіторами радикально-ланцюгових процесів є фенольні сполуки. Однак, спроби перенести результати, отримані in vitro, на біологічні системи не завжди успішні, тому що складні міжфазні явища in vivo визначають поведінку антиоксидантів в окисному процесі. Тому сучасні дослідники для оцінки антиоксидантів використовують тестові системи, наближені до біологічних. Однієї з них є емульсія яєчного жовтка - біохімічна система, що містить мембранні структури клітин. Дані, отримані на цій моделі, мають велику достовірність з погляду застосування до біологічних процесів, тим більше, що окиснення проводять в умовах, близьких до фізіологічних.

У зв'язку з цим метою даної роботи стало вивчення закономірностей інгібуючої дії фенольних антиоксидантів в процесі залізоініційованого окиснення жовточних ліпопротеїнів для пошуку нових ефективних антиоксидантів.

Теоретична частина

1.1. Емульсія фосфоліпідів яєчного жовтка як модель пероксидного окиснення ліпідів

В даний час загальновизнаною є роль пероксидного окиснення ліпідів в біологічних організмах [1]. В нормальному функціонуванні живих клітин першорядне значення мають біологічні мембрани, динамічними компонентами яких, що забезпечують стабільність біомембраної організації, є фосфоліпіди. В тканинах організмів утворення пероксидів і їхня витрата знаходяться на постійному стаціонарному рівні. Порушення цієї рівноваги в будь-який бік призводить до виникнення різних патологій.

Щоб дослідити можливість регулювання пероксидного окиснення ліпідів, що протікає за вільнорадикальним механізмом [2], для пошуку ефективних антиоксидантів цього процесу велике значення мають експерименти по моделюванню природних структур клітини.

Існують різні моделі пероксидного окиснення ліпідів.

I. Природні системи:

плазма людської крові [3,4],

гомогенати органів [2].

Дані моделі дуже нестабільні і легко окиснюються.

II. Синтетичні моделі пероксидного окиснення ліпідів у різних хемілюмінесцентних системах:

- модель, яка складається з пероксида водню і пероксидази з кореня хрону [5],

люмінол з додаванням ініціаторів [6],

лінолева кислота [7],

які далекі від живої системи.

Класичною моделлю клітинних мембран живих організмів є емульсія ліпопротеїдів яєчного жовтка [8,9], що дозволяє адекватно оцінювати антирадикальну активність досліджуваних сполук за ефектом гальмування пероксидного окиснення. Ця система відрізняється своєю доступністю, великою стабільністю при збереженні, дозволяє використовувати звичайні лабораторні методики й апаратуру для визначення рівня пероксидації ліпідів [10].

В медицині і біології широко використовується емульсія яєчного жовтка в фосфатному буфері. Сам жовток [11] на ~50% складається з води, 16% - білка, 34% - жирів, тому він являє собою емульсію, де жир у водній фазі є головною складовою частиною.

У жовтку яєць зосереджені практично всі ліпіди: прості ліпіди і жири, вміст яких складає біля 2/3 всіх ліпідів, і складні ліпіди (жироподібні сполуки), в основному фосфоліпіди - 37%, з них 82% - фосфатидилхолін, 15% - фосфатидилетаноламін. Більш 60% жирних кислот, що входять до складу ліпідів яйця, є ненасиченими, які в свою чергу беруть участь у пероксидному окисненні.

Як природна система емульсія містить вітаміни, ферменти, багато хто з них є ендогенними антиоксидантами.

Біологічні мембрани являють собою напівпроникний бар'єр, що відокремлює клітину від навколишнього середовища і дозволяє їй існувати як єдине ціле. Незважаючи на різноманітність біологічних функцій, форм і розмірів всі мембрани побудовані в основному з 2-х типів речовин: ліпідів і білків. Мембранні ліпіди - низькомолекулярні речовини, які відносяться до жирів. Характерна риса будь-якої ліпідної молекули полягає в тому, що вона побудована з двох частин: (полярної) голівки, яка несе електричні заряди і на яку приходиться не більш чверті довжини всієї молекули, і довгих хвостів, що не несуть електричного заряду [12]. Хвости ліпідної молекули - довгі ланцюги, побудовані з атомів С и Н. Голівки можуть мати різноманітну будову, але для ліпідів мембран найбільш характерні два типи: похідні цукрів - гліколіпіди чи похідні фосфорної кислоти - фосфоліпіди.

Варто помітити, що полярні голівки всіх ліпідних молекул або заряджені негативно, або нейтральні (несуть одночасно і негативні, і позитивні заряди). В ліпідних молекулах ланкою, яка зв'язує хвіст і голівку, найчастіше служить залишок гліцерину; такі сполуки носять загальну назву - гліцероліпіди.

На схемі будови у ліпідів зображено два неполярних хвости. Ця характерна риса більшості ліпідних молекул, що входять до складу мембран.Одноланцюгові ліпіди звичайно не синтезуються клітинами в значній кількості, тому що вони руйнують мембрани [13].

Ліпіди, що входять до складу біомембран, можна підрозділяти на полярні ліпіди (фосфо-, гліко- і сфінголіпіди) і нейтральні (стерини).

В молекулах фосфоліпідів залишок фосфорної кислоти з'єднаний із гліцерином, ацільованим двома залишками жирних кислот. В природних фосфоліпідах в положенні 1 знаходиться, як правило, залишок насиченої жирної кислоти (найчастіше пальмітинової чи стеаринової), а в положенні 2 - залишок ненасиченої кислоти (олеїнової, лінолевої, арахідонової і декозагексаєнової) [13].

Основними компонентами мембран є фосфатидилхолін (ФХ), фосфатидилетаноламін (ФЕА), холестерин і різні гліколіпіди:

Фосфатидилхолін (лецитин)

Фосфатидилетаноламін (кефалін)

Наявність в молекулах ліпідів двох частин має пряме відношення до їх здатності утворювати мембрани. Ліпіди дуже погано розчиняються як в полярному розчиннику - воді (заважають неполярні хвости), так і в неполярному середовищі - олії (заважають полярні голівки). Щоб підкреслити різне відношення до води й олії, голівки називають гідрофільними, а хвости - ліпофільними. Відповідно ліпіди, молекули яких містять як гідрофільне, так і ліпофільне угрупування, називають амфіфільними речовинами.

Внаслідок поганої розчинності у воді і схильності до агрегації фосфоліпіди в водній фазі вже при низьких концентраціях (10-7-10-9М) здатні самоорганізовуватися або в структури типу протяжних подвійних шарів, що відділені один від одного водною фазою, або в замкнуті бульбашки - ліпосоми.

Ліпосоми (везикули) є найближчим аналогом біомембран. Вони являють собою замкнуті сферичні структури , що містять всередині воду в вигляді бульбашки і мають один чи кілька подвійних шарів ліпідів [14].

Рис.1.2. Ліпід-білковий подвійний шар - рідинно-мозаїчна модель.

Везикули можуть бути отримані із синтетичних амфіфілів і екстрактів мембран. Реконструйовані мембрани, тобто ліпосоми з мембранних складових клітин, містять майже всі компоненти клітинної мембрани: ліпіди, білки, гліколіпіди тощо.

Фосфоліпіди орієнтовані в подвійному шарі таким чином, щоб звести до мінімуму взаємодію між аполярними частинами їхніх молекул з водною фазою. Тому в подвійному шарі залишки жирних кислот контактують один з одним і формують гідрофобну зону, що відділена від водної фази зарядженим шаром, що складається з полярних “голівок”. Асоціація ліпідів в структури, обумовлена гідрофобними взаємодіями, супроводжується зменшенням вільної енергії, в результаті чого ці структури є стабільними. Ліпідний подвійний шар володіє одночасно і текучістю, і упорядкованістю структури, в зв'язку з чим у мембрані здійснюються взаємодії не тільки ближнього, але і далекого порядку. Така сукупність властивостей характерна для рідиннокристалічного стану, існування якого є необхідною умовою життєдіяльності біологічних систем.

Рухливість компонентів ліпідного подвійного шару забезпечується як визначеними властивостями молекул фосфоліпідів взагалі, так і властивостями окремих груп в кожній молекулі. Молекула фосфоліпідів в подвійному шарі може робити рухи трьох типів: обертання навколо власної осі, переміщення в площині подвійного шару (латеральна дифузія) і переміщення з одного шару в іншій (фліп-флоп) [13].

Простий фосфоліпідний подвійний шар має товщину ~37A, що може збільшуватися до 45-50A, якщо подвійний шар зв'язує холестерин і білок [12].

Основними компонентами біомембран, крім ліпідів, є білки. Білки біомембран в залежності від їхнього розташування можна розділити на дві великі групи: периферичні білки, що розташовуються на поверхні мембран, і інтегральні білки, що або глибоко занурені в гідрофобну область мембрани, або пронизують її наскрізь. Крім білків і ліпідів, в мембранах містяться протеоліпіди, тобто білки, ковалентно зв'язані з залишками ліпіду, чим вони і відрізняються від ліпопротеїнів, в яких комплекси між білком і ліпідом утворюються за рахунок нековалентних зв'язків [10].

Периферичні білки легко екстрагуються з мембрани слабкими розчинами солей і добре розчинюються у воді, вони зв'язані з поверхнею мембрани в основному електростатичними силами. Нерозчинні у воді інтегральні білки виділяють за допомогою детергентів чи органічних розчинників. Основний тип зв'язку між інтегральними білками і ліпідами мембран - це гідрофобні взаємодії. Існують також білки, що обмінюють ліпіди, які здатні здійснювати перенос фосфоліпідів між мембранами [15].

При зв'язуванні з фосфоліпідною мембраною периферичних білків відбувається зміна в їхній структурі. Можливо, часткове проникнення білків в товщу одинарного шару викликає його разупорядкування, що сприяє більш високої проникності іонів [16].

Таким чином, ліпопротеїни - це високомолекулярні водорозчинні частинки, що представляють собою комплекс білків (аполіпопротеїнів) і ліпідів, утворений нековалентними зв'язками, в яких полярні групи ліпідів разом з білком формують поверхневий гідрофільний шар, що оточує і захищає внутрішню гідрофобну ліпідну сферу від водного середовища.

1.2. Механізм залізоініційованого окиснення ліпідів

Окиснення біологічних мембран, основними компонентами яких є фосфоліпіди, що містять у своєму складі залишки ненасичених жирних кислот (НЖК), являє собою складний багатостадійний процес.

Як було раніше [2] доведено, це дійсно ланцюговий процес, який характеризується всіма рисами вільнорадикальної ланцюгової реакції: для його початку необхідна поява в системі вільних радикалів (ініціювання ланцюга), його протікання підкоряється кінетиці ланцюгових реакцій, між реакцією ініціювання споживання кисню і нагромадження гідропероксиду немає простих стехіометричних співвідношень, продукти реакції мають велику складність і інгібітори вільнорадикальних реакцій гальмують процес утворення пероксидів in vitro.

Друга найважливіша особливість процесу пероксидного окиснення ліпідів - це практично абсолютна необхідність іонів негемінового двовалентного заліза для його протікання при фізіологічних температурах. У цьому відношенні ліпідні системи відрізняються від моделей пероксидного окиснення ненасичених жирних кислот, наприклад лінолевої [2], у якій ефективні іони багатьох металів перемінної валентності. Є два шляхи пероксидного окиснення ліпідів біомембран, що принципово розрізняються на стадії ініціювання [17]. У першому випадку іони заліза - центри радикалоутворення - відновлюються ланцюгом переносу електронів ферментативно - НАДФН - специфічна система (НЗП). У неферментній системі (АЗП) відновлення заліза відбувається під дією аскорбінової кислоти й інших відновників з підходящим редокс-потенціалом. Реакції протікають за наступною схемою [1,18,19]:

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5