Reacțiile radicalilor liberi, în sistemele biologice - chimie

procese chimice în troposferă

4. radicali liberi Reacțiile în sistemele biologice

Radicalii liberi - atomi sau grupe chimic atomi legați având valențele libere, adică, nepereche (necompensată) asupra electronilor exteriori (valență) Orbitali. Prezența electroni nepereche determină înaltele reactivitate și electroni de spin magnetism radicalilor liberi chimici.

Legile fundamentale ale reacțiilor care implică radicali liberi au fost instalate de NN Semenov și discipolii săi și a servit ca bază pentru o nouă ramură a fizicii - fizica chimice. Înțeles radicalilor liberi în procesele biologice au început să exploreze 30-e. secolului 20.

Numeroase date indică implicarea radicalilor liberi în funcționarea normală a celulelor vii și țesuturi, precum și în unele condiții patologice se dezvolta. Este stabilit că procesul de îmbătrânire este însoțită de apariția și acumularea în țesuturile cantități anormale de radicali liberi și peroxizi. Radicalii liberi au un efect mutagen pronunțat. Se crede că procesele de radicali liberi joacă un rol important în oncogeneză. Efectul antibacterian al anumitor antibiotice explica capacitatea lor de a genera radicali liberi care au un efect citolitic asupra celulelor bacteriene.

Radicalii liberi stabile sunt folosite ca etichete și sonde în studiul conformației proteinelor și acizilor nucleici, precum și studierea mecanismului de interacțiune a substratului cu o enzimă, un antigen cu un anticorp, proprietățile membranelor biologice, etc.

In organismele vii, radicalii liberi au format ca rezultat al reacțiilor de oxidare-un electron sau reducerea moleculelor donatorilor relevanți sau Acceptoare de electroni, cum ar fi oxigenul sau metalele de valență variabilă, precum și în mod direct de ionizante sau radiațiile ultraviolete.

Figura 3.1. Mecanismul de peroxidarea lipidelor

Peroxidarea lipidelor membranare - satelit de cancer, leziuni de radiații, îmbătrânirea, unele intoxicații; și în toate cazurile, se aplică o metodă universală pentru a combate acest flagel. Esența acestei metode este destul de simplu. Chiar și o ușoară scădere a concentrației staționare a particulelor active conduce la faptul că oxidarea încetează să mai fie un lanț. Această proprietate comună a tuturor reacțiilor în lanț, și le opri aproape întotdeauna la fel, înlocuind particulele active radicalilor mai puțin reactive prin capcane. Capcanele sunt, de obicei compuși cu o oxidare-un electron de radicali activi care radicalii sunt formate prea, dar este mult mai inert. În medicină, cum ar fi capcane (acestea sunt numite antioxidanti) sunt folosite și droguri sintetice (de exemplu, BHT), și substanțe de origine naturală (tocoferol, acid ascorbic).

Figura 4.2. Structura antioxidanti utilizate pentru a lupta impotriva tumorilor canceroase

Spre deosebire de antioxidanti naturali - vitaminele C și E - BHT este un medicament sintetic. Antioxidantii protejeaza lipide, proteine ​​și acizi nucleici de la daune oxidative, iar sateliții sunt cauza multor boli. [6]

poate să apară reducere One-electron de oxigen în celule și țesuturi, cu participarea mai multor enzime, cum ar fi xantinoxidază, glucozoxidază, etc. Acțiunea unor antibiotice se bazează pe faptul că acestea oferă o reducere de un electron de oxigen molecular, electronii îndepărtarea fluxului de oxidaze terminale ale celulei bacteriene. Acest lucru produce superoxid și, prin urmare, și radicalii hidroxil, cauzând în final moartea acestor celule.

Când ionizante și radiațiile ultraviolete pe aminoacizi, proteine, nucleotide, acizi nucleici, acizi grași și lipide care rezultă din dezlipire de electroni de legătură chimică sau ruperea sunt formate cu diferite RV. precum și produse primare de fotoliza - solvatat (.. mediu adică molecule înglobată, în principal apă) electron, atomul de hidrogen și radicali organici.

Atunci când radiația din punct de vedere energetic ionizat din 100 eV 2-4 format radicali liberi, după absorbția cuantelor de lumină la fiecare 100 are loc numai câțiva radicali liberi.

Ca rezultat al reacțiilor care implică radicali liberi în proteinele iradiate și acizii nucleici, o modificare chimică a macromoleculelor (sau discontinuități peptidice legături nucleici, formarea „legături încrucișate“, diverse modificări chimice ale resturilor de aminoacizi și nucleotide al.). Modificarea chimică conduce la schimbări în structura macromoleculei, forma și proprietățile biochimice, apariția mutațiilor punctiforme a inactiva enzimele, distrug membranele biologice etc.

Se crede că cel mai important punct de vedere funcțional și universal grupul diseminarea de radicali liberi in celulele vii sunt Semichinonele - radicalii anion generate în mod continuu în timpul metabolismului și energie, și anume sub transformări redox ale purtători de electroni în mitocondrii, cloroplaste, membranele celulelor bacteriene și membranele intracelulare ale eucariotelor.

De o mare importanță pentru activitatea normală a celulelor și dezvoltarea unui număr de procese au radicali liberi patologicheskmh generați prin oxidarea lipidelor cu oxigen molecular, în principal în timpul oxidării acizilor și fosfolipide grași polinesaturați, acizi grași care conțin lipoproteine ​​și membranele biologice.

Așa cum se arată BN Tarusov (1954), mecanismul peroxidării lipidelor liber radical în membranele tisulare și corespunde legilor generale de oxidare valoroase. etapa de proces de oxidare în lanț începe cu inițierea și ca inițiator poate acționa radical OH capabilă consuma atomul de hidrogen în compușii organici (RH) pentru a forma apă și un organic activ radical liber care participă într-un lanț de reacție ulterioară.

Radicalii liberi sunt implicate în procesele de oxidare a fosforilării oxidative și respirația tisulară. Aceasta a constatat ca, in celulele normale au loc în mod continuu în procesele de oxidare a radicalilor liberi a lipidelor. Fagocitoza microorganismelor și virusurilor asociate cu activarea oxidarii radicalilor liberi.

Rolul important jucat de radicalii liberi în procesele patologice. Consolidarea lipidelor svobodnoradikalkogo poate duce la perturbarea funcționării normale a corpului și de a crea condiții pentru dezvoltarea unui număr de boli. Semnele de implicare a radicalilor liberi peroxidării lipidelor în dezvoltarea unei boli, în plus față de activarea oxidării radicalilor liberi sunt acumularea de simptome clinice, precum și îmbunătățirea stării pacientului sau vindecarea completă, ca rezultat al inhibării oxidării radicalilor liberi a lipidelor în tratamentul antioxidanți.

La activarea procesului liber de oxidare radicală este de obicei judecat de niveluri crescute în țesuturi și sângele pacienților cu radicali liberi, hidroperoxizi lipidici, aldehide, în special dialdehidă malonică, și pentru a reduce conținutul de lipide antioxidanți. O metodă de înregistrare a nivelului de oxidare a radicalilor liberi în corpul pacienților în condiții clinice pentan conținut în aerul expirat. Consolidarea oxidarea radicalilor liberi a lipidelor a fost găsit în otrăvirea hepatice cu tetraclorură de carbon și alcool, săruri de cupru, ozon, oxigen; în piele după expunerea la UV; în focarele de inflamație și hipoxie, și arsuri; în retină în lumină excesivă; în toate organele și țesuturile în dezvoltarea bolii de iradiere și de la anumite etape ale carcinogenezei; în unele boli, avitaminoze, procese inflamatorii infecțioase: în amplificarea lipidelor creier animal de oxidare a radicalilor liberi au fost identificați în epilepsie experimentală, etc. Cu toate acestea, rolul patogenic al radicalilor liberi de oxidare a lipidelor, în toate aceste cazuri, nu este încă clar.

Starea pacienților sau a animalelor (condiții experimentale) sunt aproape întotdeauna semnificativ îmbunătățite după bioantioxidants tratament: de exemplu, eritem redus induse prin iradierea cu UV a pielii, a redus efectul toxic asupra organismului de tetraclorură de carbon a fost oprit convulsii (în experiment), prelungi conservarea celulelor si organele . Acesta a descris utilizarea cu succes a antioxidanților arsuri hepatice si boli cardiace ischemice asociate cu ateroscleroza.

O atenție deosebită este acordată cercetătorilor rolul radicalilor liberi în carcinogeneza, corelația între capacitatea unui număr de oncogene la formarea de radicali liberi și activitatea lor oncogene. Ca regulă generală, cu dezvoltarea unei tumori concentrația radicalilor liberi în țesuturi este redus de 2-6 ori față de martor, în timp ce intensitatea oxidării radicalilor liberi în alte țesuturi ale corpului crește în mod tipic, în special în fazele terminale ale bolii, care se datorează, probabil redistribuirea dintre antioxidanții tisulare tumori maligne și a altor țesuturi [7].

În munca mea am considerat ei înșiși radicali liberi ca se manifestă în reacțiile care au loc în mediul natural. Printre acestea sunt multe vitale pentru organisme, cum ar fi reacția de oxidare în celule, semnificative pentru mediu, cum ar fi reacția cu oxizi de ozon și azot din atmosferă sau proces ape.

Aici am încercat să descrie pe scurt cele mai importante și interesante aspecte ale acestei probleme, deoarece, în general, subiectul este foarte vastă, și, de fapt, fiecare grup merită un studiu detaliat separat.