Вопрос 13. Реакции образования активных форм кислорода (афк); значение этих реакций

Кроме полного 4-электронного восстановления молекул О₂ до воды, в клетках всегда происходит и неполное – одно – трех электронное восстановление с последовательным образованием различных АФК.

К активным формам кислорода относят:

1. супероксидный анион- радикал О₂^-;

2. гидроперекись Н₂О₂;

3. гидроксильный радикал ^ОН;

4. синглетный кислород ¹О₂ – отличается от О₂ тем, что имеет одинаковые спины у неспаренных электронов;

5. гидроперекисный радикал НО₂^.

Реакции образования АФК

1. О₂ +е О₂^- +2Н⁺ Н₂О₂

2. Н₂О₂+е +2Н⁺НО^2Н₂О

3. О₂^-+О₂^-+2Н⁺НО^-+НО^

4. Н₂О₂+Fe²⁺ НО^-+НО^+ Fe³⁺

5. Н₂О₂+Cl^-+ НО^-+ClO^-

6. ОН^+ О₂1О₂

На образование АФК расходуется 2 – 5 % от всего потребляемого организмом кислорода.

Пути образования АФК в организме

АФК могут вырабатываться спонтанно (утечка электронов с промежуточных переносчиков на кислород) и ферментативно.

Ферментативное образование АФК

1. образование перекиси водорода (Н₂О₂) в результате окисления гипоксантина в ксантин и ксантина в мочевую кислоту под действием фермента ксантиноксидазы. Реакции идут в гиалоплазме с участием кислорода и воды;

2. синтез Н₂О₂ под действием НАДН – оксидазы в микросомах

НАДН₂+О₂ Н₂О₂+ НАД⁺

3. синтез супероксидного анион-радикала О₂^- под действием НАДФН-оксидазы дыхательного взрыва в цитоплазматической мембране лейкоцитов.

НАДФН + 2О₂ 2О₂^-+НАДФ⁺+Н⁺

Значение реакций образования АФК лейкоцитами

1. резорбция костей осуществляется остеокластами (специализированными макрофагами), которые применяют АФК для осуществления этого процесса;

2. защита организма от инфекционных агентов, продуктов распада тканей.

Фагоцитоз. Механизмы фагоцитоза с биохимической точки зрения

Фагоцитоз – процесс активного поглощения и переваривания клетками организма попавших в него живых и убитых микробов или других инородных частиц. Фагоцитоз осуществляется макрофагами и нейтрофилами, но присущ и другим лейкоцитам.

Стадии фагоцитоза

1. хемотаксис – целенаправленное передвижение фагоцитов в направлении химического градиента хемоаттрактантов (ими могут быть бактериальные компоненты, лимфокины);

2. адгезия (прикрепление);

3. эндоцитоз – впячивание мембраны с образованием фагоцитарной вакуолей – фагосомы;

4. внутриклеточное переваривание связано с образованием фаголизосом, путем слияния первичных лизосом (азурофильных гранул) с фагосомами.

Механизмы фагоцитоза

Взаимодействие чужеродных частиц (опсонизированных бактерий, латекса) с поверхностью фагоцита вызывает его активацию, выражающуюся в перестройке метаболизма клетки – увеличивается ионная проницаемость клеточной мембраны; в десятки раз увеличивается потребление клеткой глюкозы и кислорода, что сопровождается образованием О₂^-. Это явление называют «дыхательным взрывом» или «респираторным взрывом» в его основе лежит повышение образования НАДФН в клетке в результате активации гексозомонофосфатного шунта и окисления НАДФН ферментным комплексом НАДФН – оксидазой (реакция (9)).

О₂^- , в свою очередь превращается в другие АФК - ^ОН; Н₂О₂.

Именно генерация О₂^-. объясняется не только микробоцидное и цитотоксическое, но также, в немалой степени, и иммунорегуляторное действие активированных фагоцитов. О₂^-. участвует в выработке хемотоксических пептидов и индуцирует синтез интерлейкин-1-подобного фактора. О₂^-. взаимодействует с эндотелиоцитами, ингибирует эндотелиальный фактор релаксации сосудов, и, как следствие, увеличивает адгезию циркулирующих гранулоцитов к эндотелиоцитам.

В обеспечении биоцидности полиморфноядерных лейкоцитов важная роль принадлежит миелопероксидазе, которая содержится в азурофильных гранулах. Фермент начинает действовать уже в фагосоме при её слиянии с лизосомой. Благодаря катализируемой ферментом реакции, происходит образование мощных биоцидных соединений гипогалоидов – НОСl. Ионы гипоиодида непосредственно разрушают мембранные белки за счет реакции прямого иодирования. Гипохлорид реагирует с аминогруппами структур мембраны микробов с образованием хлораминов, а также может действовать опосредованно через образование синглетного кислорода.

Активация фагоцитов способствует выбросу свободных протеиназ, разрушительная активность которых сдерживается а1- антитрипсином. Однако, под влиянием АФК, продуцируемых фагоцитами, (особенно HСlO), возникает дефицит а1- антитрипсина. В результате проксиназы могут разрушать ткани окисление же липидов мембран приводит к появлению хемотрактантов. Таким образом, активация фагоцитов является «автокаталитическим» процессом, что может привести к образованию порочного «круга» в очагах воспаления. В организме существуют естественные механизмы торможения воспалительных реакций. Так, нейтрофилы выделяют лактоферрин, который связывает свободное железо, переводя его тем самым в каталитически неактивную форму, а также высокие концентрации таурина, который реагирует с гипохлоритом и защищает тем самым нейтрофилы от поражения.

АФК влияют на образование токсичного для бактерии оксида азота NO (10) О₂+L-аргинин NO+ цитруллин.

Фермент – индуцибельная синтаза оксида азота в результате взаимодействия NO с АФК образуются ещё более токсичные пероксинитриты.

Итак, образование АФК и гипохлоридов является кислород зависимым механизмом уничтожения микробов.

Существуют и кислород – независимые бактерицидные механизмы к ним относится, например, секреция в фагосому веществ, находящихся в специфических гранулах нейтрофилов. Секретируются катапсин, эластаза, протеиназа, дефензины, катионные белки, лизоцим, лактоферрин.

Дефензины – природные антибиотики полипептидной природы. Формируют порог в мембранах микробных клеток. Дефензины богаты остатками цистеина и аргинина.

Другим антимикробным механизмом является снижение рН. Н⁺ - зависимая АТФ – аза «закачивает» в фаглизосому ионы Н⁺.

При патологиях выполнения фагоцитами своих функций может существенно снижаться например, при наследственном дефиците миелопероксидазы. У больных хроническим гранулематозом фагоцитарные клетки не образуют АФК и не способны уничтожать фагоцитированные микроорганизмы. Это заболевание характеризуется очагами хронического воспаления, которое вызывают возбудители гнойных инфекций.