Перекисне окислення ліпідів (стр. 1 из 5)
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ім. В.Н. Каразіна
Кафедра органічної хімії
КУРСОВА РОБОТА З ТЕМИ:
Перекисне окислення ліпідів
ХАРКІВ 2010
рЕФЕРАТ
Курсова робота містить: 30 сторінок, 5 малюнків, 12 джерел.
Об’єктами дослідження є реакції перекисного окислення ліпідів та антиоксидантні системи захисту живих організмів.
Мета даної роботи – вивчити механізм ланцюгових реакцій перекисного окислення ліпідів в біологічних мембранах, проаналізувати структуру і функції антиоксидантних систем організму, що обмежують небезпеку активації перекисного окислення і протидіють атаці вільних радикалів, а також визначити роль перекисного окислення в такому патологічному стані як променева хвороба.
активні форми кисню, Антиоксидантна система, Біологічні мембрани, вільнорадикальне окислення, глутатіон, дихальний ланцюг, жирні кислоти, Перекисне окислення ліпідів, пероксид водню, променеве ураження, убіхінон, ферменти
перелік умовних скорочень та позначень
| АО- | - антиоксидантний |
| АОС | - антиоксидантна система |
| АК | - аскорбінова кислота |
| АТФ | - аденозинтрифосфат |
| АФК | - активні форми кисню |
| Гл-3-Ф | - гліцерол-3-фосфат |
| β-ГО-ацил-КоА | - β-гідроксіацил-КоА |
| ГПО | - глутатіонпероксидаза |
| ГР | - глутатіонредуктаза |
| ГТ | - глутатіонтрансфераза |
| Г-SH | - глутатіон відновлений |
| ГS-SГ | - глутатіон окислений |
| ДАК | - дегідроаскорбінова кислота |
| ЖК | - жирні кислоти |
| α-КГ | - α-кетоглутарат |
| КоQ | - коензим Q (убіхінон) |
| НАД+ | - нікотинамідаденіндинуклеотид |
| НАДН | - нікотинамідаденіндинуклеотид відновлений |
| НАДФ+ | - нікотинамідаденіндинуклеотидфосфат |
| НАДФН | - нікотинамідаденіндинуклеотидфосфат відновлений |
| ПО | - перекисне окислення |
| ПОЛ | - перекисне окислення ліпідів |
| СОД | - супероксиддісмутаза |
| ФАД | - флавінаденіндинуклеотид |
| ФМН | - флавінмононуклеотид |
| ФП | - флавопротеїн |
| ЦХО | - цитохромоксидаза |
Вступ
Вивчення перекисного окислення ліпідів почалося з появи теорії вільнорадикального ланцюгового окислення ненасичених жирних кислот у клітині. На зміну їй прийшла теорія розгалужених ланцюгових реакцій, а в 50-60-ті роки минулого сторіччя основною стала гіпотеза про те, що різноманітні шкідливі впливи на живу клітину виявляються пероксидацією ліпідів мембран. Подальші дослідження процесів пероксидації засвідчили, що в організмі діє ланцюг взаємопов'язаних вільнорадикальних реакцій, швидкість яких підтримується на оптимальному рівні за допомогою складних і різноманітних механізмів регуляції. Процеси перекисного окислення, які потрібні для нормального функціонування біохімічних і фізіологічних систем, у нормі невпинно перебігають у всіх клітинах живих організмів і є одним із типів нормальних метаболічних процесів, таких як синтез деяких гормонів, медіаторів, ейкозаноїдів, нуклеїнових кислот, окиснювальне фосфорилювання, іонний транспорт, клітинний поділ.
У процесі розвитку деяких патологічних процесів різко підвищується інтенсивність ліпопероксидації, що робить її універсальним механізмом пошкодження клітинних мембран. Продукти перекисного окислення мембранотоксичні, вони деформують мембрани клітин, порушують їх осмотичну резистентність і електричний потенціал, окислюють тіолові сполуки і SH-групи білків мембран, розривають нуклеїнові кислоти, денатурують білки, пошкоджують амінокислоти, сприяють деградації макромолекул сполучної тканини.
До числа «вільнорадикальних патологій» може бути віднесена променева хвороба, що виникає внаслідок дії на організм іонізуючої радіації. Події квітня 1986 р. продемонстрували всьому світові реальність та небезпеку для живих організмів променевого впливу, що спричиняє посилення процесів перекисного окислення в організмі і супроводжується ураженням життєво важливих клітинних структур.
Таким чином, актуальність досліджень реакції перекисного окислення ліпідів обумовлена важливої патогенетичною роллю вільнорадикального окислення як потужного фактора мембранодеструкції, а значить більшості патологічних процесів. Окрім того, вивчення механізмів функціонування системи антиоксидантного захисту надає можливості регулювати перекисне окислення шляхом адекватної антиоксидантної терапії.
1.літературний огляд
1.1 Молекулярна організація ланцюга біологічного окислення
Внутрішньомолекулярне окислення біологічних субстратів (біологічне окислення) є основним молекулярним механізмом, за рахунок якого забезпечуються енергетичні потреби функціонування живих організмів.
У процесі розщеплення поживних речовин від субстратів шляхом окислення відщеплюються протони й електрони. Вони надходять на коферменти ферментів дегідрогеназ, які локалізовані у внутрішній мембрані мітохондрій і утворюють дихальний ланцюг - сукупність молекулярних компонентів (ферментів, коферментів, додаткових електроно-транспортних білків), що здійснюють дегідрування органічних субстратів та послідовний перенос відновлювальних еквівалентів (протонів та електронів) на кисень через ряд проміжних переносників - транспортерів протонів та електронів (мал. 1); звільнена при переносі електронів по дихальному ланцюгу енергія запасається в пірофосфатних зв'язках АТФ. Реакції дихального ланцюга каталізують головним чином три групи окислювально-відновних ферментів: 1) піридинзалежні дегідрогенази; 2) флавін-залежні дегідрогенази; 3) цитохроми [1].
Перший етап тканинного дихання починається з дегідрування, тобто відщеплення атомів водню від відповідного субстрату. Цей процес здійснюється так званими піридинзалежними (для одних субстратів) та флавінзалежними (для інших субстратів) дегідрогеназами.
Мал. 1 - Схема організації дихального ланцюга мітохондрій [2]. Позначення: α-КГ - α-кетоглутарат; β-ГО-ацил-КоА - β-гідроксіацил-КоА; Гл-З-Ф - гліцерол-3-фосфат
У піридинзалежних дегідрогеназ структура небілкового компонента містить похідне піридину - нікотинамід. Тому їх ще називають нікотинамідними дегідрогеназами. Ці дегідрогенази містять такі коферменти:
- нікотинамідаденіндинуклеотид (НАД+). Він побудований із двох нуклеотидів: аденілової кислоти і другого нуклеотиду, в якого місце пуринової чи піримідинової основи займає нікотинамід (вітамін РР). Ці нуклеотиди з'єднані через залишки фосфатів (мал. 2):
Мал. 2
- нікотинамідаденіндинуклеотидфосфат – (НАДФ+). Це НАД+, у якого в 2′-положенні рибози аденілової кислоти є додаткова фосфатна група (мал. 3):
Мал. 3
У піридинзалежних дегідрогеназ коферменти НАД+ або НАДФ+ неміцно зв'язані з апоферментом і тому можуть у клітині знаходитися окремо від білкової частини ферменту, виконуючи функцію переносників атомів водню (протонів і електронів).
Флавінзалежні дегідрогенази - це складні протеїни, що містять як простетичну групу один із двох похідних вітаміну В2 - флавінмононуклеотид (ФМН) або флавінаденіндинуклеотид (ФАД). Одні з них виконують функцію первинного дегідрування певних субстратів - вони здатні відщеплювати і приймати водень від субстратів; при цьому виключається дія піридинзалежних дегідрогеназ. Інші - оксидази - одразу передають одержані при дегідруванні атоми водню від субстратів на молекулярний кисень з утворенням перекису водню. Флавінові ферменти, які є проміжними переносниками водню від НАДH+H+, що утворюються на першому етапі дихального ланцюга, на сполуки наступного етапу дихального ланцюга (убіхінон). Вони одержали назви НАДН2-дегідрогеназ або флавопротеїнів-1 (ФП1). Ці флавопротеїни представлені складними олігомерними білковими сполуками, які містять у своєму складі простетичну групу флавінового похідного, атоми металів, частіше за все у формі білків із залізосірчаними центрами (Fe-S-білки) (мал. 4).
Мал. 4
Другий етап полягає в переносі по дихальному ланцюгу двох атомів водню від відновленої форми НАДH+H+ на флавопротеїни - проміжні переносники атомів водню. Загальну реакцію другого етапу біологічного окислення можна зобразити так (мал. 5):
Мал. 5
Третій етап - перенесення електронів і протонів від відновлених флавопротеїнів на убіхінон, який ще називають коферментом Q (КоQ). Убіхінон - це ліпорозчинний хінон, який містить довгий бічний ненасичений ланцюг (за хімічною структурою убіхінон є 2,3-диметокси-5-метил-1,4-бензохіноном з ізопреноїдним ланцюгом R у 6-му положенні) (мал. 6):
Мал. 6
Основна коферментна роль убіхінону полягає в тому, що, розчиняючись у ліпідах гідрофобної частини мембран мітохондрій, він здійснює перенос електронів і протонів, дифундуючи від внутрішньої до зовнішньої поверхні внутрішньої мембрани. Загальну реакцію третього етапу можна зобразити так (мал. 7):
Мал. 7
Потім у дихальному ланцюзі шляхи електронів і протонів розходяться (четвертий етап). Електрони атомів водню від відновленої форми КоQH2 надходять до так званої цитохромної системи, а протони вивільняються у зовнішнє середовище. Цитохромна система складається з ряду ферментів, небілкова частина яких (простетична група) представлена залізопорфиринами, близькими за структурою до гему. Відомо близько 20 різних цитохромів. У процесах тканинного дихання найважливішу роль відіграють цитохроми b, c1, c, a, a3. Цитохроми відрізняються один від одного будовою білкової частини, природою бічних ланцюгів порфіринів та способом приєднання гему до білків.