stringtranslate.com

Перекисное окисление липидов

Перекисное окисление липидов , или окисление липидов , представляет собой сложный химический процесс , который приводит к окислительной деградации липидов , [1] что приводит к образованию производных пероксида и гидропероксида . [2] Это происходит, когда свободные радикалы , в частности, активные формы кислорода (ROS), взаимодействуют с липидами внутри клеточных мембран , как правило, полиненасыщенными жирными кислотами (PUFA), поскольку они имеют двойные связи углерод-углерод . Эта реакция приводит к образованию липидных радикалов , в совокупности называемых липидными перекисями или продуктами окисления липидов ( LOP ), которые, в свою очередь, реагируют с другими окислителями , что приводит к цепной реакции , которая приводит к окислительному стрессу и повреждению клеток .

В патологии и медицине перекисное окисление липидов играет роль в повреждении клеток, которое широко рассматривается как часть патогенеза различных заболеваний и болезненных состояний, включая старение , [3] [4], тогда как в науке о питании перекисное окисление липидов является одним из многих путей к прогорклости . [5]

Механизм реакции

Упрощенный путь автоокисления липидов: инициируется гидроксильным радикалом, который отщепляет водород и образует пентадиенильный радикал (показана только одна резонансная структура). Этот радикал присоединяет O 2 , образуя гидропероксильную радикальную группу (красная). На этапе распространения эта гидропероксильная радикальная группа отщепляет атом H + от нового диена, образуя новую пентадиенильную радикальную группу и гидропероксид (синяя).

Химическая реакция перекисного окисления липидов состоит из трех фаз: инициации , распространения и завершения . [4]

В фазе инициации прооксидантный гидроксильный радикал ( OH• ) отщепляет водород в аллильной позиции (–CH 2 –CH=CH 2 ) или метиновом мостике (=CH−) [ необходимо разъяснение ] на стабильном липидном субстрате, обычно полиненасыщенной жирной кислоте (ПНЖК), с образованием липидного радикала ( L• ) и воды (H 2 O).

В фазе распространения липидный радикал ( L• ) реагирует с молекулярным кислородом ( O 2 ) с образованием липидного гидропероксильного радикала ( LOO• ). Липидный гидропероксильный радикал ( LOO• ) может далее отщеплять водород от нового субстрата ПНЖК, образуя другой липидный радикал ( L• ) и теперь, наконец, липидный гидропероксид ( LOOH ). [6]

Липидный гидропероксильный радикал ( LOO• ) также может подвергаться различным реакциям с образованием новых радикалов. [ необходима цитата ]

Дополнительный липидный радикал ( L• ) продолжает цепную реакцию , в то время как гидропероксид липида (LOOH) является первичным конечным продуктом. [6] Образование липидных радикалов чувствительно к кинетическому изотопному эффекту . Усиленные липиды в мембране могут подавлять цепную реакцию перекисного окисления липидов. [7]

Этап завершения может различаться как по фактической химической реакции, так и по времени ее возникновения. [6] Перекисное окисление липидов является самораспространяющейся цепной реакцией и будет продолжаться до тех пор, пока липидный субстрат не будет израсходован и последние два оставшихся радикала не объединятся, или пока не произойдет реакция, которая его завершает. [3] Окончание может произойти, когда два липидных гидропероксильных радикала ( LOO• ) реагируют с образованием перекиси и кислорода (O2 ) . [3] [ необходимо разъяснение ] Окончание может также произойти, когда концентрация радикальных видов высока. [ необходима цитата ]

Основными продуктами перекисного окисления липидов являются гидроперекиси липидов (LOOH). [3]

Арахидоновая кислота как субстрат

Когда субстратом является арахидоновая кислота , образуются изомеры гидропероксиэйкозатетраеновой кислоты (ГПЭТЭ) и гидроксиэйкозатетраеновой кислоты (ГЭТЭ). [ необходима цитата ]

Роль антиоксидантов

Механизмы свободных радикалов при повреждении тканей. Перекисное окисление липидов, вызванное ксенобиотиками, и последующая детоксикация клеточными ферментами (терминация).

Антиоксиданты играют решающую роль в смягчении перекисного окисления липидов, нейтрализуя свободные радикалы, тем самым останавливая радикальные цепные реакции. Ключевые антиоксиданты включают витамин C и витамин E. [ 8] Кроме того, ферменты , включая супероксиддисмутазу , каталазу и пероксидазу, способствуют окислительному ответу , уменьшая присутствие перекиси водорода , которая является распространенным предшественником гидроксильного радикала ( OH• ).

Например, витамин Е может отдавать атом водорода липидному гидропероксильному радикалу ( LOO• ), образуя радикал витамина Е, который далее реагирует с другим липидным гидропероксильным радикалом ( LOO• ), образуя нерадикальные продукты. [2]

Медицинские последствия

Фототерапия может вызвать перекисное окисление липидов, приводящее к разрыву мембран эритроцитов . [9]

Кроме того, конечные продукты перекисного окисления липидов могут быть мутагенными и канцерогенными . [10] Например, конечный продукт МДА реагирует с дезоксиаденозином и дезоксигуанозином в ДНК, образуя с ними аддукты ДНК , в первую очередь M 1 G. [10 ]

Реактивные альдегиды также могут образовывать аддукты Михаэля или основания Шиффа с тиоловыми или аминогруппами в боковых цепях аминокислот. Таким образом, они способны инактивировать чувствительные белки посредством электрофильного стресса. [11]

Токсичность гидроперекисей липидов для животных лучше всего иллюстрируется летальным фенотипом мышей с нокаутом глутатионпероксидазы 4 ( GPX4 ). Эти животные не выживают после 8-го дня эмбрионального развития, что указывает на то, что удаление гидроперекисей липидов необходимо для жизни млекопитающих. [12]

С другой стороны, неясно, являются ли пищевые липидные перекиси биодоступными и играют ли они какую-либо роль в развитии заболеваний, поскольку в организме здорового человека имеются защитные механизмы против таких опасностей. [13]

Тесты

Существуют определенные диагностические тесты для количественной оценки конечных продуктов перекисного окисления липидов, а именно малонового диальдегида (МДА). [10] Наиболее часто используемый тест называется анализом TBARS ( анализ веществ, реагирующих с тиобарбитуровой кислотой ). Тиобарбитуровая кислота реагирует с малоновым диальдегидом, давая флуоресцентный продукт. Однако существуют и другие источники малонового диальдегида, поэтому этот тест не является полностью специфичным для перекисного окисления липидов. [14]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Издебска, Джоанна (2016), «Старение и деградация печатных материалов», Печать на полимерах , Elsevier, стр. 353–370, doi :10.1016/b978-0-323-37468-2.00022-1, ISBN 978-0-323-37468-2, получено 2024-03-15
  2. ^ ab Ayala, Antonio; Muñoz, Mario F.; Argüelles, Sandro (2014). «Перекисное окисление липидов: производство, метаболизм и сигнальные механизмы малонового диальдегида и 4-гидрокси-2-ноненаля». Окислительная медицина и клеточное долголетие . 2014 : 1–31. doi : 10.1155/2014/360438 . ISSN  1942-0900. PMC 4066722. PMID 24999379  . 
  3. ^ abcd Нам, Тэ-Гю (2011-03-01). "Перекисное окисление липидов и его токсикологические последствия". Токсикологические исследования . 27 (1): 1–6. doi :10.5487/TR.2011.27.1.001. ISSN  1976-8257. PMC 3834518. PMID 24278542  . 
  4. ^ ab Портер, Нед А.; Колдуэлл, Сара Э.; Миллс, Карен А. (1995). «Механизмы свободнорадикального окисления ненасыщенных липидов». Липиды . 30 (4): 277–290. doi :10.1007/BF02536034. PMID  7609594. S2CID  4051766.
  5. ^ Мозурайтите, Р.; Кристинова В.; Рустад, Т. (01.01.2016), «Окисление пищевых компонентов», Кабальеро, Бенджамин; Финглас, Пол М.; Толдра, Фидель (ред.), Энциклопедия продуктов питания и здоровья , Оксфорд: Academic Press, стр. 186–190, doi : 10.1016/b978-0-12-384947-2.00508-0, ISBN 978-0-12-384953-3, заархивировано из оригинала 2022-05-04 , извлечено 2024-03-15
  6. ^ abc Ayala, Antonio; Muñoz, Mario F.; Argüelles, Sandro (2014-05-08). "Перекисное окисление липидов: производство, метаболизм и сигнальные механизмы малонового диальдегида и 4-гидрокси-2-ноненаля". Окислительная медицина и клеточное долголетие . 2014 : e360438. doi : 10.1155/2014/360438 . ISSN  1942-0900. PMC 4066722. PMID 24999379  . 
  7. ^ Хилл, С.; и др. (2012). «Небольшие количества изотопно-усиленных ПНЖК подавляют аутоокисление липидов». Free Radical Biology & Medicine . 53 (4): 893–906. doi :10.1016/j.freeradbiomed.2012.06.004. PMC 3437768. PMID  22705367 . 
  8. ^ Хуан, Хань-Яо; Аппель, Лоуренс Дж.; Крофт, Кевин Д.; Миллер, Эдгар Р.; Мори, Тревор А.; Падди, Ян Б. (сентябрь 2002 г.). «Влияние витамина С и витамина Е на перекисное окисление липидов in vivo: результаты рандомизированного контролируемого исследования». Американский журнал клинического питания . 76 (3): 549–555. doi : 10.1093/ajcn/76.3.549 . ISSN  0002-9165. PMID  12197998.
  9. ^ Ostrea, Enrique M.; Cepeda, Eugene E.; Fleury, Cheryl A.; Balun, James E. (1985). «Перекисное окисление липидов мембран эритроцитов и гемолиз, вторичные по отношению к фототерапии». Acta Paediatrica . 74 (3): 378–381. doi :10.1111/j.1651-2227.1985.tb10987.x. PMID  4003061. S2CID  39547619.
  10. ^ abc Marnett, LJ (март 1999). "Перекисное окисление липидов — повреждение ДНК малоновым диальдегидом". Mutation Research . 424 (1–2): 83–95. doi :10.1016/s0027-5107(99)00010-x. PMID  10064852.
  11. ^ Бочков, Валерий Н.; Осколкова, Ольга В.; Бирюков, Константин Г.; Левонен, Анна-Лииса; Биндер, Кристоф Й.; Штокль, Йоханнес (2010). «Генерация и биологическая активность окисленных фосфолипидов». Антиоксиданты и окислительно-восстановительная сигнализация . 12 (8): 1009–1059. doi : 10.1089/ars.2009.2597. PMC 3121779. PMID  19686040. 
  12. ^ Muller, FL, Lustgarten, MS, Jang, Y., Richardson, A. и Van Remmen, H. (2007). «Тенденции в теориях окислительного старения». Free Radical Biology and Medicine . 43 (4): 477–503. doi :10.1016/j.freeradbiomed.2007.03.034. PMID  17640558.{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  13. ^ Виейра, Саманта А.; Чжан, Годун; Деккер, Эрик А. (2017). «Биологические последствия продуктов окисления липидов». Журнал Американского общества нефтехимиков . 94 (3): 339–351. doi :10.1007/s11746-017-2958-2. S2CID  90319530. Архивировано из оригинала 13.04.2021 . Получено 13.04.2021 .
  14. ^ Тревисан, М.; Браун, Р.; Рам, М.; Мути, П.; Фройденхайм, Дж.; Кароселла, А.М.; Армстронг, Д. (2001). «Корреляты маркеров окислительного статуса в общей популяции». Американский журнал эпидемиологии . 154 (4): 348–56. doi : 10.1093/aje/154.4.348 . PMID  11495858.

Внешние ссылки