Кислородзависимые механизмы биоцидности

Связаны с генерацией активированными нейтрофилами кислородных радикалов.

Источниками вышеназванных соединений могут быть ферментативные реакции:

1. с NADPH – оксидазой фагоцитов

2. цитохром – с – оксидазой

3. миелопероксидазой

4. микросомальные оксигеназы

5. NO – синтаза

6. ксантиноксидазой

 

 

1. Под действием растворимых (хемотаксические пептиды) и корпускулярных стимулов (бактерии) повышается потребление кислорода стимулированными полиморфно-ядерными лейкоцитами при этом одновременно активизируется мембрано – связанная NADPH – оксидаза фагоцитов, в результате чего значительно возрастает продукция супероксиданиона, в качестве донора электронов в данной реакции выступает внутриклеточный NADPH:

NADPH + O₂ à NADP⁺ + H⁺ + O₂¯

Явление усиления продукции активированных метаболитов при стимуляции фагоцитов получило название респираторного или метаболического взрыва.

Образовавшийся в ходе оксидазной реакции сравнительно малоактивный супероксид – анион, как правило, не способен, в прочем как и перекись водорода и радикал оксида азота, непосредственно инициировать процессы ПОЛ, однако в результате ряда последовательных реакций могут давать начало высокореакционным гидроксильным радикалам, гипогаллогеноводородам, синглентному кислороду, обладающим энергией достаточной для разрыва связей С-Н и образования первичных липидных радикалов.

2. Образование ОН^- может происходить (в первые минуты реперфузии при синдроме ишемии - реперфузии) в реакции Фентона при участии цитохром – с - оксидазы:

Н₂O₂ + Fe²⁺ à Fe³⁺+ OH ^• + OH¯

 

а также при взаимодействии перекиси водорода с лактоферрином,

3. Фермент азурофильных гранул нейтрофилов – миелопероксидаза катализирует взаимодействие перекиси водорода с галоидами (главным образом с Сl^-), в результате которого образуются гипогалоиды – мощные, чрезвычайно химически активные токсины. А такой фермент как пероксидаза эозинофилов катализирует образование гипогаллоидов с участием брома, йода и цианидов.

Н₂O₂ + Х¯ + Н⁺ - ^{МПО, ПЕРОКСИДАЗА ЭОЗИНОФИЛОВ} -à Fe³⁺+ OH ^• + OH¯

(Где Х¯ = Cl¯, Br¯, J¯, SCN¯)

На активность нейтрофилов в зоне повреждения оказывают влияние не только внешние факторы, но и большое количество регуляторных пептидов (цитокинов) вырабатываемых лейкоцитами.

4. Выработка О₂¯ осуществляется также дыхательной цепью митохондрий, которая в аэробных условиях генерирует Н₂О₂ (при участии флавопротеинов) и O₂¯ (НАДН-дегидрогеназой и на участке цепи переноса электронов убихинон à цитохром-с. В физиологических условиях только небольшая часть кислорода, поглощаемого при митохондриальном дыхании, расходуется на образование О₂¯ (~5%), ишемия сопровождается резкой дисфункцией митохондрий и повышением их супероксидобразующей способности.

5. Гипоксия, вследствие каких - либо патологических процессов, повышает экспрессию молекул адгезии на поверхности эндотелиоцитов (ICAM–1, ELAM–1) и на поверхности ПОЛИМОРФНО-ЯДЕРНЫЕ ЛЕЙКОЦИТЫ. В мембране активного нейтрофила появляется много адгезивных белков – лейкоцитарных интегринов, с помощью которых ПМЛ взаимодействуют между собой, с эндотелием сосудов. Маркером нейтрофилов считают интегрин Мас-1 (CD-11b/CD-18). Через Мас-1 нейтрофилы вступают в контакт с адгезивными белками эндотелия, что приводит к пристеночному накоплению последних в капиллярах ишемизированного участка. ICAM-опосредованные сигналы в процессе лейкоцитарной адгезии, могут активировать ксантиноксидазу, которая в отдельных случаях может являться источником АМК, (что проявляется при синдроме ишемии/реперфузии). В человеческом организме основная физиологическая роль ксантиноксидазы – участие в катаболизме пуринов, при этом этот фермент находится преимущественно в форме ксантиндегидрогеназы и использует окисленный НАД в качестве акцептора электронов:

NAD ⁺, Н₂O ксантиндегидрогеназа NADH

Гипоксантин --------------------------------à ксантин

Н₂O, О₂ ксантиноксидаза Н₂О₂

 

NAD ⁺, Н₂O ксантиндегидрогеназа NADH

Ксантин ------------------------------------à мочевая кислота

Н₂O, О₂ ксантиноксидаза Н₂О₂

При ишемии органов фермент быстро (в течении нескольких минут) переходит в оксидазную форму (обратимый – окисление дисульфидных связей и необратимый переход – ограниченный протеолиз). В оксидазной форме этот энзим в качестве акцептора использует молекулярный кислород, в результате чего образуются перекись и супероксиданион, при этом, чем выше парциальное давление кислорода, тем больше образуется супероксид-аниона и меньше перекиси.

Наряду с количеством адгезивных белков, в мембране активного нейтрофила возрастает число рецепторов к хематтрактантам, опсонинам и цитокинам.

В качестве мишеней, подверженных действию АМК выступают фосфолипиды и протеины клеточной оболочки эндотелиоцитов. ПОЛ приводит к образованию промежуточных продуктов пероксидации, которые обладают мембраноповреждающим действием, усиливают проницаемость клеточных мембран, но являются очень неустойчивыми соединениями. Их распад приводит к появлению конечных продуктов ПОЛ (диеновые конъюгаты, шиффовы основания и др.), которые являются высокотоксичными соединениями.

Кроме того, при некоторых генетических дефектах (гипергомоцистеинемия) источником супероксида может являться eNOS при сопутствующей недостаточности кобаламина (В12) и фолата (В9). Повышенная выработка О₂¯ при АГ индуцирует экспрессию циклооксигеназы-2 и подавляет экспрессию NOS через активацию фактора транскрипции-RAS протеина.

О₂¯ участвует в наработке хемотаксических пептидов, индуцирует синтез ИЛ-1-подобного фактора, регуляции экспрессии факторов транскрипции и трансдукции и некоторых митогенных факторов. Кроме того, АМК могут быть вторичными посредниками в активации транскрипции генов и, соответственно, в регуляции клеточных ответов.

Активные формы кислорода обладают прямым повреждающим действием на протеины клеточных структур, за счёт окисления SH–групп белков оказывают негативное влияние на процессы клеточного деления, роста, клеточной дифференцировки.

Многие органические соединения могут окисляться по свободно-радикальному механизму, однако наиболее эффективно окисляются ненасыщенные жирные кислоты.

Суть процесса ПОЛ заключается во взаимодействии окислителей и ЖК с переносом радикального состояния на молекулу ЖК, т.е. образование липидных радикалов и перекисей.

Выделяют следующие стадии процесса ПОЛ:

1. Зарождение или инициация цепей

2. Продолжение цепей

3. Вырожденное разветвление цепей

4. Обрыв цепей

1) стадия образование свободного липидного радикала из предшественника:

RH+X* àR*+XH,

Где Х – инициатор, RH – ненасыщенная жирная кислота в составе ТГ, ФЛ и т.д.

На этой стадии окисление полиненасыщенных ЖК может завершаться перегруппировкой разделённых метиленовой группой двойных связей в сопряжённую диеновую или триеновую структуру, т.е. образуются так называемые диеновые и триеновые конъюгаты.

 

2) стадия продолжения или развития цепей. Образовавшийся свободный липидный радикал быстро реагирует с кислородом. Продуктами этого взаимодействия являются гидроперекиси ЖК, которые снова вовлекаются в цепную реакцию пероксидации, что придаёт всему процессу цепной характер.

R*+O₂ àR- OO ^-

R- OO ^- + RH à R-OOH + R*

Часть гидроперекисей подвергается распаду, давая образование различных альдегидов, в том числе и малонового.

3) Вырожденное разветвление цепей

Другая часть гидроперекисей образует свободные радикалы

R-OOH à R-O ^- + HO ^-

R-OOH + Fe²⁺à R-O ^- + HO ^- + Fe³⁺

Гидроперекиси являются главным пусковым механизмом пероксидации. Развитию процесса способствует наличие ионов 2-хвалентного железа и других переходных металлов, например меди.

3) стадия завершения или обрыва цепи. Заключается в образовании продуктов не содержащих свободных радикалов. Часть свободных радикалов рекомбинирует друг с другом, образуя неактивные продукты.

R* + R*à R-R

R-OO ^- + R* à R-OO-R

R-OO ^- + R-OO ^- à R-OO-R + O2

Перекисное окисление липидов в организме происходит не только спонтанно, но и в результате ферментативных реакций.

Например окисление полиненасыщенных ЖК в тромбоцитах и лейкоцитах при действии микросомных оксигеназ.