ОКСИДАНТНАЯ АКТИВНОСТЬ ИОНОВ НЕКОТОРЫХ МЕТАЛЛОВ

Проблема существования организма это, по существу, проблема поддержания гомеостаза, в том числе, на клеточном  уровне. Важнейшую роль в этом играют равновесные метаболические процессы, обеспечивающие стабильность существования клетки в избранных условиях.

Наиболее деструктивным элементом, разрушающим данное метаболическое равновесие, является окислительный фактор, ведущий, прежде всего, к изменению энергетического баланса клетки. В свою очередь, это вызывает активное развитие патологических состояний, ведущих к апоптотическим процессам в тканях организма, что провоцирует такие известные заболевания как болезнь Альцгеймера [6], Паркинсона, старческую деменцию, атеросклероз и т.д. Окислительный стресс может вызывать диабет [8], артериальную гипертензию [9].

В то же время окислительный стресс является мощным оружием иммунной системы в борьбе с патогенной микрофлорой в организме человека, представляя собой эффективный защитный механизм.

Окислительный стресс вызывает повышение содержания кислородных радикалов, пероксидов, провоцирующих на клеточном уровне деградацию молекул ДНК, липидов. При участии радикалов происходит изменение нормальной сигнальной трансдукции, так как активные радикальные формы кислорода участвуют в обеспечении передачи сигнала [7].

Необходимо отметить роль ионов металлов в механизмах свободно – радикальных процессах. Без их участия не проходит не одна химическая реакция по радикальному механизму в организме человека. Поэтому важным, на наш взгляд, является изучение механизмов оксидантной и антиоксидантной активности ионов металлов, как перспективного способа контроля и управления процессами окислительного стресса.

Так деятельность иммунной системы невозможна в отсутствии цинка. По - видимому, выполняя функции антиоксиданта цинк способен координировать радикальные процессы в организме, ингибируя процессы перекисного окисления липидов на стадии инициирования. Есть мнение, что интенсивность перекисного окисления липидов зависит от соотношения металлов железо/цинк, так как железо является прооксидантом, а цинк антиоксидантом (при определенных концентрациях). Введение цинка, ведущее к изменению микроэлементного состава в организме, позволяет увеличить долю антиоксидантов и уменьшать количество продуктов окисления [2]. Во многом потому, что цинк является ко-фактором, активно участвующим в процессе стабилизации цитоплазматических мембран, поврежденных продуктами окисления [3]. Ион цинка входит в активный центр фермента супероксиддисмутазы, который регулирует перекисное окисление липидов. В то же время цинк ингибирует НАДФ-Н зависимое ферментативное и неферментативное перекисное окисление липидов [2].

Не менее интересно участие в регуляции оксидантных процессов меди способной выступать как антиоксидант, так и прооксидант, в зависимости от его концентрации в организме [3].

Отметим, что ион меди входит в состав важного фермента –супероксиддисмутазы [2] который противостоит агрессивным окислителям.

Как известно, нехватка меди в организме приводит к снижению сопротивляемости простудным и ОРВИ-инфекциям. Связывая между собой эти два понятия можно сказать, что медь, являясь антиоксидантом, блокирует инициируемый микробами оксидантный процесс развития ОРЗ, в частности, выступая в роли восстановителя в ферментах, восстанавливающих молекулярный кислород [1].

Не менее любопытна роль железа в организме чаловека. С одной стороны ионы железа являются индукторами церулоплазмина, обеспечивающий защиту от продуктов окисления. Но в то же время может индуцировать оксидантный стресс [3].

Например, флавоноид таксифолин, применяемый как биологическая добавка к пище и являющийся антиоксидантом, может проявлять как антиоксидантную, так и прооксидантную активность, в зависимости от концентрации иона трехвалентного железа. Но с другими металлами таксифолин обладает лишь антиоксидантными свойствами.

При введении в окисляемые образцы липида двухвалентного железа определенной концентрации скорость процесса окисления существенно снижается [5]. В литературе приведены многочисленные данные, что антиоксидантная активность комплексов флавоноидов с ионами двух- и трехвалентного железа, ионами меди и цинка существенно возрастает [10].

Соединения селена, как органические, так и неорганические, являются антиоксидантами. Их метаболиты в организме полностью ионизированны и действуют как эффективные редокс-катализаторы. Например, селенопротеин Р синтезируется в организме и находится в плазме крови. Он выполняет функции как антиоксидантную, так и транспортную. Глатутионпероксидаза является одним из селенопротеинов, обезвреживает пероксид водорода и липопероксиды в различных тканях. Селен в различных соединениях способен усиливать экспрессию цитопротективных генов, включая антиоксидантные ферменты.

Однако, в больших концентрациях селен способен нарушать метаболизм, превращающий ионы селена в гидроселенид-анионы, и будет токсическое поражение организма [4].

Таким образом, оксидантный стресс представляет собой активную атаку кислородных радикалов на структурные элементы живой ткани, в результате которой происходит глубокое нарушение метаболических прроцессов ведущее к апоптозу клеток.

С другой стороны, оксидантный стресс представляет собой эффективный инструмент действия иммунной системы, способный участвовать в стабилизации гомеостаза.

Важнейшей задачей является разработка методов управления этим инструментом, для чего необходимо понимать элементарные механизмы его функционирования.

Важную роль в формировании окислительного стресса играют ионы химических элементов железа, цинка, меди, селена и т.д., в определенных концентрационных значениях.

Регулируя концентрационными соотношениями указанных ионов металлов возможно оказывать воздействие на условия возникновения и интенсивность воздействия окислительного стресса.

Список литературы:

1. Голубкина Н. А. Содержание железа, марганка, цинка и меди в луке репчатом коллекции внииссок // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии.- 2015.- №3.- С. 11-16.
2. Глущенко Н. Н., Богословская О. А., Ольховская И. П. Изменение содержания природных антиоксидантов и активности антиоксидантных ферментов при введении цинка // Вестник РУДН.- 2000.- №2.- С. 75-79.
3. Ракитский В. Н., Юдина Т. В. Современные проблемы диагностики: антиоксидантный и микроэлементный статус организма // Бюллетень ВСНЦ СО РАМН.- 2005.- № 2.- С. 222-227.
4. Русецкая Н. Ю., Бородулин В. Б. Биологическая активность селеноорганических соединений при интоксикации солями тяжелых металлов // Биомедицинская химия.- 2015.- № 4.- С. 449-461.
5. Шаталин Ю. В., Шмарев А. Н. Окисление лецитина в присутствии дигидрокверцетина и его комплекса с ионами двухвалентного железа // Биофизика.- 2010.- №1.- С. 75-82.
6. Darvesh A.S., Carroll R.T. Oxidative stress and Alzheimer's disease: dietary polyphenols as potential therapeutic agents // Expert Rev Neurother. 2010. №5. 729–45.
7. Forman H.J. Reactive oxygen species and alpha, beta-unsaturated aldehydes as second messengers in signal transduction //  Ann. N. Y. Acad. Sci. 2010. P.     35-44.
8. Giacco F., Brownlee M. Oxidative stress and diabetic complications // Circ. Res. 2010. № 9. P.1058–70.
9. Rodrigo R., González J., Paoletto F. The role of oxidative stress in the pathophysiology of hypertension // Hypertens Res. 2011. № 4. P.431-40.
10. Laguta L. V. Antioxidant properties of Zn(II) and Fe(III) complexes with flavonols // Chemistry, Physics and Technology of Surface. 2012. Vol. 3. № 4. P.448-454.