278-279

Ткани и органы. Кровь

Эритроциты: обмен веществ

Аэробные клетки получают энергию в виде молекулярного кислорода. В то же время из О₂ постоянно возникают в небольших количествах токсичные вещества, так называемые активные формы кислорода [АФК (ROS от англ. reactive oxygen species)]. Эти соединения являются сильными окислителями или крайне реакционноспособными свободными радикалами (см. с. 20), которые разрушают клеточные структуры и функциональные молекулы. Особенно подвержены АФК-повреждению эритроциты, для которых из-за их транспортной функции характерна высокая концентрация кислорода.

А. Активные формы кислорода

Молекула кислорода (О₂) содержит два неспаренных электрона и. таким образом, является бирадикалом. Однако неспаренные электроны расположены так, что молекула О₂ остается относительно стабильной. Тем не менее, если молекула присоединяет дополнительный электрон (стадия а), образуется высоко реакционноспособный супероксид-радикал (•О₂^-) Следующая стадия восстановления (стадия б) приводит к пероксид-аниону (•О₂^2-), который легко связывает протоны и вследствие этого переходит в пероксид водорода (Н₂О₂). Присоединение третьего электрона (стадия в) ведет к расщеплению молекулы на ионы О^2- и О^- . В то время как О₂^- путем присоединения двух протонов образует воду, протонирование О^- приводит к особо опасному гидроксил-радикалу (•ОН). Присоединение четвертого электрона и заключительное протонирование О^- заканчивается образованием воды.

Образование АФК катализируют, например, ионы железа. АФК постоянно производятся при взаимодействии О₂ с ФМН (FMN) или ФАД (FAD) (см. с. 108). Напротив, восстановление О₂ цитохром с-оксидазой ничем не осложнено (протекает без накопления АФК), так как этот фермент не высвобождает промежуточные продукты в среду. Наряду с антиоксидантами (схема Б) имеются ферменты, которые также препятствуют образованию свободных АФК. Например, супероксид-дисмутаза [1] вызывает диспро-порционирование двух супероксид-радикалов на О₂ и менее опасный Н₂О₂. Последний снова диспропорционируется на О₂ и Н₂О гемсодержащей каталазой [2].

Б. Природные антиоксиданты

Для защиты от АФК и других радикалов все клетки содержат антиоксиданты. Последние являются восстановителями, которые легко реагируют с окисляющими веществами и вследствие этого защищают более важные молекулы от окисления. К биологическим антиоксидантам принадлежат витамины С и Ε (см. сс. 352, 355), кофермент Q (см. с. 142) и некоторые каротиноиды (см. сс. 58, 352). Образующийся при разрушении гема билирубин (см. с. 196) также служит защитой от окисления. Особенно важен глутатион, трипептид Glu-Cys-Gly, находящийся почти во всех клетках в высокой концентрации. Глутатион содержит нетипичную γ-связь между Glu и Cys. Восстановителем здесь является тиольная группа цистеинового остатка. Две молекулы восстановленной формы (GSH, на схеме вверху) при окислении образуют дисульфид (GSSG, на схеме внизу).

В. Эритроциты и обмен веществ

Эритроциты также обладают системой (супероксид-дисмутаза, каталаза, GSH), способной инактивировать АФК и ликвидировать нанесенные ими повреждения. Для этого необходимы вещества, обеспечивающие поддержание в эритроцитах нормального обмена веществ. Метаболизм в эритроцитах в сущности ограничен анаэробным гликолизом (см. с. 148) и гексозомонофосфатным путем [ГМП (HMW)] (см. с. 154).

Образующийся при гликолизе АТФ служит прежде всего субстратом Na⁺/К⁺-АТФ-азы, которая поддерживает мембранный потенциал эритроцитов. При гликолизе образуется также эффектор 2,3-ДФГ (см. с. 276). В ГМП образуется НАДФН+Н⁺, который поставляет Н⁺ для регенерации восстановленного глутатиона (GSH) из глутатион-дисульфида (GSSG) с помощью глутатион-редуктазы [3]. Восстановленный глутатион — самый важный антиоксидант эритроцитов, он служит коферментом при восстановлении метгемоглобина (см. с. 274) в функционально активный гемоглобин [4]. Важным защитным ферментом является также селенсодержащая глутатион-пероксидаза [5].

С помощью восстановленного глутатиона осуществляется детоксикация Н₂О₂, а также гидропероксидов, которые возникают при реакции АФК с ненасыщенными жирными кислотами мембраны эритроцитов.