1.2.2. Фруктоза при цукровому діабеті

Як було зазначено вище, фруктозу часто використовують як замінник глюкози при цукровому діабеті. Однією з характерних ознак цього захворювання є зниження надходження глюкози в клітини. Таким чином, в крові концентрація даного моносахариду підвищується (гіперглікемія). А тривала гіперглікемія викликає ферментативне та неферментативне глікозилювання різноманітних білків, тобто приєднання залишків глюкози до певних амінокислотних залишків поліпептидних ланцюгів. Це призводить до зміни просторової структури білків та порушень функцій. А саме, модифікуються такі білки, як білки базальної мембрани клубочків нирок, білки мембрани ендотеліальних клітин капілярів, білки мієлінової оболонки, білки кришталиків ока, гемоглобін, білки системи згортання крові, колаген, мембранні переносники глюкози, альбуміни. Саме тому виникають ускладнення при перебігу хвороби.

Проте не тільки глюкоза створює загрозу модифікації білків. Її аналоги, зокрема фруктоза також здатна взаємодіяти з вільними аміногрупами залишків лізину, триптофану, аргініну та іншими [23, 24, 33]. Таке неферментативне глікозилювання носить назву реакція Майларда [22]. Модифіковані білки – первинні продукти реакції – також зазнають змін і перетворюються до більш стабільних та токсичних продуктів Амадорі, або АGEs (advanced glycation end-products), які акумулюються на довгожиттєздатних молекулах колагену та ДНК. Швидкість реакції залежить від концентрації цукру та його реакційної здатності [22]. Фруктоза є високореакційною, тому очевидно, що індукована нею генерація АGEs бере участь у патогенезі судинних, зорових ускладненнях при цукровому діабеті, в розвитку атеросклерозу та в процесах старіння [22, 23, 24].

Як свідчать дані літератури, перебіг діабету пов'язаний зі збільшенням кількості АФК. Таким чином, оксидативний стрес супроводжує збільшення рівня глюкози в крові. А глюкоза, зазнавши аутоокисленння, сама стає джерелом утворення вільних радикалів. В свою чергу, вільні радикали здатні викликати цукровий діабет [34].

Отже, процеси неферментативного глікозилювання та оксидативний стрес є пов'язаними і призводять до розвитку захворювань, пришвидшують процеси старіння (Рис. 1).

Рисунок 1. Взаємозв’язок між процесами неферментативного глікозилювання та оксидативним стресом [34].

1.3. Оксидативний стрес у дріжджів

1.3.1. Утворення АФК

Мікроорганізми, в тому числі і дріжджі, як і будь-які живі організми в природних умовах часто піддаються впливу різних зовнішніх факторів, потрапляючи таким чином в стресові ситуації. Несподівані зміни в середовищі існування через ряд реакцій можуть спричиняти зміни в структурах біомолекул та їх клітинних функцій. В такому випадку клітини швидко реагують, адаптуючи власні внутрішньоклітинні системи, щоб не загинути [9]. Серед таких стресових умов в організмах відомий оксидативний стрес, пов’язаний із збільшенням АФК. [5].

Як відомо, для існування аеробів необхідний кисень, за винятком невеликої кількості анаеробних організмів. Він використовується як субстрат для багатьох ферментів. В першу чергу, він потрібний для утворення АТФ, що є основним джерелом енергії для організмів. В дихальному ланцюзі молекули О2 відновлюються до води. Для повного відновлення кисню потрібне поетапне перенесення на молекулу кисню чотирьох електронів, відщеплених від різних субстратів, з утворенням двох молекул води [31, 32]:

О2 + 4Н+ + 4з ? 2Н2О (1)

При неповному відновленні О2 утворюються форми з високою реакційною здатністю, або активовані форми кисню (АФК). До таких проміжних продуктів відновлення молекулярного кисню відносяться супероксидний аніон-радикал О2*, пероксид водню Н2О2 і гідроксильний радикал *ОН [5, 6, 10, 16]. В клітині існує баланс між генерацією та деградацією АФК. Стан клітини, при якому швидкість утворення АФК перевищує їх знешкодження називають оксидативним стресом [26]. Активовані форми кисню утворюються в клітинах в процесах метаболізму, при дії ультрафіолетового та іонізуючого випромінювання. Продукція АФК може зростати при дії на організм хімічних реагентів (різних окисників, іонів металів змінної валентності, деяких ксенобіотиків і різних лікарських препаратів). В цьому випадку клітина тимчасово перебудовує багато метаболічних процесів.

Найчастіше в клітині першим серед побічних продуктів утворюється супероксид-аніон [21]. Основне джерело утворення є ЕТЛ в мітохондріях в умовах приєднання одного електрону до молекули кисню [19, 20, 21]:

О2 + з ? О2* (2)

Супероксид-аніон може також утворюватись і в інших метаболічних процесах, при дії фізичних та хімічних факторів. Було встановлено, що великі кількості супероксид-аніону генеруються в реакціях, які каталізуються ксантиноксидазою, альдегіддегідрогеназою, дигідроорататдегідрогеназою, а також при аутоокисленні цитохрому Р-450 [6].

За хімічними властивостями супероксид-аніон – відновник. Він може відновлювати хінони, а також іони перехідних металів – Fe3+, Cu2+. Проте він – слабкий окисник. І, крім того, не може вільно проходити через біологічні мембрани. У водних розчинах О2* нестабільний і швидко дисмутує з утворенням пероксиду водню Н2О2 [16]:

О2* +2Н+ + з ? Н2О2 (3)

Швидкість дисмутації О2* значно прискорюється супероксиддисмутазою (СОД) [19], яка міститься в багатьох організмах, зокрема і в дріжджів. Отже, даний фермент відновлює супероксид-аніон до пероксиду водню і молекулярного кисню за наступною схемою [4]:

О2* + О2* + 2Н+ > Н2О2 + О2 (4)

Дисмутація О2* за участю СОД є одним з основних шляхів утворення Н2О2 в клітині [4]. Важливим джерелом загальної продукції пероксиду водню в клітинах дріжджів є пероксисоми, які містять велику кількість ферментів, що генерують Н2О2, зокрема гліколатоксидазу, оксидазу D-амінокислот, ацил-КоА-оксидазу, тощо. Певні кількості супероксид-аніону та пероксиду водню утворюються у реакціях, які каталізуються фумаратредуктазою, сукцинат-дегідрогеназою і