Н2О2 + Fe2+ > *ОН + ОН? + Fe3+ (5)

Гідроксил-радикал також генерується при взаємодії супероксид-аніону з пероксидом водню в реакції Габера-Вейса:

О2* + Н2О2 > О2 + *ОН+ ОН? (6)

Внаслідок високої хімічної активності період напівіснування радикалів *ОН у клітині складає близько 100 мкс, а відстань, яку вони встигають подолати від місця їх утворення, не перевищує 100 нм. Гідроксил-радикал розглядається як найбільш сильний окисник, що зустрічається в біологічних системах, і його утворення у реакціях, описаних вище, стає визначальним фактором токсичної дії кисню.

1.3.2. Окисні пошкодження, спричинені дією АФК

Активовані або вільнорадикальні форми кисню – це високоактивні хімічні агенти, здатні взаємодіяти з будь-якими іншими молекулами завдяки наявності неспарених електронів, що і визначає їх високу реакційну активність [10, 14]. При дії таких речовин порушується окисно-відновний баланс в клітині та в організмі в цілому. В результаті цього практично всі клітинні компоненти (білки, ліпіди, нуклеїнові кислоти) піддаються впливу АФК. Активовані форми кисню прямо чи опосередковано можуть окислювати білки, ініціювати ланцюгові реакції пероксидного окислення ліпідів, пошкоджувати нуклеїнові кислоти [28]. Саме тому АФК небезпечні для клітини. Також відомо, що АФК задіяні в патогенезі чисельних захворювань. Інтенсивність вільнорадикального окислення зростає при атеросклерозі, ракових захворюваннях, цукровому діабеті, супроводжує процеси старіння [34].

Однією з мішеней для атаки АФК є білкові молекули. Білки окислюються всіма видами АФК, а також при взаємодії з продуктами пероксидного окислення ліпідів. Їхня взаємодія може призводити до модифікації амінокислот, зокрема: окислення сульфгідрильної групи цистеїну, імідазольної групи гістидину, циклічних кілець тирозину, фенілаланіну і триптофану. Дія АФК на білки веде до утворення ковалентних зв’язків як безпосередньо в молекулі, так і між сусідніми молекулами.

Різні АФК та їхні похідні спричинюють специфічні типи пошкоджень окремих амінокислот у поліпептидному ланцюзі [15]. Наприклад, супероксид-аніон окислює залишки метіоніну до метіонінсульфоксиду і цистеїну до сульфонової кислоти, а також окислює 4Fe-4S-кластери аконітази, гомоаконітази [6]. При цьому ферменти інактивуються. Окислення триптофану до кінуреніну або N-формілкінуреніну часто є наслідком прямої атаки гідроксильного радикалу. Окислення білків АФК може призводити до перетворення гістидину в 2-оксогістидин, залишків тирозину, лейцину, валіну – у гідрокси- і дигідроксипохідні.

Пероксид водню – це відносно слабкий окисник, і здатний інактивувати невелику кількість ферментів, окислюючи тіолові групи залишків цистеїну та метіонінові залишки в їх активному центрі [8, 14]. Це призводить до утворення дисульфідних зв’язків між залишками цистеїну в білку і тіоловими групами глутатіону, між цистеїном та г-глутамілцистеїном. Вважається, що тіолювання білків запобігає незворотному окисленню цистеїнових залишків у білках. Білки, які містять окислені цистеїнові залишки, можуть бути відновлені за участю глутатіону, глутаредоксинів, тіоредоксинів чи дисульфідізомерази [17].

Пероксид водню також окислює залишки метіоніну послідовно до сульфоксид- і сульфон-метіоніну. Окислені до сульфоксиду залишки репаруються метіонінсульфоксид-редуктазою, яка відновлює сульфоксид-метіонін до метіоніну [6,8]. Гідроксильний радикал, утворений при відновленні пероксиду водню в присутності іонів Fe2+ і Cu2+, відповідає за більшість окисних пошкоджень, індукованих Н2О2.

Внаслідок окислення залишків певних амінокислот (аргініну, проліну, лізину, гістидину), які входять до складу поліпептидного ланцюга, гідроксил-радикал призводить до утворення додаткових карбонільних груп у молекулах білків [11]. Утворення карбонільних груп у молекулах білків можуть індукувати майже всі види АФК і їх похідні.

Білки виконують різні й унікальні біологічні функції, тому їх окисна модифікація може мати багато різних функціональних наслідків. З підвищенням вмісту окислених білків пов’язаний патогенез багатьох захворювань людини, таких, як хвороба Альцгеймера, хвороба Паркінсона, ревматоїдний артрит, цукровий діабет, катаракта тощо. Вміст окислених білків у клітинах також зростає при старінні організму [27, 34].

1.3.3. Системи захисту від АФК

Для уникнення окисних пошкоджень в організмів в процесі еволюції виробились спеціальні системи захисту від АФК, які в залежності від їх функцій, умовно поділяють на три групи: 1) попередження утворення АФК; 2) інгібування розвитку вільнорадикального ланцюга і знешкодження радикалів антиоксидантними ферментами; 3) виправлення пошкоджень (репарація) [10, 29].

Важливим компонентом захисту від дії АФК, який попереджує вільнорадикальні процеси, є хелатування іонів перехідних металів спеціалізованими і неспеціалізованими білками, наприклад, феритином, альбумінами тощо. До неферментативних систем захисту від АФК належать такі низькомолекулярні антиоксиданти, як глутатіон, a-токоферол (вітамін Е), аскорбінова (вітамін С) і сечова кислоти, які діють в основному на стадії розриву ланцюга. Оскільки вміст вітаміну Е найбільший у мембранному ліпідному шарі, тому його дія є надзвичайно ефективною у захисті ліпідів мембрани від окислення. На відміну від жиророзчинного вітаміну Е, вітамін С краще функціонує у водному середовищі. Він здійснює розрив ланцюгової вільнорадикальної реакції, реагуючи із супероксид-аніоном та гідроксил-радикалами, а також різними гідропероксидами ліпідів. Окрім того, він може відновлювати окислену форму вітаміну Е. Для відновлення цих вітамінів служить глутатіон. До системи первинного захисту також належить супероксиддисмутаза (СОД), яка відновлює супероксид-аніон до пероксиду водню, та каталаза, яка розкладає пероксид водню до води і молекулярного кисню [4, 12, 13]. До ферментів, пов’язаних з антиоксидантними, належать глутатіонредуктаза (ГР) і глюкозо-6-фосфатдегідрогеназа (Г6ФДГ).

Після перетворення супероксид-аніону до пероксиду водню, що здійснює