До ферментів, що приймають участь у захисті від вільних радикалів, відносяться :

супероксиддисмутаза ( СОД ), яка катаболізує супероксид - аніон;

каталаза та глутатіонперооксидаза, які деградують пероксид водню та гідроперкиси відповідно.

Вторинними ферментами антиоксидантного захисту є ферменти, функціонально пов’язані з глутатіоном. Глутатіон - S - трансферази каталізують кон’югацію відновленого глутатіону з нуклеофільними ксенобіотиками чи клітинними компонентами, пошкодженими АФК.

НАДФ - залежна глутатіонредуктаза відновлює окислений глутатіон за рахунок окислення НАДФ, який в свою чергу відновлюється глюкозо - 6 - фосфатдегідрогеназою. Реакції, що каталізуються СОД, каталазою, глутатіонпероксидазою та глутатіонредуктазою, виглядають так :

СОД

Н 2О2 + О2

2Н 2О2 каталаза Н 2О + О2

2GSH + ROOH GSSG + ROH + H2O

глутатіонпероксидаза

GSSG + НАДФ · Н +

глутатіонредуктаза

В клітинах E. coli є три типи СОД :

Мn вмісна СОД, що кодується геном sod А, її активність чутлива до зовнішнього оксидативного стресу;

Fе - СОД, що є конститутивною формою і синтезується як в аеробних, так і в анаеробних умовах;

Си, Zn - СОД, що локалізується переважно у периплазмі.

Функціонування СОД підвищує рівень пероксиду водню, що спричиняє утворення гідроксильного радикалу в присутності супероксид - аніону чи іонів перехідних металів. Пероксид водню дисмутується під дією каталази до води і молекулярного кисню. У E. coli є два типи каталази - НР І і НР ІІ.

НР І є біфункціональним ферментом - каталазою - пероксидазою, що містить 2 групи протогему ІХ, які зв’язані з тетрамером з ідентичних субодиниць з молекулярною масою 80 кДа.

НР ІІ є монофункціональною каталазою з шістьома ізомерами гему d, що асоційовані з гексамерною структурою із субодиниць з молекулярною масою 84,2 кДа.

Важливою структурно - функціональною формою організації генетичної інформації, що забезпечує синтез ферментів, що утворюють антиоксидантний захист, є регулони Sох RS та Oxy R. Білок Sох RS є сенсором супероксид - аніону і відповідає за активацію регулону Sох RS . Активація цього регулону є каскадною. Білок Sох R є продуктом гену sox R. Активована форма білка Sох R зв’язується з ДНК в специфічній ділянці і активує ген sox R , що призводить до підвищення рівня білка Sох R. Білок Sох R активує відповідні гени, що є відповідальними за відповідь E. coli на збільшення утворення супероксид - аніону [ 5 ]. Sох R містить негемінове залізо і існує у формі димера. В кожному мономері є [ 2 Fе - 2S] - кластер, що відповідальний за регуляцію активності усього білка як транскрипційного фактора. До регулону Sох RS входять гени, що кодують синтез таких ферментів як Мn - СОД, глюкозо - 6 - фосфатдегідрогеназа, фумараза С, аконітаза А, НАДФ · Н – фередоксинредуктаза, ендонуклеаза ІV.

Сенсором пероксиду водню є білок OxyR [ 7 ]. Він існує в двох формах : окисленій та відновленій, але тільки окислена форма відповідає за активацію регулону OxyR . Відновлена форма може зв’язуватись тільки з промотором гену OxyR, що відповідає за синтез білка OxyR.

Білок Оху R в окисленому стані може репресувати промотор гену оху R і активувати гени кat G та ahpS у відповідь на оксидативний стрес. Ці гени кодують каталазу НР І та алкілгідропероксидазу відповідно. У відповідь на підвищення концентрації пероксиду водню відбувається окислення цистеїнових залишків в положеннях 199 і 208 поліпептидного ланцюга цього білка ( ОхуR ) з утворенням внутрішньомолекулярного дисульфідного зв'язку, що робить білок ОхуR активним. Деактивація білка ОхуR відбувається ферментативно, при участі глутатіонредуктази, яка за рахунок відновленого глутатіону відновлює внутрішньомолекулярний дисульфідний зв'язок білка Оху R [ 4,6 ]. Реакція окислення - відновлення ОхуR виглядає так :

глутатіонредуктаза

ОхуR ок + 8 GSH ОхуR відн + 4 GSH

До регулону ОхуR входять гени, що відповідають за синтез каталази ( НР І ), алкілгідропероксидази, глутатіонредуктази та інші [ 7 ].

При збільшенні концентрації пероксиду водню в клітині на стаціонарній фазі активується - регулон. В активації - регулону важливу роль відіграє - фактор. Це білок, що є продуктом гену rpoS. Він є альтернативним транскрипційним у - фактором, який експресується в стаціонарній фазі або при нестачі поживних речовин. До RpoS - регулону входить не менше 50 генів, серед яких гени, що кодують Cu, Zn - СОД, НР І, НР ІІ, екзонуклеазу ІІІ, кислу фосфатазу, глутатіонредуктазу. Транскрипція, трансляція і стабільність фактора модулюються різними сигналами, включаючи цАМФ та УДФ - глюкозу [ 8 ].

Отже можна зробити висновок, що механізми, задіяні в регуляції експресії генів, що відповідають за виживання клітин в умовах оксидативного стресу, складні, деякі гени входять до більш, ніж одного регулону, а отже регуляторами їхньої експресії можуть бути різні білкові і небілкові речовини, і є щонайменше два регулони, що відповідають за виживання клітин E.соlі в умовах підвищеного рівня пероксиду водню.

Наявність деяких ферментів, що входять до антиоксидантних систем, не є обов’язковою для всіх бактерій. Так, було показано, що при культивуванні Lactobacillus plantarum в умовах високого вмісту марганцю, активність СОД не проявлялась. Це може свідчити про те, що захист від супероксид - аніону здійснює якась низькомолекулярна Мn - вмісна речовина, яка функціонує аналогічно до СОД.

Останньою ланкою захисту від АФК є ферменти, які виправляють пошкодження – репарази. З приводу відновлення функцій білків, що були окислені АФК, відомо мало. Єдиним винятком