III. Задания для самостоятельной работы
Модульная единица 1.1.
«Номенклатура органических соединений. Природные сопряженные структуры. Кислотно-основные взаимодействия в механизме реализации свойств важнейших классов биоорганических соединений. Окислительно-восстановительные процессы в организме»
Занятие 1.1.8.
Методические указания для студентов
ТЕМА: «Роль радикальных процессов. Свободные формы кислорода. Пероксидное окисление липидов биологических мембран. Ферментативные и неферментативные ингибиторы окисления»
ЦЕЛЬ: Сформировать у студентов представления о радикальных процессах. Показать образование свободных форм кислорода в условиях организма. Продемонстрировать механизм процесса пероксидного окисления липидов биологических мембран. Познакомить с игибиторами процесса пероксидного окисления ферментативной и неферментативной природы.
ЗНАТЬ: Разнообразие окислительных процессов с участием липидов и их структурных компонентов. Активные формы кислорода, образующиеся в организме. Пероксидное окисление липидов как основная причина повреждения клеточных мембран. Основные механизмы антиоксидантной защиты организма. Природные и синтетические антиоксиданты.
УМЕТЬ: Приводить механизм зарождения активных форм кислорода, писать схему реакции пероксидного окисления на примере ненасыщенной жирной кислоты, показывать механизм действия ферментативной и неферментативной (антиоксидантной) системы, а также синтетических антиоксидантов.
|
|
ВЛАДЕТЬ: Навыками самостоятельной работы с учебной литературой и методическими материалами.
ЗНАЧЕНИЕ ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ: Важным аспектом проблемы реакций окисления в организме человека являются процессы пероксидного окисления липидов (ПОЛ) биологических мембран. Эти процессы в норме протекают в организме, обеспечивая синтез ряда биологически важных соединений - биорегуляторов (простагландинов, лейкотриенов, тромбоксанов и др.). Интенсификация ПОЛ приобретает патогенетическое значение, поскольку может привести к нарушению целостности биологических мембран, к массовой гибели клеток. В связи с этим необходимо представлять способы коррекции патологических состояний, вызванных интенсификацией ПОЛ.
I. Теоретические вопросы
1. Значение протекания радикальных в организме.
2. Механизм зарождения активных форм кислорода в условиях организма.
3. Процессы пероксидного окисления липидов (ПОЛ) биологических мембран. Схема ПОЛ (инициирование, рост цепей, продолжение цепей, вырожденное разветвление, реакции обрыва цепей). Виды радикалов: пероксидный, алкильный, алкоксильный.
|
|
4. Основные представители ферментативных и неферментативных (антиоксидантных) систем организма, механизм их функционирования.
5. Биоантиоксиданты как ловушки алкильных (хиноны, каротиноиды) или пероксидных радикалов (a-токоферол, кверцетин и др. фенолы).
II. Обучающие упражнения
Задание 1. Приведите механизм зарождения активных форм кислорода
В активном центре гемоглобина в результате переноса электрона от катиона железа к кислороду образуются супероксид-ион радикалы
Fe2+ - e ¾®Fe3+, О2 + е ¾¾¾® О2·
При диспропорционировании супероксид-иона образуется пероксид водорода.
О2 · + О2 · + 2 Н+ ¾¾® Н2О2 + О2
При реакции супероксид-иона и пероксидом водорода образуется гидроксил-радикал Н2О2 + О2 · ¾¾® 2ОН· + О2
В реакции супероксид-иона с гидроксил-радикалом образуется синглентный кислород:
ОН· + О2 ·¾¾® *О2(синглентный) + ОН- Образование высокоактивного ОН· радикала происходиттакже по реакции Фентона:H2O2 + Fe2+¾® Fe3++ OH- + ОН·
Задание 2. Напишите схему реакции пероксидного окисления на примере линолевой кислоты.
Ответ. В молекулах фосфолипидов связи С-Н, расположенные между двумя p-связями ( в a-положении к ним), атакуются гидроксильными или пероксильными радикалами. Рассмотрим этот процесс на примере линоленовой кислоты:
|
|
В результате образуются новые радикалы, существующие в двух мезомерных формах:
Радикал стабилизируется за счет делокализации электронной плотности в сопряженной системе: СН3-(СН2)4-СН. . . СН. . . СН. . . СН. . .СН-(СН2)7-СООН
Схематично описанный выше процесс представляется как
RH + OH· ¾® H2O + R· инициирование (0)
Таким образом, инициируется процесс неферментативного окисления липидов биологических мембран.
Образующийся алкильный радикал присоединяет молекулу кислорода (за время 10-6сек) и превращается в очень активный пероксидный (пероксильный) радикал:
R·+ O2 ¾® RО2· рост цепей (1)
Пероксидный радикал RО2· взаимодействует с соседними углеводородными фрагментами молекулы фосфолипидов, что приводит к образованию гидропероксидов (RООН) и новому алкильному радикалу R·, вновь присоединяющему молекулу О2 согласно реакции 1.
RО2· + RH ¾® RООH + R· продолжение цепей (2)
Гидропероксиды способны разрушаться с разрывом О-О связей, что приводит к вторичному иницированию и, как следствие, ускорению окисления:
|
|
RООH ¾® RО· + ОН· вырожденное разветвление (3)
Последняя реакция крайне нежелательна для организма. Поэтому существуют ферментативные антиоксидантные системы, регулирующие в организме концентрацию активных кислородсодержащих ионов и радикалов.
Свободные радикалы взаимодействуют между собой, обрывая цепи окисления в соответствии с элементарными реакциями :
RO2·+ RO2· ¾® молекулярные продукты
RO· + RO· ¾® молекулярные продукты
R· + R· ¾¾® молекулярные продукты
Задание 3. Покажите механизм действия ферментативной и неферментативной (антиоксидантной) системы.
Ответ.Ферменты каталаза и глутатионпероксидаза защищают аэробные клетки от окисления, предотвращая возможность радикального разрушения пероксидов. Субстратом для каталазы преимущественно служит пероксид водорода.
2 Н2О2 ¾¾® 2Н2О + О2
В состав простетической группы каталазы входит гемовое железо, в активном центре происходит окисление (Fe2+ - e ¾® Fe3+).
Глутатионпероксидаза вместе с глутатионом разрушают пероксид водорода и гидропероксиды, защищая клетки от повреждающего действия радикалов, образующихся при гомолитическом разрыве связей RО-ОH.
Глутатион представляет собой трипептид, образованный глутаминовой кислотой, цистеином и глицином :
Реакционоспособной группой глутатиона(R-SH)является тиольная группа. Глутатион взаимодействует с пероксидом водорода и гидропероксидами липидов:
2 R-SH + H2O2 ¾® 2 H2O + R-S-S-R
2 R-SH + R1OOH ¾® H2O +R1OH + R-S-S-R
Окисленный глутатион способен восстанавливаться:
R-S-S-R + 2H+ + 2 e 2 R-S-H
Активный центр глутатионпероксидазы содержит остаток селеноцистеина, в котором атом серы цистеина заменен на атом селена:
Полагают, что действие глутатионовой ферментной системы может быть описано совокупностью реакций:
R-Se-H +H2O2 ¾¾® R-Se-OH + H2O (I)
R-Se-OH + 2 R-S-H ¾¾® R-Se-H + R-S-S-R + H2O (II)
R-S-S-R + НАДФ-Н ¾¾® 2 R-S-H + НАДФ+ (III)
Задание 4.Показать механизм действия антиоксидантов
Ответ.В присутствии относительно низких концентраций ингибиторов фенольного типа (IпН) (10-6 - 10-3 моль/л) обрыв цепей происходит на молекулах антиоксидантов согласно реакции:
IпН +RO2·¾¾¾¾®ROOH + Iп· (обрыв цепей) (VII)
Радикал ингибитора(Iп·)обычно неактивен и не участвует в продолжении цепей, в связи с чем антиоксидант выполняет роль ловушки свободных радикалов и способствует значительному торможению окисления.
формула основного липидного антиоксиданта - a-токоферола:
В последние годы антиоксиданты применяются в клинической практике (антиоксидантотерапия).
III. Задания для самостоятельной работы
Задание 1. Приведите элементарные реакции инициирования, роста, продолжения и обрыва цепей на примере свободнорадикального окисления олеиновой кислоты. Дайте название радикалам, образующимся в результате этого процесса.
Задание 2. Покажите химизм взаимодействия липидов (RH) с гидроксильными и пероксидными радикалами. Перечислите соединения (антиоксиданты), способные тормозить процесс свободно радикального окисления липидов.
Задание 3.Напишите реакцию уничтожения свободных радикалов с участием важнейшего фенольного биоантиоксиданта (a-токоферола).
Задание 4.Представьте механизм образования активных форм кислорода (О2·, ОН·, О2*, Н2О2). Какие ферменты способны разрушать пероксид водорода и гидропероксиды?
Задание 5.В состав активного центра глутатионпероксидазы входит трипептид глутатион. Изобразите его структуру и приведите химизм реакции глутатиона с пероксидом водорода.
Задание 6.Соотнесите перечисленные ниже соединения к системам ферментативной и неферментативной защиты ПОЛ: супероксиддисмутаза, убихинон, каталаза, глутатионпероксидаза, флавоноиды, липоевая кислота, аскорбиновая кислота.
IV. Выполнение самостоятельной аудиторной работы «Пероксидное окисление липидов биологических мембран. Ферментативные и неферментативные ингибиторы окисления»
Дата добавления: 2018-04-04; просмотров: 176; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!