Окисление ненасыщенных жирных кислот

Мембраны клетки являются неполярной средой, в которой кислород растворяется в 7–8 раз лучше, чем в полярной. Поэтому, именно в мембранах чаще наблюдается окислительное превращение полиненасыщенных жирных кислот. Реакции окисления протекают в тех местах, где имеются ненасыщенные липиды (фосфолипиды): в мембранах митохондрий, эндоплазматического ретикулума, лизосом, плазматических мембранах.

К продуктам перекисного окисления ненасыщенных жирных кислот относят гидроперекиси липидов, альдегиды, малоновый диальдегид, другие диальдегиды, кетоны, спирты, эпоксиды. Физиологической функцией перекисного окисления ненасыщенных жирных кислот является регуляция обновления, распада ненасыщенных структурных липидов, проницаемости липидов биологических мембран.

Активатором перекисного окисления липидов служат свободнорадикальные формы кислорода.

Это окисление активирует радикальные формы кислорода, ионы металлов и, наоборот, тормозит витамин Е (токоферол), связывая пероксид и ОН-радикал.

Перекиси (пероксиды) нестабильны и распадаются с образованием альдегидов в результате разрывов в жирной кислоте углерод-углеродной связи, которая соседствует с перекисной группой. Подобным образом могут окисляться не только ненасыщенные жирные кислоты в фосфолипидах мембран, но и свободные ненасыщенные жирные кислоты, остатки ненасыщенных жирных кислот. В тканях животных основное количество перекисей липидов составляют продукты, полученные из полиненасыщенных β-ацильных остатков эндогенных мембранных фосфатидилэтаноламинов и фосфатидилхолинов.

Омега-3 жирные кислоты эйкозапентаеновая и эйкозагексаеновая оказывают выраженное антиатеросклеротическое, вазодилататорное, антитромботическое действие, улучшают реологию крови. Арахидоновая кислота (эйкозатетраеновая), входящая в состав фосфолипидов плазматических мембран, является предшественником эйкозаноидов – медиаторов (локальных гормонов), сигнальных веществ, которые образуются почти во всех клетках организма и имеют небольшую дальность действия. К эйкозаноидам относят первичные (классические) простагландины, простациклины, тромбоксаны, лейкотриены, метаболиты простагландинов, гидроперекиси. Наиболее изучены производные арахидоновой кислоты. В результате ее превращения образуются простагландины Е ₂, F ₂₂, простациклин I ₂, тромбоксан А ₂. Эйкозаноиды образуются и из других ненасыщенных жирных кислот – эйкозатриеновой, эйкозапентаеновой (т.е. из С ₂ О – полиеновых жирных кислот). Продукты превращения различных жирных кислот отличаются своими свойствами. Биосинтез эйкозаноидов начинается с гидролиза фосфолипидов плазматической мембраны под действием фосфолипазы А ₂, активность которой контролируется гормонами, другими биорегуляторами, сопряженными с G-белками (активность фосфолипазы А ₂ повышается и под воздействием липоперекисей).

Имеется несколько путей окисления ненасыщенных жирных кислот. К ним относятся следующие.

1. β-Окисление, при этом вклад ненасыщенных жирных кислот в энергетические процессы незначителен.

2. Перекисное окисление, инициированное активными формами кислорода, (АФК) металлами с переменной валентностью, т.е. неферментативное. Параметры этого процесса не установлены. А. Ленинджер указывает на возможность повреждения молекул ненасыщенных жирных кислот активными формами кислорода, однако в его работах, как и монографиях других всемирно известных биохимиков, отсутствуют данные о перекисном окислении липидов, инициированном АФК, как системном биологическом явлении, о механизмах перекисного окисления липидов. С другой стороны, наличие нормального (фонового) уровня в организме продуктов окисления ненасыщенных жирных кислот (гидроперекисей, диеновых конъюгатов, малонового диальдегида) показывает, что перекисное окисление липидов не может быть случайным, цепным, хаотичным патологическим процессом (тогда он не может и не должен характеризоваться нормой). Если процесс представлен нормой, то возникает вопрос о его физиологической роли в организме. Следует отметить также, что показатель малонового диальдегида не может характеризовать выраженность перекисного окисления липидов, инициированного АФК, ионами металлов с переменной валентностью, так как он образуется и в результате ферментативного перекисного окисления липидов инициированного липоксигеназами. Метаболический путь продуктов переокисления липидов не прослежен. Накопление продуктов переокисления липидов обнаруживается in vitro. In vivo продукты расщепления ненасыщенных жирных кислот включаются в конечном итоге в энергетические процессы, из них образуются «короткоживущие» эйкозаноиды.

3. Ферментативное перекисное окисление липидов, осуществляемое с участием липооксигеназ (диоксигеназ – в микросомальной сети) при наличии кислорода.

4. Окисление арахидоновой (эйкозатетраеновой), дигомо-гамма-линолевой (эйкозатриеновой), эйкозапентаеновой кислот (т.е. С ₂ О-полиеновых жирных кислот) под влиянием циклооксигеназ, липооксигеназ с образованием эйкозаноидов. Линолевая, линоленовая, арахидоновые кислоты при участии липооксигеназ окисляются до гидроперекисей и гидроксипроизводных жирных кислот, из которых образуются лейкотриены.

Таким образом, процессы окисления липидов (с образованием перекисей) являются важными для нормального функционирования биологических мембран и организма в целом. Физиологическая роль этих реакций состоит в регуляции обновления и проницаемости липидов биологических мембран, образовании эйкозаноидов – медиаторов (локальных гормонов) или сигнальных веществ, играющих важную биологическую роль в организме.

Такие важнейшие мембранные процессы, как перенос электронов в дыхательной цепи, окислительное фосфорилирование, метилирование и гидроксилирование ряда субстратов эндогенного и экзогенного происхождения ферментными системами эндоплазматической сети и даже деление клеток, сопровождаются изменениями интенсивности течения процессов переокисления липидов. Липоперекиси являются нормальными и необходимыми продуктами не только при биосинтезе простагландинов, простациклинов, тромбоксанов, но и прогестерона, они участвуют в гидроксилировании стирольного кольца холестерина. Свободные радикалы участвуют во многих биохимических процессах, без их образования в нейтрофилах и макрофагах организм погибает в результате нарушения обезвреживания микробов.