Пошук по сайту


Окcидативний стрес при захворюваннях ЦНС - Курсова робота на тему антиоксидантні ферменти цнс при метаболічних розладах

Курсова робота на тему антиоксидантні ферменти цнс при метаболічних розладах

Сторінка2/4
1   2   3   4

Окcидативний стрес при захворюваннях ЦНС.

Вільнорадикальне окислення - універсальний фізіологічний процес, постійно протікає в клітинах. В умовах патології цей процес посилюється і стає окислювальним стресом - одним з механізмів ушкодження нервової системи, наприклад при інсульті, цукровому діабеті, старінні і т.д.

Окислювальним стресом (оксидативним стресом, від англ. Oxidative stress) називається процес пошкодження клітини в результаті дії вільних радикалів - реактивних форм кисню (РФК). Більшість РФК постійно утворюються в клітці - близько 5% споживаного тканинами кисню перетворюється в вільні радикали, але їх рівень в нормі настільки невеликий, що клітина або інактивує їх за допомогою антиоксидантної системи (відновлений глутатіон, вітаміни С і Е, коензим Q, нейтралізуючі короткоживучі вільні радикали РФК, перетворюючись при цьому в довгоживучі або стабільні радикали, в яких неспарений електрон делокалізован - окислений глутатіон, аскорбат-радикал, токофероксіл-радикал, радикали коензиму Q), або замінює пошкоджені молекули. Таким чином РФК, що утворюються в якості побічних продуктів нормального клітинного метаболізму в дихального ланцюга мітохондрій, а також інших цитоплазматичних реакцій, не викликають пошкодження клітини. Однак рівень РФК, що перевищує захисні можливості клітини, викликає серйозні клітинні порушення (наприклад, виснаження АТФ).

В результаті один з найменш реактивних РФК, супероксид, перетворюється в більш агресивні (гідроксильний радикал і т.п.), що може викликати окислення і руйнування багатьох клітинних компонентів - білків і ліпідів мембран, ДНК. Клітини можуть повернутися в початковий стан при невеликих порушеннях. Однак більш виражений окислювальний стрес викликає клітинну смерть. При некрозі клітинна мембрана руйнується і вміст клітини вивільняється в міжклітинний простір, що може в результаті пошкодити навколишні клітини і тканини і викликати каскад патологічних процесів.

Тим не менш, окислювальний стрес не можна однозначно розглядати як абсолютно шкідливий для організму. У деяких випадках, окислювальний стрес використовується організмом як захисний механізм. Імунна система використовує його для боротьби з антигенами, а деякі РФК служать посередниками (первинними мессенджерами) в передачі сигналу.

Вплив іонізуючого випромінювання, високих температур, деяких хімічних речовин (нітрати і т.п.) запускає окислювальний стрес як патологічний процес, підсилюючи утворення РФК. Відомо, що різні органи і тканини в різному ступені піддаються дії РФК і демонструють різну стійкість у процесі реалізації окисного стресу. На думку ряду дослідників, це пов'язано з різним рівнем експресії антиоксидантних ферментів і особливостями метаболізму різних тканин. Особливості метаболізму різних типів клітин пов'язані зі стійкістю до окислювального стресу через внутрішньоклітинний оксілітельно-відновний потенціал (редокс-потенціал), який є похідним всіх біохімічних реакцій клітини і обчислюється через відношення концентрації відновленого глутатіону до концентрації окисленого глутатіону.

Найбільш чутливими до зміни редокс-потенціалу є нейрони головного мозку. А максимальна редокс-стійкість спостерігається в клітинах шкіри (це цілком зрозуміло, адже кератиноцити живуть в прикордонних умовах, в яких доступ кисню з повітря практично не обмежений). Саме тому окислювальний стрес є причиною або важливим компонентом багатьох патологічних станів центральної нервової системи, таких як ішемічне пошкодження мозку при інсульті, черепно-мозкова травма, нейродегенеративні захворювання, а також є однією зі складових процесу старіння. У світлі сучасних уявлень про патогенез мозкового інсульту формування ішемічного каскаду пошкодження мозку можна представити схемою послідовних етапів:

1) зниження мозкового кровотоку;

2) глутаматних ексайтотоксічность;

3) внутрішньоклітинне підвищення кальцію;

4) активація Ca-залежних ферментів;

5) підвищення синтезу РФК і розвиток окисного стресу;

6) експресія генів раннього реагування, локальна запальна реакція, апоптоз. На внутрішньоклітинному рівні виконавцями апоптозу є білки сімейства нижніх каспаз (downstream caspases) і ендонуклеази: ДНКза-I, ДНКза-II і Ca2 + / Mg2 + ендонуклеаза[32].

При диханні мітохондрій, нездатність нейтралізувати активні форми кисню і вільні радикали веде до ОС. Оксидативного пошкодження в організмі людини вносить внесок у старіння і неврологічні захворювання. Внутрішня мембрана мітохондрій містить велику кількість поглиначів вільних радикалів, включаючи глутатіон, вітаміни С і Е, а також антиоксидантні ферменти, як СОД. Дослідження на тваринах продемонстрували, що миші, у яких був недолік СОД, мали молекулярні дефекти в диханні мітохондрій, і при введенні СОД були помічені поліпшення. У деяких дітей з аутизмом також спостерігаються знижені рівні відновленого глутатіону (GSH) і СОД, що може вести до пошкодження мітохондрій і їх дисфункції. Порушення функцій мітохондрій веде до ще більшого ОС і подальшого зниження рівня глутатіону. Оскільки підвищений ОС як правило спостерігають при аутизмі, цей згубний циклічний процес буде зберігатися. [17, 19] При дослідженні рівень окисленого глутатіону (GSSG) у плазмі, у дітей з аутизмом був на 72% вище, ніж у нормальних дітей. Більше того, у пацієнтів з аутизмом виявляється зниження активності певних антиоксидантних ферментів, включаючи СОД, глутатіон-пероксидазу, каталазу, і параоксоназа (PON1). У деяких дітей з аутизмом також підвищена пероксидації ліпідів, включаючи підвищений МДА, що є маркером оксидативного стресу і пероксидації ліпідів. ОС (внутрішній або зовнішнього оточення) може вносити внесок у розвиток і клінічні прояви аутизму. Наприклад, клінічний регрес (втрата раніше набутих навичок) у деяких аутичних дітей був пов'язаний зі зниженим рівнем антиоксидантних ферментів у сироватці крові. [46]

Оксидативний стрес може також відігравати роль у підвищеному співвідношенні хлопчиків стосовно дівчаток, який спостерігається в аутизмі. З-за нижчого рівня відновленого глутатіону, мітохондрії чоловіків більш уразливі до ОС, в порівнянні з жінками. У дослідженні на тваринах було з’ясовано, що в результаті більш низької активності ферментів СОД і глутатіон - пероксидази оксидативного пошкодження мітохондріальних ДНК у чоловіків в 4 рази вище, ніж у жінок. Активність каталази, антиоксидантного ферменту, також вище у жінок, і естроген посилює активність глутатітон - пероксидази. Естроген також знижує формування перекису водню, знижуючи цим ОС. Таким чином, чоловіки з підвищеним ОС можуть проявляти більш значну МТД (мітохондріальну дисфункцію) і більш серйозні клінічні симптоми, в порівнянні з жінками. [21]

  1. Система антиоксидантного захисту.

Існуюча в організмі фізіологічна антиоксидантна система являє собою сукупну ієрархію захисних механізмів клітин, тканин, органів і систем, спрямованих на збереження та підтримання у межах норми реакцій організму. Збереження окисно-антиоксидантної рівноваги, що є найважливішим механізмом гомеостазу живих систем, реалізується як в рідинних середовищах організму (кров, лімфа, міжклітинна і внутрішньоклітинна рідина), так і в структурних елементах клітини, перш за все в мембранних структурах (плазматичних, ендоплазматичний та мітохондріальних, клітинних мембранах). До антиокислювальною внутрішньоклітинним ферментам відносяться супероксиддисмутаза, що здійснює інактивацію супероксидного радикала, і каталаза, розкладаюча пероксид водню та система глутатіону. [29].

В умовах фізіологічної норми вільнорадикальні процеси перебувають під контролем антиоксидантних систем і виконують цілий ряд життєво важливих функцій: беруть участь у регулюванні судинного тонусу, клітинного росту, секреції нейромедіаторів, репарації нервових волокон, формуванні і проведенні нервового імпульсу, є частиною механізму пам'яті, реакції запалення. У фізіологічних умовах процес вільнорадикального окислення ліпідів протікає на низькому стаціонарному рівні, але картина різко міняється при надмірній виробленню ендогенних або надходженні екзогенних активних форм кисню.

Дослідження останніх років в області патобіохімії гострих порушень мозкового кровообігу дозволили виділити основні механізми нейротоксичної дії вільних радикалів, що утворюються в умовах недоокислених глюкози при ішемії. Ці механізми реалізуються через складні каскади взаімоопосредованних реакцій, приводячи до прискорення перекисного окислення ліпідів (ПОЛ) клітинних мембран і утворення дисфункціональних білків. Наслідки гіперактивації ПОЛ для нервової тканини полягають у руйнуванні лізосом, пошкодженні цитоплазматичних мембран, порушенні нейротрансмісії і, в кінцевому підсумку, загибелі нейронів.[33,34]

Систему антиоксидантного захисту тканин організму можна умовно розділити на два рівні - фізіологічний і біохімічний. Перший включає механізми регуляції надходження кисню в клітину, які реалізуються шляхом редукції мікроциркуляції в тканинах при підвищенні парціального тиску кисню в артеріальній крові (гіпероксіческій вазоспазм). Біохімічний рівень реалізується власне антиоксидантними факторами, що регулюють вироблення активних форм кисню або нейтралізуючими їх в клітинах, міжклітинної рідини і крові.[36]

    1. Антиоксидантні ферменти нервової системи.

За походженням антиоксидантні фактори можуть бути ферментами (супероксиддисмутаза, каталаза, глутатіон-пероксидаза), білками (феритин, трансферин, церулоплазмін, альбумін), низькомолекулярними сполуками (вітаміни А, С, Е, убіхінон, каротиноїди, ацетилцистеїн, α-ліпоєва кислота та ін.). Механізми регулювання окисної активності також різняться. Так, супероксиддисмутаза інактивує агресивний супероксид-аніон за рахунок наявності в своїй структурі металів із змінною валентністю - цинку, магнію, міді. Каталаза запобігає накопиченню в клітинах перекису водню (Н2О2), що утворюється при аеробному окисненні відновлених флавопротеідов. Ферменти системи глутатіону (глутатионпероксидаза,-редуктаза,-трансфераза) здатні розкладати гідроперекисів ліпідів і Н2О2, відновлювати гідропероксиди, поповнювати пул відновленого глутатіону.


      1. Каталаза.

Каталаза (Н2О22О2 – оксидоредуктаза; КФ 1.11.1.6) - фермент, який каталізує реакцію розкладання перекису водню на воду і молекулярний кисень:

Н2О2 + Н2О2 = О2 + 2Н2О

Біологічна роль каталази полягає в деградації перекису водню, що утворюється в клітинах в результаті дії ряду флавопротеїнових оксидаз (ксантиноксидази, глюкозооксидази, моноаміноксидази й ін.), і забезпеченні ефективного захисту клітинних структур від руйнування під дією перекису водню.[13] Генетично обумовлена недостатність каталази є однією з причин так званої акаталазії — спадкового захворювання, що клінічно виявляється виразкою слизової оболонки носа і ротової порожнини, іноді різко вираженими атрофічними змінами альвеолярних перетинок і випаданням зубів.

Каталаза широко поширена в тканинах тварин, у т.ч. людини, рослин і в мікроорганізмах (однак фермент цілком відсутній у деяких анаеробних мікроорганізмів). У клітинах каталаза локалізується в спеціальних органелах — пероксисомах.

Каталаза являє собою гемопротеїн, простетичною групою якого є гем, що містить іон тривалентного заліза. Молекула каталази складається з чотирьох, швидше за все, ідентичних субодиниць з молекулярною масою 60000 і має відповідно чотири простетичні групи. Феррипротопорфиринові групи гема міцно зв'язані з білковою частиною ферменту — апоферментом і не відокремлюються від нього при діалізі. Оптимальна величина рН для каталази знаходиться в інтервалі значень 6,0—8,0.

Методи визначення активності каталази засновані на реєстрації кисню, що утвориться в процесі реакції О2 (манометричним чи полярографічним методами) чи на вимірі поточної (спектрофотометричний) чи залишкової (перманганатометричний, йодометричний та інші титрометричні методи) концентрації перекису водню.

Активність каталази в еритроцитах залишається постійною при ряді захворювань, однак при злоякісній і інших макроцитарних анеміях збільшується так званий каталазний індекс (відношення величини каталазної активності визначеного обсягу крові до кількості еритроцитів у цьому обсязі), що має істотне діагностичне значення. При злоякісних новоутвореннях відзначається зменшення активності каталази в печінці і нирках, причому існує залежність між величиною пухлини, швидкістю її росту і ступенем зменшення активності каталази в печінці. З деяких пухлин виділені речовини — токсогормони, що при введенні експериментальним тваринам викликають у них зниження активності каталази в печінці. [29]


      1. Супероксиддисмутаза.

Фермент супероксиддисмутаза (СОД, КФ 1.15.1.1) відноситься до групи антиоксидантних ферментів. Разом з каталазою та іншими антиоксидантними ферментами вона захищає організм від постійно які утворюються високотоксичних кисневих радикалів. Супероксиддисмутаза каталізує дисмутацію супероксида в кисень и перекис водню. Таким чином, вона грає важливу роль в антиоксидантному захисті майже всіх клітин, котрі знаходяться так чи інакше в контакті з киснем [8].

Реакцію дисмутаціі супероксиду, яка каталізується супероксиддисмутазою, можно розбити на дві частини наступним чином:

M(n+1)+ − СОД + .O2 → Mn+ − СОД + O2

Mn+ − СОД + .O2 + 2H+ → M(n+1)+ − СОД + H2O2.

де M (перехідний метал) = Cu (n=1) ; Mn (n=2) ; Fe (n=2) ; Ni (n=2).

В цій реакції окиснений стан катіона метала осцилюється між n и n+1.

Існує декілька форм супероксиддисмутази в залежності від типа перехідного металу - кофактора активного центру ферменту: Cu,Zn-СОД (мідь як кофактор активного центра и цинк як кофактор, стабілізують конформацію), Mn - СОД (з марганцем у активному центрі), а також менш поширений Fe - СОД (з залізом)) та Ni - СОД (з нікелем).

Цитозоль практично усіх еукаріотичних клітин містить супероксиддисмутазу типа Cu, Zn - СОД. Це сама поширена супероксиддисмутаза і єдина комерційно доступна форма ферменту (як правило виділена або з ерітроцитів, або з печінки бика). Cu, Zn - СОД - це гомодимер, молекулярна маса 32,5 кДа. Субодиниці білка зв’язані один з одним, у першу чергу, гідрофобними та електростатичними зв’язками. Мідь і цинк зв’язані з білковою частиною молекули через гістидинові залишки.

Супероксидний радікал (.O2-) спонтанно доволі швидко дисмутує у кисень O2 и перекис водню H2O2 (~105 M-1 s-1 при pH 7). Тим більш, супероксид ще швидше реагує з деякими іншими молекулами-мішенями, такими як оксид азоту NO, формуючи при цьому пероксинитрит. Але, супероксиддисмутаза має найбільшу каталітичну швидкість реакції (~109 M-1 s-1). Реакція лімітована тільки частотою зіткненя супероксида з ферментом , завдяки чому супероксиддисмутаза захищає клітину від пошкоджуючої дії супероксида.

Супероксид є одним з основних прооксидантів в клітині, тому СОД відіграє одну з головних ролей в антиоксиданому захисті організму. Роль цього ферменту була показана експериментально: миші, у яких відсутня мітохондріальна СОД, виживають лише декілька днів після народження, тому що у них развивається сильний оксидативний стрес [12].

1   2   3   4

Схожі:

Курсова робота з дисципліни «загальна та неорганічна хімія» на тему: «Сірка та її сполуки»
Метою роботи є вивчення фізичних та хімічних властивостей сірки, а також її сполук

Курсова робота з дисципліни «Політична економія» на тему «світовий...
Розділ 5 Становлення І розвиток малого підприємництва в перехідній економіці України

Курсова робота з дисципліни «Політична економія» на тему «світовий...
Розділ 5 Становлення І розвиток малого підприємництва в перехідній економіці України

Курсова робота на тему: «Геноми, їх оргнанізації»
Велика частина ДНК еукаріотичних клітин представлена некодуючими («надмірними») послідовностями нуклеотідів, які не містять в собі...

Курсова робота на тему: Екологічні аспекти геологічної діяльності людини
Щоб правильно оцінити дану ситуацію ми маємо розглядати не тільки добування, але й переробку, використання ресурсів та захоронення...

Курсова робота
Фактори росту гемопоетичних клітин є великою групою речовин, що синтезуються в організмі людини багатьма органами. Їх було відкрито...

Тема: Кислоти: дія на індикатори, взаємодія з металами та їх оксидами, реакція обміну
Форми роботи: фронтальна робота, експеримент, самостійна робота, групова робота, індивідуальна робота, робота в групах

Урок №8 Тема. Практична робота № Використання програмних засобів...
Тема. Практична робота № Використання програмних засобів при вивченні фізики, хімії та біології

Уроку з біології в 7 класі на тему: Листок як орган фотосинтезу....
Листок як орган фотосинтезу. Внутрішня будова листка. Лабораторна робота № Внутрішня будова листка

Наради при директорі по Глухівській загальноосвітній школі І-ІІІ ступенів №3 від 04. 11. 2008 р
Гурткова та спортивно-масова робота в школі, охоплення учнів, її результативність



База даних захищена авторським правом © 2017
звернутися до адміністрації

h.lekciya.com.ua
Головна сторінка