Люстра Чижевского – прибор долголетия

Кислород необходим для всех» организмов, а для жизни человека в особенности. Всего несколько минут без кислорода приводят к необратимому повреждению мозга. Мозг человека, составляющий лишь 2 % от массы его тела, потребляет около 20 % получаемого организмом кислорода. Считалось, что почти весь О₂, потребляется при окислительном фосфорилировании в митохондриях, но их содержание в нервной ткани не больше, если не меньше, чем в других энергозависимых тканях. Следовательно, существует другой путь утилизации О₂, и мозг должен потреблять его на этом пути активнее, чем другие ткани. Альтернативный путь использования О₂, для получения энергии — его одноэлектронное восстановление. Свойства молекулы О₂, в принципе позволяют получать энергию и на этом пути.

Кислород уникален среди важных для жизнедеятельности молекул. Он содержит два неспаренных электрона на валентных орбиталях.

Такие частицы обладают значительно большим запасом энергии, чем молекулы в невозбужденном состоянии, когда все их электроны спарены. Избыточная энергия О₂, (180 ккал/моль) освобождается, когда он восстанавливается до двух молекул воды, получив с атомами водорода четыре электрона, полностью уравновешивающих электронные оболочки обоих атомов.

Несмотря на большой избыток энергии, кислород с трудом реагирует с окисляемыми им веществами, поскольку молекула О₂ находится в энергетически устойчивом состоянии… Если же О₂, тем или иным способом приобретает дополнительный электрон, то последующие он может получить уже легко. На пути одноэлектронного восстановления О₂ и образуются промежуточные соединения, названные АФК благодаря их высокой химической активности. Получив первый электрон, О₂ превращается в супероксид-анион радикал О^-₂. Добавление второго электрона (вместе с двумя протонами) превращает последний в перекись водорода, Н₂О₂. Перекись, будучи не радикалом, а малоустойчивой молекулой, может легко получить третий электрон, превратившись при этом в чрезвычайно активный гидроксил-радикал ОН-, который легко отнимает у любой органической молекулы атом водорода, превращаясь в воду.

Свободные радикалы отличаются от обычных молекул не только высокой химической активностью, но и тем, что порождают цепные реакции. «Отобрав» доступный электрон у оказавшейся рядом молекулы, радикал превращается в молекулу, а донор электрона — в радикал, который может продолжить цепь дальше. Действительно, когда в растворах биоорганических соединений развиваются свободнорадикальные реакции, немногочисленные исходные свободные радикалы могут вызывать повреждение громадного числа биомолекул. Именно поэтому АФК традиционно рассматриваются в биохимической литературе как чрезвычайно опасные частицы. Их появлением в среде организма объясняют многие заболевания и даже видят в них основную причину старения.

Все организмы оснащены разнообразными механизмами для целенаправленной генерации АФК. Давно известен фермент НАДФН-оксидаза, активно продуцирующий «токсичный» супероксид, за которым порождается вся гамма АФК. Но до самого последнего времени его считали специфической принадлежностью клеток иммунной системы, объясняя необходимость продукции АФК критическими обстоятельствами защиты от патогенных микроорганизмов и вирусов. Сейчас стало ясно, что этот фермент вездесущ. Он и подобные ему ферменты найдены в клетках всех трех слоев аорты, в фибробластах, синоцитах, хондроцитах, клетках растений, дрожжей, почки, нейронах коры мозга. Недавно обнаружилось, что все антитела способны продуцировать Н₂О₂, то есть они также являются генераторами АФК. По некоторым оценкам, даже в покое 10–15 % всего потребляемого животными кислорода подвергается одноэлектронному восстановлению, а в условиях стресса, когда активность супероксид-генерирующих ферментов резко возрастает, интенсивность восстановления кислорода увеличивается еще на 20 %. Таким образом, АФК должны играть весьма важную роль в нормальной физиологии.

Биорегуляторная роль АФК

Многочисленные исследования показали, что АФК принимают непосредственное участие в формировании разнообразных физиологических ответов клеток на тот или иной молекулярный биорегулятор. Какой конкретно будет реакция клетки — вступит ли она в митотический цикл, пойдет ли в сторону дифференцировки, или же в ней активируются гены, запускающие процесс ее гибели (апоптоза), зависит и от конкретного биорегулятора молекулярной природы, действующего на специфические клеточные рецепторы, и от «контекста», в котором действует данный биорегулятор: предыстории клетки и фонового уровня АФК. Последний зависит от соотношения скоростей и способов продукции и устранения этих активных частиц.