Синглетный кислород: токсические эффекты для клеток

В норме О2 находится в стабильном состоянии, называемом триплетным и характеризующемся наименьшим уровнем молекулярной энергии. В определенных условиях молекула О2 переходит в одно из двух возбужденных синглетных состояний (*О2), различающихся степенью энергизованности и длительностью "жизни". У большинства живых клеток в темноте основным источником синглетного кислорода служит спонтанная дисмутация супероксидных анионов (см. " Супероксидный анион: токсические эффекты для клеток ", реакцию 3). Синглетный кислород может возникать также при взаимодействии двух радикалов:

О2- + ОН переходит в ОН- + *О2 (9)

Вероятно, любая биологическая система, в которой образуется О2-, может быть активным источником синглетного кислорода. Однако последний возникает и в темновых ферментативных реакциях в отсутствие О2-.

Давно было известно, что на свету токсичность молекулярного кислорода для живых организмов повышается. Этому способствуют находящиеся в клетке вещества, поглощающие видимый свет, - фотосенсибилизаторы . Многие природные пигменты могут быть фотосенсибилизаторами. В клетках фотосинтезирующих организмов активными фотосенсибилизаторами являются хлорофиллы и фикобилипротеины . Окисление биологически важных молекул под влиянием видимого света в присутствии молекулярного кислорода и фотосенсибилизатора получило название фотодинамического эффекта.

Поглощение видимого света приводит к переходу молекулы фотосенсибилизатора в возбужденное синглетное состояние (*Д):

Д + (h*нью) переходит в *Д,

где (h*нью) - квант света.

Молекулы, перешедшие в синглетное состояние, могут возвращаться в основное (Д) или переходить в долгоживущее триплетное состояние (тД), в котором они фотодинамически активны. Установлено несколько механизмов, с помощью которых возбужденная молекула (тД) может вызывать окисление молекулы субстрата. Один из них связан с образованием синглетного кислорода. Молекула фотосенсибилизатора в триплетном состоянии реагирует с О2 и переводит его в возбужденное синглетное состояние:

тД + О2 переходит в Д + *О2.

Синглетный кислород окисляет молекулу субстрата (В):

В + *О2 переходит в ВО2.

Фотодинамический эффект обнаружен у всех живых организмов. У прокариот в результате фотодинамического действия индуцируются повреждения многих типов: утрата способности формировать колонии, повреждение ДНК, белков, клеточной мембраны. Причина повреждений - фотоокисление некоторых аминокислот (метионина, гистидина, триптофана и др.), нуклеозидов, липидов, полисахаридов и других клеточных компонентов.

Клетки содержат вещества, выполняющие функцию тушения синглетного кислорода и понижающие возможность структурных и иных повреждений, вызываемых им. Одним из "тушителей" синглетного кислорода служат каротиноиды , защищающие фотосинтезирующие организмы от летальных эффектов, фотосенсибилизируемых хлорофиллом . Перехватчиками *О2 являются также различные биологически активные соединения: липиды, аминокислоты, нуклеотиды, токоферолы и др.

NO: источник синглетного кислорода

NO: источник синглетного кислорода

Ссылки: