Перекисное окисление липидов

Перекисное окисление липидов , или окисление липидов , представляет собой сложный химический процесс , приводящий к окислительной деградации липидов . ^[1] что приводит к образованию пероксидов и производных гидропероксидов . ^[2] Это происходит, когда свободные радикалы , в частности активные формы кислорода (АФК), взаимодействуют с липидами внутри клеточных мембран , обычно с полиненасыщенными жирными кислотами (ПНЖК), поскольку они имеют двойные углерод-углеродные связи . Эта реакция приводит к образованию липидных радикалов , которые в совокупности называются пероксидами липидов или продуктами окисления липидов ( LOP ), которые, в свою очередь, реагируют с другими окислителями , что приводит к цепной реакции , которая приводит к окислительному стрессу и повреждению клеток .

В патологии и медицине перекисное окисление липидов играет роль в повреждении клеток, которое широко вовлечено в патогенез различных заболеваний и болезненных состояний, включая старение , ^[3]^[4] тогда как в пищевой науке перекисное окисление липидов является одним из многих путей прогоркания . ^[5]

Механизм реакции

Упрощенный путь автоокисления липидов: *инициируется* гидроксильным радикалом, который отрывает водород и образует пентадиенильный радикал (показана только одна резонансная структура). Этот радикал присоединяется к O ₂ с образованием гидропероксильного радикала (красный). На *этапе размножения* этот гидропероксильный радикал отрывает H ⁺ атом нового диена, образуя новый пентадиенильный радикал и гидропероксид (синий).

Химическая реакция перекисного окисления липидов состоит из трех фаз: инициации , распространения и терминации . ^[4]

В инициации фазе прооксидантный гидроксильный радикал ( OH• ) отрывает водород метиновом в аллильном положении (–CH ₂ –CH=CH ₂ ) или мостике (=CH-) ^{[ нужны разъяснения ]} на стабильном липидном субстрате, обычно полиненасыщенной жирной кислоте (ПНЖК), с образованием липидного радикала ( L• ) и вода (H ₂ O).

В фазе размножения липидный радикал ( L• ) реагирует с молекулярным кислородом ( O ₂ ) с образованием липидного гидропероксильного радикала ( ЛОО• ). Липидный гидропероксильный радикал ( LOO• ) может дополнительно отрывать водород от нового субстрата ПНЖК, образуя другой липидный радикал ( L• ) и, наконец, гидропероксид липидов (LOOH). ^[6]

Липидный гидропероксильный радикал ( LOO• ) также может вступать в различные реакции с образованием новых радикалов. ^{[ нужна ссылка ]}

Дополнительный липидный радикал ( L• ) продолжает цепную реакцию , в то время как гидроперекись липида (LOOH) является основным конечным продуктом. ^[6] Образование липидных радикалов чувствительно к кинетическому изотопному эффекту . Укрепленные липиды в мембране могут подавлять цепную реакцию перекисного окисления липидов. ^[7]

Этап завершения может различаться как по фактической химической реакции, так и по времени, когда она произойдет. ^[6] Перекисное окисление липидов представляет собой самораспространяющуюся цепную реакцию и будет продолжаться до тех пор, пока липидный субстрат не будет израсходован и два последних оставшихся радикала не объединятся, или пока не произойдет реакция, которая ее прекращает. ^[3] Терминация может произойти, когда два липидных гидропероксильных радикала ( LOO• ) реагируют с образованием перекиси и кислорода (O ₂ ). ^[3]^{[ нужны разъяснения ]} Прекращение действия также может произойти, когда концентрация радикальных частиц высока. ^{[ нужна ссылка ]}

Основными продуктами перекисного окисления липидов являются гидропероксиды липидов (LOOH). ^[3]

Арахидоновая кислота как субстрат

Когда арахидоновая кислота является субстратом, изомеры гидропероксиэйкозатетраеновой кислоты (HPETE) и гидроксиэйкозатетраеновой кислоты (HETE). образуются ^{[ нужна ссылка ]}

Роль антиоксидантов

Антиоксиданты играют решающую роль в смягчении перекисного окисления липидов путем нейтрализации свободных радикалов, тем самым останавливая радикальные цепные реакции. Ключевые антиоксиданты включают витамин С и витамин Е. ^[8] Кроме того, ферменты, в том числе супероксиддисмутаза , каталаза и пероксидаза, способствуют реакции окисления , уменьшая присутствие перекиси водорода , которая является распространенным предшественником гидроксильного радикала. OH• ).

Например, витамин Е может отдавать атом водорода гидропероксильному радикалу липида ( LOO• ) с образованием радикала витамина Е, который далее реагирует с другим липидным гидропероксильным радикалом ( LOO• ), образующие нерадикальные продукты. ^[2]

Медицинские последствия

Фототерапия может вызвать перекисное окисление липидов, приводящее к разрыву мембран эритроцитов . ^[9]

Кроме того, конечные продукты перекисного окисления липидов могут быть мутагенными и канцерогенными . ^[10] Например, конечный продукт MDA реагирует с дезоксиаденозином и дезоксигуанозином в ДНК, образуя ДНК-аддукты с ними , в первую очередь M ₁ G . ^[10]

Реакционноспособные альдегиды также могут образовывать аддукты Михаэля или основания Шиффа с тиоловыми или аминогруппами в боковых цепях аминокислот. Таким образом, они способны инактивировать чувствительные белки посредством электрофильного стресса. ^[11]

Токсичность гидроперекисей липидов для животных лучше всего иллюстрируется летальным фенотипом мышей, нокаутных по глутатионпероксидазе 4 ( GPX4 ). Эти животные не доживают до 8-го дня эмбрионального развития, что указывает на то, что удаление гидроперекисей липидов необходимо для жизни млекопитающих. ^[12]

С другой стороны, неясно, являются ли пищевые перекиси липидов биодоступными и играют ли роль в заболеваниях, поскольку в организме здорового человека имеются защитные механизмы против таких опасностей. ^[13]

Тесты

Существуют определенные диагностические тесты для количественного определения конечных продуктов перекисного окисления липидов, в частности малонового диальдегида (МДА). ^[10] Наиболее часто используемый тест называется TBARS Assay ( анализ реактивных веществ тиобарбитуровой кислоты ). Тиобарбитуровая кислота реагирует с малоновым диальдегидом с образованием флуоресцентного продукта. Однако существуют и другие источники малонового диальдегида, поэтому этот тест не является полностью специфичным для перекисного окисления липидов. ^[14]

См. также

Ссылки

^ Издебска, Джоанна (2016), «Старение и деградация печатных материалов» , Печать на полимерах , Elsevier, стр. 353–370, doi : 10.1016/b978-0-323-37468-2.00022-1 , ISBN 978-0-323-37468-2 , получено 15 марта 2024 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б Айяла, Антонио; Муньос, Марио Ф.; Аргуэльес, Сандро (2014). «Перекисное окисление липидов: производство, метаболизм и сигнальные механизмы малонового диальдегида и 4-гидрокси-2-ноненаль» . Окислительная медицина и клеточное долголетие . 2014 : 1–31. дои : 10.1155/2014/360438 . ISSN 1942-0900 . ПМК 4066722 . ПМИД 24999379 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д Нам, Тэ Гю (01 марта 2011 г.). «Перекисное окисление липидов и его токсикологические последствия» . Токсикологические исследования . 27 (1): 1–6. дои : 10.5487/TR.2011.27.1.001 . ISSN 1976-8257 . ПМЦ 3834518 . ПМИД 24278542 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Портер, Нед А.; Колдуэлл, Сара Э.; Миллс, Карен А. (1995). «Механизмы свободнорадикального окисления ненасыщенных липидов». Липиды . 30 (4): 277–290. дои : 10.1007/BF02536034 . ПМИД 7609594 . S2CID 4051766 .
^ Мозурайтите Р.; Кристинова В.; Рустад, Т. (01.01.2016), «Окисление пищевых компонентов» , Кабальеро, Бенджамин; Финглас, Пол М.; Толдра, Фидель (ред.), Энциклопедия продуктов питания и здоровья , Оксфорд: Academic Press, стр. 186–190, doi : 10.1016/b978-0-12-384947-2.00508-0 , ISBN 978-0-12-384953-3 , заархивировано из оригинала 4 мая 2022 г. , получено 15 марта 2024 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Айяла, Антонио; Муньос, Марио Ф.; Аргуэльес, Сандро (08 мая 2014 г.). «Перекисное окисление липидов: производство, метаболизм и сигнальные механизмы малонового диальдегида и 4-гидрокси-2-ноненала» . Окислительная медицина и клеточное долголетие . 2014 : e360438. дои : 10.1155/2014/360438 . ISSN 1942-0900 . ПМК 4066722 . ПМИД 24999379 .
^ Хилл, С.; и др. (2012). «Небольшие количества усиленных изотопами ПНЖК подавляют автоокисление липидов» . Свободно-радикальная биология и медицина . 53 (4): 893–906. doi : 10.1016/j.freeradbiomed.2012.06.004 . ПМЦ 3437768 . ПМИД 22705367 .
^ Хуан, Хань-Яо; Аппель, Лоуренс Дж.; Крофт, Кевин Д.; Миллер, Эдгар Р.; Мори, Тревор А.; Падди, Ян Б. (сентябрь 2002 г.). «Влияние витамина С и витамина Е на перекисное окисление липидов in vivo: результаты рандомизированного контролируемого исследования» . Американский журнал клинического питания . 76 (3): 549–555. дои : 10.1093/ajcn/76.3.549 . ISSN 0002-9165 . ПМИД 12197998 .
^ Острея, Энрике М.; Сепеда, Юджин Э.; Флери, Шерил А.; Балун, Джеймс Э. (1985). «Перекисное окисление липидов мембран эритроцитов и гемолиз вследствие фототерапии». Акта Педиатрика . 74 (3): 378–381. дои : 10.1111/j.1651-2227.1985.tb10987.x . ПМИД 4003061 . S2CID 39547619 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Марнетт, LJ (март 1999 г.). «Перекисное окисление липидов – повреждение ДНК малоновым диальдегидом». Мутационные исследования . 424 (1–2): 83–95. дои : 10.1016/s0027-5107(99)00010-x . ПМИД 10064852 .
^ Бочков Валерий Н.; Осколкова Ольга Владимировна; Бирюков Константин Георгиевич; Левонен, Анна-Лииза; Биндер, Кристоф Дж.; Штокль, Йоханнес (2010). «Поколение и биологическая активность окисленных фосфолипидов» . Антиоксиданты и окислительно-восстановительная сигнализация . 12 (8): 1009–1059. дои : 10.1089/ars.2009.2597 . ПМК 3121779 . ПМИД 19686040 .
^ Мюллер, Флорида, Люстгартен, М.С., Янг, Ю., Ричардсон, А. и Ван Реммен, Х. (2007). «Тенденции в теориях окислительного старения». Свободнорадикальная биология и медицина . 43 (4): 477–503. doi : 10.1016/j.freeradbiomed.2007.03.034 . ПМИД 17640558 . {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
^ Виейра, Саманта А.; Чжан, Годун; Декер, Эрик А. (2017). «Биологическое значение продуктов окисления липидов» . Журнал Американского общества нефтехимиков . 94 (3): 339–351. дои : 10.1007/s11746-017-2958-2 . S2CID 90319530 . Архивировано из оригинала 13 апреля 2021 г. Проверено 13 апреля 2021 г.
^ Тревизан, М.; Браун, Р.; Рам, М; Мути, П; Фройденхайм, Дж; Карозелла, AM; Армстронг, Д. (2001). «Корреляты маркеров окислительного статуса в общей популяции» . Американский журнал эпидемиологии . 154 (4): 348–56. дои : 10.1093/aje/154.4.348 . ПМИД 11495858 .

Внешние ссылки

Липид + перекисное окисление Национальной медицинской библиотеки США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)

[1] Издебска, Джоанна (2016), «Старение и деградация печатных материалов» , Печать на полимерах , Elsevier, стр. 353–370, doi : 10.1016/b978-0-323-37468-2.00022-1 , ISBN 978-0-323-37468-2 , получено 15 марта 2024 г.

[:2-2] Перейти обратно: ^а ^б Айяла, Антонио; Муньос, Марио Ф.; Аргуэльес, Сандро (2014). «Перекисное окисление липидов: производство, метаболизм и сигнальные механизмы малонового диальдегида и 4-гидрокси-2-ноненаль» . Окислительная медицина и клеточное долголетие . 2014 : 1–31. дои : 10.1155/2014/360438 . ISSN 1942-0900 . ПМК 4066722 . ПМИД 24999379 .

[:0-3] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д Нам, Тэ Гю (01 марта 2011 г.). «Перекисное окисление липидов и его токсикологические последствия» . Токсикологические исследования . 27 (1): 1–6. дои : 10.5487/TR.2011.27.1.001 . ISSN 1976-8257 . ПМЦ 3834518 . ПМИД 24278542 .

[Porter-4] Перейти обратно: ^а ^б Портер, Нед А.; Колдуэлл, Сара Э.; Миллс, Карен А. (1995). «Механизмы свободнорадикального окисления ненасыщенных липидов». Липиды . 30 (4): 277–290. дои : 10.1007/BF02536034 . ПМИД 7609594 . S2CID 4051766 .

[5] Мозурайтите Р.; Кристинова В.; Рустад, Т. (01.01.2016), «Окисление пищевых компонентов» , Кабальеро, Бенджамин; Финглас, Пол М.; Толдра, Фидель (ред.), Энциклопедия продуктов питания и здоровья , Оксфорд: Academic Press, стр. 186–190, doi : 10.1016/b978-0-12-384947-2.00508-0 , ISBN 978-0-12-384953-3 , заархивировано из оригинала 4 мая 2022 г. , получено 15 марта 2024 г.

[:1-6] Перейти обратно: ^а ^б ^с Айяла, Антонио; Муньос, Марио Ф.; Аргуэльес, Сандро (08 мая 2014 г.). «Перекисное окисление липидов: производство, метаболизм и сигнальные механизмы малонового диальдегида и 4-гидрокси-2-ноненала» . Окислительная медицина и клеточное долголетие . 2014 : e360438. дои : 10.1155/2014/360438 . ISSN 1942-0900 . ПМК 4066722 . ПМИД 24999379 .

[7] Хилл, С.; и др. (2012). «Небольшие количества усиленных изотопами ПНЖК подавляют автоокисление липидов» . Свободно-радикальная биология и медицина . 53 (4): 893–906. doi : 10.1016/j.freeradbiomed.2012.06.004 . ПМЦ 3437768 . ПМИД 22705367 .

[8] Хуан, Хань-Яо; Аппель, Лоуренс Дж.; Крофт, Кевин Д.; Миллер, Эдгар Р.; Мори, Тревор А.; Падди, Ян Б. (сентябрь 2002 г.). «Влияние витамина С и витамина Е на перекисное окисление липидов in vivo: результаты рандомизированного контролируемого исследования» . Американский журнал клинического питания . 76 (3): 549–555. дои : 10.1093/ajcn/76.3.549 . ISSN 0002-9165 . ПМИД 12197998 .

[9] Острея, Энрике М.; Сепеда, Юджин Э.; Флери, Шерил А.; Балун, Джеймс Э. (1985). «Перекисное окисление липидов мембран эритроцитов и гемолиз вследствие фототерапии». Акта Педиатрика . 74 (3): 378–381. дои : 10.1111/j.1651-2227.1985.tb10987.x . ПМИД 4003061 . S2CID 39547619 .

[martnett-10] Перейти обратно: ^а ^б ^с Марнетт, LJ (март 1999 г.). «Перекисное окисление липидов – повреждение ДНК малоновым диальдегидом». Мутационные исследования . 424 (1–2): 83–95. дои : 10.1016/s0027-5107(99)00010-x . ПМИД 10064852 .

[11] Бочков Валерий Н.; Осколкова Ольга Владимировна; Бирюков Константин Георгиевич; Левонен, Анна-Лииза; Биндер, Кристоф Дж.; Штокль, Йоханнес (2010). «Поколение и биологическая активность окисленных фосфолипидов» . Антиоксиданты и окислительно-восстановительная сигнализация . 12 (8): 1009–1059. дои : 10.1089/ars.2009.2597 . ПМК 3121779 . ПМИД 19686040 .

[Muller-12] Мюллер, Флорида, Люстгартен, М.С., Янг, Ю., Ричардсон, А. и Ван Реммен, Х. (2007). «Тенденции в теориях окислительного старения». Свободнорадикальная биология и медицина . 43 (4): 477–503. doi : 10.1016/j.freeradbiomed.2007.03.034 . ПМИД 17640558 . {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

[13] Виейра, Саманта А.; Чжан, Годун; Декер, Эрик А. (2017). «Биологическое значение продуктов окисления липидов» . Журнал Американского общества нефтехимиков . 94 (3): 339–351. дои : 10.1007/s11746-017-2958-2 . S2CID 90319530 . Архивировано из оригинала 13 апреля 2021 г. Проверено 13 апреля 2021 г.

[trevisan-14] Тревизан, М.; Браун, Р.; Рам, М; Мути, П; Фройденхайм, Дж; Карозелла, AM; Армстронг, Д. (2001). «Корреляты маркеров окислительного статуса в общей популяции» . Американский журнал эпидемиологии . 154 (4): 348–56. дои : 10.1093/aje/154.4.348 . ПМИД 11495858 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]