Введение к работе
Актуальность темы. Одним из фундаментальных процессов поражения клеточных мембран является перокисное окисление ли-пидов (ПОЛ). В основе ПОЛ лежит высокая потенциальная склонность ненасыщенных липидов к окислительной деструкции. Под' держание реакций ПОЛ на низком стационарном уровне в нормально функционирувдих организмах определяется наличием целого ряда защитных систем и, в первую очередь, системой гидрофобных биоантиоксидантов (АО) из класса замещенных фенолов и их производных. Центральное место среди природных липидных АО занимают токоферолы (ТФ).
Интерпретация механизмов действия фенольних АО основана на представлениях об их действии в гомогенных жидкофазных системах, в основе которого лежит реакция АО с перекисными свободными радикалами (СР) углеводородов: ROg + InOH -» rooh + + In0*(7). Эти представления оказались плодотворными при рассмотрении широкого круга явлений, протекающих в биомембранах при ПОЛ и при разработке принципов ого регулирования. Однако, при пароходе от гомогенных систем к мембранам необходимо учитывать специфику структурной оргшгазации мембраны, а также характер локализации АО в ной. Важной отличительной чертой ТФ является длинная боковая углеводородная цепь, которая обеспечивает им способность специфически встраиваться и ориентироваться в гидрофобной области липидного матрикса ( Мавооу et al.,1982, Brivaotava et al.,1983, Krin et al.,1984, Perly et al.,1985, Aranda et al.,1989). При этом полярная фенольная часть молекулы АО локализуется на внешней границе углеводородного слоя мембраны. С этих позиций не ясно, каким образом преодолевается пространственная разобщенность липидных радикалов, возникающих в глубине углеводородной области бислоя, и активных ОН- групп ТФ. Следует отметить, что в настоящее время не получено надежного подтверждения стехиометрии реакции прямого взаимодействия RO^ и АО в мембранных системах в соответствии с реакцией (7); в ряде работ показано, что при торможении ПОЛ токоферолами гидроперекиси практически не обнаруживаются ( Bieri,Anderson, 1960, Иіокв,0еЬіо1сі,1981 , Yfcne-kei,1987, Takaheuhi et al.,1989). Для сб'яснения этих фактов
продлоксіш различные ітарсии взаимодействия ТФ со СР в мембранах ( Barclay,Ingold,1981, Ivanov,1985) Том не менее, вопрос о механизмах антирадикального действия ТФ и других фенольних АО в мембранах все еще остается открытым и требует дальнейших экспериментальных исследований.
Принимая во внимание принципиальное значение взаимодейст-ствия ингибиторов окисления с первичными СР в мембранах клеток нормально функционирующих организмов, детальный анализ природы этих реакций и особенностей их протекания в гетерогенных системах представляет значительный интерес с теоретической и практической точек зрения.
Целью настоящей работы явилось исследование механизмов действия фенольних АО в мембранных системах. Представлялось важным оценить вклад реакции взаимодействия перекисных радикалов липидов с молекулами АО (реакция 7) в их антиокислительный эффект в зависимости от структурной- организации липидов в системе. В работе решались следующие задачи:
проанализировать стехиометрию между изменением содержания основных компонентов реакции иигибированного окисления липидов, а именно, накоплением гидроперекисей липидов, поглощением кислорода и убылью АО в течение индукционного нориода;
провести независимыми методами сравнительное исследование закономерностей и механизмов антиокислительного действия фенольних АО в липидных системах, различающихся по характеру надмолекулярной организации - модельные мембраны (липосомы), мицеллы и гомогенные жидкофазные системы;
изучить особенности ингибированного ПОЛ в условиях контролируемого инициирования с применением известных инициаторов с целью детального анализа взаимодействия фонольных АО со свободными радикалами инициаторов в мембранных системах.
Научная новизна работы. Сравнительный анализ липидных енотом, различающихся уровнем гетерогенности, позволил установить, что вклад реакции взаимодействия фэиольных АО с пврэ-киспыми радикалами липидов в антиокислительный эффект существенно зависит от структурной организации липидов. В отличив от гомогенных систем, где ата реакция является основной, Б гетерогенных липидных системах, в том числе и модельных мембранах, стехиометрия расходования АО, накопления гидропоретоі-сей липидов и потребления кислорода, соответствующая реакции
(7) , не выполняется. Применение химических инициаторов раз-. личной структуры и исследование свободно-радикальных процессов в аэробных и вна&робных условиях позволило установить, что ингибирование окислительного процесса в мамбрашшх системах фенольними АО происходит преимущественно в результате их взаимодействия с радикалами инициатора со свободной валент ностью на атоме кислорода. Используемые АО слабо реагируют1 со свободными радикалами с активным центром на атоме углерода. Совокупность полученных данных свидетельствует о том, что в основе ингибирувдего действия фенольних АО в мембранах лежит их способность взаимодействовать с низкомолекулярними радикалами инициатора, которые могут легко перемещаться диффузионным путем по всей толще липидного бислоя. Предлагаемый механизм снимает вопрос о пространственной разобщенности реагирующих центров при ингибировании ПОЛ природными АО. Эти представления дают простое об'яснение близкой антиокислительной эффективности ТФ и его короткоцепочечного производного пентвметилхромана в мембранах.
Практическая ценность. Результаты проведенных исследований расширяют наши представления об особенностях ингибирова-ния окисления липидов в мембранных системах, что важно при разработке принципов регулирования ПОЛ в биомембранах и их стабилизации при различного рода неблагоприятных воздействиях. Полученные результаты позволяют глубже понять природу патологических состояний, связанных с интенсификацией ПОЛ при недостатке витамина Е в тканях и наметить новыо методы их предотвращения. Пониманиемеханизмов антирадикалыгого действия наиболее сильных фонолышх АО в мембранах представляет интерес при разработке рекомендаций для направленного синтеза и подбора эффективных ингибиторов ПОЛ.
Апробация работы. Основные результаты работы были доложены на хтх и хх конференциях молодых ученых Биологического факультета МГУ ( Москва, 1988,1989), на 10 объединенном симпозиуме биохимических обществ СССР - ГДР ( Ташкент, 1989), на научном семинаре по биофизике мембран кафедры биофизики Биологического факультета МТУ.
Публикации. По теме диссертации опубликовано шесть печатных работ.
Структура диссертации. Диссертация состоит из вводения,