Свободные радикалы - это чрезвычайно реактогенные окислители, играющие важную роль в процессах метаболизма клеток в условиях нормы, а при образовании в избыточных концентрациях - являющиеся факторами дезорганизации всех структур клеток и в конечном итоге их гибели.
До настоящего времени нет единой классификации этих соединений, не достаточно четко определена их роль в процессах жизнеобеспечения клеток в условиях нормы. В ряде работ предпринята попытка разделить образующиеся в нашем организме радикалы на чужеродные и природные. Источником чужеродных радикалов могут быть ксенобиотики, а также вода, кислород и другие соединения эндогенного происхождения, подвергшиеся воздействию ионизирующего излучения, ультрафиолетового облучения, интенсивного светового воздействия лазера .
Природные радикалы делят на первичные и вторичные. К числу первичных радикалов относят супероксид (•ОО-), нитроксид (•NO), убихинон (•Q) - переносчик электронов в дыхательной цепи. Из первичного радикала - супероксида - в процессе его метаболических превращений могут образовываться активные молекулярные соединения: перекись водорода, гипохлорит, гидроперекиси липидов. Взаимодействие первичных радикалов, а также различных веществ с металлами переменной валентности (прежде всего Fe2+) приводит к образованию вторичных радикалов - гидроксила (•ОН) и липидных радикалов (L•,LOO•), обладающих выраженным деструктивным действием на клеточные структуры.
Свободные радикалы в условиях нормы играют важную роль в процессах жизнеобеспечения клеток в различных биологических системах, участвуя:
- в реакциях окислительного фосфорилирования,
- биосинтеза простагландинов и нуклеиновых кислот,
- в регуляции липидного обмена,
- в процессах митоза,
- а также метаболизма катехоламинов.
Однако их роль в биологических системах чрезвычайно динамична, поскольку свободные радикалы относятся к категории высокореактогенных молекул, избыточное образование которых может достаточно быстро привести к дезорганизации клеточных структур, нарушению функциональной активности клеток.
Основные радикалы, образующиеся в клетках - это радикалы кислорода (супероксид- и гидроксильный радикалы), монооксид азота, а также радикалы ненасыщенных жирных кислот и др. Свободные радикалы образуются и в процессе метаболизма ряда ксенобиотиков в макроорганизме.
Высокая реактогенность свободных радикалов обусловлена тем, что на внешней электронной орбитали у них находится неспаренный электрон, в отличие от обычных органических молекул. В связи с этим свободные радикалы выступают в роли активных окислителей, захватывающих недостающий электрон от различных соединений и тем самым повреждающих их структуру.
Основным источником свободных радикалов является кислород, к активным формам которого относят диоксид или супероксидный анион-радикал, перекись водорода, гидроксильный радикал, реже в эту группу включают синглетный кислород.
Стабильным радикалом является оксид азота (NO) - вторичный мессенжер, образующийся из L-аргинина, и активирующий гуанилатциклазную систему.
Инициация свободнорадикального окисления может быть обусловлена различными причинами, но первостепенную роль в этом процессе играют промежуточные продукты восстановления кислорода. В свою очередь активные формы кислорода могут образовываться интрацеллюлярно в сфере действия оксидазных энзимов, а также экстрацеллюлярно, в частности при участии лейкоцитов.
Как известно, в условиях нормы около 93-95% молекулярного кислорода подвергается тетравалентному восстановлению с образованием воды в митохондриях в биологическом процессе, связанном с генерацией АТФ. В то же время кислород участвует в процессе метаболизма таких субстратов, как ксантин, гипоксантин, L- и D-аминокислоты. Атомы водорода от этих соединений с помощью флавиновых коферментов переносятся непосредственно на молекулярный кислород, минуя систему цитохромов и цитохромоксидазы. Конечным продуктом окисления субстратов в этих реакциях является перекись водорода. В балансе тканевого дыхания на долю этих реакций с образованием в качестве конечного продукта перекиси водорода приходится около 5-7%. Образующаяся в этих реакциях перекись водорода или разлагается каталазой, или используется в реакциях, катализируемых пероксидазой, содержащейся в значительных количествах в пероксисомах клеток печени и почек.