Ключові слова: БЕЗКОШТОВНІ РАДИКАЛИ; КАТАЛАЗ/хімія; АКТИВНІ ФОРМИ КИСНЮ.

ферменти

ВСТУП

Під час біологічних процесів і в постійному обміні з навколишнім середовищем утворюються хімічні види, відомі як вільні радикали, які характеризуються тим, що представляють непарний електрон і є дуже реактивними. З усіх радикалів реактивні види одержуваного кисню (EROS) представляють великий інтерес завдяки бірадикальній структурі цієї молекули та великій кількості процесів, що їх генерують і в яких вони можуть брати участь.

Основними EROS є: супероксидний аніон (O 2), гідроксильний радикал (OH +), синглетний кисень та перекис водню (H 2 O 2). Ці радикальні види беруть участь у пошкодженні клітин таким чином, що окисні агресії можуть бути спрямовані на канцерогенез, запальні захворювання, клітинне старіння та нейродегенеративні захворювання, серед інших патологічних процесів. 1

В організмі існує система антиоксидантного захисту, що складається з ферментів та низькомолекулярних сполук. Одним з ферментів, який втручається в захист і, отже, в підтримку балансу окислювача/антиоксиданта є каталаза (CAT).

Каталаза (пероксид водню: пероксид водню оксидоредуктаза, ЄС 1.11.1.6) є одним із найпоширеніших ферментів у природі і широко розповсюджена в організмі людини, хоча її активність змінюється залежно від тканини; він вищий у печінці та нирках, нижчий у сполучній тканині та епітелії та практично нульовий у нервовій тканині. На клітинному рівні він знаходиться в мітохондріях і пероксисомах, за винятком еритроцитів, де знаходиться в цитозолі. 2 Цей фермент - тетрамерний металопротеїн, молекулярна маса якого знаходиться в діапазоні 210-280 кД. Він складається з 4 однакових субодиниць, які утримуються разом за допомогою нековалентних взаємодій. Кожна субодиниця містить протетичну групу протопорфірину IX, а вміст протогемічного та заліза становить 1,1% та 0,09% від загальної молекулярної маси ферменту. 3

У деяких видів CAT містить молекули нікотинаміну адениндинуклеотиду фосфату у відновленій формі (NADPH), тісно пов’язані з ферментом; таким чином, було показано, що CAT та яловичина CAT пов'язані з 4 молекулами NADPH, по 1 у кожній субодиниці, і що немає прямої взаємодії між гемовою групою та NADPH. 4 На малюнку показано представлення субодиниці ферменту.

НАДФН, зв’язаний з ферментом, не бере участі в його каталітичній або перекисній активності. Ця молекула може втручатися у запобігання та часткове скасування інактивації CAT власним токсичним субстратом та стабілізує фермент, надаючи алостеричний ефект на його конформацію. Крім того, CAT являє собою резервуар НАДФН, який відіграє важливу роль під час окисного стресу. 5

CAT як частина антиоксидантної системи бере участь у руйнуванні H 2 O 2, що утворюється під час клітинного метаболізму. Цей фермент характеризується високою реакційною здатністю, але відносно низькою спорідненістю до субстрату. Він має 2 функції: каталітичну та перекисну. І те, і інше можна представити рівнянням:

H 2 O 2 + H 2 R ---------- ® 2H 2 O + R

Субстрат донора CAT

Загальна реакція включає відновлення субстрату шляхом взяття атомів водню, внесених донором, і кінцевими продуктами будуть відновлені субстрати та окислені донори.

За каталітичною функцією донором є інша молекула H 2 O 2. Цю функцію фермент може виконувати лише у його тетрамерній формі. 6

H 2 O 2 + H 2 O 2 ----- ® 2H 2 O + + O 2

У перекисній реакції фермент може використовувати метанол, етанол, мурашину кислоту, фенол та формальдегід як донори водню. 7 Цю функцію можна виконувати з мономерами, димерами та тетрамерами. 6

Активність CAT може пригнічуватися ціанідом, азидом, сульфідом, гідроксиламіном, парацетамолом, блеоміцином, адріаміцином, бензидином та паракватом. два

БІОМЕДИЧНИЙ ЗНАЧ КАТАЛАЗИ

CAT широко вивчався щодо участі у численних патологічних процесах, що мають велике значення в біомедичних дослідженнях, і він бере участь як у генезі, так і в наслідках цих процесів.

На моделях ішемії-реперфузії на тваринах та людях спостерігається участь EROS у виробництві пошкоджень, що виникають під час цього процесу, а також модифікація антиоксидантних ферментів, серед яких виявлено CAT. Що ці модифікації не поводяться однаково у всіх тканинах.

У дослідженнях нирок реперфузія, яка послідувала за ішемічним пошкодженням, спричинила втрату білків матриксу пероксисоми з різким порушенням функцій пероксисоми та значним зниженням активності CAT. Зниження активності під час ішемії зумовлене утворенням неактивного комплексу, тоді як під час реперфузії відбувається інактивація, протеоліз або зниження синтезу ферменту. 8

У пацієнтів з хронічною нирковою недостатністю, головним чином у тих, хто отримував лікування перитонеальним діалізом та гемодіалізом, було виявлено зниження рівня антиоксидантних ферментів, включаючи CAT, на рівні еритроцитів. Це зниження може бути одним із факторів, що сприяють гемолізу внаслідок перекисного окислення ліпідів у клітинній мембрані еритроцитів. 9

Розвиток геморагічних уражень на слизовій оболонці кишечника спричинений кисневими радикалами та активацією фосфоліпази А 2. Антиоксидантні ферменти, такі як CAT і супероксиддисмутази (SOD), а також інгібітори фосфоліпази A 2 можуть запобігти пошкодженню, спричиненому реперфузією кишечника, за умови, що лікування застосовується під час ішемії, але перед реперфузією. 10 Також виявлено причинно-наслідковий зв’язок між утворенням вільних радикалів та ішемічним пошкодженням сітківки, а також доведено захист, що надається SOD та CAT, що рекомендується як можливе лікування. одинадцять

Реперфузія, безсумнівно, є найефективнішим способом лікування ішемії міокарда, однак вона може спричинити глибоке пошкодження тканин. Вироблення міокарда EROS, яке перевищує нейтралізуючу здатність міоцитів, є важливою причиною цієї шкоди. Є дані, що тривала ішемія зменшує захисні механізми проти цих реактивних видів. 12 Попередня обробка нетоксичними похідними ендотоксину забезпечує захист від пошкоджень та підвищує активність CAT. 13

Введення СОД та КАТ зменшує частоту депресії скорочувальної функції на експериментальних моделях і може обмежити некроз, якщо їх застосовувати під час реперфузії. 14

Недавні дослідження показують, що CAT і SOD, що вводяться незалежно під час серцевої реперфузії, суттєво зменшують вироблення EROS, але не зумовлюють індукованих реперфузією шлуночкових аритмій. Обидва ефекти можна усунути, якщо два ферменти застосовувати разом. п’ятнадцять

Дія CAT може придушити збільшення внутрішньоклітинного СА ++, що відбувається через збільшення H 2 O 2, спричинене ішемічним ураженням на рівні міокарда. 16

Під час трансплантації серця виникає тривала ішемія, за якою слідує реперфузія з кисневою кров’ю, що спричинює збільшення рівня EROS, що в результаті призводить до роз'єднання процесів скорочення-збудження на рівні сарколемми. CAT і SOD можуть зберігати функцію метаболізму міокарда під час трансплантації. 17

Було встановлено, що після важких опіків відбувається збільшення катаболізму білка з наслідком порушення функції печінки, яке можна зменшити введенням антиоксидантних ферментів, таких як CAT. 18

При респіраторних станах, таких як EROS-індукований респіраторний дистрес-синдром у дорослих, виявлено підвищену активність CAT. 19 На експериментальних моделях індукції набряку легенів алоксаном було помічено, що ця сполука викликає пошкодження ендотелію та підвищення рівня тромбоксану В2 та 6-кетопростагландину F1 у плазмі крові. CAT запобігає збільшенню цих сполук та накопиченню позасудинної води, зменшуючи пошкодження ендотелію і, отже, набряк легенів. двадцять

Численні дослідження пов'язують чоловіче безпліддя зі зменшенням рухливості сперми, яке, здається, спричинене збільшенням активних видів, особливо H 2 O 2. Це може бути зменшено дією CAT, що пропонується як можливе лікування у цих випадках. двадцять один

Були проведені дослідження, які припускають індукцію білків теплового шоку (HSP) як відповідальних за нейродегенеративні захворювання, такі як хвороба Альцгеймера. Синтез HSP індукується EROS, і спостерігається, що вплив на них у присутності антиоксидантних ферментів, таких як CAT та SOD, покращує виживання клітин та зменшує індукцію HSP. 22

При лікуванні хворих, уражених цими нейродегенеративними захворюваннями, застосовується препарат (-) депреніл, який вибірково підвищує ферментативну активність CAT і SOD на рівні смугастого тіла. 2. 3

Що стосується пухлинних захворювань, то у пацієнтів з пухлинами шлунково-кишкового тракту було виявлено збільшення активності CAT на початкових етапах процесу. Ця активність зменшувалась і стала мінімальною на стадіях дисемінованого метастазування та кахексії. 24

Інші дослідження з експериментальними моделями показали важливу роль, яку відіграє EROS в інвазії пухлини та метастазуванні, і було помічено, що введення CAT може інгібувати утворення метастазів. 25

Активність ферментів, що володіють антиоксидантними властивостями, також вивчалася на експериментальних моделях тварин на метаболічних захворюваннях, таких як цукровий діабет, де було виявлено, що рівень СОД і КАТ знижується, зменшення якого можна запобігти введенням інсуліну. 26

Ці результати дозволяють нам вважати, що участь антиоксидантних систем у підтримці балансу окислювач/антиоксидант є важливим елементом для контролю численних біологічних процесів, зміни яких можуть виникнути або бути наслідком соматичних розладів у людини.

Реактивні види кисню беруть участь у пошкодженні клітин; проте в організмі існує система захисту, що складається із сполук та антиоксидантних ферментів, які беруть участь у перетвореннях таких видів. Каталаза є одним із ферментів, що беруть участь у руйнуванні перекису водню, що утворюється під час клітинного метаболізму. Його структурні характеристики, а також роль у деяких фізіопатологічних ситуаціях розглядаються в цій статті.

Ключові слова: БЕЗКОШТОВНІ РАДИКАЛИ; КАТАЛАЗ/хімія; АКТИВНІ ФОРМИ КИСНЮ.

Дра Ела М. Сеспедес Міранда. Інститут фундаментальних та доклінічних наук "Вікторія де Гірон". 146 Вулиця No 3102, кут 31, Репарто Кубанакан, муніципалітет Плая, місто Гавана, Куба.

Весь вміст цього журналу, крім випадків, коли він ідентифікований, підпадає під ліцензію Creative Commons