Активные формы кислорода (rOs) происходят из молекулярного кислорода и образуются в результате окислительно-восстановительных реакций или электронного возбуждения.
Окислительно-восстановительные реакции делятся на нерадикальные и свободнорадикальные (имеющие хотя бы один свободный электрон).
H2O2 умеренно реагирует с железом– кластеры серы (Fe–s) и слабосвязанными металлами.
H2O2 может реагировать с CO2/бикарбонат с образованием пероксимонокарбоната (HCO4−), окислитель, который реагирует с биологическими мишенями, с константой скорости второго порядка около на два-три порядка больше, чем у H2O2.
Dagnell, M. et al. Bicarbonate is essential for protein tyrosine phosphatase 1B (PTP1B) oxidation and cellular signaling through EGF-triggered phosphorylation cascades. J. Biol. Chem. 294, 12330–12338 (2019).
• Органические гидроперекиси (rOOH) включают гидропероксиды образующиеся ферментативно и неферментативно (перекисное окисление липидов) из полиненасыщенные жирные кислоты (PuFas) и стерины (например, холестерин). Они участвуют в передаче сигналов клетками, особенно в иммунной системе, и являются участвует в гибели клеток посредством ферроптоза.
• Синглетный молекулярный кислород (1О2). 1 O2 представляет собой электронно-возбужденную форму О2.
296. Di Mascio, P. et al. Singlet molecular oxygen reactions with nucleic acids, lipids, and proteins. Chem. Rev. 119, 2043–2086 (2019).
Его генерация при фотовозбуждении составляет 1 особенно O2 важен для тканей, подвергающихся воздействию света, таких как кожа и глаза. При хемивозбуждении он образуется также в ферментативных реакциях в темноте.
Mano, C. M. et al. Excited singlet molecular O2( 1Δg) is generated enzymatically from excited carbonyls in the dark. Sci. Rep. 4, 5938 (2014)
• Электронно-возбужденный карбонил: электронно-возбуждаемое (фотовозбуждениет или хемивозбуждение) формы углеводородов, содержащие карбонильную группу. (r–C=O)298. они могут передавать энергию O2 для создания 1 О2.
• Озон (O3). O3 — очень активный окислитель, опасный для здоровья в некоторых географических районах, особенно из-за загрязнения воздуха и некоторых атмосферные условия, потому что это вызывает окислительный стресс в легких и другие открытых тканях.
• Хлорноватистая и бромноватистой кислоты (HOCl и HOBr).
HOCl и HOBr образуются из H2O2 под действием миелопероксидазы в фагоцитарных клетках. Вакуоль в нейтрофилах для защиты от патогенов.
Winterbourn, C. C., Kettle, A. J. & Hampton, M. B. Reactive oxygen species and neutrophil function. Annu. Rev. Biochem. 85, 765–792 (2016).
Свободнорадикальные RO включают:
• Супероксидный анион-радикал (O2·−). О2·− мутирует спонтанно или катализируется супероксиддисмутазами с образованием H2O2 и O2, служащих основным источник H2O2. Благодаря сильному электростатическому притяжению O2·− окисляет Fe–sкластеры с высокой скоростью, выделяя железо, но его отрицательный заряд заставляет его быть менее склонным к передаче окислительно-восстановительных сигналов через тиолы.
Тиолы-это s-s связи цистеина и метионина, указанные ранее в статье об кислороде , часть1.
• Пергидроксильный радикал (HO2) протонированная форма O2·−; он не заряжен и может диффундировать в липиды, а
он может производить углеродцентрированный радикал полиненасыщенных липидов. О2·− эффективно реагирует с другими радикалами, особенно с оксидом азота (NO), образуя пероксинитрит (ONOO-), тирозиннитрующий агент.
• Гидроксильный радикал (·OH). ·OH является наиболее реакционноспособным RO. он окисляет биомолекулы со скоростью, контролируемой диффузией (т. е. это неспецифический окислитель). Он образуется из H2O2 путем восстановления фентоном, катализируемым металлом. Химия с участием свободного железа (Fe2+) ,так как ·OH реагирует напрямую с ближайшим соседом по месту его генерации, местонахождение Fe2+ определяет место токсичности ·OH. ·ОН является инициатором липидного перекисного окисления.
Galaris, D., Barbouti, A. & Pantopoulos, K. Iron homeostasis and oxidative stress: an intimate relationship. Biochim. Biophys. Acta Mol. Cell Res. 1866, 118535 (2019).
Koppenol, W. H. & Hider, R. H. Iron and redox cycling. Do’s and don’ts. Free Radic. Biol. Med. 133, 3–10 (2019).
• Пероксильный радикал (rOO·). Образуется в результате инициирования свободных радикалов
Цепная реакция PuFas при перекисном окислении липидов.
Пероксильные радикалы распространяют свободнорадикальные цепные реакции, отрывая протон от еще один PuFa, тем самым создавая гидроперекись липидов и еще один углеродный радикал.
• Алкоксильный радикал (rO·). Образуется в качестве промежуточного продукта при перекисном окислении липидов под действием катализируемое металлами разложение гидропероксидов липидов и может усиливать цепные реакции перекисного окисления липидов.
Выводы
В биологии и медицине термин «активные формы кислорода» используется в широкое использование, с тенденцией к увеличению. в начале 2020 года в сети науки было 204 000 записей для «активных форм кислорода», причем более более 15 000 новых в год (что соответствует одному новому РО публикация примерно каждые полчаса). Очевидно, этот термин выгравирован в умах исследователей, и, скорее всего, он останется здесь.
Однако использование термина «активные формы кислорода» проблематично, поскольку «rOs» не является определенным химическим соединением, это не молекула. скорее, «активные формы кислорода» — это собирательный термин для обозначения количество родственных молекул с сильно различающейся реакционной способностью — второго порядка константы скорости для различных диапазонов «rOs» до 11 порядка величины, поэтому, когда это возможно, упоминать молекулу rOs и использовать термин «активные формы кислорода» следует максимально ограничены.
Выводы: