Перекисное окисление липидов: механизмы и последствия.
Lipid peroxidation
Перекисное окисление липидов: причины, этапы (инициация, распространение, завершение) и роль в старении, болезнях и порче продуктов. Окислительный стресс.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Реакции, приводящие к образованию (фосфо)липидных пероксидов
Reaction(s) leading to production of (phospho)lipid peroxides
Липидная пероксидация, или окисление липидов, – это сложный химический процесс, приводящий к окислительной деградации липидов и образованию пероксидных и гидропероксидных производных. Она возникает при взаимодействии свободных радикалов, в особенности реактивных видов кислорода (ROS), с липидами в клеточных мембранах, как правило, с полиненасыщенными жирными кислотами (PUFA), поскольку они содержат углерод-углеродные двойные связи. Эта реакция приводит к образованию липидных радикалов, которые в совокупности называются липидными пероксидами или продуктами окисления липидов (LOPs). Они, в свою очередь, реагируют с другими окислителями, запуская цепную реакцию, которая вызывает окислительный стресс и повреждение клеток. В патологии и медицине липидная пероксидация играет роль в повреждении клеток, которое широко вовлечено в патогенез различных заболеваний и состояний, включая старение. В пищевой науке липидная пероксидация является одним из многих путей к прогорклости.
Lipid peroxidation, or lipid oxidation, is a complex chemical process that leads to oxidative degradation of lipids, resulting in the formation of peroxide and hydroperoxide derivatives. It occurs when free radicals, specifically reactive oxygen species (ROS), interact with lipids within cell membranes, typically polyunsaturated fatty acids (PUFAs) as they have carbon–carbon double bonds. This reaction leads to the formation of lipid radicals, collectively referred to as lipid peroxides or lipid oxidation products (LOPs), which in turn react with other oxidizing agents, leading to a chain reaction that results in oxidative stress and cell damage. In pathology and medicine, lipid peroxidation plays a role in cell damage which has broadly been implicated in the pathogenesis of various diseases and disease states, including ageing, whereas in food science lipid peroxidation is one of many pathways to rancidity.
Механизм реакции
Химическая реакция перекисного окисления липидов состоит из трех фаз: инициирования, распространения и обрыва. Липидный гидропероксильный радикал (LOO•) также может вступать в различные реакции с образованием новых радикалов. Дополнительный липидный радикал (L•) продолжает цепную реакцию, в то время как липидный гидропероксид (LOOH) является основным конечным продуктом. Фаза обрыва может варьироваться как по фактической химической реакции, так и по времени ее наступления. Кроме того, ферменты, включая супероксиддисмутазу, каталазу и пероксидазу, способствуют антиоксидантной защите, снижая содержание перекиси водорода, являющейся распространенным предшественником гидроксильного радикала (OH•). Например, витамин Е может отдавать атом водорода липидному гидропероксильному радикалу (LOO•) с образованием радикала витамина Е, который затем реагирует с другим липидным гидропероксильным радикалом (LOO•), образуя нерадикальные продукты. Кроме того, конечные продукты перекисного окисления липидов могут обладать мутагенными и канцерогенными свойствами. Токсичность липидных гидропероксидов для животных наиболее ярко проявляется в летальном фенотипе мышей с нокаутом по гену глутатионпероксидазы 4 (GPX4). Эти животные не выживают после восьмого дня эмбрионального развития, что указывает на необходимость удаления липидных гидропероксидов для поддержания жизни млекопитающих. С другой стороны, неясно, биодоступны ли пищевые пероксиды липидов и играют ли они роль в развитии заболеваний, поскольку здоровый организм человека обладает защитными механизмами против подобных угроз.
The chemical reaction of lipid peroxidation consists of three phases: initiation, propagation, and termination. The lipid hydroperoxyl radical (|LOO•) can also undergo a variety of reactions to produce new radicals. The additional lipid radical (|L•) continues the chain reaction, whilst the lipid hydroperoxide (LOOH) is the primary end product. The termination step can vary, in both its actual chemical reaction and when it will occur. Additionally, enzymes including superoxide dismutase, catalase, and peroxidase contribute to the oxidation response by reducing the presence of hydrogen peroxide, which is a prevalent precursor of the hydroxyl radical (|OH•). As an example, vitamin E can donate a hydrogen atom to the lipid hydroperoxyl radical (|LOO•) to form a vitamin E radical, which further reacts with another lipid hydroperoxyl radical (|LOO•) forming non radical products. In addition, end products of lipid peroxidation may be mutagenic and carcinogenic. The toxicity of lipid hydroperoxides to animals is best illustrated by the lethal phenotype of glutathione peroxidase 4 (GPX4) knockout mice. These animals do not survive past embryonic day 8, indicating that the removal of lipid hydroperoxides is essential for mammalian life. On the other hand, it's unclear whether dietary lipid peroxides are bioavailable and play a role in disease, as a healthy human body has protective mechanisms in place against such hazards.
Испытания
Для количественного определения конечных продуктов перекисного окисления липидов, в частности, малондиальдегида (MDA), доступны определенные диагностические тесты. Наиболее часто используемый тест называется TBARS-анализ (анализ тиобарбитур-реагирующих веществ). Тиобарбитуровая кислота реагирует с малондиальдегидом с образованием флуоресцентного продукта. Однако малондиальдегид может образовываться и из других источников, поэтому данный тест не является полностью специфичным для перекисного окисления липидов.
Certain diagnostic tests are available for the quantification of the end products of lipid peroxidation, to be specific, malondialdehyde (MDA). The most commonly used test is called a TBARS Assay (thiobarbituric acid reactive substances assay). Thiobarbituric acid reacts with malondialdehyde to yield a fluorescent product. However, there are other sources of malondialdehyde, so this test is not completely specific for lipid peroxidation.