Строение молекулы кислорода позволяет поочередно присоединять ионы водорода или электроны от веществ, также несущих неспаренные электроны. Присоединение электронов может происходить ферментативным способом или без участия ферментов, под воздействием химических или физических стимулов.
Основным источником АФК являются ферментативные реакции, но в ряде случаев свободные радикалы образуются случайно, как продукт "утечки" отдельных электронов.
1. Одним из источников случайных АФК является дыхательная цепь митохондрий. Все ее комплексы (особенно коэнзим Q) способны "терять" электроны, которые используются для образования АФК. Дополнительными cтимулами к появлению АФК являются гипоксия, различные ингибиторы дыхательных ферментов и АТФ-синтазы, то есть все, что замедляет скорость движения электронов и передачу их на кислород на 4-м комплексе дыхательной цепи. Это приводит к «сбрасыванию» электронов на кислород на более ранних этапах, т.к. у других дыхательных ферментов имеется большее сродство к кислороду, которое в норме проявляется слабо.
Наиболее чувствителен к окислению кислородом оказывается убихинон (коэнзим Q). Его промежуточная, неполностью восстановленная форма (семихинон), окисляется как при высокой концентрации кислорода, так и при низкой его концентрации (влияние гипоксии).
Образование супероксид анион-радикала
в дыхательной цепи
2. Некоторое количество АФК синтезируется с участием цитохромов Р450 и b5 в микросомальном окислении. Это окисление происходит в мембранах эндоплазматического ретикулума всех тканей, кроме мышечной, и используется при синтезе и метаболизме ряда веществ (желчных кислот, эйкозаноидов, холестерола, стероидных гормонов и т.п.), или для окисления ксенобиотиков при их обезвреживании. В одной из реакций происходит спонтанная передача электрона на присоединившийся кислород и образуется супероксид анион-радикал.
Образование супероксид анион-радикала
в реакциях микросомального окисления
3. В эритроцитах основным неферментативным источником супероксид анион-радикала является окисление гемоглобина при участии включенной в гем молекулы железа. Сам гемоглобин при этом превращается в метгемоглобин.
Образование супероксид анион-радикала
в реакции спонтанного окисления гемоглобина
4. При спонтанной дисмутации двух супероксид анион-радикалов возможно образование синглетного кислорода и пероксида водорода.
Образование синлетного кислорода
при дисмутации супероксид анион-радикала
5. Радиолиз воды. При действии ионизирующего излучения, например, альфа-излучения, молекула воды ионизируется, теряя электрон. Высвобожденный электрон в состоянии присоединиться к соседней молекуле воды. Обе ионизированные молекулы воды могут разлагаться на ионы H+ и HO– и на свободные радикалы. Все образуемые частицы быстро рекомбинируют друг с другом, получая и отдавая электроны, образуя новые радикалы или ионы.
