Положительной стороной свободнорадикального окисления является важное значение для обновления состава и поддержании функциональных свойств биомембран, энергетических процессов, клеточного деления, синтеза биологически активных веществ, внутриклеточной сигнализации.
1. Регуляция сосудистой системы
Одна из активных молекул, оксид азота NO, участвует в физиологических реакциях организма. Являясь нейромедиатором, он регулирует сосудистый тонус, расслабляя гладкую мускулатуру сосудов, и поэтому называется "эндотелиальный фактор релаксации сосудов". Также NO снижает агрегацию тромбоцитов, адгезию нейтрофилов к эндотелию.
2. Участие в реакциях воспаления
Кроме бактерицидного эффекта, супероксид анион-радикал принимает участие в выработке хемотаксинов и в цитокин-опосредованных реакциях. Вместе с указанными эффектами его взаимодействие с оксидом азота NO приводит к двум важным следствиям:
- снижение концентрации NO и, таким образом, повышение адгезии нейтрофилов к эндотелию в зоне поражения,
- образование пероксинитрита OONO–, являющегося агрессивной молекулой и повреждающего клеточные белки.
3. Ускорение обновления белковых структур
Также окисление макромолекул является естественным и необходимым элементом в самообновлении клеток. Окислительная модификация аминокислот является одним из механизмов маркировки белка для протеолиза. К тому же протеазы клетки быстрее гидролизуют окисленный белок, что сокращает срок жизни и ускоряет самообновление клеточных структур.
4. Регуляция вязкости и обновление клеточных мембран
Перекисное окисление липидов поддерживает микровязкость мембран на определенном уровне, усиливаясь, например, при накоплении холестерина, уплотняющего фосфолипидный бислой. Перекиси липидов являются промежуточным продуктом при биосинтезе эйкозаноидов, участвуют в регуляции мембранных ферментов. Таким образом, реакции ПОЛ в организме играют роль не только повреждающего, но и регулирующего фактора.
5. Регуляция внутриклеточного метаболизма
В малых количествах АФК усиливают регенерацию, дифференцировку, пролиферацию клеток. Существует механизм передачи сигнала, называемый АФК-зависимый сигналинг, этим образом АФК участвуют в клеточном росте, делении и апоптозе. Механизмы рецепции и передачи АФК-сигналов описаны пока только схематически. Основными компонентами этих схем являются АФК-чувствительные протеинкиназы и протеинфосфатазы, АФК-чувствительные транскрипт-факторы, белки теплового шока, редокс-регулируемые ионные каналы. Антиоксидантные белки (тиоредоксины, пероксиредоксины), изменяя степень окисления сигнальных белков и ферментов, также участвуют во всех этих процессах.
6. Ферментативные реакции
Некоторые ферменты нуждаются в активных формах кислорода для осуществления своей реакции, например, лактопероксидаза, тиреопероксидаза.
7. Участие в реакциях иммунитета
Проявляя свойства радикала, синтезируемый фагоцитами NO может оказывать цитотоксический и бактерицидный эффект, хотя бóльшую роль в этом играет его производное – пероксинитрит (ONOO–). Образование NO с участием индуцибельной NO-синтазы в иммунных клетках играет важную роль в образовании интерлейкинов и других индукторов воспаления.
Свободнорадикальное окисление участвует в реакциях специфического и неспецифического иммунитета. Ярким проявлением роли свободных радикалов в иммунитете является фагоцитоз.
Фагоцитоз как пример использования свободно-радикального окисления
Фагоцитоз осуществляется микро- и макрофагами: нейтрофилами, моноцитами, тканевыми макрофагами, купферовскими клетками, остеокластами, клетками микроглии. Ведущую роль играет генерация этими клетками кислородных радикалов (супероксид анион-радикал) и оказываемый им бактерицидный эффект.
После того как микроб свяжется с рецепторами фагоцитирующих клеток, начинается образование пищеварительной вакуоли, или фагосомы. Вскоре с фагосомой сливаются лизосомы, в нейтрофилах их роль выполняют азурофильные гранулы. Микроорганизм разрушается, непереваренные остатки выбрасываются наружу.
Узнавание микроба резко изменяет метаболизм фагоцита, происходит его активация, выражающаяся в усилении поглощения кислорода. Это явление получило название "дыхательного" или "респираторного" взрыва. Потребление кислорода клеткой возрастает в 20-40 раз. При этом 90% потребляемого клеткой кислорода быстро превращается в супероксид анион-радикал под действием мембранного фермента НАДФН-оксидазы (NOX) и выделяется во внеклеточное пространство (цитотоксический эффект) или внутрь фаголизосомы (бактерицидный эффект).
Большая часть супероксид анион-радикала вне клетки спонтанно превращается в пероксид водорода. Другая часть супероксида превращается в H2O2 при участии супероксиддисмутазы (СОД), постоянно присутствующей в межклеточном пространстве, или бактериальной супероксиддисмутазы.
Одновременно, дегрануляция нейтрофила сопровождается высвобождением в фагосому еще одного фермента – миелопероксидазы (МПО), который с участием хлорид-иона атакует перекись водорода H2O2, образуя гипохлорную кислоту (HOCl) и гипохлорит-ион (ClO–).
Роль ферментов в антимикробной активности фагоцита
При наличии в среде H2O2 и ионов Fe2+ может происходить реакция Фентона с образованием чрезвычайно активного гидроксил-радикала. Наличие одновременно железа, H2O2 и супероксид-анион-радикала запускает реакцию Хабера-Вайса.
Кроме названных кислородных активных форм, фагоциты в состоянии атаковать бактерий при помощи оксида азота и пероксинитрита.
Для постоянного образования непрерывно распадающихся АФК требуется непрерывный приток НАДФН, ресинтез которого связан с окислением глюкозы в пентозофосфатном пути. Таким образом, для полноценного фагоцитоза требуется, чтобы клетка активно дышала (респираторный взрыв) и получала достаточное количество глюкозы.
Естественно, что атакующие бактерий АФК способны повредить и собственные клетки. Для этого в лейкоцитах присутствует глутатионовая антиоксидантная система, включающая глутатионпероксидазу и глутатионредуктазу.
В результате описанных событий происходит окислительная деградация поглощенной частицы и облегчение фагоцитоза и переваривания.