Церий — редкоземельный элемент (№58) из группы лантаноидов — химически весьма активен. Он легко реагирует с кислородом и водородом, бурно взаимодействует с галогенами, азотом и углеродом, образует много разных соединений, в том числе координационных. О свойствах и применении церия и его соединений можно подробно узнать из «Химической энциклопедии», и мы не будем на этом останавливаться. Мы расскажем только о диоксиде церия. Примечательно, что именно в этом виде церий впервые начал применяться: в1884 г. был получен первый патент на его использование в газокалильных лампах, поскольку оксиды церия усиливали яркость свечения. Здесь речь пойдет о другой — уникальной — способности диоксида церия, о его взаимодействии с активными формами кислорода и о возможности применять в медико-биологических целях.

Опасное окисление

Подавляющее большинство организмов, как известно, не может обходиться без кислорода, этого важнейшего компонента и посредника окислительно-восстановительных реакций. Его метаболизм сопровождается образованием различных активных форм, которые могут последовательно превращаться одна в другую.

Клеточные ферменты регулируют необходимый уровень активных форм кислорода (АФК). Но если по какой-либо причине нарушается равновесие между продукцией АФК и концентрацией (активностью) ферментов, возникают повреждения, вызванные окислением, т.е. окислительный стресс. Например, часть произведенного в митохондриях супероксида (О2) может просачиваться за пределы электронной транспортной цепи и повреждать белки. Кроме того, супероксид способен протонироваться, и тогда образуется сначала перекись водорода, а из нее — гидроксильный радикал (ОН2), короткоживущая (время полужизни около 10-9 с), но самая реакционноспособная активная форма кислорода. Именно этот радикал наиболее опасен, так как окисляет практически все органические молекулы, в том числе белки и нуклеиновые кислоты. Помимо этого, он — вызывает депротонирование ненасыщенных жирных кислот и таким образом инициирует цепные реакции перекисного окисления липидов. Вначале образуются липидные радикалы LH + ОН> H2O + L, которые реагируют с кислородом, а продукт этой реакции взаимодействует с новыми молекулами ненасыщенных жирных кислот, и появляются довольно стабильные липидные перекиси:

L + O2 -> LO2

LO2 + LH -> LOOH + L.

Перекисное окисление липидов чревато многими неприятностями, поскольку служит причиной накопления разнообразных дефектов в клетке. Связано это с тем, что полиненасыщенные жирные кислоты входят в состав клеточных мембран (и липопротеидов), а окисление нарушает нормальную упаковку мембранного бислоя. Его искажение приводит к повреждениям белков, связанных с мембраной, например рецепторов и ферментов, в результате чего возникают патологические изменения в тканях. Поэтому в организме и существует эффективная система, предотвращающая перекисное окисление липидов.

С избытком супероксида клетка борется каталитически — фермент супероксиддисмутаза преобразует его в кислород и перекись водорода, которая, как уже сказано, может превращаться в гидроксильный радикал. Излишки перекиси уничтожают ферменты каталаза и пероксидазы, важнейшая из которых глутатионпероксидаза, способная восстанавливать также и органические гидроперекиси (ROOH). Но гидроксильный радикал ферментам неподвластен, единственные защитники клетки от него — антиоксиданты. Эти неферментативные компоненты антиоксидантной системы обеспечивают еще одну линию обороны организма от АФК. В число антиоксидантов входят глутатион, мочевая кислота, витамины А, Е и С, растительные пигменты флавоноиды (антоцианы, кверцетин, рутин, катехины, танины), которых насчитывается более 6500, и многие другие соединения.

Витамин Е (а-токоферол) — самый распространенный антиоксидант в природе. Он способен взаимодействовать с липидными радикалами непосредственно в гидрофобном слое мембран и тем самым обрывать реакционные цепи окисления липидов, а сам превращается в стабильную окисленную форму. B-каротин (предшественник витамина А) и витамин С тоже останавливают цепь липидного окисления, причем витамин С действует в этом процессе двояко. Во-первых, восстанавливает окисленную форму витамина Е, поддерживая этим его необходимую концентрацию. Во-вторых, взаимодействует с водорастворимыми активными формами кислорода и инактивирует их.

Понятно, что если система защиты нарушена, возникает окислительный стресс. Но он может быть вызван также психологическими факторами, экзо- и эндогенными интоксикациями, ионизирующим излучением и техногенным загрязнением окружающей среды.

Окислительный стресс участвует в патогенезе более 100 разных заболеваний — прежде всего нейродегенеративных, таких как болезнь Альцгеймера и другие типы деменций, болезнь Паркинсона, боковой амиотрофический склероз, эпилепсия и рассеянный склероз. Помимо перечисленных болезней этот стресс считается участником других патологий — артрита, кардиологических дисфункций и тех, что вызывают необратимую слепоту, например диабетическую ретинопатию, макулярную и ретинальную дегенерацию. Наконец, старение любого организма сопровождается окислительным стрессом, так как активность естественной антиоксидантной системы с возрастом снижается, а концентрация продуктов перекисного окисления липидов увеличивается.

Таким образом, из-за нарушения нормальной работы антиоксидантной системы организма или значительного повышения уровня экзогенных АФК возможны крайне тяжелые последствия. В подобных ситуациях для защиты организма необходимы разного рода антиоксиданты. На наш взгляд, к числу наиболее перспективных из них относится нанокристаллический диоксид церия (НДЦ).

Добавить комментарий