Ші дәріс. Өсімдіктердегі тотығу стресінің пайда болуы.

Дәрістің жоспары:

1. Тотығу стресі пайда болу себептері.

2. Бос радикалдардың пайда болу себептері.

3. Бос радикалдардың құрылымы.

4. Бос радикалдардың ағзаға әсер ету механизмі.

5. Антиоксиданттық ферменттер.

Сіздің ағзаңыз әрдайым оттегімен өзара әрекеттеседі, сіздің тыныс алуыңыз бен жасушаларыңыздың энергия өндіруі сияқты. Осы әрекеттің салдарынан молекулалардың жоғарғы реакциялық қасиеті арқылы бос радикалдар өндіріледі. Бос радикалдар жасушалардың ішінде басқа молекулалармен өзара әрекеттеседі. Бұл ақуыздардың, мембраналар мен гендердің тотықтырғыштық зақымдануына әкеліп соғады. Тотықтырғыштық зақымдану өзімен бірге рак және Альцгеймер ауруы сияқты көптеген ауруларды алып келді және ағзаның қартаю үрдісіне әсер етті. Қоршаған ортаның ластануы, күн сәулесі және темекі шегу сияқты сыртқы факторлар да бос радикалдар өндірудің бастамасы болды.

Өздігінен тіршілік ете алатын кез-келген химиялық заттардың бос радикалдары бір немесе бірнеше жұптаспаған электрондардан тұрады. Осындай түрде бос радикалдардың әсер етуі түрлі органикалық субстраттарымен реакцияға түсетін молекула электрондарын тұрақсыздандырады. Көптеген бос радикалдар оттегі айналымы сияқты табиғи үрдістердің және қабындыру үрдістерінің нәтижесі болып табылады. Мысалы, жасушалар оттегін энергия алу үшін қолданған кезде бос радикалдар митохондриядағы АТФ түзілуі нәтижесінде пайда болады. Жаттығулар иондаушы сәулелер (күн және өндірістік радиация, космостық сәулелер, рентген сәулелері), экологиялық токсиндер, атмосфералық жағдайлардың өзгеруі (мысалы, гипоксия және гипероксия), озон мен азот тотығының өзгеруі (автомобильдер пайдаланған газдардан шығатын) сияқты қоршаған ортаға әсер ететін бос радикалдардың деңгейін жоғарылата алады. Темекі шегу мен ішімдіктерді шамадан көп пайдалану сияқты стресс түрлері сонымен қатар бос радикалдар деңгейіне де әсер ететіні белгілі. Радикалды формалар пероксинитрит (O = NOO ¯), супероксиддисмутаза өнімі және радикалды реакцияның азот тотығы сияқты едәуір көп бұзатын немесе токсикалық түрлерге әкеліп соғуы мүмкін.

Бос радикалдар липидтер, ақуыздар және ДНҚ сияқты негізгі органикалық субстраттармен реакцияға түседі. Бұл биомолекулалардың тотығуы қалыпты функцияны бұза отырып, оларға зиян келтіруі мүмкін және түрлі ауруларға әкеліп соғуы мүмкін. Ағзалардың кейбір жүйелері едәуір жоғарғы деңгейлерде немесе nitrosative тотықтырғыш стресте орналасқандығы атап өтілді. Ағзалардың бұл жүйелері өкпе жүйесінің қабынуына едәуір сезімтал болады (оттегінің жоғарғы деңгейінің әсеріне ұшырайды), ми (интенсивті метаболистік белсенділіктің экспонаттары эндогенді антиоксиданттардың одан да төмен деңгейлерінен тұрады), көз (әрдайым ультракүлгін сәулелердің әсеріне ұшырайды), қан айналым жүйесі (оттегі мен азоттың тотығу деңгейінің тербелісінің құрбаны) және репродуктивті жүйе (сперма жасушаларының интенсивті метаболистік белсенділігінің қауіп-қатері). Қазіргі кездегі түсінік бойынша бос радикалдар жасушаішіндегі сигнал немесе "Messenger" агенті ретінде қызмет етуі әбден мүмкін, олар қалыпты жасушалық функцияларда белгілі бір роль ойнайды, сонымен қатар аурудың түрлі этиологиясында да.

Бос радикалдар химиялық зарядтардан тұратын фрагмент. Бос радикалдарда электрондар не жетіспейді не артық болады. Сондықтан радикалдар тұрақты конфигурацияны қамтамасыз ету үшін электрондарды қосып алуға несмесе шығаруға талпынады. Осы процесс клетка ішіндегі үлкен молекулалардың зақымдануына әкелуі мүмкін. Бос радикалдар қалыпты және патологиялық прцестерде түзіледі. Сәулелену, қоршаған ортаның химиялық заттары, қартаю ұлпаның зақымдануына әкелетінін дәлелдеген.

Кейбір радикалдар мен молекулалардың аттары

Көптеген жылдардан берi жүргiзiлген зерттеулер өсiмдiктерден табылған біологиялық белсенді заттардың (ББЗ) iшiнде жоғарыда айтылып кеткен антиоксиданттар деп аталатын қосылыстардың адам денсаулығына ғана емес, сонымен қатар өсiмдiктердiң өздерiнiң ауруларына (патогендер мен қоршаған ортаның қолайсыз факторларына) қарсы тұруында маңызды роль атқаратынын толық дәлелдеп отыр. Бұл қосылыстардың ерекшелiгi мынада. Бiздiң денемiздi құрап тұрған клеткалардың тыныс алу процесiнде тұрақты түрде, белгiлi бiр мөлшерде еркiн оттегi радикалдары түзiлiп отырады. Оларға супероксид, гидроксил радикалдары, синглеттi оттегi және сутегiнiң ас‹ын тотығы жатады. Олардың барлығы клетка үшiн қауiптi. Дегенмен, осылардың iшiндегi аса қауiптiсi гидроксил радикалы - ол клеткадағы барлық органикалық молекулалармен өте жылдам әрекеттесiп, оларды химиялық өзгерiстерге ұшыратады. Ең алдымен, бұл радикал клетканы қоршап және қорғап тұрған мембранамен әрекеттесiп, оны ыдыратады. Нәтижесiнде клетка өледi. Клетка iшiнде белоктармен әрекеттесiп, бiркелкi, бiр-бiрiмен байланысып жүрiп жатқан жүздеген химиялық процестердiң қызметiн тоқтатады - бұл да клетка өлiмiне алып келедi. Ал, бұл радикалдар нуклеин қышқылдарымен әрекеттескенде ДНҚ молекуласы мутацияға ұшырайды, яғни, өзiне тән қызметiн жоғалтады. Мұндай өзгерiс адам мен жануарлар денесiнде басқаруға келмейтiн қатерлi iсiк (рак) клеткаларының пайда болуына әкелiп соқтырады.

Әдетте, метаболизм процестерi кезiнде пайда болатын электрондар оттегiге жасуша, митохондрия, хлоропласт т.б. органоидтардың мембранасында орналасқан тасығыш-белоктардың бойымен тасымалданады. Қоршаған ортаның тұздануы, құрғақшылық, суық, және басқа да факторлар тiрi жасушаның сусыздануына алып келедi. Оның нәтижесiнде мембрана “бүрiседi” де (мысалы, плазмолиз) мембранадағы қатаң түрде орналасқан белоктардың жүйесi бұзылып, электрон тасымалдайтын тiзбектен электрондар ұшып шығып, оттегiнi оның радикалдарына айналдырады.

Қазiргi күнi несеп қышқылы (мочевая кислота) аса күштi антиоксидант ретiнде танылып отыр. Аса күштi антиоксиданттар - акорбин қышқылы мен глутатионмен салыстырғанда оттегi радикалдарын бұл қышқылдың әлдеқайда аз мөлшерiнің өзі-ақ белсендi түрде бейтараптандырып отырады. Несеп қышқылы өсiмдiктерде бос күйiнде жиналатыны әлi байқалмаған (ал, адамның денесiнде жеке түрiнде жинала алады). Бiрақ, ол пуриндердiң алмасуы кезiнде реакцияаралық қосылыс ретiнде түзiлiп отырады. Әсiресе, атмосфералық азотты бұршақ тұқымдас өсiмдiктер симбиоздық бактериялардың көмегiмен сiңiргенде глутамин және ксантин қосылыстары арқылы несеп қышқылына айналады.

Инозинмонофосфат Ксантин Несеп қышқылы

Аллантоин қышқылы Аллантоин

Бұл қышқыл одан ары арнайы ферменттер арқылы аллантои қышқылы және аллантоинға айналады. Өсiмдiк клеткасында тотығу стресi туа қалса несеп қышқылы антиоксидант ретiнде оттегi радикалдарының әсерiмен ферментсiз тотығып, аллантоин қышқылына айналады. Соңғы екi қосылыс өсiмдiктер үшiн азоттың тасымалданушы түрi және қоры ретiнде жиналады, әсiресе бұршақ тұқымдастарының дәндерiнде. Өсiмдiк дәндерiнен немесе тамырынан бөлiнiп алынған аллантоин адам ұлпаларын саулықтырады, қабынуға қарсы ем ретiнде пайдаланылады. Аллантоин терiге екi түрлi әсер етедi - мүйiз қабатын жұмсартып, өлген клеткалардың ұлпадан бөлiнiп кетуiн жеңiлдетедi, Ұлпалардың жаңаруын тездетедi. Аллантоинды терiнi жұмсартып, шаштардың түбiрiн қатайту үшiн косметикалық заттарға қосады. Әсiресе, жел қаққан немесе күнге күйген терiні қалпына келтiруде белсендiлiк көрсетедi. Аллантоинның мөлшерi кофе дәндерiнде жоғары. Оның мөлшерi пiспеген кофе дәндерiнiң бiр грамында 410 – 580 микрограмм болса, пiскен дәндерде 420 – 480 микрограмм шамасында болады.

Өсiмдiктерде витаминдерден басқа да адам денсаулығына пайдалы органикалық қосылыстар жасалады. Оларды синтезделу ерекшелiктерiне байланысты бiрнеше топтарға бөлуге болады. Кейбiр ББЗ топтарына химиялық құрамы жағынан бiр-бiрiнен өзгеше мыңға жуық қосылыстар енуi де мүмкiн. Оларға флаваноидтар, флавондар, фитостеролдар, фенолдар, фитоэстрогендер, глюкозинолаттар және индолдар топтары жатады. Өкiнiшке орай, бұл қосылыстардың пайдалылығы туралы мәлiметтер тек эпидемиологиялық зерттеулердiң нәтижесiне сүйенiп отыр. Басқаша айтқанда, бiз құрамында осындай қосылыстар жиынтығы бар өсiмдiктердiң емдiк немесе профилактикалық қасиетi бар екенiн ғана бiлемiз. Сондықтан қазiргi зерттеулер өсiмдiктердегi әрбiр жеке қосылыстың денсаулыққа нақты пайдасын, олар әсер ететiн органды (немесе ұлпаны) және олардың әсерiнiң биохимиялық және молекуларлық механизмдерiн анықтауға бағытталуы керек. Сонымен қатар, жоғарыдағы аталған қосылыстар адам ағзасына алғаш‹ы сiңiрiлген күйiнде әсер ете ме, әлде ағзада химиялық өзгерiске түскеннен кейiн ғана белсендi бола ма - бұл мәселе де зерттелу керек.

Антиоксиданттық ферменттер. Барлық тірі организмдердің клеткаларында ұзақ уақыт бойы антиоксиданттық (яғни, БОР-ды бейтараптандырып тұратын) қабілетті ұстап тұратын механизм қалыптасқан және соның арқасында организмдер тотығу стресіне төтеп беріп отырады. Ал, егер сол антиоксиданттық механизмдер уақтылы іске қосылмаса - онда тотығу стресі пайда болады. Тотығу стресінің деңгейінің көтерілуі тек оттегі радикалдарының тез пайда болуынан ғана емес, сонымен қатар ол сондай радикалдарды бейтараптандыратын компоненттердің белсенділігінің төмендеуінен де болады. Сонымен, клеткада антиоксиданттық жүйенің болуы стреске бейімделу мен оған төзімділік эндогендік (яғни, организм ішіндегі) антиоксиданттардың деңгейі арқылы жақсарады деген божамға алып келеді. Сондықтан да, клетканың антиоксиданттық қорғаныс жүйесінің табиғатын және реттелуін зерттеуге қазіргі кезде ғалымдар арасында өте үлкен қызығушылық тудыруда.

Каталаза ферментінің активтігі барлық организмдерде кездеседі. Бұл фермент жануарлардың бауыры, бүйрегінде және зритроциттерінде көп синтезделеді. Каталаза Н₂О₂-ның жасуша мен ұлпаларда қауіпті мөлшерде жинақталуынан қорғайды. Каталазаның бір молекуласы секундына Н₂О₂-ның 44 000 молекуласын ыдырата алады. Оның реакциясына ешқандай энергия қажет емес.

Каталаза:H₂O₂ + H₂O₂ –––à O₂ + 2H₂О

Жануарлардың ұлпаларында пероксидаза ферменті салыстырмалы түрде сирек кездеседі. Дегенмен оның да ең жоғары активтігі жануарлардың бауыры мен бүйрегінде болады. Өздері синтезделетін жасушаның түріне байланысты бұл фермент те әртүрлі болады. Лейкоциттерде синтезделетін ферментті вердопероксидаза, фагоциттердегіні – миелопероксидаза деп атайды. Өсімдіктерде аскорбатпероксидаза түрі өте кең тараған. Каталаза мен пероксидазаның жүргізетін реакциясын былай өрнектеуге болады:

H₂O₂ + H₂O₂ ––––à2H₂О + RO₂

Супероксиддисмутаза (СОД,супероксид'супероксид-оксидоредуктаза ферменті супероксид-анион радикалын Н₂О₂-на айналдырады (дисмутация реакциясы).Көбінесе бұл реакцияны радикалдардың пайда болуына қарсы ең алғашқы қорғаныс деп есептеледі. Бұл ферменттің каталитикалық ерекшелігіне МакКорд және Фридович 1969 жылы алғаш сипаттама берген. СОД барлық оттегімен тыныс алатын организмдерде болады.

2Н⁺ +.О^2- +.О^2- = Н₂О₂ + О₂

Таза химиялық реакциямен салыстырғанда СОД бұл өзгерісті 10 000 рет жылдам жүргізеді. СОД-ның активтігі ұлпаның түріне байланысты күрт өзгеріп отырады. Ең жоғары активтік бауыр, бүйректе және ұйқы безінде анықталады. Кейде жасушадан тыс СОД активтігі байқалғанымен, оның негізгі активтігі жасуша ішінде, митохондрия мен цитозольдің компартменттерінің арасында болады. Жануарлардың бауырындағы СОД-ның 70%-ке жуығы цитозольда анықталады. Құрамына кофактор болып кіретін металл ионының табиғатына байланысты СОД үш класқа бөлінеді: Cu/Zn-СОД, Mn-СОДжәне Fe-СОД. Мысалы, Cu/Zn-СОД, әрқайсысы 32 кДа екі ұқсас полипептидтен тұрады. Cu,Zn-СОД-ныэукариоттардың цитозольдық ферменті, ал Fe-СОД мен Mn-СОД – прокариоттық деп қарастыруға болады. Бірақ, Mn-СОД эукариоттардың митохондриясының матриксінде болады, екінші жағынан, Cu,Zn-СОД бірқатар бактерияларда, ал Fe-СОД кейбір өсімдіктерде табылған. Ондаған әртүрлі организмдердің осы ферментінің амин қышқылдарының тізбегі толығымен анықталған. СОД өзінің өте берік құрылымдық тұрақтылығымен сипатталады – ол глобулярлы белоктардың ішіндегі ыстыққа төзімді ферменттердің бірі. Фермент 86%-тік этанолда, 8 М мочевина мен гуанидинхлоридтің ішінде активтігін 24 сағат бойы жоғалтпайды. СОД-ның негізгі физиологиялық қызметін жасушаны еркін радикалдардың бұзуынан сақтаумен байланыстырады. Бүгінгі күні әлі де супероксид радикалдары пайда болатын биологиялық орталықтар толық анықталып біткен жоқ. Супероксид-анионының негізгі көзі – митохондриядағы электрон-тасымалдайтын тізбек болып табылады. Сондықтан митохондриялық СОД жасушаны тотығу стресінен қорғауда аса маңызды роль атқарады деуге болады. Сонымен қатар, ксантиноксидаза, альдегидоксидаза, дегидрооротатдегидрогеназа секілді цитозольдық ферменттер де катализдік реакциялары кезінде осы радикалдарды бөліп отырады. Супероксид радикалдарын фагоцитоз кезінде лейкоциттер өндіре алады. Зат алмасудың бірқалыпты жағдайында СОД супероксид радикалдарының концентрациясын белгілі бір деңгейде «ұстап», жасуша құрылымдарын осы радикалдың өзінен қорғап, сонымен қатар оның гидроксил радикалына айналып кетпеуін бақылап отырады. Митохондриялық матрикстегі еркін радикалдардың толық бейтараптандырылмауы митохондрияның өзінің мембранасының бұзылуына алып келеді. Бұл өз кезегінде протондардың мембрана саңлауы арқылы «ұшып» кетуіне жол береді – сөтіп тотығумен-фосфорлану процесінің шырқы бұзылады.

Бақылау сұрақтар:

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: