Оглавление
- 1 Активные формы кислорода
- 1.1 Активные формы кислорода (АФК)
- 1.2 Инвентаризация АФК
- 1.3 Биологическая функция
- 1.4 Источники получения АФК
- 1.5 Антиоксидантные ферменты
- 1.6 Структура и функции SOD
- 1.7 Катализируемая СОД дисмутация супероксида
- 1.8 Влияние АФК на клеточный метаболизм
- 1.9 Реакция патогена
- 1.10 Окислительное повреждение и старение
- 1.11 Причина старения
- 1.12 Рак
- 1.13 Роль АФК в раковых клетках
- 1.14 Метаболическая адаптация в опухолях
- 1.15 Канцерогенез и мутации
- 1.16 Пролиферация клеток
- 1.17 Гибель клеток
- 1.18 Инвазия, ангиогенез и метастазирование
- 1.19 Хроническое воспаление и рак
- 1.20 Терапия рака
- 1.21 Лучевая терапия и АФК
- 1.22 Проблемы модуляции АФК
- 1.23 Роль АФК в раке
- 1.24 АФК и память
- 1.25 Полный текст статьи:
- 2 Активные формы кислорода
Активные формы кислорода
-
Активные формы кислорода (АФК)
- Высокореактивные химические вещества, образующиеся из O2, воды и перекиси водорода
- Включают гидропероксид, супероксид, гидроксильный радикал и синглетный кислород
- Важны для биологических функций и окислительно-восстановительных процессов
-
Инвентаризация АФК
- Супероксид, синглетный кислород и гидроксильный радикал
- Перекись водорода и пероксинитрит также включены
- Гидроксильный радикал образуется в результате реакции Фентона
- Супероксид образуется при восстановлении O2
- Перекись водорода образуется в качестве побочного продукта дыхания
- Пероксинитрит образуется в результате реакции супероксида и оксида азота
- Синглетный кислород образуется при фотосенсибилизации
-
Биологическая функция
- АФК участвуют в передаче сигналов и гомеостазе
- Необходимы для функционирования клеток
- В растениях участвуют в фотозащите и устойчивости к стрессу
- Могут вызывать повреждения ДНК и окислительный стресс
-
Источники получения АФК
- Эндогенные источники: дыхание, фотосинтез, митохондрии, пероксисомы, хлоропласты
- Экзогенные источники: ионизирующее излучение, загрязняющие вещества, тяжелые металлы
-
Антиоксидантные ферменты
- Супероксиддисмутазы (СОД) расщепляют супероксид на кислород и перекись водорода
- Важны для защиты клеток от кислорода
-
Структура и функции SOD
- SOD1 находится в цитоплазме, SOD2 в митохондриях, SOD3 внеклеточный
- SOD1 и SOD3 содержат ионы меди и цинка, SOD2 содержит ион марганца
- Гены расположены на хромосомах 21, 6 и 4
-
Катализируемая СОД дисмутация супероксида
- Катализируемая СОД дисмутация супероксида включает полуреакции с участием ионов металлов
- Каталаза и глутатионпероксидаза также участвуют в разрушении перекиси водорода
-
Влияние АФК на клеточный метаболизм
- АФК участвуют в апоптозе и индукции генов защиты организма
- АФК вызывают воспалительные реакции и сердечно-сосудистые заболевания
- АФК повреждают ДНК, РНК, липиды и белки
-
Реакция патогена
- Растения и млекопитающие используют АФК для защиты от патогенов
- АФК индуцируются в кишечнике для борьбы с микробами
- АФК повреждают микробную ДНК и запускают механизмы восстановления эпителия
-
Окислительное повреждение и старение
- АФК образуются в митохондриях при выработке энергии
- Чрезмерное количество АФК вызывает окислительное повреждение и старение
- Окислительное повреждение может привести к когнитивной дисфункции и раку
-
Причина старения
- Окислительное повреждение, вызванное АФК, является основной причиной старения
- Удаление антиоксидантных ферментов сокращает продолжительность жизни
- Избыточная экспрессия антиоксидантных ферментов не всегда увеличивает продолжительность жизни
-
Рак
- АФК постоянно генерируются и выводятся из организма
- Избыток АФК повреждает клеточные белки, липиды и ДНК, способствуя канцерогенезу
-
Роль АФК в раковых клетках
- АФК вызывают стресс в раковых клетках из-за онкогенной стимуляции, повышенной метаболической активности и нарушения работы митохондрий.
- АФК могут способствовать выживанию раковых клеток при низких уровнях, но при высоких уровнях подавляют рост опухоли.
- Большинство химиотерапевтических и радиотерапевтических средств усиливают АФК-стресс, что убивает раковые клетки.
-
Метаболическая адаптация в опухолях
- Раковые клетки вырабатывают NADPH для снижения мощности в ферментативных реакциях и защиты от избыточных АФК.
- Клетки уравновешивают вредное воздействие АФК, вырабатывая антиоксиданты, такие как GSH и TRX.
-
Канцерогенез и мутации
- Окисление ДНК АФК приводит к мутациям, включая 8-оксогуанин и циклопурин.
- Нестабильность генома способствует канцерогенезу.
-
Пролиферация клеток
- АФК усиливают пролиферацию раковых клеток, но могут также снижать её за счет индукции остановки клеточного цикла.
-
Гибель клеток
- Избыток АФК может индуцировать апоптоз и некроз.
- Аутофагия также может быть вызвана АФК и регулировать здоровье клеток.
-
Инвазия, ангиогенез и метастазирование
- АФК активируют сигнальные пути, участвующие в миграции и инвазии клеток.
- АФК индуцируют факторы транскрипции, участвующие в ангиогенезе и метастазировании.
-
Хроническое воспаление и рак
- АФК вызывают хроническое воспаление, способствуя инвазии и метастазированию опухолей.
-
Терапия рака
- Препараты, повышающие уровень АФК, могут вызывать гибель раковых клеток.
- Лучевая терапия также основана на токсичности АФК для уничтожения опухолевых клеток.
-
Лучевая терапия и АФК
- Лучевая терапия использует рентгеновские лучи, γ-лучи и тяжелые частицы для гибели клеток.
- АФК вызывают гибель клеток и митотическую недостаточность.
- Противоопухолевые средства включают прооксиданты и антиоксиданты.
-
Проблемы модуляции АФК
- Модуляция передачи сигналов АФК не идеальна из-за адаптации раковых клеток.
- Комбинации препаратов с АФК и антиоксидантами могут быть эффективнее.
-
Роль АФК в раке
- Недостаток АФК может способствовать раку.
- Физические упражнения вызывают всплески АФК, что полезно для больных раком.
- Высокие уровни АФК, такие как 2-дезокси-D-глюкоза, более эффективны против рака.
-
АФК и память
- АФК играют важную роль в формировании памяти.
- АФК участвуют в эпигенетическом деметилировании ДНК.
- TET1 деметилирует 5mCpG только при наличии 8-OHdG.
- Деметилирование CpG-сайтов в нейронной ДНК важно для формирования памяти.