К.Н. Новиков, С.В. Котелевцев, Ю.П. Козлов
СВОБОДНО-РАДИКАЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ
В БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ
ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ФАКТОРОВ
ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
Москва
Российский университет дружбы народов
2011
1
Утверждено
РИС Ученого совета
Российского университета
дружбы народов
УДК 574
ББК 28.081+24.213.7
Н 73
Рецензенты:
заслуженный профессор МГУ им. <...> Ломоносова,
доктор биологических наук В.Д. Федоров;
доктор биологических наук В.М. Гусаков
Н 73
Новиков, К.Н.
Свободно-радикальные процессы в биологических системах при
воздействии факторов окружающей среды: монография [Текст] / <...> ISBN 978-5-209-03659-3
Рассматриваются вопросы, связанные со сравнительной оценкой свойств
и механизмов действия активных форм кислорода (АФК) и других свободных радикалов на биологические структуры и процессы, с диагностикой, тестированием и корректировкой состояния живых объектов при их отклике на воздействие факторов
окружающей среды. <...> Особую роль АФК и другие свободные радикалы играют при поддержании
жизнедеятельности организмов в окружающей среде, в адаптивных реакциях, в обеспечении надежности работы защитных систем организма. <...> С другой стороны, свободно-радикальные реакции с участием АФК, протекающие как в растениях, в том числе и при фотосинтезе,
так и в тканях животных, зависят от антропогенных факторов
окружающей среды и являются одним из важнейших биоиндикаторов, позволяющих оценивать состояние экосистем. <...> Таким образом, живые организмы в своей жизнедеятельности не могут обходиться без потребления кислорода, за счет
которого они способны выполнять разнообразные энергоемкие
метаболические процессы: производить субстраты, богатые
энергией, т.е. осуществлять реакции ассимиляции и диссимиляции, поддерживая устойчиво-неравновесное состояние гомеостаза организмов, а также осуществлять функции детоксикации (Бауэр, 1935; Воейков, 2003; Котелевцев, 2010). <...> АФК запускают цепные свободно-радикальные реакции,
приводящие к химической модификации важных <...>
_Свободно-радикальные_процессы_в_биологических_системах_при_воздействии_факторов_окружающей_среды.pdf
К.Н. Новиков, С.В. Котелевцев, Ю.П. Козлов
СВОБОДНО-РАДИКАЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ
В БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ
ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ФАКТОРОВ
ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
Москва
Российский университет дружбы народов
2011
1
Стр.2
УДК 574
ББК 28.081+24.213.7
Н 73
Утверждено
РИС Ученого совета
Российского университета
дружбы народов
Р е це нзе н ты :
заслуженный профессор МГУ им. Ломоносова,
доктор биологических наук В.Д. Федоров;
доктор биологических наук В.М. Гусаков
Новиков, К.Н.
Н 73 Свободно-радикальные процессы в биологических системах при
воздействии факторов окружающей среды: монография [Текст] /
К.Н. Новиков, С.В. Котелевцев, Ю.П. Козлов. – М.: РУДН, 2011. –
199 с.: ил.
ISBN 978-5-209-03659-3
Рассматриваются вопросы, связанные со сравнительной оценкой свойств
и механизмов действия активных форм кислорода (АФК) и других свободных радикалов
на биологические структуры и процессы, с диагностикой, тестированием и корректировкой
состояния живых объектов при их отклике на воздействие факторов
окружающей среды. Основное внимание уделяется выяснению условий инициации
и протекания свободно-радикальных процессов на разных уровнях организации биосистем.
Особую роль АФК и другие свободные радикалы играют при поддержании
жизнедеятельности организмов в окружающей среде, в адаптивных реакциях, в обеспечении
надежности работы защитных систем организма. Экологические факторы,
такие, как вода, воздух, свет, температура, пища, помогают организму, во-первых, все
время поддерживать определенный уровень свободных радикалов, а, во-вторых, корректировать
функциональные нарушения в организме. Ионизирующая радиация
и химическое загрязнение существенно модифицируют уровень свободных радикалов
в биосистемах и могут приводить к необратимым изменениям в клетке, организме,
экосистеме. В книге обсуждаются конкретные экспериментальные и клинические
материалы и результаты, которые предлагаются к рассмотрению в качестве определенных
моделей и методических подходов, позволяющих разрабатывать комплексные
биологические тест-системы на основе реакций с участием свободных радикалов.
Предложено рекомендовать эти тест-системы для выявления патологических состояний
организмов и их коррекции, эколого-токсикологического анализа водных экосистем,
для выделения групп риска среди населения и прогноза развития нарушений на
неблагополучных по состоянию окружающей среды территориях.
Для экологов, биофизиков, биохимиков и медиков, специалистов в области
экологической токсикологии, а также студентов и аспирантов.
ISBN 978-5-209-03659-3
ББК 28.081+24.213.7
© Новиков К.Н., Котелевцев С.В., Козлов Ю.П., 2011
© Российский университет дружбы народов, Издательство, 2011
2
Стр.3
ВВЕДЕНИЕ
Кислород – основа существования и развития жизни
на нашей планете. В отсутствие фотосинтеза жизнь «белковых
тел» возможна только в некоторых экосистемах, например,
в глубинах океана, за счет растворенного в воде кислорода
(Voeikov and Del Giudice, 2009) и где происходят выбросы серы
и органических веществ из земной коры (Kochetkova, 2011).
Жизнь невозможна без процессов окисления и, естественно,
восстановления.
Действительно, кислород и его активные формы (АФК)
являются не только основой метаболизма, но и фактором, определяющим
старение и гибель – в основном за счет развития
свободно-радикальных цепных реакций перекисного окисления
липидов (ПОЛ) мембранных структур клетки.
Антропогенные факторы окружающей среды: радиоактивное
излучение, интенсивное световое излучение (в первую
очередь лазеры), электромагнитные волны, а также ряд химичеких
веществ способны индуцировать свободно-радикальные
процессы в клетке и не только влиять на здоровье людей,
но и модифицировать подвергающиеся воздействию этих факторов
экосистемы.
Некоторые исследователи (Скулачев, 2000; Skulachev,
2002) считают, что основным факторам борьбы со старением
является защита клеточных структур от АФК с помощью антиоксидантов.
Антиоксидантные свойства химических соединений
лежат в основе громадного количества лекарственных препаратов.
Природные
антиоксиданты зарекомендовали себя как вещества,
продлевающие активную жизнь. Они являются факторами,
защищающими нас от самых опасных заболеваний: нарушений
в сосудистой системе (включая атеросклероз), предот3
Стр.4
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА I. Происхождение активного кислорода
и возможности его участия в различных реакциях
свободно-радикального характера
1.1. Реакции, приводящие к образованию АФК
1.2. Системы, способствующие генерации АФК
и других свободных радикалов
1.3. Субстраты свободно-радикальных реакций и методы
определения продуктов их взаимодействия
1.4. Системы, регулирующие свободно-радикальные
процессы – антиоксиданты
1.5. Двоякая роль АФК и свободно-радикальных реакций
в жизнедеятельности
ГЛАВА II. Свободно-радикальные процессы
в биосистемах при воздействии физических факторов
2.1. Свет и роль свободно-радикальных реакций
в зрительной рецепции
2.1.1. Условия, способствующие активации АФК
и свободно-радикальных реакций в структурах глаза
2.1.2. Возможные механизмы активации кислорода
и свободно-радикальных состояний в фоторецепторной
системе
2.1.3. Ферментные и неферментные системы регуляции
образования АФК и перекисей липидов в мембранах
фоторецепторов
2.2. Радиоактивность и свободно-радикальные процессы
в биосфере
195
3
9
9
12
13
16
18
24
24
24
27
29
37
Стр.196
2.2.1. АФК при монооксигеназном окислении в ЭР
2.2.2. Монооксигеназные активности плаценты жителей
Алтайского края, подвергавшихся действию испытаний
ядерного оружия
ГЛАВА III. Оценка свободно-радикальных реакций
на микросомной модели при различных воздействиях
3.1. Анализ состояния проблемы
3.2. Механизмы инициирования ферментативного
НАДФН-зависимого ПОЛ в микросомах печени крыс
3.3. Взаимосвязь процессов ПОЛ и протеолиза
в деградации цитохром Р-450-зависимой системы
детоксикации ксенобиотиков в микросомах печени крыс
ГЛАВА IV. Антиокислительная активность некоторых
лекарственных препаратов в микросомной системе
печени крыс
ГЛАВА V. Биохимический мониторинг экосистем
на основе монооксигеназного окисления в мембранах
эндоплазматического ретикулума рыб
5.1. Монооксигеназы со смешанной функцией
в микросомах печени рыб озера Байкал
5.2. Иммунохимический анализ индукции изоформ
цитохрома Р-450 в печени пресноводных рыб –
эффективная тест-система на воздействие
полициклическими ароматическими углеводородами
и полихлорированными бифенилами
5.3. Изучение ферментных и неферментных систем ПОЛ
в микросомах печени рыб озера Байкал
5.4. Роль фенольных производных бенз(а)пирена и фенолов –
компонентов промстоков в регуляции процесса окисления
липидов в микросомах печени рыб озера Байкал
196
37
41
47
47
50
57
64
73
73
76
80
83
Стр.197
ГЛАВА VI. Исследование механизма действия
продуктов гидролиза фосфолипидов фосфолипазой А2
на функциональную активность микросомной системы
печени крыс и рыб
6.1. Ингибирование деалкилазной активности изоформ
цитохрома Р-450 в микросомах печени продуктами
гидролиза фосфолипидов фосфолипазой А2
6.2. Сравнительное действие продуктов гидролиза
фосфолипидов фосфолипазой А2 на деалкилазную активность
изоформ цитохрома Р-450 в микросомах печени крыс и рыб
ГЛАВА VII. Свободно-радикальные процессы
в клеточных системах
7.1. Модель изолированных гепатоцитов как биологическая
тест-система для оценки устойчивости цитохрома Р-450
7.1.1 Механизмы деструкции цитохром Р-450-зависимой
детоксицирующей системы в гепатоцитах
7.1.2. Антиоксиданты как стабилизаторы цитохрома Р-450
в гепатоцитах
7.1.3. Продукты гидроксилирования БП – стабилизаторы
цитохрома Р-450 в гепатоцитах
7.2. Функциональный отклик нейтрофилов крови крыс
на воздействие метилхолантреном и соволом in vivo
7.2.1. О взаимосвязи активности иммунокомпетентных
клеток с индукцией монооксигеназной системы
ксенобиотиками
7.2.2. Влияние ксенобиотиков МХ и СВ на интенсивность ОВ,
активированного в нейтрофилах форбол миристат ацетатом.
Изменение микровязкости мембран нейтрофилов
ГЛАВА VIII. Сверхслабое излучение живых объектов,
как результат свободно-радикальных процессов
197
88
88
91
94
94
96
99
103
106
106
109
116
Стр.198
ГЛАВА IX. Роль АФК и свободно-радикальных процессов
в функциональной организации крови
9.1. Роль АФК в регуляции обмена кислорода
в нативной крови человека
9.2. Хемилюминесценция цельной крови – результат
функционирования ее АФК-генерирующих компонентов
и систем
9.3. Изменение хемилюминесценции неразведенной крови
у больных ишемической болезнью сердца
в ходе лазеротерапии
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ. МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ
СВОБОДНО-РАДИКАЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ
1. Выделение и очистка фоторецепторных мембран
2. Методы изучения свободно-радикальных процессов
в микросомной фракции печени млекопитающих
3. Применение тест-системы на основе монооксигеназных
и конъюгирующих активностей плаценты для оценки
развития желтухи новорожденных невыясненной этиологии
Алтайского региона
4. Методы изучения свободно-радикальных процессов
в микросомной фракции печени рыб
5. Методики гидроксилазной активности изоформ
цитохрома Р-450 в микросомной фракции печени рыб
6. Процедура выделения изолированной фракции клеток
печени крыс
7. Методы выделения нейтрофилов из крови крыс.
Оценка функциональной активности нейтрофилов (развитие ОВ)
и их монооксигеназной системы. Методы хемилюминесценции
и ЭПР
8. Условия индукции ПОЛ в различных системах
198
126
126
133
134
141
143
171
171
173
179
179
182
183
185
186
Стр.199
9. Определение ГП во фракции фосфолипидов
10. Определение содержания МДА –
молекулярного продукта ПОЛ
11. Системы генерации АФК
и системы регуляции АФК, ПОЛ
12. Условия инкубации гепатоцитов, индукции процесса ПОЛ,
определения его продуктов и количества
цитохрома Р-450
13. Методические аспекты исследования люминесценции
нейтрофилов и цельной крови
187
188
189
191
192
199
Стр.200