Осциляторні режими реакцій за участю АФК
Воєйков В. Л.(sb24-1.zip)
Осциляторні режими реакцій за участю АФК
Можливість самоорганізації в окислювально-відновних модельних реакціях, що виражається в появі осциляцій окисно-відновного потенціалу або забарвлення, була давно показана на прикладі реакцій Білоусова-Жаботинського. Відомо розвиток коливального режиму при каталізі пероксидазою окиснення киснем NADH [36]. Проте досі роль електронно-збуджених станів у виникненні цих осциляцій до уваги не бралася. Відомо, що у водних розчинах карбонільних сполук (наприклад, глюкози, рибози, метилгліоксалю) та амінокислот відбувається відновлення кисню, з'являються вільні радикали, та їх реакції супроводжуються випромінюванням фотонів. Нещодавно нами було показано, що у таких системах у близьких до фізіологічних умов виникає коливальний режим випромінювання, що свідчить про самоорганізацію процесу у часі та просторі [37, 38]. Істотно, що такі процеси, відомі як реакція Мейяра, безперервно протікають у клітинах та неклітинному просторі [39]. На малюнку 3 показано, що це коливання не згасають тривалий час і може мати складну форму, тобто. є яскраво виражені нелінійні коливання.
Малюнок 3.Кінетика розвитку хемілюмінесценції в різних реакційних системах: (1) глюкоза-гліцин (60 мМ, 60 мМ; 20 мл; рН 11,0) та (2) метилгліоксаль-гліцин (10 мМ, 30 мМ;20 мл;рН 10,6).
Малюнок 4.Вплив аскорбінової кислоти на хемілюмінесценцію в системі глюкоза-гліцин (60 мМ, 60 мМ; 10 мл; рН 11,0): (1) - контроль; (2) 1,0 мкМ аскорбату; (3) 10 мкМ аскорбату; (4) 100 мкМ аскорбату; (5) 1000 мкМ аскорбату.
Цікавий вплив на характерцих коливань класичних антиоксидантів, наприклад аскорбату (рисунок 4). Виявилося, що в умовах, коли виражені коливання випромінювання в системі не виникають, аскорбат у нікчемній концентрації (1 мкМ) сприяє їх появі і до концентрації 100 мкМ різко посилює загальну інтенсивність випромінювання та амплітуду коливань. Тобто. він поводиться як типовий прооксидант. Тільки концентрації 1 мМ аскорбат виступає у ролі антиоксиданту, істотно подовжуючи лаг-фазу процесу. Але коли частково витрачається, інтенсивність випромінювання зростає до максимальних величин. Такі явища характерні для ланцюгових процесів із виродженими розгалуженнями
Коливальні процеси за участю АФК протікають і на рівні цілих клітин та тканин. Так, в індивідуальних гранулоцитах, де АФК генеруються NADPH-оксидазами, вся сукупність цих ферментів "включається" строго на 20 сек, а наступні 20 сек клітина виконує інші функції. Цікаво, що у клітинах із септичної крові ця ритмічність суттєво порушена [40]. Ми виявили, що коливальні режими випромінювання фотонів характерні як окремих клітин, але й суспензій нейтрофілів (малюнок 5А) і навіть цілісної нерозведеної крові, до якої доданий люцигенин -- індикатор генерації у ній супероксидного радикала (малюнок 5В). Істотно, що коливання носять складний, багаторівневий характер. Періоди коливань лежать у діапазоні від десятків хвилин до їх часток (врізання на рис. 5А).
Малюнок 5.А - Осциляція люмінол-залежного випромінювання в суспензії нейтрофілів (105 клітин в 0,1 мл) після ініціації зимозаном дихального вибуху. В - осциляція випромінювання в цілісній крові людини (0, 2 мл) у присутності люцигеніну.
Значення коливального характеру як регуляторних, івиконавчих біохімічних та фізіологічних процесів тільки починає усвідомлюватись. Зовсім недавно було доведено, що внутрішньоклітинна сигналізація, що здійснюється одним із найважливіших біорегуляторів - кальцієм, обумовлена не просто зміною його концентрації в цитоплазмі. Інформація міститься у частоті осциляцій його внутрішньоклітинної концентрації [41]. Ці відкриття вимагають перегляду уявлень про механізми біологічного регулювання. Якщо досі при вивченні реакції клітини на біорегулятор брали до уваги лише його дозу (амплітуда сигналу), то стає зрозумілим, що основна інформація полягає в коливальному характері зміни параметрів, амплітудних, частотних і фазових модуляціях коливальних процесів.
З безлічі біорегуляторних субстанцій АФК є найбільш підходящими кандидатами на роль тригерів коливальних процесів, тому що вони знаходяться в постійному русі, точніше - вони безперервно породжуються і гинуть, але за їх загибелі народжуються електронно-збуджені стани - імпульси електромагнітної енергії.Ми припускаємо, що механізми біологічної дії АФК визначаються структурою процесів, у яких вони беруть участь. Під "структурою процесів" ми розуміємо частотно-амплітудні характеристики та ступінь фазової узгодженості процесів генерації та релаксації ЕВС, що супроводжують реакції взаємодії АФК один з одним або із синглетними молекулами. Електромагнітні імпульси, що породжуються, можуть активувати специфічні молекулярні акцептори, і структура процесів генерації ЕВС визначає ритми біохімічних, а на більш високому рівні і фізіологічних процесів. Саме цим, мабуть, і пояснюється специфічність дії АФК – цих вкрай неспецифічних із хімічної точки зору агентів. Залежно від їх частотинародження та загибелі структура процесів генерації ЕВС повинна змінюватися, а, отже, і змінюватиметься і спектр акцепторів цієї енергії, оскільки різні акцептори - низькомолекулярні біорегулятори, білки, нуклеїнові кислоти можуть сприймати лише резонансні частоти.
Істотну роль у всіх цих процесах відіграє водне середовище, в якому вони протікають, оскільки завдяки своїм унікальним фізико-хімічним і динамічним властивостям вода, мабуть, відіграє не тільки організуючу роль, а й сама бере участь у продукції та усуненні АФК [42].
Наше припущення дозволяє з єдиних позицій пояснити безліч розрізнених явищ. Так, роль антиоксидантів бачиться набагато багатшими, ніж у рамках традиційних уявлень. Звичайно, вони запобігають неспецифічним хімічним реакціям ушкодження біомакромолекул при надмірній продукції АФК. Але їхня головна функція - організація та забезпечення різноманітності структур процесів за участю АФК. Чим більше інструментів у такому "оркестрі", тим багатшим його звучання. Можливо, саме тому таким успіхом користується травотерапія, вітамінна терапія та інші форми натуропатії – адже ці "харчові добавки" містять різноманітні антиоксиданти та коферменти – генератори та акцептори енергії ЕВС. Спільно вони забезпечують повноцінний та гармонійний набір ритмів життя.
Стає зрозумілим, навіщо для нормальної життєдіяльності необхідне споживання хоча б у незначних кількостях АФК із повітрям, водою та їжею, незважаючи на активну генерацію АФК в організмі. Справа в тому, що повноцінні процеси за участю АФК рано чи пізно згасають, оскільки при їх перебігу поступово накопичуються їхні інгібітори – пастки вільних радикалів. Аналогію тут можна побачити з багаттям, яке згасає навіть за наявності палива, якщопродукти неповного згоряння починають відбирати дедалі більше енергії полум'я. АФК, що надходять в організм, виступають у ролі "іскор", які знову розпалюють "полум'я" - генерацію АФК вже самим організмом, що дозволяє допалити і продукти неповного згоряння. Особливо багато таких продуктів накопичується в хворому організмі, і тому настільки ефективна озонотерапія та перекисно-воднева терапія.