Прооксидант

Перейти к навигацииПерейти к поиску

Прооксиданты — это химические вещества, вызывающие окислительный стресс посредством генерации активных форм кислорода, либо путем блокировки антиоксидантных систем[1]. Окислительный стресс, индуцированный этими веществами, наносит ущерб клеткам и тканям. Например, передозировка парацетамолом (анальгетик, другое название ацетаминофен) может необратимо повредить печень отчасти из-за возникновения активных форм кислорода[2][3].

Некоторые вещества могут проявлять себя и как антиоксиданты, и как прооксиданты в зависимости от условий[4]. К числу наиболее важных из этих условий относятся концентрация химического вещества и наличие кислорода или переходных металлов. Предпочтительная с точки зрения термодинамики реакция восстановления молекулярного кислорода или пероксида до супероксида или гидроксильного радикала соответственно является спин-запрещенной. Это сильно снижает скорость данных реакций, предоставляя аэробной форме жизни возможность существования. Восстановление кислорода обычно влечет за собой либо первичное образование синглетного кислорода, либо спин-орбитальное взаимодействие через восстановление переходного металла, например марганца, железа или меди. Восстановленный металл далее переносит одиночный электрон на молекулярный кислород или пероксид.

Металлы

Переходные металлы могут выступать в качестве прооксидантов. Например, отравление марганцем («манганизм») – это классическое «прооксидантное» заболевание[5]. Гемохроматоз - еще одно нарушение, связанное с хронически повышенным содержанием прооксидантного переходного металла, в данном случае железа. По аналогии с ними болезнь Вильсона обусловлена накапливанием в тканях меди. Эти синдромы обычно объединены общей симптоматикой. Таким образом, симптомы могут быть признаками (например) гемохроматоза или «бронзового диабета». Прооксидантный гербицид паракват, болезнь Вильсона и содержание железа в полосатом теле (стриатуме) соотносят с развитием паркенсонизма у человека. Паракват также вызывает симптомы паркенсонизма у грызунов.

Фиброз

Фиброз или образование рубцов – еще один прооксидантный симптом. Например, отложение меди в тканях глаза или халькоз стекловидного тела связаны с выраженным фиброзом стекловидного тела, так же как и отложение железа в тканях глаза. Цирроз печени считается основным симптомом болезни Вильсона. Фиброз легких, вызванный паракватом и противоопухолевым средством блеомицином, предположительно возникает из-за прооксидантных свойств этих веществ. Вероятно, окислительный стресс, наступающий под действием химических агентов, имитирует нормальный физиологический сигнал для образования миофибробластов из фибробластов.

Прооксидантные витамины

Витамины, которые обеспечивают восстановительные реакции, могут функционировать как прооксиданты. Витамин С проявляет антиоксидантную активность, когда восстанавливает окислители, такие как перекись водорода[6], тем не менее он также может восстанавливать ионы металлов, что приводит к образованию свободных радикалов посредством реакции Фентона[7][8].

2 Fe2+ + 2 H2O2 → 2 Fe3+ + 2 OH· + 2 OH−

2 Fe3+ + аскорбат → 2 Fe2+ + дегидроаскорбат

Ион металла в этой реакции может восстанавливаться, окисляться, а затем повторно восстанавливаться в процессе окислительно-восстановительного цикла, который производит активные формы кислорода.

Относительная значимость антиоксидантной и прооксидантной активности витаминов-антиоксидантов в настоящее время входит в сферу актуальных исследований. Например, витамин С оказывает на организм в большей степени антиоксидантное действие[7][9]. Но по другим пищевым антиоксидантам пока собрано мало информации - это касается полифенольных антиоксидантов[10], цинка[11] и витамина Е[12].

Применение в медицинских целях

Несколько эффективных противораковых агентов связываются с ДНК и генерируют активные формы кислорода. К ним относятся адриамицин и другие антрациклины, блеомицин и цисплатин. Эти вещества оказывают специфический вид токсического воздействия на раковые клетки, так как опухоли обладают низким уровнем антиоксидантной защиты. Последние исследования показывают, что окислительно-восстановительная дисрегуляция, возникающая из метаболических изменений, а также зависимости от митогенных сигнальных путей и сигналов выживания через активные формы кислорода, говорит о характерной уязвимости злокачественных клеток. Они избирательно могут стать мишенями для прооксидантных негенотоксических химиотерапевтических препаратов, инициирующих окислительно-восстановительные реакции[13].

Фотодинамическая терапия – метод лечения онкологических и других видов заболеваний. В ходе этого процесса в организм вводят фотосенсибилизаторы, которые затем облучают светом определенной длины волны. Свет возбуждает фотосенсибилизаторы, заставляя генерировать активные формы кислорода, которые повреждают и разрушают пораженные болезнью или нежелательные ткани.

Прооксиданты усиливают окислительный стресс в опухолевых клетках при меланоме, нарушая их адаптивные антиоксидантные механизмы и потенциально повышая эффективность противоопухолевой терапии, особенно на поздних стадиях заболевания и при резистентных формах.[14]

Примечания

  1. ↑ C. D. Puglia, S. R. Powell. Inhibition of cellular antioxidants: a possible mechanism of toxic cell injury // Environmental Health Perspectives. — 1984-08. — Т. 57. — С. 307–311. — ISSN 0091-6765. — doi:10.1289/ehp.8457307. Архивировано 18 июля 2022 года.
  2. ↑ Laura P. James, Philip R. Mayeux, Jack A. Hinson. Acetaminophen-induced hepatotoxicity // Drug Metabolism and Disposition: The Biological Fate of Chemicals. — 2003-12. — Т. 31, вып. 12. — С. 1499–1506. — ISSN 0090-9556. — doi:10.1124/dmd.31.12.1499. Архивировано 18 июля 2022 года.
  3. ↑ Hartmut Jaeschke, Gregory J. Gores, Arthur I. Cederbaum, Jack A. Hinson, Dominique Pessayre. Mechanisms of hepatotoxicity // Toxicological Sciences: An Official Journal of the Society of Toxicology. — 2002-02. — Т. 65, вып. 2. — С. 166–176. — ISSN 1096-6080. — doi:10.1093/toxsci/65.2.166. Архивировано 18 июля 2022 года.
  4. ↑ Victor Herbert. Introduction // The Journal of Nutrition. — 1996-04-01. — Т. 126, вып. suppl_4. — С. 1197S–1200S. — ISSN 0022-3166. — doi:10.1093/jn/126.suppl_4.1197S.
  5. ↑ Sung Gu Han, Yangho Kim, Michael L. Kashon, Donna L. Pack, Vincent Castranova. Correlates of oxidative stress and free-radical activity in serum from asymptomatic shipyard welders // American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine. — 2005-12-15. — Т. 172, вып. 12. — С. 1541–1548. — ISSN 1073-449X. — doi:10.1164/rccm.200409-1222OC. Архивировано 18 июля 2022 года.
  6. ↑ Tiago L. Duarte, Joseph Lunec. Review: When is an antioxidant not an antioxidant? A review of novel actions and reactions of vitamin C // Free Radical Research. — 2005-07. — Т. 39, вып. 7. — С. 671–686. — ISSN 1071-5762. — doi:10.1080/10715760500104025. Архивировано 18 июля 2022 года.
  7. ↑ 1 2 Anitra Carr, Balz Frei. Does vitamin C act as a pro‐oxidant under physiological conditions? (англ.) // The FASEB Journal. — 1999-06. — Vol. 13, iss. 9. — P. 1007–1024. — ISSN 1530-6860 0892-6638, 1530-6860. — doi:10.1096/fasebj.13.9.1007. Архивировано 18 июля 2022 года.
  8. ↑ S. J. Stohs, D. Bagchi. Oxidative mechanisms in the toxicity of metal ions // Free Radical Biology & Medicine. — 1995-02. — Т. 18, вып. 2. — С. 321–336. — ISSN 0891-5849. — doi:10.1016/0891-5849(94)00159-h. Архивировано 18 июля 2022 года.
  9. ↑ M. Valko, H. Morris, M. T. D. Cronin. Metals, toxicity and oxidative stress // Current Medicinal Chemistry. — 2005. — Т. 12, вып. 10. — С. 1161–1208. — ISSN 0929-8673. — doi:10.2174/0929867053764635. Архивировано 18 июля 2022 года.
  10. ↑ Barry Halliwell. Dietary polyphenols: good, bad, or indifferent for your health? // Cardiovascular Research. — 2007-01-15. — Т. 73, вып. 2. — С. 341–347. — ISSN 0008-6363. — doi:10.1016/j.cardiores.2006.10.004. Архивировано 18 июля 2022 года.
  11. ↑ Qiang Hao, Wolfgang Maret. Imbalance between pro-oxidant and pro-antioxidant functions of zinc in disease // Journal of Alzheimer's disease: JAD. — 2005-11. — Т. 8, вып. 2. — С. 161–170; discussion 209–215. — ISSN 1387-2877. — doi:10.3233/jad-2005-8209. Архивировано 18 июля 2022 года.
  12. ↑ Claus Schneider. Chemistry and biology of vitamin E // Molecular Nutrition & Food Research. — 2005-01. — Т. 49, вып. 1. — С. 7–30. — ISSN 1613-4125. — doi:10.1002/mnfr.200400049. Архивировано 18 июля 2022 года.
  13. ↑ Georg T. Wondrak. Redox-directed cancer therapeutics: molecular mechanisms and opportunities // Antioxidants & Redox Signaling. — 2009-12. — Т. 11, вып. 12. — С. 3013–3069. — ISSN 1557-7716. — doi:10.1089/ars.2009.2541. Архивировано 18 июля 2022 года.
  14. ↑ Alyssa L. Becker, Arup K. Indra. Oxidative Stress in Melanoma: Beneficial Antioxidant and Pro-Oxidant Therapeutic Strategies (англ.) // Cancers. — 2023-01. — Vol. 15, iss. 11. — P. 3038. — ISSN 2072-6694. — doi:10.3390/cancers15113038.