Лекция 4. Свободные радикалы, активные формы кислорода

Лекция 4
Свободные радикалы, активные
формы кислорода.
Методы радиоспектроскопии:
ЭПР и ЯМР
Свободные радикалы— частицы (как правило,
неустойчивые), содержащие один или несколько
неспаренных электронов на внешней электронной оболочке.
• Радикал может образоваться в результате потери одного
электрона нерадикальной молекулой: D→ e- + D+·
• или при получении одного электрона нерадикальной
молекулой: A + e- → A¯
• Радикалом может быть электронейтральная молекула:
НО·, Cl ·
• органические радикалы:
-.
О2 супероксидный анион-радикал
.
О
Н 2 гидропероксидный радикал
Активные
.
НО гидроксильным радикалом
Формы
1
О2 синглетный кислород
Кислорода
Н2О2 перекись водорода
(АФК)
Образование АФК в процессе одноэлектронного восстановления О2 до Н2О
-
-.
-
+
-
+
.
-
+
О2 + е → О2 + [е +2Н ] → Н2О2 + [е +Н ] → НО + Н2О + [е +Н ]→ 2Н2О
+
↓+Н (рК=4,9)
.
НО2
О2-. + О2-. +2Н+→ Н2О2 + 3О2 (1О2) дисмутация радикалов
СОД
+
3
-.
-.
О2 + О2 +2Н → Н2О2 + О2
-.
.
(супероксиддисмутаза)
-
1
Н2О2 + О2 → НО + О2 + НО цикл Хабера-Вайса
3+
-.
2+
Fe + О2 → Fe + О2
.
Fe2+ + Н2О2 → Fe3++ НО + НОКсантиноксидаза
Ксантин +2О2 → Мочевая кислота + 2(О2-.)
• Гиперицин – один из природных красителей,
обладающих фотодинамическим действием
Гиперицин
Hypericum perforatum (Зверобой)
Перекисное окисление липидов
.
.
Х + RH → R + XH,
где Х* - свободный радикал какого-либо соединения,
RH – неокисленный липид, R* - алкильный радикал
липида, ХН – неактивное соединение.
.
R + O2 → ROO.. продолжение и разветвление цепи
.
ROO + RH → R. + ROOH
.
.
ROOH → RО + НО
2+
.
ROOH + Fe → RО + HO- + Fe3+
.
.
R + R → RR,
.
обрыва цепи
.
R + ROO → ROOR,
.
.
ROO + ROO → продукты (возможно в
возбужденном состоянии → хемилюминесценция)
Scheme of photodestruction and protection mechanism
H2 O
PS2
O2
P*680
PS1
e
e
PQ-
P*680Q3 P*
680
Car
(Ant.)
Chl
heat
closed centers
3O
3O
P*700
2
2
e
…
O-2.
e
O2.
1O
CO2
membrane
destruction
2
Car
heat
1O
photoinhibition
2
+ P680
+
P680
Chl
+
PS2 protein (D1)
destruction
СОД
Первая линия ферментативной обороны клетки против АФК
СОД-Cu2+ + O2.- → СОД-Сu1+ + O2
СОД-Cu1+ + O2.- + 2H+→ СОД-Cu2+ + H2O2
2O2.- + 2H+→ O2 + H2O2
Глутатионпероксидазная система
ROH
H2O
ROOH
H2O2
GPx
Glutathione
GSH redox cycle GSSG
GRed
NADP+ NADPH
ROOH + 2GSH
GPx
ROH + GSSG + H2O
H2O2 + 2GSH
GPx
GSSG + 2H2O
GRed
2GSH + 2NADP+
GSSG + 2NADPH
Антиоксиданты водной фазы
• Супероксиддесмутаза (SOD), Каталаза,
комплексоны (ферритин, трансферрин,
карнозин), глутатионпероксидаза (GPx),
церулоплазмин, гем-оксигеназа
Антиоксиданты, тормозящие развитие цепных
реакций в липидной фазе
• Фосфолипазы, GPx, ловушки радикалов (aтокоферол (витамин Е), убихинон (коэнзим
Q), тироксин), карнозин, тушители
синглетного кислорода (-каротин)
Электронный парамагнитный
резонанс (ЭПР)
ЭПР-спектрометр
Спектр ЭПР
Иминоксильные радикалы
Ядерный магнитный резонанс (ЯМР)
ЯМР
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Ядра с четным числом протонов и нейтронов (четный
заряд Z и четная масса M не имеют магнитных моментов
( спин I = 0) 12
Все другие ядра имеют магнитные моменты и их можно изучать
методом ЯМР (на конец 2000 года были измерены магнитные
моменты 118 стабильных изотопов 104 химических элементов)
Спиновое квантовое число ядра I может принимать
полуцелые и целые значения от 1/2 до 9/2.
Спин определяет число возможных (разрешенных)
ориентаций магнитного момента во внешнем
магнитном поле: N = 2I +1
•
Схема простейшего ЯМР спектрометра
Химические сдвиги сигналов различных протонов в
спектрах протонного магнитного резонанса.
Спектр ЯМР этилового спирта
Кластерная структура воды
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!