Предисловие
Аэробные организмы
нуждаются в кислороде для своей жизнедеятельности.
В нормальных условиях подавляющее количество молекулярного кислорода (более 95
%) потребляется в клетке митохондриальным ферментом цитохромоксидазой, которая, присоединяя к О2 четыре электрона, катализирует образование двух
молекул воды. В конце 60-х гг. XX в. было
установлено, что в клетках аэробных организмов образуется анион-радикал
кислорода и И. Фридовичем
выявлена специальная ферментная система, обеспечивающая его детоксикацию.
В результате этого открытия и последовавших за ним исследований стало ясно, что
образование свободных радикалов в организме не является каким-то исключительным
событием, а, напротив, биорадикалы и продукты их
взаимодействия с органическими молекулами – пероксиды, образуются как побочные,
а иногда и как основные продукты метаболизма. В нормально функционирующих
клетках аэробных организмов содержание активных форм кислорода (АФК) поддерживается на оптимальном
уровне благодаря наличию сложной, многоуровневой системы антиоксидантной
защиты. Нарушение баланса между интенсивностью образования свободных радикалов
и активностью антиоксидантной системы при различных экстремальных и
патологических состояниях приводит к развитию окислительного стресса.
Интенсивное образование свободных радикалов в условиях окислительного стресса
приводит к повреждению белков, липидов и нуклеиновых кислот. Окислительный
стресс является одним из патогенетических звеньев многих заболеваний.
В последние
годы появляются все новые сведения о роли АФК, что позволяет более углубленно
проанализировать особенности метаболических процессов в клетках, в результате
многочисленных исследований выкристаллизовываются новые подходы к оценке ряда
метаболических процессов в тканях. Так, еще совсем недавно АФК и
реакционно-способные радикальные соединения, образующиеся в организме,
рассматривались с позиций побочных продуктов метаболизма, проявляющих
токсическое действие. В настоящее время показано, что они являются нормальными
продуктами метаболизма в клетке, выполняя определенную функциональную нагрузку
в организме. Установлена важная роль АФК в регуляции метаболических процессов,
выясняется их роль в качестве сигнальных молекул. В настоящее время ведутся
интенсивные исследования в этом направлении.
Несмотря на фундаментальность проблемы, в современных
учебниках по биохимии, биофизике, мембранологии и др.
имеются лишь небольшие сведения о свободных радикалах и механизмах их
регуляции. В настоящее время во многих высших учебных заведениях читается
спецкурс «Свободные радикалы в биологических системах». Многие
вопросы программы подобных спецкурсов отражены в ряде монографий и научных
обзоров ведущих отечественных и зарубежных
специалистов (Ю.А. Владимиров, А.И. Арчаков, 1972; B. Halliwell, J.M.C. Gutteridge, 1999; Н.К. Зенков
и др., 2001; В.Х. Хавинсон и др., 2003; В.А. Костюк,
А.И. Потапович, 2004; Е.Е. Дубинина, 2006; Е.Б. Меньщикова и др., 2006, 2008).
В то же время мало учебных пособий, в которых отражены методические аспекты
изучения свободнорадикальных процессов.
В предлагаемом учебном пособии приводятся
современные наиболее часто используемые методы исследования продуктов свободнорадикального окисления липидов и белков, а также
компонентов антиоксидантной защиты. Большинство из них апробированы авторами
при выполнении научных исследований, а также студентами на больших практикумах
и лабораторном практикуме по спецкурсу «Свободные радикалы в биологических
системах» на кафедре биохимии Дагестанского госуниверситета. В учебном пособии
подробно изложены современные представления об активных формах кислорода и их
роли в норме и в условиях оксидативного стресса, в т.
ч. об их участии в сигнальных и регуляторных процессах (гл. 1). Большое
внимание уделено методам подготовки биологического материала для исследования
(гл. 2). Глава 3 посвящена методам определения АФК и продуцирующим их системам:
приведены методики определения стабильных продуктов оксида азота в крови, а
также определения активности ксантиноксидазы.
Достаточно подробно описаны методы определения продуктов перекисного окисления
липидов (гл. 4) и окислительной модификации белков (гл. 5). В 6 и 7 главах
приведены методы исследования компонентов антиокислительной системы. В начале
каждой главы, а в ряде случаев перед описанием методики, приведены литературные
сведения. В конце описания каждой методики дается ссылка на оригинальный
источник.
В конце
пособия приведены методические указания к самостоятельной работе студентов по
темам. Этот раздел включает вопросы для обсуждения на семинарских занятиях,
тесты для самоконтроля усвоения темы, а также рекомендуемую работу для
лабораторного занятия.
Завершается
пособие разделом «Приложение», где даны полезные ссылки.
Авторы надеются, что пособие поможет студентам, магистрам и аспирантам биологических и медицинских специальностей глубже освоить теоретические основы свободнорадикальных процессов, а также овладеть методами их исследования.