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.