Проблема свободнорадикального окисления в последнее время привлекает внимание ученых различных специальностей. Загрязнение окружающей среды, потребляемая пища и различные инфекционно-воспалительные заболевания являются причинами образования свободных радикалов в человеческом организме. Свободным радикалом считается химическое соединение, имеющее один или более неспаренных электронов и образованное путем потери или приобретения одного электрона. В человеческом организме постоянно образуются свободные радикалы [1]. Например, около 5% потребляемого тканями кислорода превращается в свободные радикалы, так называемые активные формы кислорода (АФК). В норме клетки инактивируют АФК при помощи антиокислительной защитной системы, однако повышение уровня АФК сверх защитных возможностей клетки может вызвать серьезные клеточные нарушения. Значительное усиление процессов свободнорадикального окисления, связанное с увеличением содержания АФК, называется оксидативным стрессом [2]. При оксидативном стрессе свободные радикалы окисляют биологические макромолекулы, такие как ДНК, протеины, липиды, ингибируя их функциональную активность и инициируя мутации [3]. Доказано, что оксидативный стресс является причиной развития сердечно-сосудистых заболеваний, в том числе атеросклероза [4], гипертонии [5], диабета [6] и ряда других, а также является одной из причин старения.
Вещества, способные инактивировать свободные радикалы с образованием неактивных или менее активных форм, называют антиоксидантами. Антиоксиданты играют важную роль в регуляции протекания свободнорадикальных реакций в организме и существенно влияют на его состояние. В исследованиях, проведенных как in vitro, так и in vivo, было показано положительное влияние антиоксидантов на течение различных инфекционно-воспалительных заболеваний, доказано, что различные вещества имеют разную эффективность [7, 8]. Оценка антиокислительных свойств различных соединений является крайне актуальной задачей, однако стандартизованного метода оценки антиокислительной активности не существует [9]. Целью настоящей работы явилось выявление наиболее активных антиоксидантов, позволяющих ингибировать активные формы кислорода как в водной, так и в водно-органической средах, на модельных реакциях фотокаталитического окисления.
Препараты: dl-альфа-токоферола ацетат (DSM nutritional products, Швейцария), аскорбиновая кислота (DSM nutritional products, Швейцария), дигидрокверцетин (Taxifolin hydrate, Sigma-Aldrich, США), метионин (ООО «Полисинтез», Россия), таурин (ООО «Полисинтез», Россия). Структурные формулы исследуемых препаратов представлены на рис. 1.
Оценку антиокислительной активности соединений проводили методом, описанным ранее [10]. В качестве фотосенсибилизатора использовали димегин (ДМГ) — динатриевую соль 2,7,12,18-тетраметил-3,8-ди (1-метоксиэтил)-13,17-ди (2-оксикарбонилэтил) порфирина, синтезированную в ИМБХ РАМН Г. В. Пономаревым. В качестве субстрата использовали водный или водно-спиртовой раствор антрацена (Sigma-Aldrich, США) или триптофана (Sigma-Aldrich, США) в отсутствие и в присутствии плюроника в концентрации 1 × 10-5 М. Концентрация субстратов составляла 0,8–1,5 × 10-4 М, концентрация фотосенсибилизатора составила 5 × 10-6 М, исследуемые препараты вносили в концентрации от 1 × 10-5 М до 1 × 10-3 М. Реакционную смесь обрабатывали при помощи фототерапевтического светодиодного аппарата с длиной волны 400 нм, мощностью 210 мВт.
При изучении антиокислительной активности соединений на модели фотоокисления антрацена в этиловом спирте в присутствии плюроника были получены данные, показывающие высокую антиокислительную активность dl-альфа-токоферола ацетата, аскорбиновой кислоты и дигидрокверцетина. Определенные в ходе работы эффективные константы окисления антрацена в отсутствие и в присутствии веществ показывают снижение до двух раз константы скорости реакции окисления. Установлено, что добавление плюроника в реакционную смесь не влияет на скорость протекания реакции фотоокисления. Ранее было показано, что плюроник влияет на скорость процессов фотосенсибилизированного окисления в водных растворах вследствие встраивания ДМГ в мицеллы полимера. Можно полагать, что причина отсутствия влияния полимера в данном случае заключается в том, что в спиртовых растворах плюроник находится в виде юнимеров [11]. На рис. 2 приведены зависимости констант скорости окисления антрацена в присутствии различных веществ в различных концентрациях. Видно, что при концентрациях веществ выше 5 × 10-5 М наблюдается падение констант скорости окисления. При этом наибольшее падение фиксируется при введении в реакционную среду аскорбиновой кислоты (рис. 2, кривая 2) или ее смеси с dl-альфа-токоферола ацетатом и персиковым маслом (рис. 2, кривая 3). Сравнение полученных констант скорости фотосенсибилизированного окисления антрацена в спирте в присутствии ДМГ (5 × 10-6 М) дает основание считать наиболее активным антиоксидантом аскорбиновую кислоту. При этом в случае использования смеси dl-альфа-токоферола ацетата, аскорбиновой кислоты и персикового масла первоначально антиокислительная активность проявляется за счет аскорбиновой кислоты, затем ингибирующее действие оказывает смесь, содержащая dl-альфа-токоферола ацетат (витамин Е).
При изучении антиокислительной активности соединений на модели фотоокисления триптофана в водно-спиртовом растворе в присутствии плюроника (соотношение спирт/вода 1:1) были получены данные, показывающие высокую антиокислительную активность метионина. На рис. 3 представлена зависимость констант скорости окисления триптофана в присутствии метионина или таурина в различных концентрациях. При сравнении полученных данных видно, что в присутствии метионина наблюдается снижение константы скорости фотоокисления триптофана. В то же время таурин фактически не оказывает влияния на константу скорости процесса фотоокисления. Выявляемую разницу в антиоксидантных свойствах метионина и таурина можно связать с наличием в молекуле метионина реакционноспособной тиольной группы, тогда как в состав молекулы таурина входит устойчивая к окислению сульфогруппа. Следует отметить, что в присутствии таурина не наблюдалось изменений ни в значениях константы kэффтрп (рис. 3), ни в характере кинетических зависимостей. При этом наличие плюроника также не влияло на скорость фотоокисления субстрата и вид кинетических зависимостей для процесса фотоокисления триптофана.
Таким образом, по полученным данным можно сделать вывод о том, что dl-альфа-токоферола ацетат (витамин Е), аскорбиновая кислота (витамин С), дигидрокверцетин и метионин обладают антиокислительной активностью. Наиболее выраженная антиокислительная активность обнаружена у аскорбиновой кислоты. При анализе смеси dl-альфа-токоферола ацетата, аскорбиновой кислоты и персикового масла первоначально антиокислительная активность проявляется за счет аскорбиновой кислоты, затем ингибирующее действие оказывает смесь, содержащая dl-альфа-токоферола ацетат (витамин Е) с персиковым маслом. Показано, что таурин не обладает антиокислительной активностью на модели фотосенсибилизированного окисления и не способен реагировать с активными формами кислорода.
Литература
Н. А. Аксенова*, 1, кандидат химических наук
А. А. Акованцева**
А. Б. Соловьева*, доктор химических наук, профессор
П. С. Тимашев**, кандидат химических наук
* ФГБУН ИХФ им. Н. Н. Семенова РАН, Москва
** ФГБУН ИПЛИТ РАН, Москва