PEROKSYACJA LIPIDÓW

Peroksydacja lipidów – wolnorodnikowy proces utleniania nienasyconych kwasów tłuszczowych lub innych lipidów, w którym powstają nadtlenki tych związków.

Peroksydacja lipidów, jak każdy proces wolnorodnikowy składa się z trzech faz:

1. Inicjacji

2. Propagacji

3. Terminacji

Nie koniec jednak na tym, ten proces jest jeszcze bardziej skomplikowany i ma swoje „życie po życiu”.

1. INICJACJA

Inicjacja peroksydacji lipidów polega na oderwaniu atomu wodoru od cząsteczki wielonienasyconego kwasu tłuszczowego lub reszty takiego kwasu wchodzącej w skład fosfolipidu.

L – cząsteczka nienasyconego kwasu tłuszczowego lub fosfolipidu, w którego składzie występuje reszta takiego kwasu.

Czynniki mogące oderwać wodór od cząsteczki nienasyconego kwasu tłuszczowego:

• Rodnik hydroksylowy ^•OH

• Rodniki: nadtlenkowy LOO^•, alkoksylowy LO^• bądź alkilowy L^• substancji obecnych w komórce lub ksenobiotyków.

• Rodnik wodoronadtlenkowy HO₂^•

• Ozon

• Tlenek i ditlenek azotu

• Ditlenek siarki

• Podchloryn

• Kationodniki: ferrytowy bądź nadferrylowy

• Kompleks: Fe²⁺ - O₂ – Fe³⁺

Oderwaniu ulega zwykle jeden z atomów wodoru związanych z atomem węgla pomiędzy dwoma wiązaniami podwójnymi, gdyż podwójne wiązania osłabiają wiązanie C-H w przyległych atomach węgla.

Reakcja inicjacji przekształca cząsteczkę kwasu tłuszczowego w wolny rodnik alkilowy L^•, gdyż przy atomie węgla, który stracił atom wodoru powstaje niesparowany elektron.

Następuje przegrupowanie wiązań podwójnych, w którego wyniku powstają wiązania sprzężone (tzn. nie przedzielone atomem węgla, który nie uczestniczyłby w żadnym wiązaniu podwójnym).

2. PROPAGACJA (PROLONGACJA)

Wolne rodniki alkilowe L^• reagują z tlenem, tworząc wolne rodniki nadtlenkowe LOO^•.

L^• + O2 → LOO^•

Wolne rodniki nadtlenkowe zdolne są do odrywania atomów wodoru od kolejnych jeszcze „zdrowych” cząsteczek wielonienasyconych kwasów tłuszczowych LH.

LOO^• + LH → LOOH + L^•

Taka reakcja prowadzi do powstania nadtlenku kwasu tłuszczowego LOOH. W powyższej reakcji wolny rodnik nie ginie, bo do niebezpiecznej zabawy wciągana jest kolejna „zdrowa” cząsteczka kwasu tłuszczowego.

Ten cykl reakcji może powtarzać się wielokrotnie, póki nie położy mu kresu reakcja germinacji i może doprowadzić do przekształcenia w nadtlenek – zależnie od częstości reakcji germinacji – kilku, kilkudziesięciu czy nawet kilkuset cząsteczek kwasów tłuszczowych.

3. TERMINACJA

Reakcja pomiędzy wolnymi rodnikami (rekombinacja wolnych rodników) prowadzi do powstania produktu, który nie jest wolnym rodnikiem, czyli do terminacji procesu wolnorodnikowego.

Terminacja może sprowadzać się do reakcji pomiędzy dwoma wolnymi rodnikami alkilowymi, dwoma rodnikami nadtlenkowymi lub dwoma różnymi rodnikami, które występują w układzie:

L^• + L^• → L-L

LOO^• + LOO^• → L=O + LOH + O2

LOO^• + L^• → L=O + LOH

Produktami reakcji terminacji są dimery kwasów tłuszczowych (w błonach biologicznych dimery fosfolipidów) oraz okso- lub hydroksykwasy tłuszczowe – a więc zmodyfikowane, uszkodzone cząsteczki lipidów.

W komórce peroksydacja zachodzi w błonach zawierających również białka. Wolne rodniki powstające w procesach peroksydacji lipidów mogą reagować także z białkami. W rezultacie powstają również wolne rodniki białek, które mogą uczestniczyć w reakcjach terminacji, tworząc mieszane połączenia białkowo-lipidowe.

4. REINICJACJA

Polega na tym, że nadtlenki lipidów – czyli nierodnikowe już produkty peroksydacji mogą ulegać rozkładowi prowadzącemu znów do powstania produktów wolnorodnikowych. Rozpad taki jest inicjowany przez jony metali przejściowych (zwłaszcza żelaza i miedzi).

LOOH + Fe²⁺ → Fe³⁺ + OH^- + LO^•

LOOH + Fe³⁺ → Fe²⁺ + H⁺ + LOO^•

Stałe szybkości reakcji jonów Fe2+ z nadtleenkami lipidów są o rząd wielkości większe niż stałe szybkości reakcji tych jonów z nadtlenkiem wodoru (odpowiednio ok. 103 l/mol*s i 75 l/mol*s). Jony Fe³⁺ reagują z nadtlenkami lipidów wolniej niż jony Fe²⁺.

Zdaniem niektórych autorów, w wyniku reinicjacji może też powstawać rodnik ferrytowy.

LOOH + Fe³⁺ → [Fe(IV)=O]²⁺ + H⁺ + LO^•

Również glukoza i glikozylowane peptydy mogą uczestniczyć w reinicjacji peroksydacji lipidów.

Dalsze przemiany produktow peroksydacji zachodzą m.in. drogą β-eliminacji, prowadzą do rozpadu reszt wielonienasyconych kwasów tłuszczowych i powstania kilku- i kilkunastu węglowych fragmentów.

Najpopularniejszym spośród nich jest dialdehyd malonowy (MDA)

Oprócz niego powstają inne aldehydy i hydroksyaldehydy w tym:

• 4-hydroksyalkenale

• 2-alkenale

• Hepta-2,4-dienal

• 5-hydroksyoktanal

I wiele innych aldehydów, a także węglowodory, tj. etanol i pentan.

Dużym zainteresowaniem badaczy cieszy się ostatnio 4-hydroksynonenal.

Im więcej wiązań podwójnych zawiera cząsteczka (reszta) kwasu tłuszczowego, tym łatwiej ulega ona peroksydacji.

Stosunek szybkości peroksydacji homologicznych kwasów tluszczowych, zawierających 2,4,5 i 6 wiązań podwójnych wynosi 1:4:6:8.

Zaburzenia struktury lipidów błony mogą wzmagać szybkość peroksydacji. Uważa się obecnie, że w wielu sytuacjach fizjologicznych pewna niewielka część lipidów blon komórkowych może znajdować się nie w fazie laminarnej (czyli w formie dwuwarstwy lipidowej), lecz w innych fazach, zwłaszcza w odwrotnej fazie heksagonalnej.

Fosfatydyloetanoloamina i fosfatydylocholina są bardziej wrażliwe na peroksydację w odwrotnej fazie heksagonalnej niż w fazie laminarnej.