Свободные радикалы в физиологическом контроле клеточных функций

При высоких концентрациях свободные радикалы и производные радикалов, невозвратные реактивные виды, опасны для живых организмов и повреждают все основные клеточные составляющие. Однако при умеренных концентрациях окись азота (NO), анион супероксид и родственные реактивные формы кислорода (ROS) играют важную роль в качестве регуляторных медиаторов в сигнальных процессах. Многие реакции, опосредованные ROS, фактически защищают клетки от окислительного стресса и восстанавливают редокс-гомеостаз. Высшие организмы также эволюционно использовали NO и ROS в качестве сигнальных молекул для других физиологических функций, включая регуляцию тонуса сосудов, мониторинг парциального давления кислорода в контроле вентиляции и продукции эритропоэтина, а также передачу сигнала от мембранных рецепторов в различных физиологических процессах. В этих случаях NO и ROS обычно генерируются плотно регулируемыми ферментами, такими как NO-синтаза (NOS) и изоформы NAD(P)H-оксидазы соответственно. При окислительном воздействии на данную сигнальную белковую молекулу возникает либо потеря функции, либо приобретение функции, либо переключение на иную функцию. Чрезмерные количества ROS могут появиться либо в результате чрезмерной стимуляции NAD(P)H-оксидаз, либо из менее хорошо регулируемых источников, таких как митохондриальная электронно-транспортная цепь. В митохондриях ROS образуются как нежелательные побочные продукты окислительного энергетического метаболизма. Избыточное и/или устойчивое увеличение продукции ROS было связано с патогенезом рака, сахарного диабета, атеросклероза, нейродегенеративных заболеваний, ревматоидного артрита, повреждения при ишемии/реперфузии, обструктивного апноэ сна и других заболеваний. Кроме того, свободные радикалы причастны к механизму старения. Предположение, что процесс старения может быть, по крайней мере частично, результатом окислительного повреждения, опосредованного радикалами, было выдвинуто более 40 лет назад Харманом (J Gerontol 11: 298-300, 1956). Накопляются доказательства того, что старение также включает прогрессивные изменения в регулируемых свободными радикалами процессах, которые приводят к изменению экспрессии генов.