Вещества, които неутрализират чужди тела в човешкото тяло. Трансформация на чужди вещества
Извънземни химически вещества (FHCs)) също се наричат ксенобиотици(от гръцки xenos - чужденец). Те включват съединения, които по своето естество и количество не са присъщи на природния продукт, но могат да бъдат добавени за подобряване на технологията, запазване или подобряване на качеството на продукта или могат да се образуват в продукта в резултат на технологични обработка и съхранение, както и при попадане на замърсители от околната среда. От околната среда 30-80% от общото количество чужди химикали влизат в човешкото тяло с храната.
Чуждите вещества могат да бъдат класифицирани според естеството на действието, токсичността и степента на опасност.
По естеството на действието PCV, който влиза в тялото с храната, може:
предоставят обща токсичностдействие;
предоставят алергичнидействие (сенсибилизиране на тялото);
предоставят канцерогенендействие (причиняват злокачествени тумори);
предоставят ембриотоксичендействие (ефект върху развитието на бременността и плода);
предоставят тератогенендействие (малформации на плода и раждане на потомство с деформации);
предоставят гонадотоксичнидействие (нарушаване на репродуктивната функция, т.е. нарушаване на функцията на възпроизвеждане);
нисък отбранителни силиорганизъм;
ускори процеси на стареене;
влияят неблагоприятно храносмиланеИ асимилацияхранителни вещества.
Токсичност, характеризирайки способността на веществото да причини вреда на тялото, вземете предвид дозата, честотата, начина на навлизане на вредното вещество и картината на отравяне.
Според степента на опасностчуждите вещества се делят на изключително токсични, силно токсични, умерено токсични, слабо токсични, практически нетоксични и практически безвредни.
Най-изследвани са острите ефекти на вредни вещества, които имат пряко действие. Особено трудно е да се оценят хроничните ефекти на PCV върху човешкото тяло и техните дългосрочни последици.
Вредни ефекти върху тялото могат да имат:
· продукти, съдържащи хранителни добавки (оцветители, консерванти, антиоксиданти и др.) – непроверени, неразрешени или използвани във високи дози;
· продукти или отделни хранителни вещества, получени по нова технология, чрез химичен или микробиологичен синтез, неизпитани или произведени в нарушение на технологията или от некачествени суровини;
· остатъци от пестициди, съдържащи се в растителни или животински продукти, получени при използване на фураж или вода, замърсени с високи концентрации на пестициди или във връзка с третиране на животни с пестициди;
· растителни продукти, получени с използване на неразрешени, неразрешени или нерационално използвани торове и вода за напояване (минерални торове и други агрохимикали, твърди и течни отпадъци от промишлеността и животновъдството, битови отпадъчни води, утайки от пречиствателни станции и др.);
· Животински и птичи продукти, получени с непроверени, неразрешени или неправилно приложени фуражни добавки и консерванти (минерални и азотни добавки, стимуланти на растежа - антибиотици, хормонални препарати и др.). Тази група включва замърсяване на храните, свързано с ветеринарни превантивни и терапевтични мерки (антибиотици, противоглистни и други лекарства);
· токсични вещества, мигриращи в продукти от оборудване, прибори, инвентар, контейнери, опаковки, когато се използват неодобрени или неразрешени пластмаси, полимери, каучук или други материали;
· токсични вещества, образувани в хранителните продукти при топлинна обработка, опушване, пържене, ензимна обработка, излагане на йонизиращи лъчения и др.;
· хранителни продукти, съдържащи токсични вещества, мигрирали от околната среда: атмосферен въздух, почва, водоеми (тежки метали, диоксини, полициклични ароматни въглеводороди, радионуклиди и др.). Тази група включва най-голям брой FHV.
Един от възможните начини за навлизане на HCI в храната от околната среда е включването им в хранителната верига.
"Хранителни вериги"представляват една от основните форми на взаимовръзка между отделните организми, всеки от които служи за храна на други видове. В този случай се извършва непрекъсната поредица от трансформации на вещества в последователни връзки "плячка-хищник". Основните варианти на такива схеми са показани на фиг. 2. Могат да се разглеждат най-простите вериги, при които замърсителите идват от почвата в растителни продукти (гъби, зеленчуци, зеленчуци, плодове, зърнени култури) в резултат на поливане на растения, третиране с пестициди и др., Натрупват се в тях и след това влизат с храната в човешкия организъм.
По-сложни са "веригите", в които има няколко звена. Например, трева - тревопасни - човекили зърно - птици и животни - човек. Най-сложните "хранителни вериги", като правило, са свързани с водната среда.
Ориз. 2. Възможности за навлизане на PCV в човешкия организъм по хранителни вериги
Веществата, разтворени във вода, се извличат от фитопланктона, последният след това се абсорбира от зоопланктона (протозои, ракообразни), след това се абсорбира от „мирни“, а след това и от хищни риби, влизайки с тях в човешкото тяло. Но веригата може да бъде продължена чрез ядене на риба от птици и всеядни и едва тогава вредните вещества навлизат в човешкото тяло.
Особеност на "хранителните вериги" е, че във всяка следваща връзка има кумулация (натрупване) на замърсители в много по-голямо количество, отколкото в предходната връзка. По този начин концентрацията на радиоактивни вещества в гъбите може да бъде 1000-10 000 пъти по-висока, отколкото в почвата. По този начин хранителните продукти, влизащи в човешкото тяло, могат да съдържат много високи концентрации на HCV.
За да се предпази човешкото здраве от вредното въздействие на чужди вещества, които влизат в организма с храната, са определени ограничения, които да гарантират безопасността на употребата на продукти, които съдържат чужди вещества.
Основните принципи за защита на околната среда и храните от чужди химикали включват:
· хигиенно регулиране на съдържанието на химикали в обекти на околната среда (въздух, вода, почва, хранителни продукти) и разработване на санитарно законодателство на тяхна основа (санитарни правила и др.);
· развитие на нови технологии в различни индустрии и селско стопанство, които минимално замърсяват околната среда (замяна на особено опасни химикали с по-малко токсични и нестабилни в околната среда; запечатване и автоматизиране на производствените процеси; преминаване към безотпадно производство, затворени цикли и др. .);
· въвеждане на ефективни санитарни съоръжения в предприятията за намаляване на емисиите на вредни вещества в атмосферата, неутрализиране на отпадъчни води, твърди отпадъци и др.;
· разработване и прилагане по време на строителството на планирани мерки за предотвратяване на замърсяването на околната среда (избор на място за изграждане на обект, създаване на санитарно-охранителна зона и др.);
· осъществяване на държавен санитарен и епидемиологичен надзор на обекти, замърсяващи атмосферния въздух, водни тела, почви, хранителни суровини;
· Осъществяване на държавен санитарен и епидемиологичен надзор на обекти, където може да възникне замърсяване на хранителни суровини и храни с FCM (предприятия от хранително-вкусовата промишленост, селскостопански предприятия, складове за храни, предприятия за обществено хранене и др.).
Имунитет: какво е това.
Крайната цел на имунната система е унищожаването на чужд агент, който може да бъде патоген, чуждо тяло, отровно вещество или дегенерирала клетка на самото тяло. В имунната система на развитите организми има много начини за откриване и отстраняване на чужди агенти, тяхната комбинация се нарича имунен отговор.
Всички форми на имунен отговор могат да бъдат разделени на придобити и вродени реакции.
придобит имунитет се образува след "първата среща" със специфичен антиген - клетките на паметта (Т-лимфоцити) отговарят за съхраняването на информацията за тази "среща". Придобитият имунитет е силно специфичен по отношение на определен тип антигени и позволява тяхното по-бързо и по-ефективно унищожаване при повторна среща.антигени наричат се молекули, които предизвикват специфични реакции на организма и се възприемат като чужди агенти. Например, хората, преболедували варицела (морбили, дифтерия), често развиват доживотен имунитет към тези заболявания.
вроден имунитет се характеризира със способността на организма да неутрализира чужд и потенциално опасен биоматериал (микроорганизми, трансплантант, токсини, туморни клетки, инфектирани с вируси клетки), който съществува първоначално, преди първото навлизане на този биоматериал в тялото.
Морфология на имунната система
Имунната система на хората и другите гръбначни животни е комплекс от органи и клетки, способни да изпълняват имунологични функции. На първо място, имунният отговор се осъществява от левкоцитите. Повечето от клетките на имунната система идват от хемопоетични тъкани. При възрастните развитието на тези клетки започва в костния мозък. Само Т-лимфоцитите се диференцират вътре в тимуса (тимусната жлеза). Зрелите клетки се заселват в лимфоидните органи и на границите с околната среда, близо до кожата или върху лигавиците.Тялото на животни с механизми на придобит имунитет произвежда много разновидности на специфични имунни клетки, всяка от които е отговорна за специфичен антиген. Наличието на голям брой разновидности на имунни клетки е необходимо, за да се отблъснат атаките на микроорганизми, които могат да мутират и да променят своя антигенен състав. Значителна част от тези клетки завършват жизнения си цикъл, без да участват в защитата на организма, например, без да срещнат подходящи антигени.
Имунната система защитава организма от инфекция на няколко етапа, като всеки етап увеличава специфичността на защитата. Най-простата линия на защита са физическите бариери (кожа, лигавици), които предотвратяват навлизането на инфекция – бактерии и вируси – в тялото. Ако патогенът проникне през тези бариери, вродената имунна система извършва междинна неспецифична реакция към него. Вродената имунна система се намира във всички растения и животни. В случай, че патогените успешно преодолеят въздействието на вродените имунни механизми, гръбначните имат трето ниво на защита - придобита имунна защита. Тази част от имунната система адаптира своя отговор по време на инфекциозния процес, за да подобри разпознаването на чужд биологичен материал. Този подобрен отговор продължава след ерадикация на патогена под формата на имунологична памет. Той позволява на механизмите на адаптивния имунитет да развият по-бърз и по-силен отговор всеки път, когато се появи същият патоген.
Както вроденият, така и адаптивният имунитет зависят от способността на имунната система да разграничава себе си от не-собствените молекули. В имунологията собствените молекули се разбират като онези компоненти на тялото, които имунната система е в състояние да различи от чуждите. За разлика от тях, молекулите, които се разпознават като чужди, се наричат чужди. Разпознатите молекули се наричат антигени, които понастоящем се дефинират като вещества, свързани от специфични имунни рецептори на адаптивната имунна система.
Повърхностни бариери
Организмите са защитени от инфекция чрез редица механични, химични и биологични бариери.Примери механични преградиВосъчното покритие на много листа на растенията, екзоскелетът на членестоногите, черупките на яйцата и кожата могат да служат като първа линия на защита срещу инфекция. Тялото обаче не може да бъде напълно отделено от външната среда, затова има други системи, които защитават външните послания на тялото – дихателната, храносмилателната и пикочно-половата система. Тези системи могат да бъдат разделени на постоянни и активирани в отговор на инвазия.
Пример за постоянно работеща система са малките косъмчета по стените на трахеята, наречени реснички, които правят бързи движения нагоре, премахвайки всякакъв прах, полени или други малки чужди предмети, така че да не могат да навлязат в белите дробове. По същия начин изгонването на микроорганизми се извършва чрез измиващо действие на сълзи и урина. Слузта, секретирана в дихателната и храносмилателната система, служи за свързване и обездвижване на микроорганизмите.
Ако постоянно действащите механизми не са достатъчни, тогава се включват "аварийните" очистващи механизми на тялото като кашлица, кихане, повръщане и диария.В допълнение към това има химически защитни бариери. Кожата и дихателните пътища отделят антимикробни пептиди (протеини)
Ензими като лизозим и фосфолипаза А се намират в слюнката, сълзите и майчиното мляко и също имат антимикробна активност. Вагиналното течение служи като химическа бариера след началото на менструацията, когато става леко кисело. Спермата съдържа дефензини и цинк за убиване на патогени. В стомаха солната киселина и протеолитичните ензими служат като мощни химически защитни фактори срещу погълнати микроорганизми.
В пикочно-половия и стомашно-чревния тракт има биологични бариери, представена от приятелски настроени микроорганизми – коменсали. Непатогенната микрофлора, която се е приспособила да живее в тези условия, се конкурира с патогенните бактерии за храна и пространство, като по този начин ги изтласква от техните бариерни зони. Това намалява вероятността болестотворните микроби да достигнат достатъчен брой, за да причинят инфекция.вроден имунитет
Ако микроорганизмът успее да проникне през първичните бариери, той се сблъсква с клетките и механизмите на вродената имунна система. Вродената имунна защита е неспецифична, т.е. нейните връзки разпознават и реагират на чужди тела, независимо от техните характеристики, според общоприетите механизми. Тази система не създава дългосрочен имунитет към определена инфекция.Неспецифичните имунни отговори включват възпалителни реакции, системата на комплемента, както и неспецифични убиващи механизми и фагоцитоза.
Тези механизми са разгледани в раздела "Механизми", системата на комплемента - в раздела "Молекули".придобит имунитет
Придобитата имунна система се появява по време на еволюцията на нисшите гръбначни животни. Осигурява по-интензивен имунен отговор, както и имунологична памет, благодарение на която всеки чужд микроорганизъм се „запомня” от уникални за него антигени. Придобитата имунна система е антиген-специфична и изисква разпознаване на специфични несобствени антигени в процес, наречен представяне на антиген. Специфичността на антигена позволява да се провеждат реакции, които са предназначени за специфични микроорганизми или клетки, заразени от тях. Способността за извършване на такива тясно насочени реакции се поддържа в тялото от "клетки на паметта". Ако даден макроорганизъм е заразен от микроорганизъм повече от веднъж, тези специфични клетки на паметта се използват за бързо унищожаване на този микроорганизъм.Клетките-ефектори на специфичен имунен отговор са разгледани в раздела "Клетки", механизмите за разгръщане на имунен отговор с тяхно участие - в раздела "Механизми".
За укрепване на имунната система, както и като превантивна мярка ще ви помогнат лечебните китайски плодове Годжи бери, повече подробности http://yagodygodzhi.ru/. Как тези плодове действат върху тялото можете да намерите в статията
Терминът "имунитет" (от латински immunitas - освобождаване от нещо) означава имунитет на организма към инфекциозни и неинфекциозни агенти. Животинските и човешките организми много ясно разграничават „свое“ от „чуждо“, което осигурява защита не само от въвеждането на патогенни микроорганизми, но и от чужди протеини, полизахариди, липополизахариди и други вещества.
Защитните фактори на организма срещу инфекциозни агенти и други чужди вещества се разделят на:
- неспецифична резистентност- механични, физико-химични, клетъчни, хуморални, физиологични защитни реакции, насочени към поддържане на постоянството на вътрешната среда и възстановяване на нарушените функции на макроорганизма.
- вроден имунитет- резистентност на организма към определени патогени, която е наследствена и присъща на даден вид.
- придобит имунитет- специфична защита срещу генетично чужди вещества (антигени), осъществявана от имунната система на организма под формата на производство на антитела.
Неспецифичната устойчивост на тялото се дължи на такива защитни фактори, които не се нуждаят от специално преструктуриране, но неутрализират чужди тела и вещества главно поради механични или физико-химични влияния. Те включват:
Кожата - като физическа бариера по пътя на микроорганизмите, тя едновременно има бактерицидно свойство срещу патогени на стомашно-чревни и други заболявания. Бактерицидното действие на кожата зависи от нейната чистота. Върху замърсената кожа микробите се задържат по-дълго, отколкото върху чистата кожа.
Лигавиците на очите, носа, устата, стомаха и други органи, като кожни бариери, в резултат на тяхната непропускливост за различни микроби и бактерицидното действие на секретите, изпълняват антимикробни функции. В слъзната течност, храчки, слюнка е специфичен протеин лизозим, който причинява "лизис" (разтваряне) на много микроби.
Стомашният сок (съдържа солна киселина) има много изразени бактерицидни свойства срещу много патогени, особено чревни инфекции.
Лимфни възли - в тях се задържат и неутрализират патогенни микроби. В лимфните възли се развива възпаление, което има пагубен ефект върху патогените на инфекциозни заболявания.
Фагоцитна реакция (фагоцитоза) - открита от I.I. Мечников. Той доказа, че някои кръвни клетки (левкоцити) са способни да улавят и усвояват микробите, освобождавайки тялото от тях. Такива клетки се наричат фагоцити.
Антителата са специални специфични вещества от микробен характер, които могат да инактивират микробите и техните токсини. Тези защитни вещества се намират в различни тъкани и органи (далак, лимфни възли, костен мозък). Те се образуват при въвеждане в организма на патогенни микроби, чужди протеинови вещества, кръвен серум на други животни и др. Всички вещества, способни да индуцират образуването на антитела, са антигени.
Придобитият имунитет може да бъде естествен, в резултат на инфекциозно заболяване, и изкуствен, който се придобива в резултат на въвеждане в организма на специфични биологични продукти - ваксини и серуми.
Ваксините са убити или отслабени инфекциозни агенти или техните токсини. Придобитият имунитет е активен, т.е. в резултат на активната борба на тялото с причинителя на заболяването.
В ХРАНАТА
Чуждите химикали включват съединения, които по своето естество и количество не са присъщи на естествен продукт, но могат да бъдат добавени за подобряване на технологията на консервиране или подобряване на качеството на продукта и неговите хранителни свойства, или могат да бъдат образувани в продукта в резултат на технологична обработка (нагряване, пържене, облъчване и др.) и съхранение, както и попадане в нея или в храна поради замърсяване.
Според чуждестранни изследователи, от общото количество чужди химикали, проникващи от околната среда в човешкото тяло, в зависимост от местните условия, 30-80% или повече идва с храната (K. Norn, 1976).
Спектърът от възможни патогенни ефекти на PCV, навлизащ в тялото с храна, е много широк. Те могат:
1) повлияват неблагоприятно храносмилането и усвояването на хранителните вещества;
2) понижават защитните сили на организма;
3) сенсибилизиране на тялото;
4) имат общ токсичен ефект;
5) причиняват гонадотоксични, ембриотоксични, тератогенни и канцерогенни ефекти;
6) ускоряват процеса на стареене;
7) нарушават функцията на възпроизвеждане.
Проблемът с отрицателното въздействие на замърсяването на околната среда върху човешкото здраве става все по-остър. Тя надхвърли националните граници и стана глобална. Интензивното развитие на промишлеността, химизацията на селското стопанство водят до факта, че в околната среда се появяват големи количества химични съединения, които са вредни за човешкото тяло. Известно е, че значителна част от чуждите вещества влизат в човешкото тяло с храната (например тежки метали - до 70%). Ето защо широката информираност на населението и специалистите за замърсителите в хранителните продукти е от голямо практическо значение. Наличието в хранителните продукти на замърсители, които нямат хранителна и биологична стойност или са токсични, застрашават човешкото здраве. Естествено, този проблем, засягащ както традиционните, така и новите хранителни продукти, стана особено остър в днешно време. Концепцията за "извънземна субстанция" се превърна в център, около който все още се разгарят дискусии. Световната здравна организация и други международни организации интензивно се занимават с тези проблеми от около 40 години, а здравните власти на много държави се опитват да ги овладеят и да въведат сертифициране на храните. Замърсителите могат да попаднат случайно в храната като замърсители, а понякога се въвеждат специално под формата на хранителни добавки, когато това се дължи на предполагаема технологична необходимост. В храната замърсителите могат при определени условия да причинят хранителна интоксикация, която е опасност за човешкото здраве. Цялостната токсикологична ситуация обаче се усложнява допълнително от честия прием на други нехранителни вещества, като лекарства; поглъщане на чужди вещества под формата на странични продукти от промишлени и други човешки дейности чрез въздух, вода, консумирана храна и лекарства. Химикалите, които навлизат в храната от заобикалящата ни среда, създават проблеми, които трябва да бъдат решени. В резултат на това е необходимо да се оцени биологичното значение на заплахата от тези вещества за човешкото здраве и да се разкрие връзката му с патологичните явления в човешкото тяло.
Един от възможните начини за навлизане на HCV в храната е включването им в т. нар. хранителна верига.
По този начин храната, която влиза в човешкото тяло, може да съдържа много високи концентрации на вещества, наречени чужди вещества (FSC).
Хранителните вериги са една от основните форми на взаимовръзка между различни организми, всеки от които се поглъща от друг вид.В този случай се извършва непрекъсната поредица от трансформации на вещества в последователни връзки на плячка - хищник. Основните варианти на такива хранителни вериги са показани на фигурата. Най-простите вериги могат да се разглеждат в кои растителни продукти: гъби, пикантни растения (магданоз, копър, целина и др.), зеленчуци и плодове, зърнени култури - получават замърсители от почвата в резултат на поливане на растения (от вода), при третиране растения с пестициди за борба с вредители; се фиксират и в някои случаи се натрупват в тях и след това заедно с храната навлизат в човешкото тяло, придобивайки способността да оказват положително или по-често неблагоприятно въздействие върху него.
По-сложни са веригите, в които има няколко връзки. Например трева - тревопасни - човек или зърно - птици и животни - човек. Най-сложните хранителни вериги обикновено са свързани с водната среда. Веществата, разтворени във вода, се извличат от фитопланктона, последният след това се абсорбира от зоопланктона (протозои, ракообразни), след това се абсорбира от "мирни", а след това от хищни риби, след което влиза в човешкото тяло с тях. Но веригата може да бъде продължена чрез ядене на риба от птици и всеядни (прасета, мечки) и едва след това влизане в човешкото тяло. Характеристика на хранителните вериги е, че във всяка следваща връзка има кумулация (натрупване) на замърсители в много по-голямо количество, отколкото в предходната връзка. Така, според W. Eichler, по отношение на DDT препаратите, водораслите, когато се извличат от вода, могат да увеличат (натрупат) концентрацията на лекарството с 3000 пъти; в тялото на ракообразните тази концентрация се увеличава с още 30 пъти; в тялото на рибата - още 10-15 пъти; а в мастната тъкан на чайките, които се хранят с тази риба - 400 пъти. Разбира се, степента на натрупване на определени замърсители в звената на хранителната верига може да се различава значително в зависимост от вида на замърсителите и естеството на звената на веригата. Известно е например, че концентрацията на радиоактивни вещества в гъбите може да бъде 1000-10 000 пъти по-висока, отколкото в почвата.
Възможности за въвеждане на чужди вещества
50. Механизмът на неутрализиране на чужди вещества в черния дроб.
Механизъм за детоксикация на токсините
Неутрализирането на веществата в черния дроб се състои в тяхната химическа модификация, която обикновено включва две фази.
В първата фаза веществото претърпява окисление (отделяне на електрони), редукция (присъединяване на електрони) или хидролиза.
Във втората фаза към новообразуваните активни химични групи се добавя вещество. Такива реакции се наричат реакции на конюгация, а процесът на добавяне се нарича конюгация (вижте въпрос 48).
51. Металотионеин, неутрализиране на йони на тежки метали в черния дроб. Протеини от топлинен шок.
металотионеин- семейство нискомолекулни протеини с високо съдържание на цистеин. Молекулното тегло варира от 500 Da до 14 kDa. Протеините са локализирани върху мембраната на апарата на Голджи. Металотионеините са способни да свързват както физиологични (цинк, мед, селен), така и ксенобиотични (кадмий, живак, сребро, арсен и др.) тежки метали. Свързването на тежки метали се осигурява от наличието на тиолови групи от цистеинови остатъци, които съставляват около 30% от общия аминокиселинен състав.
Когато йоните на тежките метали Cd2+, Hg2+, Pb2+ навлязат в тялото в черния дроб и бъбреците, се получава увеличаване на синтеза на металотионеини - протеини, които здраво свързват тези йони, като по този начин ги предпазват от по-нататъшна конкуренция с Fe2+, Co2+, Mg2+ йони, необходими за жизнените активност за местата на свързване в ензимите.
Процесите на микрозомално окисление в черния дроб са хидроксилиране на вредни съединения, което се случва с участието на ензима цитохром Р450 и завършва с промяна в първичната структура на молекулите на тези вещества. Много често този метод на автодетоксикация е най-важен, особено когато става въпрос за неутрализиране на органични токсични вещества и лекарства. По принцип именно в черния дроб се неутрализират максималното количество чужди вещества (ксенобиотици), а оттам те се изпращат към органите, през които ще бъдат изхвърлени.
Протеини от топлинен шоке клас от функционално подобни протеини, чиято експресия се увеличава с повишаване на температурата или при други стресови условия за клетката. Увеличаването на експресията на гени, кодиращи протеини на топлинен шок, се регулира на етапа на транскрипция. Изключителната регулация на експресията на гени, кодиращи протеини на топлинен шок, е част от клетъчния отговор на топлинен шок и се причинява главно от фактора на топлинния шок. Протеините на топлинния шок се намират в клетките на почти всички живи организми, от бактерии до хора.
52. Кислородна токсичност. Образуване на реактивни кислородни видове.
По време на растежа и метаболизма продуктите за намаляване на кислорода се произвеждат в микроорганизмите и се секретират в околната хранителна среда. Супероксидният анион, един продукт на редукция на кислорода, се получава чрез редукция на едновалентен кислород: o2-→ o2- Получава се по време на взаимодействието на молекулярен кислород с различни клетъчни елементи, включително редуцирани рибофлавини, флавопротеини, хинони, тиоли и желязо-сяра протеини. Точният процес, чрез който това причинява вътреклетъчно увреждане, не е известен; въпреки това, той е способен да участва в много разрушителни реакции, потенциално смъртоносни за клетката. В допълнение, продуктите от вторичните реакции могат да повишат токсичността.
Например, една хипотеза твърди, че супероксидният анион реагира с водороден пероксид в клетката:
O2-+ H2O2 → O - + O. + O2
Тази реакция, известна като реакцията на Haber-Weiss, произвежда свободния хидроксилен радикал (O·), който е най-мощният познат биологичен окислител. Той може да атакува почти всяка органична материя в клетката.
Последващата реакция между супероксидния анион и хидроксилния радикал
Тениски кислородни продукти (O2*), които също са разрушителни за клетката:
O2-+ O → O + O2*
Една възбудена синглетна кислородна молекула е силно реактивна. Следователно, супероксидът трябва да бъде отстранен, за да могат клетките да оцелеят в присъствието на кислород.
Повечето факултативни и аеробни организми съдържат висока концентрация на ензим, наречен супероксид дисмутаза. Този ензим превръща супероксидния анион в стандартно състояние на кислород и водороден пероксид, като по този начин освобождава клетката от разрушителните супероксидни аниони:
2o2-+ 2H+супероксиддисмутаза O2 + H2O2
Водородният пероксид, произведен при тази реакция, е окислител, но не уврежда клетката толкова, колкото супероксидния анион и има тенденция да циркулира извън клетката. Много организми притежават каталаза или пероксидаза или и двете за елиминиране на H2O2. Каталазата използва H2O2 като окислител (акцептор на електрони) и редактант (донор на електрони), за да превърне пероксида в стандартно състояние на кислород и вода:
H2O2 + H2O2 Каталаза 2H2O + O2
Пероксидазата използва редактант, различен от H2O2: H2O2 + пероксидаза H2R 2H2O + R
В основно състояние молекулярният кислород е относително стабилна молекула, която не реагира спонтанно с различни макромолекули. Това се обяснява с неговите
електронна конфигурация: основната форма на кислород в атмосферата (3O2) е в триплетно състояние.
Понастоящем ROS включват кислородни производни с радикален характер (супероксиден радикал (анионен радикал) O2 -, хидропероксиден радикал HO2, хидроксилен радикал HO), както и неговите реактивни производни (водороден пероксид H2O2, синглетен кислород 1O2 и пероксинитрит).
Тъй като растенията са неподвижни и под постоянното влияние на променящите се условия на околната среда, а също така извършват кислородна фотосинтеза, концентрацията на молекулярен кислород в техните тъкани е много по-висока, отколкото при другите еукариоти. Доказано е, че концентрацията на кислород в митохондриите на бозайниците достига 0,1 μM, докато в митохондриите на растителните клетки е повече от 250 μM. В същото време, според изследователите, приблизително 1% от кислорода, абсорбиран от растенията, се превръща в неговите активни форми, което неизбежно е свързано с непълно поетапно възстановяване на молекулярния кислород.
По този начин появата на реактивни кислородни видове в живия организъм е свързана с протичането на метаболитни реакции в различни клетъчни отделения.