Химические и молекулярные механизмы действия антиоксидантов: экспериментальные подходы и модельные системы

Свободные радикалы, образующиеся из соединений кислорода, азота и серы в биологических системах, обладают высокой реакционной способностью благодаря наличию неспаренных электронов. Они относятся к активным формам кислорода и азота (АФК и АФА), которые образуются в ходе клеточного метаболизма и функциональной активности и играют важную роль в передаче сигналов, апоптозе, экспрессии генов и переносе ионов. Однако избыток АФК повреждает основания нуклеиновых кислот, боковые цепи аминокислот в белках и двойные связи ненасыщенных жирных кислот, вызывая окислительный стресс. Это может приводить к повреждению ДНК, РНК, белков и липидов и повышать риск сердечно-сосудистых заболеваний, рака, аутизма и других болезней. Внутриклеточные антиоксидантные ферменты и поступление антиоксидантов с пищей могут способствовать поддержанию адекватного антиоксидантного статуса организма. За последние десятилетия для изучения влияния антиоксидантов на АФК и механизмов их действия были разработаны новые молекулярные методы, клеточные культуры и модели на животных. Химические и молекулярные подходы применяют для изучения механизмов и кинетики действия антиоксидантов, а также для выявления новых эффективных антиоксидантов. Антиоксиданты могут непосредственно уменьшать окислительное повреждение, вступая в реакцию со свободными радикалами, или действовать опосредованно — подавляя активность или экспрессию ферментов, образующих свободные радикалы, либо повышая активность или экспрессию внутриклеточных антиоксидантных ферментов. Для изучения молекулярного действия антиоксидантов используют новые химические и бесклеточные биологические системы. В этом обзоре рассматриваются исследовательские подходы к изучению окислительного стресса и антиоксидантов в контексте перекисного окисления липидов, повреждения ДНК, модификации белков и активности ферментов; особое внимание уделено химическим и бесклеточным биологическим системам.