Emri i substancave kimike me radikale. Radikalet e lira

Radikalet e lira janë specie molekulare, që kanë elektron të paçiftuar në orbitalet e jashtme dhe posedojnë reaktivitet të lartë kimik. Studimi i tyre kryhet duke përdorur EPR (teknika e kapjes së rrotullimit), kimilumineshencën dhe frenuesit e reaksioneve, në të cilat përfshihen radikale të llojeve të caktuara. Radikalet kryesore, të prodhuara në trupin tonë janë radikalet e oksigjenit (radikalet superoksid dhe hidroksil), monoksidi i azotit, radikalet e acideve yndyrore të pangopura, gjysmëkuinonet e formuara në reaksionet e reduktimit oksidativ (p.sh. ubiquinol). Radikale të ndryshme formohen gjithashtu nën veprimin e rrezeve ultravjollcë dhe në rrjedhën e metabolizmit të disa përbërjeve të panatyrshme (ksenobiotikë), duke përfshirë disa substanca, të përdorura më parë si ilaçe.

Çfarë janë radikalet e lira?

Foto 1. Struktura elektronike e molekulës së metanolit

Figura 2.Struktura elektronike e radikalit të metanolit

Dihet mirë se në molekulat organike (përfshirë ato që përbëjnë trupin tonë) elektronet në shtresën e jashtme elektronike janë të renditura në çifte: një palë në secilën orbitale (Fig. 1)

Radikalet e lira ndryshojnë nga molekulat e zakonshme në atë që kanë një elektron të paçiftuar (të vetëm) në shtresën e jashtme elektronike (Fig. 2 dhe 3).

Elektroni i paçiftuar në radikale zakonisht shënohet me një pikë. Për shembull, radikali hidroksil emërtohet si HO·, radikali i peroksidit të hidrogjenit si HOO·, radikali i superoksidit si ·OO- ose O2·-. Më poshtë janë formulat e tre radikaleve të alkoolit etilik: CH3CH2O·; CH3·CHOH; CH3CH2O

Kështu që:
Një radikal i lirë është një grimcë - një atom ose molekulë që ka një ose më shumë elektrone të paçiftuar në shtresën e jashtme të saj.

Kjo i bën radikalët kimikisht aktivë, pasi radikali kërkon ose të rifitojë elektronin që mungon duke e hequr atë nga molekulat përreth, ose të heqë qafe elektronin "ekstra" duke ia dhënë molekulave të tjera.

Molekula e oksigjenit (dioksigjen), e cila përmban deri në dy elektrone të paçiftuara në shtresën e jashtme të saj, e gjen veten në një pozicion të veçantë. Kështu, dioksigjeni është diradikal dhe, si radikalët e tjerë, është shumë reaktiv.

Figura 3. Struktura elektronike e disa molekulave dhe radikaleve

Është e rëndësishme të theksohet se elektronet e paçiftuara duhet të jenë në shtresën e jashtme të atomit ose molekulës. Koncepti i një radikali të lirë nuk përfshin jonet metalike me valencë të ndryshueshme, elektronet e paçiftuara të të cilave ndodhen në guaskat e brendshme. Meqenëse si radikalët ashtu edhe jonet e metaleve si hekuri, bakri ose mangani (si dhe komplekset e këtyre metaleve) prodhojnë sinjale të rezonancës paramagnetike të elektroneve (EPR), këto grimca së bashku shpesh quhen qendra paramagnetike.

Kështu, formimi i radikaleve nga molekula të qëndrueshme shkaktohet nga shfaqja e një elektroni të ri në një orbitale me valencë të lirë ose, anasjelltas, nga largimi i një elektroni nga një çift elektronik. Këto procese zakonisht ndodhin si rezultat i reaksioneve të oksidimit ose reduktimit me një elektron. Reaksione të tilla zakonisht përfshijnë, së bashku me molekulën nga e cila formohet radikula, një jon metalik me valencë të ndryshueshme, i cili shërben si dhurues ose pranues i një elektroni (dhe jo dy në të njëjtën kohë, siç ndodh në reaksionet midis dy molekulave organike ose ndërmjet një molekulë organike dhe oksigjen). Një shembull tipik i një reaksioni në të cilin formohet një radikal është reaksioni Fenton: ndërveprimi i peroksidit të hidrogjenit me një jon hekuri dyvalent:
Fe2+ ​​+ H2O2 => Fe3+ + OH- + ·OH (radikal hidroksil)

Në temperatura të larta ose nën ndikimin e rrezatimit ultravjollcë, radikalet mund të formohen edhe si rezultat i këputjes së një lidhjeje kimike (ndarje homolitike). Në kushte normale, reagime të tilla praktikisht nuk ndodhin në qelizat normale të gjalla.

Nomenklatura e radikalëve

Relativisht kohët e fundit, Komisioni për Nomenklaturën e Kimisë Inorganike formuloi rregullat bazë për nomenklaturën e radikalëve (shih (Koppenol, 1990 #7)) (Tabela 1).

Tabela 1. Emrat e disa radikaleve dhe molekulave sipas rekomandimeve të Komisionit për Nomenklaturën e Kimisë Inorganike (1990).

Le të shohim disa nga këto rekomandime. Para së gjithash, nuk ka nevojë të shkruhet "falas" para fjalës radikal. Natyra radikale e grimcës në fjalë tregohet nga mbaresa "il". Kështu, radikalët RO· dhe HO· emërtohen përkatësisht "alkoksil" dhe "hidroksil".

Rekomandimi për të mos abuzuar me derivatet e "peroksidit" dhe "hidroperoksidit" mund të konsiderohet shumë i ri. Një grup prej dy atomesh oksigjeni të lidhur së bashku quhet "dioksid". Prandaj, rekomandohet të quhet radikal ROO· "alkildioksil" (Koppenol, 1990 #7). Emri alternativ "alkilperoksil" gjithashtu mund të mbahet, por kjo është më keq (Koppenol, 1990 #7). Oksigjeni molekular quhet "dioksigjen" dhe ozoni quhet "trioksigjen".

Emri me mbaresën "il" është shumë i përshtatshëm, por nuk tregon asgjë se cila është ngarkesa e grimcave. Prandaj, në raste të nevojshme, rekomandohet përdorimi i emrit sistematik të radikalit, ku pas emrit të grupit ngarkohet në kllapa. Për shembull, radikali O2·- ka emrin "dioksid (1-)". Në këtë punë, ne do të përdorim emrin më të shkurtër "dioksid" Kur shkruajmë formula radikale në mbishkrim, së pari vendoset një pikë që tregon praninë e një elektroni të paçiftuar në një atom të caktuar, dhe më pas shenjën e ngarkesës së jonit. Për shembull "O2·-". Në formulat strukturore, pika duhet të vendoset saktësisht në atomin ku ndodhet elektroni i paçiftuar. Për shembull, për të theksuar se dioksigjeni ka dy elektrone të paçiftëzuara, mund ta shkruani formulën e tij në këtë mënyrë: "O2". Tabela 1 ofron një listë të emrave të rekomanduar të radikalëve; në kllapa katrore janë titujt që do të përdoren kryesisht në këtë libër.

Radikalet që gjenden në trupin tonë

Radikalet primare dhe molekulat reaktive

Të gjithë radikalët e formuar në trupin tonë mund të ndahen në natyrore dhe të huaja. Nga ana tjetër, radikalet natyrore mund të ndahen në primare, dytësore dhe terciare (Vladimirov, 1998 #8). (Shih diagramin në Fig. 4).

Figura 4. Klasifikimi i radikaleve të lira të formuara në trupin tonë

Radikalet primare mund të quhen radikale, formimi i të cilave kryhet me pjesëmarrjen e sistemeve të caktuara enzimë. Para së gjithash, këto përfshijnë radikalet (gjysmëkuinone) të formuara në reaksionet e bartësve të tillë të elektroneve si koenzima Q (ne e shënojmë radikalin si Q·) dhe flavoproteinat. Dy radikale të tjera, superoksidi (·OO-) dhe monoksidi i azotit (·NO), kryejnë gjithashtu funksione të dobishme për trupin, të cilat do të diskutohen më në detaje në seksionet përkatëse.

Nga radikali primar - superoksidi, si dhe si rezultat i reaksioneve të tjera, në trup formohen komponime molekulare shumë aktive: peroksid hidrogjeni, hipoklorit dhe hidroperokside lipidike (shih Fig. 5). Molekula të tilla, së bashku me radikalët, morën emrin "specie reaktive" në letërsinë angleze, e cila në letërsinë ruse më së shpeshti përkthehet si "forma aktive". Për të bërë dallimin midis radikaleve dhe produkteve molekulare, ne propozojmë t'i quajmë këto të fundit "molekula reaktive". Kështu, propozohet terminologjia e mëposhtme:

Format aktive = radikalet e lira + molekulat reaktive

Halliwell sugjeron termat specie reaktive të oksigjenit, nitrogjen dhe klor (Halliwell, 1998 #9). Siç mund të shihet nga diagrami në Fig. 5, speciet reaktive të oksigjenit përfshijnë superoksid, radikal hidroksil, peroksid hidrogjeni dhe oksigjen të vetëm. Oksidi nitrik dhe rezultati i ndërveprimit të tij me superoksidin - peroksinitrit - propozohen të quhen forma aktive të azotit. Forma aktive e klorit mund të quhet hipoklorit, e formuar në reagimin e peroksidit të hidrogjenit me një jon klorur, i cili katalizohet nga enzima mieloperoksidazë.

Figura 5. Llojet reaktive të oksigjenit, azotit dhe klorit

Në terminologjinë aktuale, është e nevojshme të gjendet një vend për radikalet dhe hidroperoksidet e acideve yndyrore të pangopura, të cilat formohen në një reaksion shumë të rëndësishëm të oksidimit zinxhir të lipideve. Nga pikëpamja kimike, ky është një grup heterogjen. Kur një atom hidrogjeni hiqet nga një molekulë e acidit yndyror të pangopur, formohet një radikal alkid, në të cilin elektroni i paçiftuar lokalizohet në atomin e karbonit. Kjo është si një "formë aktive e karbonit". Por me ndërveprim të mëtejshëm të radikalit alkil me dioksigjenin (oksigjen molekular), një radikal dioksidi formohet me elektronin e paçiftuar të lokalizuar në atomin e oksigjenit. Në strukturë dhe pjesërisht në veti, një radikal i tillë i ngjan superoksidit dhe mund të klasifikohet si një formë aktive e oksigjenit, gjë që bëjnë disa autorë. Hidroperoksidet e acideve yndyrore të pangopura të formuara gjatë peroksidimit të lipideve gjithashtu mund të klasifikohen si forma aktive në këtë kategori, në analogji me peroksidin e hidrogjenit. Më pas në këtë kategori bëjnë pjesë edhe radikalet alkoksile të lipideve, të formuara gjatë reduktimit me një elektron të hidroperoksideve, për shembull, me jonet Fe2+; në fakt, këta janë homologë të radikalit hidroksil.

Pavarësisht nga të gjitha sa më sipër, ne propozojmë të kombinojmë të gjitha produktet (dhe reagentët) e listuar të oksidimit zinxhir të lipideve nën një term: forma aktive të lipideve. Për një biolog dhe një mjek, është akoma më e rëndësishme jo se cili atom i veçantë ka një elektron të paçiftuar, por cila molekulë bëhet kimikisht agresive, d.m.th., fiton tiparet e një radikali të lirë ose pararendësit të tij reaktiv. Pra, ne përfshijmë radikalet alkil, alkoksi dhe dioksid si forma aktive të lipideve. si dhe hidroperoksidet e acideve yndyrore të pangopura dhe zinxhirët përkatës të fosfolipideve, triglicerideve ose kolesterolit (shih Fig. 5).

Radikalet dytësore dhe terciare

Molekulat reaktive: peroksidi i hidrogjenit, hidroperoksidet lipidike, peroksinitrit, formohen në reaksione, një nga pjesëmarrësit në të cilat në shumicën e rasteve është një radikal, dhe nganjëherë dioksigjen, i cili, megjithatë, ka edhe elektrone të paçiftuara në shtresën e jashtme të elektroneve. Nga ana tjetër, këto molekula, dhe së bashku me to hipoklorit, formojnë lehtësisht radikale në prani të joneve metalike me valencë të ndryshueshme, kryesisht joneve dyvalente hekuri. Radikalë të tillë do t'i quajmë dytësorë; këtu përfshihen radikalet hidroksil dhe radikalet lipidike. Radikalet dytësore, ndryshe nga ato parësore, formohen në reaksione jo enzimatike dhe, me sa dihet aktualisht, nuk kryejnë funksione të dobishme fiziologjikisht. Përkundrazi, ato kanë një efekt shkatërrues në strukturat qelizore dhe me të drejtë mund të quhen radikale të dëmshme. Është formimi i radikalëve dytësorë (dhe jo radikalëve në përgjithësi) që çon në zhvillimin e kushteve patologjike dhe qëndron në themel të kancerogjenezës, aterosklerozës, inflamacionit kronik dhe sëmundjeve degjenerative nervore (shih rishikimet (Cross, 1987 #4) (Cross, 1994 #5 )(Darley- Usmar, 1995 #10 (Darley-Usmar, 1996 #11)). Megjithatë, molekulat reaktive kanë gjithashtu një efekt citotoksik, jo vetëm për shkak të formimit të radikaleve të lira prej tyre, por edhe drejtpërdrejt, siç është vërtetuar për peroksinitritin dhe hipokloritin, dhe në disa situata për peroksidin e hidrogjenit.

Për të mbrojtur kundër efekteve të dëmshme të radikaleve dytësore, trupi përdor një grup të madh substancash të quajtura antioksidantë, të cilët përfshijnë pastrues të radikalëve të lirë. Shembuj të këtyre të fundit janë alfa-tokoferoli, tiroksina, ubiquinoni i reduktuar (QH2) dhe hormonet steroide femërore. Duke reaguar me radikalet lipidike, vetë këto substanca shndërrohen në radikale antioksidante, të cilat mund të konsiderohen si radikale terciare (shih Fig. 3).

Së bashku me këto radikale, të cilat formohen vazhdimisht në sasi të ndryshme në qelizat dhe indet e trupit tonë, radikalet që shfaqen nën ndikime të tilla si rrezatimi jonizues, rrezatimi ultravjollcë, apo edhe ndriçimi me dritë të dukshme të fortë, si drita lazer, mund të kenë një efekt shkatërrues. Radikalë të tillë mund të quhen të huaj. Këtu përfshihen edhe radikalet e formuara nga komponimet e huaja dhe ksenobiotikët që hyjnë në trup, shumë prej të cilëve kanë një efekt toksik pikërisht për shkak të radikaleve të lira të formuara gjatë metabolizmit të këtyre përbërjeve (Fig. 3).

Si studiohen radikalet e lira dhe reagimet në të cilat ata marrin pjesë?

Metodat themelore për studimin e reaksioneve që përfshijnë radikalet

Pjesëmarrja e radikaleve të lira në një proces të caktuar, qoftë një reaksion kimik në një epruvetë apo zhvillimi i një gjendjeje patologjike në trup, mund të gjykohet duke përdorur metoda direkte dhe indirekte (, fq. 19-32). Metoda "më e drejtpërdrejtë" për studimin e radikaleve të lira është metoda e rezonancës paramagnetike të elektroneve (EPR). Nga prania, amplituda dhe forma e sinjaleve EPR (spektrat), mund të gjykohet ekzistenca e elektroneve të paçiftuara në një mostër, të përcaktohet përqendrimi i tyre dhe ndonjëherë të zbulohet se cila është struktura kimike e radikalëve që përmbajnë këto elektrone të paçiftuara. Metodat e drejtpërdrejta për studimin e radikaleve përfshijnë gjithashtu metodën e kimilumineshencës (CL). Kur radikalët ndërveprojnë me njëri-tjetrin, çlirohet shumë energji, e cila në disa raste emetohet në formën e fotoneve (kuanta të lehta). Intensiteti i një ndriçimi të tillë (CL) është proporcional me shpejtësinë e reaksionit në të cilin marrin pjesë radikalët dhe, rrjedhimisht, me përqendrimin e tyre.

Metodat kryesore indirekte për studimin e reaksioneve në të cilat marrin pjesë radikalët janë përcaktimi i përqendrimit të produkteve përfundimtare të reaksionit, si dhe përdorimi i frenuesve. Le t'i hedhim një vështrim më të afërt këtyre metodave.

Analiza frenuese

Radikalët janë shumë reaktivë dhe nuk mund të studiohen duke përdorur metoda kimike konvencionale: procedurat standarde si kromatografia ose centrifugimi janë krejtësisht të padobishme. Megjithatë, analizat biokimike bëjnë të mundur përcaktimin e produkteve përfundimtare të reaksioneve në të cilat supozohet të marrin pjesë radikalet, por gjithmonë mbetet pyetja nëse radikalët morën pjesë në të vërtetë në proces dhe cilët. Një rol të rëndësishëm në zgjidhjen e pyetjeve të tilla luan e ashtuquajtura analiza frenuese.

Një shembull klasik është përdorimi i enzimës superoksid dismutazë (SOD). Kjo enzimë katalizon reaksionin (dismutimin) e dy radikalëve superoksid për të formuar peroksid hidrogjeni dhe oksigjen molekular. Nëse shtimi i SOD pengon procesin në studim, do të thotë se një radikal superoksid është i nevojshëm për shfaqjen e tij dhe mbetet për t'u përcaktuar se në cilin reaksion përfshihet ky radikal.

Mund të thuhet pa ekzagjerim se përparimet moderne në studimin e rolit të radikalëve të lirë në jetën dhe vdekjen e qelizave, organeve dhe indeve tona janë kryesisht për shkak të zbulimit të enzimës superoksid dismutazë (SOD), e cila u bë nga I. Fridovich. dhe McCord rreth një çerek shekulli më parë. Kjo enzimë, siç është përmendur tashmë, katalizon reagimin:
.OO- + .OO- + 2H+ => O2 + H2O

Në prani të një enzime tjetër, katalazës, peroksidi i hidrogjenit dekompozohet për të formuar oksigjen dhe ujë: H2O2 => O2 + H2O

Zbulimi i SOD revolucionarizoi mendjet e biokimistëve: meqenëse ekziston një enzimë që heq radikalet e lira, të prodhuara posaçërisht nga qelizat e gjalla (dhe, siç doli, jashtëzakonisht i përhapur në natyrën e gjallë), është e qartë se vetë radikalët ekzistojnë në natyrë dhe për disa arsye ato nevojiten duhet të fshihen. Para kësaj, pak biokimistë e kuptuan se jo vetëm molekulat "të vërteta", por edhe radikalet e lira, marrin pjesë në metabolizmin e organizmave të gjallë. Pastaj SOD dhe katalaza filluan të përdoren gjerësisht në të gjitha studimet që studiojnë rolin e superoksidit dhe peroksidit të hidrogjenit në një proces të caktuar, qoftë ky një reaksion biokimik individual ose zhvillimi i një sëmundjeje në kafshë laboratorike ose në njerëz. Nëse, për shembull, shtimi i SOD pengon ashpër procesin në studim, do të thotë që një radikal superoksid është i nevojshëm për shfaqjen e tij, dhe tani mbetet vetëm për të zbuluar se në cilin reaksion kimik është përfshirë ky radikal. Nëse procesi frenohet nga katalaza, do të thotë se është përfshirë peroksidi i hidrogjenit, i dekompozuar nga kjo enzimë.

I njëjti parim vlen edhe për përdorimin e frenuesve të tjerë. Pra, për të sqaruar rolin e radikaleve lipidike, përdoren "kurthe" radikale të tretshme në yndyrë, të cilat përfshijnë karotenoidet dhe tokoferolet (vitamina E). Këto substanca, duke reaguar me radikalet L· ose LOO· thyejnë zinxhirët e oksidimit dhe pengojnë peroksidimin e lipideve. Hormonet steroide dhe tiroksina kanë të njëjtën veti. Efekti antioksidant i këtyre substancave manifestohet gjithashtu në efektin e tyre në kinetikën e kimilumineshencës (shih, për shembull, Fig. 3, B). Gjithashtu përdoret gjerësisht një pastrues radikal sintetik, di-tert-butilhidroksitoluen (ionol).

Kurthe të tjera radikale nuk janë aq specifike, por gjithashtu përdoren ndonjëherë. Kështu, radikalet e tretshme në ujë "kapen" në mënyrë efektive nga acidi askorbik ose urik. Për të "fshirë" radikalët hidroksil (HO·), përdoren manitol ose acid benzoik, dhe nganjëherë etanol. Për të përcaktuar pjesëmarrjen në çdo proces të reaksioneve të oksidimit zinxhir të lipideve (shih më poshtë), përdoren "kurthe" të tretshme në yndyrë të radikaleve lipidike, të cilat udhëheqin zinxhirët e oksidimit. Këto kurthe përfshijnë tokoferolin (vitaminë E) dhe disa komponime sintetike, të tilla si hidroksitolueni i tert-butiluar (jonol). Radikalët e tretshëm në ujë "kapen" në mënyrë efektive nga acidi askorbik ose urik. Për të "fshirë" radikalët hidroksil (HO·), përdoren manitol ose acid benzoik, dhe nganjëherë etanol. Sidoqoftë, duhet thënë se kurthet nuk janë gjithmonë specifike: shumë prej tyre reagojnë jo vetëm me radikale, por edhe me molekula mjaft aktive.

Metoda e rezonancës paramagnetike të elektroneve

Megjithëse përfitimet e studimeve të bazuara në studimin e produkteve molekulare të reaksioneve të radikaleve të lira dhe analizave frenuese janë pa dyshim, nuk duhet të neglizhohet mundësia e zbulimit të drejtpërdrejtë të reaksioneve të radikaleve të lira dhe studimi i drejtpërdrejtë i ndryshimeve në përqendrimin e tyre gjatë procesit në studim. . Sot, ekzistojnë dy metoda të drejtpërdrejta për zbulimin e radikalëve: rezonanca paramagnetike e elektroneve (EPR) dhe kimilumineshenca (CL).

Figura 6. Sinjalet EPR të disa radikalëve të formuar në qelizat e gjalla.

Figura 7. Matja e radikaleve në një qelizë rrjedhëse

Metoda ESR bën të mundur studimin mjaft të besueshëm të radikaleve semiquinone, në veçanti radikaleve ubiquinol dhe tocopherol (shih spektrat në Fig. 6). Radikalet e llojeve reaktive të oksigjenit dhe lipideve zakonisht nuk vërehen drejtpërdrejt. Vetëm duke përdorur metodën e përzierjes së shpejtë të dy solucioneve me rrjedhën e tyre të vazhdueshme (shih Fig. 7), ishte e mundur të vëzhgoheshin sinjalet EPR të radikaleve lipidike të formuara gjatë dekompozimit të hidroperoksideve të acidit linoleik nga jonet Ce4+ dhe Fe2+, megjithëse mjaft të dobëta. përkundër konsumit të madh të reagentëve (Osipov, 1980 #594). Përpjekjet për të zbuluar drejtpërdrejt radikalet e oksigjenit ose lipideve në sistemet biologjike me anë të EPR kanë dështuar sepse përqendrimet në gjendje të qëndrueshme të shumicës së radikalëve, si oksigjeni ose radikalet lipidike, janë shumë të ulëta në sistemet biologjike. Megjithatë, suksesi erdhi pas zhvillimit të metodës së kurthit të rrotullimit.

Kurthe rrotulluese

Pavarësisht të gjitha avantazheve të metodës EPR, ndjeshmëria e saj është shpesh e pamjaftueshme për të zbuluar radikalet e lira, të cilat ndërkohë jo vetëm formohen në kampionin në studim, por marrin pjesë edhe në procese të rëndësishme që ndodhin në të. I gjithë problemi është aktiviteti i lartë kimik i radikalëve. Në sistemet biologjike, ritmet e formimit të radikaleve të oksigjenit ose radikaleve lipidike në membrana nuk janë aq të larta, por shkalla e zhdukjes së këtyre radikaleve është shumë e lartë; Prandaj, përqendrimi i radikalëve në çdo kohë të caktuar (i ashtuquajturi përqendrim i palëvizshëm) është shpesh aq i vogël sa që nuk mund të zbulohen nga EPR. Sa më aktiv të jetë radikali, aq më i ulët është përqendrimi i tij i palëvizshëm dhe aq më pak ka gjasa që të "shihet" nga EPR. Rruga për të dalë është se radikalët aktivë shndërrohen në joaktive, të qëndrueshme, të cilat zbulohen duke përdorur EPR. Për këtë qëllim, në kampionin që studiohet i shtohen substanca të veçanta të quajtura kurthe rrotulluese (për shembull, në një suspension qelizor, homogjenat indesh ose tretësirë ​​ku ndodhin reaksione që përfshijnë radikalet e lira) (edhe pse ato "kapin", natyrisht, jo rrotullime, por radikalët). Për shembull, për të "pastruar" radikalët hidroksil me HO. Përdoret fenilbutilnitroni (PBN).

Figura 8. Phenilbutilnitron (PBN)

Kur një kurth ndërvepron me një radikal, radikali bashkohet me kurthin për të formuar një radikal të ri, të qëndrueshëm, të quajtur "adduct spin" (nga fjala angleze add - add, add). Sinjalet EPR të addukteve spin të radikalëve të ndryshëm ndryshojnë pak në formë. Kjo bën të mundur identifikimin e radikalëve të formuar në sistemin në studim. Figura 8, në të majtë, tregon sinjalin EPR të aduktit spin të PBN me një radikal OH, i formuar gjatë dekompozimit të peroksidit të hidrogjenit nga jonet dyvalente të hekurit, dhe në të djathtë, sinjali EPR i të njëjtit addukt të formuar në prani e PBN gjatë bashkëveprimit të hipokloritit me jonet dyvalente të hekurit.

Figura 9. Sinjalet EPR të addukteve spin të formuar si rezultat i kapjes së radikaleve hidroksil nga kurthi PBN.

Për të kapur radikalët e tjerë (të themi, superoksidi), përdoren kurthe të tjera. Meqenëse kurthi i rrotullimit "përgjon" radikalet e lira, ai ngadalëson (frenon) procesin që shkaktojnë këto radikale, për shembull, zvogëlon dëmtimin e qelizave të gjalla nga radikalët. AI. Kështu, kurthe spin përdoren për dy qëllime: për të zbuluar se çfarë radikale formohen dhe çfarë procesesh në qelizë shkaktojnë.

Metoda e kimilumineshencës

Një metodë efektive për studimin e reaksioneve që përfshijnë radikalet është metoda e kimilumineshencës (CL). Ajo bazohet në faktin se kur radikalët ndërveprojnë me njëri-tjetrin, lirohet shumë energji, e cila mund të emetohet në formën e fotoneve (kuanta të lehta). Intensiteti i një ndriçimi të tillë (CL) është proporcional me shpejtësinë e reaksionit në të cilin marrin pjesë radikalët dhe, për rrjedhojë, tregon një ndryshim në përqendrimin e tyre gjatë procesit që studiohet. Kjo do të diskutohet më në detaje në leksionin "Kimilumineshenca e brendshme ("shkëlqimi ultra i dobët") në sistemet biologjike".

Studimi i kinetikës së reaksionit

Reaksionet që përfshijnë radikalet e lira, veçanërisht reaksionet e oksidimit zinxhir, janë shumë komplekse dhe vazhdojnë nëpër një sërë fazash të njëpasnjëshme. Në studimin e mekanizmit të reaksioneve zinxhir, rolin kryesor e luajti studimi i kinetikës së proceseve; Në këtë rast, matja e kinetikës së kimilumineshencës lejon që dikush të shohë drejtpërdrejt ndryshimin me kalimin e kohës në përqendrimin e radikalëve, për shembull, radikalët lipidikë. Matjet paralele të kimilumineshencës, oksidimi i joneve të hekurit dhe akumulimi i produkteve të reaksionit në suspensionet e mitokondrive dhe fshikëzave fosfolipide (liposome) bënë të mundur përcaktimin eksperimental të konstanteve të shpejtësisë së reaksioneve kryesore të oksidimit të lipideve me zinxhir të radikalit të lirë, siç do të diskutohet në më shumë detaje më vonë.

Me zhvillimin e shkencës kimike dhe shfaqjen e një numri të madh të përbërjeve të reja kimike, nevoja për zhvillimin dhe adoptimin e një sistemi emërtimi që është i kuptueshëm për shkencëtarët në mbarë botën është rritur gjithnjë e më shumë, d.m.th. . Më poshtë ofrojmë një përmbledhje të nomenklaturës kryesore të përbërjeve organike.

Nomenklatura e parëndësishme

Në origjinën e zhvillimit të kimisë organike, u atribuuan komponime të reja i parëndësishëm emrat, d.m.th. emra që janë zhvilluar historikisht dhe shpesh lidhen me mënyrën e marrjes së tyre, pamjen e madje edhe shijen etj. Kjo nomenklaturë e përbërjeve organike quhet e parëndësishme. Tabela e mëposhtme tregon disa nga përbërjet që kanë ruajtur emrat e tyre deri më sot.

Nomenklatura racionale

Me zgjerimin e listës së përbërjeve organike, lindi nevoja për të lidhur emrat e tyre me bazën e nomenklaturës racionale të përbërjeve organike është emri i përbërjes organike më të thjeshtë. Për shembull:

Megjithatë, komponimet organike më komplekse nuk mund të emërtohen në këtë mënyrë. Në këtë rast, komponimet duhet të emërtohen sipas rregullave të nomenklaturës sistematike IUPAC.

Nomenklatura sistematike IUPAC

IUPAC - Unioni Ndërkombëtar i Kimisë së Pastër dhe të Aplikuar.

Në këtë rast, gjatë emërtimit të komponimeve, duhet të merret parasysh vendndodhja e atomeve të karbonit në molekulë dhe elementët strukturorë. Më e përdorura është nomenklatura zëvendësuese e përbërjeve organike, d.m.th. theksohet baza bazë e molekulës, në të cilën atomet e hidrogjenit zëvendësohen me ndonjë njësi strukturore ose atome.

Para se të filloni të ndërtoni emrat e përbërjeve, ju këshillojmë të mësoni emrat parashtesa numerike, rrënjë dhe prapashtesa përdorur në Nomenklatura IUPAC.

Dhe gjithashtu emrat e grupeve funksionale:

Numrat përdoren për të treguar numrin e lidhjeve të shumta dhe grupeve funksionale:

Radikalet e ngopura të hidrokarbureve:

Radikalet e hidrokarbureve të pangopura:

Radikalet aromatike të hidrokarbureve:

Rregullat për ndërtimin e emrit të një përbërjeje organike sipas nomenklaturës IUPAC:

1. Zgjidhni zinxhirin kryesor të molekulës

Identifikoni të gjitha grupet funksionale të pranishme dhe përparësinë e tyre

Përcaktoni praninë e lidhjeve të shumta

1. Numëroni zinxhirin kryesor dhe numërimi duhet të fillojë me fundin e zinxhirit më afër grupit më të lartë. Nëse ekzistojnë disa mundësi të tilla, zinxhiri numërohet në mënyrë që lidhja e shumëfishtë ose një zëvendësues tjetër i pranishëm në molekulë të marrë numrin minimal.

Karbociklike komponimet numërohen duke u nisur nga atomi i karbonit i lidhur me grupin më të lartë karakteristik. Nëse ka dy ose më shumë zëvendësues, ata përpiqen të numërojnë zinxhirin në mënyrë që zëvendësuesit të kenë numrat minimalë.

1. Krijo një emër për lidhjen:

— Përcaktoni bazën e emrit të përbërjes që formon rrënjën e fjalës, e cila tregon një hidrokarbur të ngopur me të njëjtin numër atomesh si zinxhiri kryesor.

- Pas rrjedhës së emrit ka një prapashtesë që tregon shkallën e ngopjes dhe numrin e lidhjeve të shumta. Për shembull, - tetraen, - diene. Në mungesë të lidhjeve të shumta, përdorni prapashtesën - sk.

- Pastaj, prapashtesë i shtohet edhe emri i vetë grupi i lartë funksional.

— Kjo pasohet nga një listë e zëvendësuesve sipas rendit alfabetik, duke treguar vendndodhjen e tyre me numra arabë. Për shembull, - 5-izobutil, - 3-fluoro. Nëse ka disa zëvendësues identikë, tregohet numri dhe pozicioni i tyre, për shembull, 2,5 - dibromo-, 1,4,8-trimetil-.

Ju lutemi vini re se numrat ndahen nga fjalët me vizë, dhe midis njëri-tjetrit me presje.

Si shembull Le t'i japim një emër lidhjes së mëposhtme:

1. Zgjidhni qarku kryesor, e cila përfshin detyrimisht grupi i lartë– KONTI.

Përcaktimi i të tjerëve grupet funksionale: - OH, - Cl, - SH, - NH 2.

Lidhje të shumta Nr.

2. Numëro qarkun kryesor, duke filluar nga grupi më i vjetër.

3. Numri i atomeve në zinxhirin kryesor është 12. Baza e emrit

10-amino-6-hidroksi-7-kloro-9-sulfanil-metil ester i acidit dodekanoik.

10-amino-6-hidroksi-7-kloro-9-sulfanil-metil dodekanoat

Nomenklatura e izomereve optike

1. Në disa klasa të komponimeve, të tilla si aldehidet, hidroksi dhe aminoacidet, ato përdoren për të treguar pozicionin relativ të zëvendësuesve. D, L– nomenklatura. Letër D tregojnë konfigurimin e izomerit dekstrorotator, L- mëngjarash.

Në thelb D,L-Nomenklaturat e përbërjeve organike bazohen në projeksionin Fischer:

• α-aminoacide dhe α-hidroksi acide izoloni "çelësin e oksiacidit", d.m.th. pjesët e sipërme të formulave të tyre të projeksionit. Nëse grupi hidroksil (amino) ndodhet në të djathtë, atëherë është D-izomer, majtas L-izomer.

Për shembull, acidi tartarik i paraqitur më poshtë ka D— konfigurimi sipas çelësit të oksiacidit:

• për të përcaktuar konfigurimin e izomerit sheqernat izoloni "çelësin e glicerinës", d.m.th. Krahasoni pjesët e poshtme (atomin e ulët asimetrik të karbonit) të formulës së projeksionit të sheqerit me pjesën e poshtme të formulës së projeksionit të gliceraldehidit.

Përcaktimi i konfigurimit të sheqerit dhe drejtimi i rrotullimit janë të ngjashëm me atë të gliceraldehidit, d.m.th. D- konfigurimi korrespondon me vendndodhjen e grupit hidroksil të vendosur në të djathtë, L– konfigurimet – në të majtë.

Për shembull, më poshtë është D-glukoza.

2) Nomenklatura R-, S (nomenklatura Kahn, Ingold dhe Prelog)

Në këtë rast, zëvendësuesit në atomin asimetrik të karbonit janë të renditur sipas radhës së vjetërsisë. Izomerët optikë kanë emërtimet R Dhe S, dhe racemate është R.S..

Për të përshkruar konfigurimin e lidhjes sipas R,S-nomenklatura procedoni si më poshtë:

1. Përcaktohen të gjithë zëvendësuesit në atomin asimetrik të karbonit.
2. Përcaktohet vjetërsia e zëvendësuesve, d.m.th. Krahasoni masat e tyre atomike. Rregullat për përcaktimin e serisë së përparësisë janë të njëjta si në përdorimin e nomenklaturës E/Z të izomerëve gjeometrikë.
3. Zëvendësuesit janë të orientuar në hapësirë ​​në mënyrë që zëvendësuesi më i ulët (zakonisht hidrogjeni) të jetë i vendosur në këndin më të largët nga vëzhguesi.
4. Konfigurimi përcaktohet nga vendndodhja e zëvendësuesve të mbetur. Nëse lëvizja nga i moshuari në mes dhe më pas tek deputeti i vogël (d.m.th. në rendin në rënie të vjetërsisë) kryhet në drejtim të akrepave të orës, atëherë ky është një konfigurim R, në drejtim të kundërt është një konfigurim S.

Tabela e mëposhtme tregon një listë të deputetëve, të renditur në rend rritës të vjetërsisë:

Leksioni nr.1

LIDHJE

1. Izomerizmi strukturor.

Leksioni nr.1

KLASIFIKIMI DHE NOMENKLATURA E ORGANIKEVE
LIDHJE

1. Klasifikimi i përbërjeve organike.
2. Nomenklatura e përbërjeve organike.
3. Izomerizmi strukturor.

1. Klasifikimi i përbërjeve organike.

Përbërjet organike klasifikohen sipas dy karakteristikave kryesore: strukturës
skeleti i karbonit dhe grupet funksionale.

Bazuar në strukturën e skeletit të karbonit, aciklik, karbociklik dhe
komponimet heterociklike.

Komponimet aciklike– përmbajnë një zinxhir të hapur atomesh karboni.

Komponimet karbociklike– përmbajnë një zinxhir të mbyllur karboni
atomet dhe ndahen në aliciklike dhe aromatike. TE aliciklike përfshijnë të gjitha komponimet karbociklike përveç
aromatike. Aromatike komponimet përmbajnë ciklohekzatrien
fragment (unazë benzeni).

Komponimet heterociklike — përmbajnë cikle që përmbajnë, së bashku me atomet e karbonit, një
ose disa heteroatome.

Nga natyra e grupeve funksionale, organike
lidhjet ndahen në klasat .

Tabela 1. Klasat kryesore të organike
lidhjet.

2. Nomenklatura e organike
lidhjet.

Aktualisht, ajo është përgjithësisht e pranuar në kiminë organike nomenklaturë sistematike, zhvilluar Unioni Ndërkombëtar i Kimisë së Pastër dhe të Aplikuar
(IUPAC). Bashkë me të ruhen edhe
përdoren i parëndësishëm Dhe racionale nomenklaturë.

Nomenklatura e parëndësishme përbëhet nga
nga emra të vendosur historikisht që nuk pasqyrojnë përbërjen dhe strukturën
substancave. Ato janë të rastësishme dhe pasqyrojnë burimin natyror të substancës
(acidi laktik, ure, kafeina), vetitë karakteristike (glicerinë, shpërthyese
acid), mënyra e përgatitjes (acidi piruvik, ester sulfurik), emri
zbulues (ketoni i Michler, hidrokarburi Chichibabin), zona e aplikimit
(acid Askorbik). Avantazhi i emrave të parëndësishëm është se ata
shkurtësi, kështu që përdorimi i disa prej tyre lejohet nga rregullat
IUPAC.

Nomenklatura sistematike është shkencor dhe pasqyron përbërjen, strukturën kimike dhe hapësinore
lidhjet. Emri i përbërjes shprehet duke përdorur një fjalë të përbërë, të përbërë
pjesët e të cilave pasqyrojnë elemente të caktuara të strukturës së molekulës së një lënde. NË
Rregullat e nomenklaturës IUPAC bazohen në parime zëvendësim
nomenklaturë, sipas të cilit molekulat e komponimeve konsiderohen si
derivatet e hidrokarbureve në të cilat atomet e hidrogjenit zëvendësohen me atome të tjera ose
grupe atomesh. Kur ndërtohet një emër në një molekulë të përbërë, dallohen sa vijon:
elementet strukturore.

Struktura prindërore– qarku kryesor
zinxhiri i karbonit ose struktura ciklike në karbo- dhe heterocikle.

Radikal hidrokarbure- mbetje
përcaktimi i formulës së hidrokarbureve me valenca të lira (shih tabelën
2).

Grupi karakteristik –
një grup funksional i lidhur ose i përfshirë në strukturën mëmë
përbërjen (shih tabelën 3).

Kur përpiloni një emër në mënyrë sekuenciale
ndiqni rregullat e mëposhtme.

1. Përcaktoni karakteristikën më të lartë
   gruponi dhe tregoni përcaktimin e tij në prapashtesë (shih tabelën 3).
2. Përcaktoni strukturën mëmë duke
   kriteret e mëposhtme në rend zbritës të përparësisë: a) përmban më të lartën
   grup karakteristik; b) përmban numrin maksimal të karakteristikës
   grupe; c) përmban numrin maksimal të lidhjeve të shumëfishta; d) ka një maksimum
   gjatësia. Struktura origjinale tregohet në rrënjë të emrit në përputhje me
   Gjatësia e zinxhirit ose madhësia e ciklit: C 1 - "meth", C 2 - "eth", C 3 - "prop", C 4 - "por", C 5 dhe më tej - rrënjët e numrave grekë.
3. Përcaktoni shkallën e ngopjes dhe reflektoni
   është në prapashtesën: "an" - pa lidhje të shumëfishta, "en" - lidhje e dyfishtë, "në" -
   lidhje e trefishtë.
4. Instaloni zëvendësuesit e mbetur
   (radikalet e hidrokarbureve dhe grupet e vogla karakteristike) dhe lista
   emrat e tyre parashtesohen sipas rendit alfabetik.
5. Vendosni parashtesa shumëzuese - "di",
   "tre", "tetra", duke treguar numrin e elementeve identike strukturore (me
   renditja e zëvendësuesve sipas rendit alfabetik nuk merret parasysh).
6. Numëroni strukturën origjinale
   në mënyrë që grupi më i lartë karakteristik të ketë rendoren më të vogël
   numri. Lokantet (numrat) vendosen para emrit të strukturës mëmë, përpara
   parashtesa dhe para prapashtesave.

Tabela 2. Emrat e alkaneve dhe alkileve
radikalët e adoptuar nga nomenklatura sistematike IUPAC.

Alkani	Emri	Radikal alkil	Emri
CH 4	Metani	CH 3 -	Metil
CH 3 CH 3	Etani	CH 3 CH 2 -	Etil
CH 3 CH 2 CH 3	Propani	CH 3 CH 2 CH 2 -	kam prerë
			Izopropil
CH 3 CH 2 CH 2 CH 3	n-Butani	CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 -	n-Butil
			sek-Butil
	Izobutani		Izobutil
			tert-Butyl
CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3	n-Pentani	CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 -	n-Pentyl
	Izopentani		Izopentil
	Neopentani		Neopentil

Tabela 3. Emrat e karakteristikave
grupe(të renditura në rend zbritës të vjetërsisë).

* atom karboni,
i mbyllur në kllapa, është pjesë e strukturës mëmë.

** Grupet alkoksi dhe të gjitha
ato që i ndjekin renditen sipas parashtesave sipas alfabetit dhe nuk janë të renditura
vjetërsia.

Racionale (radikale-funksionale)
nomenklaturë përdoret për të emërtuar mono- dhe të thjeshtë
komponimet dyfunksionale dhe disa klasa të përbërjeve natyrore. Baza
emri është emri i një klase të caktuar përbërjesh ose një prej anëtarëve
seritë homologe që tregojnë zëvendësuesit. Si lokantë, si rregull,
Përdoren shkronjat greke.

3. Izomerizmi strukturor.

Izomerët- këto janë substanca që kanë të njëjtën përbërje dhe molekulare
masë, por veti të ndryshme fizike dhe kimike. Dallimet në vetitë e izomerëve
për shkak të dallimeve në strukturën e tyre kimike ose hapësinore.

Nën struktura kimike kuptojnë natyrën dhe sekuencën e lidhjeve
ndërmjet atomeve në një molekulë. Izomeret, molekulat e të cilëve ndryshojnë nga pikëpamja kimike
struktura quhet izomerët strukturorë.

Izomerët strukturorë mund të ndryshojnë:

• nga struktura e skeletit të karbonit

• nga pozicioni i lidhjeve të shumta dhe
  grupet funksionale

• sipas llojit të grupeve funksionale

Radikalet e lira. Përkufizimi, struktura, klasifikimi

Radikalet e lira janë specie molekulare, që kanë elektron të paçiftuar në orbitalet e jashtme dhe posedojnë reaktivitet të lartë kimik. Studimi i tyre kryhet duke përdorur EPR (teknika e kapjes së rrotullimit), kimilumineshencën dhe frenuesit e reaksioneve, në të cilat përfshihen radikale të llojeve të caktuara. Radikalet kryesore, të prodhuara në trupin tonë janë radikalet e oksigjenit (radikalet superoksid dhe hidroksil), monoksidi i azotit, radikalet e acideve yndyrore të pangopura, gjysmëkuinonet e formuara në reaksionet e reduktimit oksidativ (p.sh. ubiquinol). Radikale të ndryshme formohen gjithashtu nën veprimin e rrezeve ultravjollcë dhe në rrjedhën e metabolizmit të disa përbërjeve të panatyrshme (ksenobiotikë), duke përfshirë disa substanca, të përdorura më parë si ilaçe.

Çfarë janë radikalet e lira?

Dihet mirë se në molekulat organike (përfshirë ato që përbëjnë trupin tonë) elektronet në shtresën e jashtme elektronike janë të renditura në çifte: një palë në secilën orbitale (Fig. 1)

Radikalet e lira ndryshojnë nga molekulat e zakonshme në atë që kanë një elektron të paçiftuar (të vetëm) në shtresën e jashtme elektronike (Fig. 2 dhe 3).

Elektroni i paçiftuar në radikale zakonisht shënohet me një pikë. Për shembull, radikali hidroksil emërtohet si HO·, radikali i peroksidit të hidrogjenit si HOO·, radikali i superoksidit si ·OO- ose O2·-. Më poshtë janë formulat e tre radikaleve të alkoolit etilik: CH3CH2O·; CH3·CHOH; CH3CH2O

Kështu që:
Një radikal i lirë është një grimcë - një atom ose molekulë që ka një ose më shumë elektrone të paçiftuar në shtresën e jashtme të saj.

Kjo i bën radikalët kimikisht aktivë, pasi radikali kërkon ose të rifitojë elektronin që mungon duke e hequr atë nga molekulat përreth, ose të heqë qafe elektronin "ekstra" duke ia dhënë molekulave të tjera.

Molekula e oksigjenit (dioksigjen), e cila përmban deri në dy elektrone të paçiftuara në shtresën e jashtme të saj, e gjen veten në një pozicion të veçantë. Kështu, dioksigjeni është diradikal dhe, si radikalët e tjerë, është shumë reaktiv.

Është e rëndësishme të theksohet se elektronet e paçiftuara duhet të jenë në shtresën e jashtme të atomit ose molekulës. Koncepti i një radikali të lirë nuk përfshin jonet metalike me valencë të ndryshueshme, elektronet e paçiftuara të të cilave ndodhen në guaskat e brendshme. Meqenëse si radikalët ashtu edhe jonet e metaleve si hekuri, bakri ose mangani (si dhe komplekset e këtyre metaleve) prodhojnë sinjale të rezonancës paramagnetike të elektroneve (EPR), këto grimca së bashku shpesh quhen qendra paramagnetike.

Kështu, formimi i radikaleve nga molekula të qëndrueshme shkaktohet nga shfaqja e një elektroni të ri në një orbitale me valencë të lirë ose, anasjelltas, nga largimi i një elektroni nga një çift elektronik. Këto procese zakonisht ndodhin si rezultat i reaksioneve të oksidimit ose reduktimit me një elektron. Reaksione të tilla zakonisht përfshijnë, së bashku me molekulën nga e cila formohet radikula, një jon metalik me valencë të ndryshueshme, i cili shërben si dhurues ose pranues i një elektroni (dhe jo dy në të njëjtën kohë, siç ndodh në reaksionet midis dy molekulave organike ose ndërmjet një molekulë organike dhe oksigjen). Një shembull tipik i një reaksioni në të cilin formohet një radikal është reaksioni Fenton: ndërveprimi i peroksidit të hidrogjenit me një jon hekuri dyvalent:
Fe2+ ​​+ H2O2 => Fe3+ + OH- + ·OH (radikal hidroksil)

Në temperatura të larta ose nën ndikimin e rrezatimit ultravjollcë, radikalet mund të formohen edhe si rezultat i këputjes së një lidhjeje kimike (ndarje homolitike). Në kushte normale, reagime të tilla praktikisht nuk ndodhin në qelizat normale të gjalla.

Nomenklatura e radikalëve

Relativisht kohët e fundit, Komisioni për Nomenklaturën e Kimisë Inorganike formuloi rregullat bazë për nomenklaturën e radikalëve (shih (Koppenol, 1990 #7)) (Tabela 1).

Le të shohim disa nga këto rekomandime. Para së gjithash, nuk ka nevojë të shkruhet "falas" para fjalës radikal. Natyra radikale e grimcës në fjalë tregohet nga mbaresa "il". Kështu, radikalët RO· dhe HO· emërtohen përkatësisht "alkoksil" dhe "hidroksil".

Rekomandimi për të mos abuzuar me derivatet e "peroksidit" dhe "hidroperoksidit" mund të konsiderohet shumë i ri. Një grup prej dy atomesh oksigjeni të lidhur së bashku quhet "dioksid". Prandaj, rekomandohet të quhet radikal ROO· "alkildioksil" (Koppenol, 1990 #7). Emri alternativ "alkilperoksil" gjithashtu mund të mbahet, por kjo është më keq (Koppenol, 1990 #7). Oksigjeni molekular quhet "dioksigjen" dhe ozoni quhet "trioksigjen".

Emri me mbaresën "il" është shumë i përshtatshëm, por nuk tregon asgjë se cila është ngarkesa e grimcave. Prandaj, në raste të nevojshme, rekomandohet përdorimi i emrit sistematik të radikalit, ku pas emrit të grupit ngarkohet në kllapa. Për shembull, radikali O 2 ·- ka emrin "dioksid (1-)". Në këtë punë, ne do të përdorim emrin më të shkurtër "dioksid" Kur shkruajmë formula radikale në mbishkrim, së pari vendoset një pikë që tregon praninë e një elektroni të paçiftuar në një atom të caktuar, dhe më pas shenjën e ngarkesës së jonit. Për shembull "O 2 ·-". Në formulat strukturore, pika duhet të vendoset saktësisht në atomin ku ndodhet elektroni i paçiftuar. Për shembull, për të theksuar se dioksigjeni ka dy elektrone të paçiftëzuara, mund ta shkruani formulën e tij në këtë mënyrë: "O 2". Tabela 1 ofron një listë të emrave të rekomanduar të radikalëve; në kllapa katrore janë titujt që do të përdoren kryesisht në këtë libër.

Radikalet që gjenden në trupin tonë

Radikalet primare dhe molekulat reaktive

Të gjithë radikalët e formuar në trupin tonë mund të ndahen në natyrore dhe të huaja. Nga ana tjetër, radikalet natyrore mund të ndahen në primare, dytësore dhe terciare (Vladimirov, 1998 #8). (Shih diagramin në Fig. 4).

Radikalet primare mund të quhen radikale, formimi i të cilave kryhet me pjesëmarrjen e sistemeve të caktuara enzimë. Para së gjithash, këto përfshijnë radikalet (gjysmëkuinone) të formuara në reaksionet e bartësve të tillë të elektroneve si koenzima Q (ne e shënojmë radikalin si Q·) dhe flavoproteinat. Dy radikale të tjera, superoksidi (·OO -) dhe monoksidi i azotit (·NO), kryejnë gjithashtu funksione të dobishme për trupin, të cilat do të diskutohen më në detaje në seksionet përkatëse.

Nga radikali primar - superoksidi, si dhe si rezultat i reaksioneve të tjera, në trup formohen komponime molekulare shumë aktive: peroksid hidrogjeni, hipoklorit dhe hidroperokside lipidike (shih Fig. 5). Molekula të tilla, së bashku me radikalët, morën emrin "specie reaktive" në letërsinë angleze, e cila në letërsinë ruse më së shpeshti përkthehet si "forma aktive". Për të bërë dallimin midis radikaleve dhe produkteve molekulare, ne propozojmë t'i quajmë këto të fundit "molekula reaktive". Kështu, propozohet terminologjia e mëposhtme:

Format aktive = radikalet e lira + molekulat reaktive

Halliwell sugjeron termat specie reaktive të oksigjenit, nitrogjen dhe klor (Halliwell, 1998 #9). Siç mund të shihet nga diagrami në Fig. 5, speciet reaktive të oksigjenit përfshijnë superoksid, radikal hidroksil, peroksid hidrogjeni dhe oksigjen të vetëm. Oksidi nitrik dhe rezultati i ndërveprimit të tij me superoksidin - peroksinitrit - propozohen të quhen forma aktive të azotit. Forma aktive e klorit mund të quhet hipoklorit, e formuar në reagimin e peroksidit të hidrogjenit me një jon klorur, i cili katalizohet nga enzima mieloperoksidazë.

Në terminologjinë aktuale, është e nevojshme të gjendet një vend për radikalet dhe hidroperoksidet e acideve yndyrore të pangopura, të cilat formohen në një reaksion shumë të rëndësishëm të oksidimit zinxhir të lipideve. Nga pikëpamja kimike, ky është një grup heterogjen. Kur një atom hidrogjeni hiqet nga një molekulë e acidit yndyror të pangopur, formohet një radikal alkid, në të cilin elektroni i paçiftuar lokalizohet në atomin e karbonit. Kjo është si një "formë aktive e karbonit". Por me ndërveprim të mëtejshëm të radikalit alkil me dioksigjenin (oksigjen molekular), një radikal dioksidi formohet me elektronin e paçiftuar të lokalizuar në atomin e oksigjenit. Në strukturë dhe pjesërisht në veti, një radikal i tillë i ngjan superoksidit dhe mund të klasifikohet si një formë aktive e oksigjenit, gjë që bëjnë disa autorë. Hidroperoksidet e acideve yndyrore të pangopura të formuara gjatë peroksidimit të lipideve gjithashtu mund të klasifikohen si forma aktive në këtë kategori, në analogji me peroksidin e hidrogjenit. Pastaj radikalet alkoksil të lipideve, të formuara gjatë reduktimit me një elektron të hidroperoksideve, për shembull, me jonet Fe 2+, gjithashtu hyjnë në këtë kategori; në fakt, këta janë homologë të radikalit hidroksil.

Pavarësisht nga të gjitha sa më sipër, ne propozojmë të kombinojmë të gjitha produktet (dhe reagentët) e listuar të oksidimit zinxhir të lipideve nën një term: forma aktive të lipideve. Për një biolog dhe një mjek, është akoma më e rëndësishme jo se cili atom i veçantë ka një elektron të paçiftuar, por cila molekulë bëhet kimikisht agresive, d.m.th., fiton tiparet e një radikali të lirë ose pararendësit të tij reaktiv. Pra, ne përfshijmë radikalet alkil, alkoksi dhe dioksid si forma aktive të lipideve. si dhe hidroperoksidet e acideve yndyrore të pangopura dhe zinxhirët përkatës të fosfolipideve, triglicerideve ose kolesterolit (shih Fig. 5).

Radikalet dytësore dhe terciare

Molekulat reaktive: peroksidi i hidrogjenit, hidroperoksidet lipidike, peroksinitrit, formohen në reaksione, një nga pjesëmarrësit në të cilat në shumicën e rasteve është një radikal, dhe nganjëherë dioksigjen, i cili, megjithatë, ka edhe elektrone të paçiftuara në shtresën e jashtme të elektroneve. Nga ana tjetër, këto molekula, dhe së bashku me to hipoklorit, formojnë lehtësisht radikale në prani të joneve metalike me valencë të ndryshueshme, kryesisht joneve dyvalente hekuri. Radikalë të tillë do t'i quajmë dytësorë; këtu përfshihen radikalet hidroksil dhe radikalet lipidike. Radikalet dytësore, ndryshe nga ato parësore, formohen në reaksione jo enzimatike dhe, me sa dihet aktualisht, nuk kryejnë funksione të dobishme fiziologjikisht. Përkundrazi, ato kanë një efekt shkatërrues në strukturat qelizore dhe me të drejtë mund të quhen radikale të dëmshme. Është formimi i radikalëve dytësorë (dhe jo radikalëve në përgjithësi) që çon në zhvillimin e kushteve patologjike dhe qëndron në themel të kancerogjenezës, aterosklerozës, inflamacionit kronik dhe sëmundjeve degjenerative nervore (shih rishikimet (Cross, 1987 #4) (Cross, 1994 #5 )(Darley- Usmar, 1995 #10 (Darley-Usmar, 1996 #11)). Megjithatë, molekulat reaktive kanë gjithashtu një efekt citotoksik, jo vetëm për shkak të formimit të radikaleve të lira prej tyre, por edhe drejtpërdrejt, siç është vërtetuar për peroksinitritin dhe hipokloritin, dhe në disa situata për peroksidin e hidrogjenit.

Për të mbrojtur kundër efekteve të dëmshme të radikaleve dytësore, trupi përdor një grup të madh substancash të quajtura antioksidantë, të cilët përfshijnë pastrues të radikalëve të lirë. Shembuj të këtyre të fundit janë alfa-tokoferoli, tiroksina, ubiquinone e reduktuar (QH 2) dhe hormonet steroide femërore. Duke reaguar me radikalet lipidike, vetë këto substanca shndërrohen në radikale antioksidante, të cilat mund të konsiderohen si radikale terciare (shih Fig. 3).

Së bashku me këto radikale, të cilat formohen vazhdimisht në sasi të ndryshme në qelizat dhe indet e trupit tonë, radikalet që shfaqen nën ndikime të tilla si rrezatimi jonizues, rrezatimi ultravjollcë, apo edhe ndriçimi me dritë të dukshme të fortë, si drita lazer, mund të kenë një efekt shkatërrues. Radikalë të tillë mund të quhen të huaj. Këtu përfshihen edhe radikalet e formuara nga komponimet e huaja dhe ksenobiotikët që hyjnë në trup, shumë prej të cilëve kanë një efekt toksik pikërisht për shkak të radikaleve të lira të formuara gjatë metabolizmit të këtyre përbërjeve (Fig. 3).

Si studiohen radikalet e lira dhe reagimet në të cilat ata marrin pjesë?

Metodat themelore për studimin e reaksioneve që përfshijnë radikalet

Pjesëmarrja e radikaleve të lira në një proces të caktuar, qoftë një reaksion kimik në një epruvetë apo zhvillimi i një gjendjeje patologjike në trup, mund të gjykohet duke përdorur metoda direkte dhe indirekte (, fq. 19-32). Metoda "më e drejtpërdrejtë" për studimin e radikaleve të lira është metoda e rezonancës paramagnetike të elektroneve (EPR). Nga prania, amplituda dhe forma e sinjaleve EPR (spektrat), mund të gjykohet ekzistenca e elektroneve të paçiftuara në një mostër, të përcaktohet përqendrimi i tyre dhe ndonjëherë të zbulohet se cila është struktura kimike e radikalëve që përmbajnë këto elektrone të paçiftuara. Metodat e drejtpërdrejta për studimin e radikaleve përfshijnë gjithashtu metodën e kimilumineshencës (CL). Kur radikalët ndërveprojnë me njëri-tjetrin, çlirohet shumë energji, e cila në disa raste emetohet në formën e fotoneve (kuanta të lehta). Intensiteti i një ndriçimi të tillë (CL) është proporcional me shpejtësinë e reaksionit në të cilin marrin pjesë radikalët dhe, rrjedhimisht, me përqendrimin e tyre.

Metodat kryesore indirekte për studimin e reaksioneve në të cilat marrin pjesë radikalët janë përcaktimi i përqendrimit të produkteve përfundimtare të reaksionit, si dhe përdorimi i frenuesve. Le t'i hedhim një vështrim më të afërt këtyre metodave.

Analiza frenuese

Radikalët janë shumë reaktivë dhe nuk mund të studiohen duke përdorur metoda kimike konvencionale: procedurat standarde si kromatografia ose centrifugimi janë krejtësisht të padobishme. Megjithatë, analizat biokimike bëjnë të mundur përcaktimin e produkteve përfundimtare të reaksioneve në të cilat supozohet të marrin pjesë radikalet, por gjithmonë mbetet pyetja nëse radikalët morën pjesë në të vërtetë në proces dhe cilët. Një rol të rëndësishëm në zgjidhjen e pyetjeve të tilla luan e ashtuquajtura analiza frenuese.

Një shembull klasik është përdorimi i enzimës superoksid dismutazë (SOD). Kjo enzimë katalizon reaksionin (dismutimin) e dy radikalëve superoksid për të formuar peroksid hidrogjeni dhe oksigjen molekular. Nëse shtimi i SOD pengon procesin në studim, do të thotë se një radikal superoksid është i nevojshëm për shfaqjen e tij dhe mbetet për t'u përcaktuar se në cilin reaksion përfshihet ky radikal.
Mund të thuhet pa ekzagjerim se përparimet moderne në studimin e rolit të radikalëve të lirë në jetën dhe vdekjen e qelizave, organeve dhe indeve tona janë kryesisht për shkak të zbulimit të enzimës superoksid dismutazë (SOD), e cila u bë nga I. Fridovich. dhe McCord rreth një çerek shekulli më parë. Kjo enzimë, siç është përmendur tashmë, katalizon reagimin:
. OO - + . OO - + 2H + => O 2 + H 2 O
Në prani të një enzime tjetër, katalazës, peroksidi i hidrogjenit dekompozohet për të prodhuar oksigjen dhe ujë:
H 2 O 2 => O 2 + H 2 O

Zbulimi i SOD revolucionarizoi mendjet e biokimistëve: meqenëse ekziston një enzimë që heq radikalet e lira, të prodhuara posaçërisht nga qelizat e gjalla (dhe, siç doli, jashtëzakonisht i përhapur në natyrën e gjallë), është e qartë se vetë radikalët ekzistojnë në natyrë dhe për disa arsye ato nevojiten duhet të fshihen. Para kësaj, pak biokimistë e kuptuan se jo vetëm molekulat "të vërteta", por edhe radikalet e lira, marrin pjesë në metabolizmin e organizmave të gjallë. Pastaj SOD dhe katalaza filluan të përdoren gjerësisht në të gjitha studimet që studiojnë rolin e superoksidit dhe peroksidit të hidrogjenit në një proces të caktuar, qoftë ky një reaksion biokimik individual ose zhvillimi i një sëmundjeje në kafshë laboratorike ose në njerëz. Nëse, për shembull, shtimi i SOD pengon ashpër procesin në studim, do të thotë që një radikal superoksid është i nevojshëm për shfaqjen e tij, dhe tani mbetet vetëm për të zbuluar se në cilin reaksion kimik është përfshirë ky radikal. Nëse procesi frenohet nga katalaza, do të thotë se është përfshirë peroksidi i hidrogjenit, i dekompozuar nga kjo enzimë.

I njëjti parim vlen edhe për përdorimin e frenuesve të tjerë. Pra, për të sqaruar rolin e radikaleve lipidike, përdoren "kurthe" radikale të tretshme në yndyrë, të cilat përfshijnë karotenoidet dhe tokoferolet (vitamina E). Këto substanca, duke reaguar me radikalet L· ose LOO· thyejnë zinxhirët e oksidimit dhe pengojnë peroksidimin e lipideve. Hormonet steroide dhe tiroksina kanë të njëjtën veti. Efekti antioksidant i këtyre substancave manifestohet gjithashtu në efektin e tyre në kinetikën e kimilumineshencës (shih, për shembull, Fig. 3, B). Gjithashtu përdoret gjerësisht një pastrues radikal sintetik, di-tert-butilhidroksitoluen (ionol).

Kurthe të tjera radikale nuk janë aq specifike, por gjithashtu përdoren ndonjëherë. Kështu, radikalet e tretshme në ujë "kapen" në mënyrë efektive nga acidi askorbik ose urik. Për të "fshirë" radikalët hidroksil (HO·), përdoren manitol ose acid benzoik, dhe nganjëherë etanol. Për të përcaktuar pjesëmarrjen në çdo proces të reaksioneve të oksidimit zinxhir të lipideve (shih më poshtë), përdoren "kurthe" të tretshme në yndyrë të radikaleve lipidike, të cilat udhëheqin zinxhirët e oksidimit. Këto kurthe përfshijnë tokoferolin (vitaminë E) dhe disa komponime sintetike, të tilla si hidroksitolueni i tert-butiluar (jonol). Radikalët e tretshëm në ujë "kapen" në mënyrë efektive nga acidi askorbik ose urik. Për të "fshirë" radikalët hidroksil (HO·), përdoren manitol ose acid benzoik, dhe nganjëherë etanol. Sidoqoftë, duhet thënë se kurthet nuk janë gjithmonë specifike: shumë prej tyre reagojnë jo vetëm me radikale, por edhe me molekula mjaft aktive.

Metoda e rezonancës paramagnetike të elektroneve

Megjithëse përfitimet e studimeve të bazuara në studimin e produkteve molekulare të reaksioneve të radikaleve të lira dhe analizave frenuese janë pa dyshim, nuk duhet të neglizhohet mundësia e zbulimit të drejtpërdrejtë të reaksioneve të radikaleve të lira dhe studimi i drejtpërdrejtë i ndryshimeve në përqendrimin e tyre gjatë procesit në studim. .
Sot, ekzistojnë dy metoda të drejtpërdrejta për zbulimin e radikalëve: rezonanca paramagnetike e elektroneve (EPR) dhe kimilumineshenca (CL).

Metoda ESR bën të mundur studimin mjaft të besueshëm të radikaleve semiquinone, në veçanti radikaleve ubiquinol dhe tocopherol (shih spektrat në Fig. 6). Radikalet e llojeve reaktive të oksigjenit dhe lipideve zakonisht nuk vërehen drejtpërdrejt. Vetëm duke përdorur metodën e përzierjes së shpejtë të dy solucioneve me rrjedhën e tyre të vazhdueshme (shih Fig. 7), ishte e mundur të vëzhgoheshin sinjalet ESR të radikaleve lipidike të formuara gjatë dekompozimit të hidroperoksideve të acidit linoleik nga jonet Ce 4+ dhe Fe 2+, megjithëse mjaft të dobëta, pavarësisht kostove të mëdha të reagentëve (Osipov, 1980 #594). Përpjekjet për të zbuluar drejtpërdrejt radikalet e oksigjenit ose lipideve në sistemet biologjike me anë të EPR kanë dështuar sepse përqendrimet në gjendje të qëndrueshme të shumicës së radikalëve, si oksigjeni ose radikalet lipidike, janë shumë të ulëta në sistemet biologjike. Megjithatë, suksesi erdhi pas zhvillimit të metodës së kurthit të rrotullimit.

Kurthe rrotulluese

Pavarësisht të gjitha avantazheve të metodës EPR, ndjeshmëria e saj është shpesh e pamjaftueshme për të zbuluar radikalet e lira, të cilat ndërkohë jo vetëm formohen në kampionin në studim, por marrin pjesë edhe në procese të rëndësishme që ndodhin në të. I gjithë problemi është aktiviteti i lartë kimik i radikalëve. Në sistemet biologjike, ritmet e formimit të radikaleve të oksigjenit ose radikaleve lipidike në membrana nuk janë aq të larta, por shkalla e zhdukjes së këtyre radikaleve është shumë e lartë; Prandaj, përqendrimi i radikalëve në çdo kohë të caktuar (i ashtuquajturi përqendrim i palëvizshëm) është shpesh aq i vogël sa që nuk mund të zbulohen nga EPR. Sa më aktiv të jetë radikali, aq më i ulët është përqendrimi i tij i palëvizshëm dhe aq më pak ka gjasa që të "shihet" nga EPR. Rruga për të dalë është se radikalët aktivë shndërrohen në joaktive, të qëndrueshme, të cilat zbulohen duke përdorur EPR. Për këtë qëllim, në kampionin që studiohet i shtohen substanca të veçanta të quajtura kurthe rrotulluese (për shembull, në një suspension qelizor, homogjenat indesh ose tretësirë ​​ku ndodhin reaksione që përfshijnë radikalet e lira) (edhe pse ato "kapin", natyrisht, jo rrotullime, por radikalët). Për shembull, për të "pastruar" radikalët hidroksil me HO. Përdoret fenilbutilnitroni (PBN).

Kur një kurth ndërvepron me një radikal, radikali bashkohet me kurthin për të formuar një radikal të ri, të qëndrueshëm, të quajtur "adduct spin" (nga fjala angleze add - add, add). Sinjalet EPR të addukteve spin të radikalëve të ndryshëm ndryshojnë pak në formë. Kjo bën të mundur identifikimin e radikalëve të formuar në sistemin në studim. Figura 8, në të majtë, tregon sinjalin EPR të aduktit spin të PBN me një radikal OH, i formuar gjatë dekompozimit të peroksidit të hidrogjenit nga jonet dyvalente të hekurit, dhe në të djathtë, sinjali EPR i të njëjtit addukt të formuar në prani e PBN gjatë bashkëveprimit të hipokloritit me jonet dyvalente të hekurit.

Për të kapur radikalët e tjerë (të themi, superoksidi), përdoren kurthe të tjera. Meqenëse kurthi i rrotullimit "përgjon" radikalet e lira, ai ngadalëson (frenon) procesin që shkaktojnë këto radikale, për shembull, zvogëlon dëmtimin e qelizave të gjalla nga radikalët. AI. Kështu, kurthe spin përdoren për dy qëllime: për të zbuluar se çfarë radikale formohen dhe çfarë procesesh në qelizë shkaktojnë.

Metoda e kimilumineshencës

Një metodë efektive për studimin e reaksioneve që përfshijnë radikalet është metoda e kimilumineshencës (CL). Ajo bazohet në faktin se kur radikalët ndërveprojnë me njëri-tjetrin, lirohet shumë energji, e cila mund të emetohet në formën e fotoneve (kuanta të lehta). Intensiteti i një ndriçimi të tillë (CL) është proporcional me shpejtësinë e reaksionit në të cilin marrin pjesë radikalët dhe, për rrjedhojë, tregon një ndryshim në përqendrimin e tyre gjatë procesit që studiohet. Kjo do të diskutohet më në detaje në leksionin "Kimilumineshenca e brendshme ("shkëlqimi ultra i dobët") në sistemet biologjike".

Studimi i kinetikës së reaksionit

Reaksionet që përfshijnë radikalet e lira, veçanërisht reaksionet e oksidimit zinxhir, janë shumë komplekse dhe vazhdojnë nëpër një sërë fazash të njëpasnjëshme. Në studimin e mekanizmit të reaksioneve zinxhir, rolin kryesor e luajti studimi i kinetikës së proceseve; Në këtë rast, matja e kinetikës së kimilumineshencës lejon që dikush të shohë drejtpërdrejt ndryshimin me kalimin e kohës në përqendrimin e radikalëve, për shembull, radikalët lipidikë. Matjet paralele të kimilumineshencës, oksidimi i joneve të hekurit hekuri dhe akumulimi i produkteve të reaksionit në suspensionet e mitokondrive dhe fshikëzave fosfolipide (liposome) bënë të mundur përcaktimin eksperimental të konstanteve të shpejtësisë së reaksioneve kryesore të oksidimit të lipideve me zinxhir të radikalit të lirë.