БИОФИЗИКА, 2023, том 68, № 4, с. 667-684

БИОФИЗИКА КЛЕТКИ

УДК 576.32/.36:577.334

СВОБОДНЫЕ РАДИКАЛЫ И ТРАНСДУКЦИЯ СИГНАЛОВ В КЛЕТКАХ

И.В. Горудко*, О.М. Панасенко**

*Белорусский государственный университет, просп. Независимости, 4, Минск, 220030, Республика Беларусь

**Федеральный научно-клинический центр физико-химической медицины имени академика Ю.М. Лопухина

ФМБА России, ул. Малая Пироговская, 1а, Москва, 119435, Россия

^#E-mail: martinovichgg@bsu.by

Поступила в редакцию 19.12.2022 г.

После доработки 04.01.2023 г.

Принята к публикации 17.01.2023 г.

Представлен обзор молекулярных механизмов внутриклеточной передачи информации с участием

свободных радикалов. Детально рассмотрены структура и функционирование ферментативных си-

стем продукции супероксидного анион-радикала и пероксида водорода. Обсуждаются механизмы

регуляции свойств клеток с участием специализированных редокс-цепей, образованных группой

белков, взаимодействующих через электрон-транспортные процессы. Анализируются генетически

опосредованные механизмы регуляции редокс-гомеостаза клеток. Особое внимание уделяется про-

блеме количественной характеристики сети взаимодействий окислителей и восстановителей, опре-

деляющей видовые и индивидуальные особенности редокс-гомеостаза и стрессового ответа клеток.

Ключевые слова: свободные радикалы, активные формы кислорода, редокс-регуляция, окислительный

стресс, восстановительный стресс, фактор транскрипции Nrf2.

DOI: 10.31857/S0006302923040063, EDN: KJSYZR

последующем было установлено, что свободно-

Активное исследование свободнорадикальных

радикальные продукты метаболизма кислорода

процессов в живых системах началось в середине

или активные формы кислорода (АФК), как их

прошлого века, когда образование окислителей в

стали называть позже, образуются не только по-

организме связали с развитием хронических и де-

сле облучения, но и продуцируются метаболиче-

генеративных заболеваний. В 1954 г. Р. Гершман

ски, вызывая повреждение клеточных структур

с соавторами предположила, что известные ток-

при развитии патологического состояния орга-

сические эффекты кислорода обусловлены обра-

низма [5, 6].

зованием его активных радикальных интермеди-

В 1956 г. Д. Харман выдвинул свободноради-

атов [1]. В том же году Б.Н. Тарусов высказал ги-

кальную теорию старения, согласно которой

потезу о ведущей роли свободнорадикальных

ослабление физиологических функций с возрас-

реакций перекисного окисления липидов в раз-

том происходит в результате аккумуляции разно-

витии радиационно-индуцированных поврежде-

образных повреждений, в том числе и генетиче-

ний клеток [2]. Дальнейшие работы Н.М. Эману-

ского материала, образующимися при дыхании

эля и ряда других авторов способствовали выяс-

клеток свободными радикалами [7]. Данная тео-

нению механизмов свободнорадикального

рия привела к формированию целого направле-

окисления липидов и антиоксидантных защитно-

ния биологии старения, исследующего роль АФК

восстановительных процессов в клетках [3, 4]. В

в процессах старения и развитии возрастной па-

тологии, а также способы регуляции процессов

Сокращения: АФК

- активные формы кислорода,

старения с помощью антиоксидантных средств

НАДФН - никотинамидадениндинуклеотид фосфат,

Nox - НАДФН-оксидаза (NADPH oxidase), ФАД - фла-

[8, 9]. Развитие исследований в данной области

винадениндинуклеотид, ФМН - флавинмононуклеотид,

значительно расширило список заболеваний и

НАДН - никотинамидадениндинуклеотид, СОД - су- патологических процессов, объединяемых поня-

пероксиддисмутаза, ARE - антиоксидант-респонс(ив)ный

тием «свободнорадикальные».

элемент (antioxidant respons(iv)e element), Duox - двойная

оксидаза (Dual oxidase), Nrf2 - транскрипционный фактор

Открытие регуляторной роли монооксида азо-

2 семейства NFE (NF-E2-related factor 2), Keap1 - Kelch-

подобный ECH-ассоциированный протеин 1, Klf9 - Krup-

та (^•NO), рассматривавшегося до этого как цито-

pel-подобный фактор 9, Prx6 - пероксиредоксин 6.

токсическое соединение, инициировало начало

667

668

МАРТИНОВИЧ и др.

исследований физиологических функций сво-

МОЛЕКУЛЯРНЫЕ МЕХАНИЗМЫ

боднорадикальных процессов. Первые свиде-

АКТИВАЦИИ КИСЛОРОДА В КЛЕТКАХ

тельства того, что в ходе метаболических процес-

ПРИ СИГНАЛИЗАЦИИ

сов в живых системах может продуцироваться

АФК (О_2•-, Н₂О₂, ¹О₂, НО^• и др.) образуются

^•NO, приводящий к образованию динитрозиль-

в клетках как в результате действия внешних фи-

ных комплексов железа, были получены в работах

зико-химических факторов, так и в процессах

А.Ф. Ванина [10, 11]. Дальнейшее изучение регу-

клеточного метаболизма. Это гетерогенная груп-

ляторных свойств этого свободного радикала

па соединений, характеризующаяся разными фи-

привело к открытию его физиологической функ-

зико-химическими свойствами и биологической

ции, состоящей в регуляции тонуса сосудов, за

активностью. В процессах внутриклеточной пе-

которое Р. Фарчготт, Л. Игнарро и Р. Мьюрэд в

редачи сигнала ключевую роль выполняет Н₂О₂,

1998 г. были удостоены Нобелевской премии по

образование которого происходит в результате

физиологии и медицине [12].

дисмутации О_2•- [16]. Генерация О_2•- в клетках

человека, в основном, происходит при одноэлек-

В настоящее время участие свободнорадикаль-

тронном восстановлении молекулярного кисло-

ных продуктов метаболизма кислорода показано

рода с участием НАДФН-оксидаз и комплексов

в регуляции широкого спектра биохимических и

дыхательной цепи митохондрий.

физиологических процессов, включая регенера-

НАДФН-оксидазы млекопитающих. НАДФН-

тивные и адаптационные процессы, дифферен-

цировку клеток и апоптоз [13, 14]. Важно отме-

оксидаза относится к семейству О_2•--генериру-

тить, что монооксид азота, который синтезирует-

ющих оксидаз (обозначаемых как Nox-семейство

ся цитохром Р₄₅₀-подобными гемопротеинами

оксидаз), состоящему из семи членов: Nox1

(NADPH oxidase 1), Nox2, Nox3, Nox4, Nox5,

семейства NO-синтаз, главным образом участву-

двойные оксидазы Duox1 (Dual oxidase 1) и Duox2

ет в межклеточной сигнализации [15]. С другой

стороны, основными участниками процессов

[17]. Ключевым компонентом О_2•--генерирую-

внутриклеточной трансдукции сигналов являют-

щих оксидаз является гликопротеин gp91^phox

ся супероксидный анион-радикал (О_2•-) и про-

(phagocyte oxidase), составляющий каталитиче-

скую часть НАДФН-оксидазы фагоцитов и из-

дукт его дисмутации - пероксид водорода (Н₂О₂)

вестный как Nox2.

[16].

Простетическими группами гликопротеина

АФК, по-видимому, являются универсальны-

gp91^phox являются флавинадениндинуклеотид

ми биорегуляторами жизненных функций у всех

(ФАД) и два гема, которые образуют трансмем-

типов живых организмов - от бактерий и про-

бранную электрон-транспортную цепь и обеспе-

стейших до высших растений и животных. Пока-

чивают перенос электронов между субстратами

зано, что при повышении внутриклеточной кон-

(НАДФН и О₂), располагающимися по разным

центрации АФК изменяется активность практи-

сторонам клеточной мембраны [18]. Полипеп-

чески всех классов сигнальных эффекторных

тидная цепь gp91^phox состоит из 570 аминокислот

белков, участвующих в передаче сигнала от кле-

и содержит шесть трансмембранных α-спираль-

точной поверхности к ядру [13]. Однако в рамках

ных участков, образующих мембранный домен

традиционной биохимии и физиологии механиз-

фермента. В области III и V трансмембранных

мы регуляции АФК широкого спектра биохими-

α-спиральных участков находятся пять консерва-

ческих и физиологических процессов трудно объ-

тивных остатков гистидина, четыре из которых

обеспечивают места связывания для двух гемов.

яснимы.

Каждая из гемовых групп gp91^phox связана двумя

Многочисленные исследования указывают на

координационными связями с остатками гисти-

сложность и многообразие процессов, протекаю-

дина (His101:His209 и His115:His222) таким обра-

щих в живых системах с участием АФК и антиок-

зом, что тетрапиррольные структуры располага-

сидантов. Целью настоящей работы является об-

ются параллельно плоскости трансмембранных

зор современных представлений о механизмах

α-спиральных участков [19]. Цитозольный домен

участия АФК в процессах внутриклеточной пере-

полипептидной цепи со стороны карбоксильного

дачи информации. Особое внимание уделяется

окончания содержит ФАД и место связывания

проблеме количественной характеристики уни-

НАДФН (рис. 1).

кальной сети взаимодействий окислителей и вос-

Трансмембранный перенос электронов от

становителей, определяющей видовые и индиви-

НАДФН на О₂ включает несколько этапов [20].

дуальные особенности редокс-гомеостаза и

Сначала два электрона переносятся на ФАД.

стрессового ответа клеток.

Следующим этапом является одноэлектронный

БИОФИЗИКА том 68

№ 4

2023

СВОБОДНЫЕ РАДИКАЛЫ И ТРАНСДУКЦИЯ СИГНАЛОВ

669

Рис. 1. Топология gp91^phox-комплекса.

толстой кишки и микроглии Nox1 участвует в ме-

перенос

электронов

ФАДН₂ (Е⁰′

ханизмах иммунной защиты, подобно Nox2 фаго-

(ФАДН^•/ФАДН₂) = -304 мВ) через внутренний

цитов [26, 27]. В тромбоцитах Nox1 участвует в

гем (Е⁰′ (Fe³⁺/Fe²⁺) = -225 мВ) и внешний гем

коллаген-индуцированном формировании тром-

бов [28]. В гладкой мышечной ткани Nox1 участ-

(Е⁰′ (Fe³⁺/Fe²⁺) = -265 мВ) на О₂ (Е⁰′ (О₂/О_2•-) =

вует в процессах внутриклеточной сигнализации,

= -137 мВ). Наличие О₂ является необходимым

активированных действием ангиотензина II [29,

условием для переноса электронов по простети-

30].

ческим группам фермента. Поскольку редокс-по-

Генерация АФК с участием Nox2 необходима

тенциал внешнего гема ниже, чем внутреннего, в

для микробицидного действия и регуляции им-

отсутствие О₂ электроны будут оставаться на

мунного ответа. Ген изоформы Nox2, главным

внутреннем геме. Таким образом, движущую си-

образом, экспрессируется в фагоцитах, однако

лу процесса определяет разность редокс-потен-

также обнаружен в клетках поперечно-полосатых

циалов О₂ и НАДФН.

и гладких мышц, кардиомиоцитах, нейронах, эн-

дотелиоцитах, фибробластах, гепатоцитах и гемо-

Оксидазы Nox-семейства используются для

поэтических стволовых клетках [31]. В фагоцити-

защиты от вирусов и бактерий, а также регуляции

рующих клетках Nox2 преимущественно (95%)

многих клеточных функций [18]. Основным про-

локализована в мембране фагосом, а в эндотели-

дуктом Nox1, Nox2, Nox3 и Nox5 является О_2•-,

альных клетках Nox2 содержится в кавеолах мем-

тогда как Duox1, Duox2 и Nox4 имеют перокси-

бран ламеллоподий

[32]. В гладкомышечных

дазный домен и продуцируют преимущественно

клетках Nox2 располагается вблизи перинуклеар-

Н₂О₂ [21]. При этом биологические функции и

ного цитоскелета, а в нейронах - в мембране си-

тканевое распределение разных изоформ

напсов [33]. В эндотелиоцитах активация Nox2

НАДФН-оксидаз существенно различаются.

происходит при механотрансдукции и действии

эндотелина-1, фактора роста эндотелия сосудов

Высокий уровень экспрессии гена Nox1 на-

(vascular endothelial growth factor, VEGF) и факто-

блюдается в клетках эпителия толстой кишки

ра некроза опухоли альфа (tumor necrosis factor al-

[22]. Фермент также обнаружен в клетках гладкой

pha, TNF-α) [34, 35]. Нарушение функциониро-

мышечной ткани, эндотелиальных клетках,

вания Nox2 приводит к дисфункции эндотелия и

тромбоцитах, остеокластах, нейронах, астроци-

развитию гипертензии [36].

тах и клетках микроглии [23, 24]. Nox1 локализо-

вана в плазматической мембране клеток, преиму-

Оксидаза Nox3 является О_2•--генерирующей

щественно в кавеолах [25]. В клетках эпителия

оксидазой клеток внутреннего уха, ее ген экс-

БИОФИЗИКА том 68

№ 4

2023

670

МАРТИНОВИЧ и др.

прессируется в кохлеарном и вестибулярном сен-

Электрон-транспортная цепь митохондрий. Ок-

сорном эпителии, а также в спиральном ганглии

сидоредуктазы митохондрий являются основным

[37]. Nox3 выполняет ключевую роль в образова-

источником образования АФК для большинства

нии отолитов - кристаллов бикарбоната кальция,

клеток млекопитающих. Наиболее эффективны-

являющихся компонентами отолитового аппара-

ми участками продукции О_2•- являются ком-

та в вестибулярном анализаторе, адекватными

плекс I (НАДН-убихинон оксидоредуктаза, ЕС

раздражителями для которого являются измене-

7.1.1.2) и комплекс III (убихинол-цитохром с-ок-

ния положения головы, воздействие на организм

сидоредуктаза, ЕС 7.1.1.8) дыхательной цепи ми-

гравитационных сил, прямолинейных и центро-

тохондрий.

бежных ускорений

[18]. Предполагается, что

Nox3 является конститутивно активным фермен-

Комплекс I дыхательной цепи митохондрий

млекопитающих состоит из 44 субъединиц и име-

том [36]. Усиление продукции АФК в клетках

ет молекулярную массу 980 кДа [60]. Простетиче-

внутреннего уха происходит при действии ото-

токсических агентов и шума [38].

скими группами белка являются флавинмоно-

нуклеотид (ФМН) и восемь железосерных кла-

Участником процессов внутриклеточной сиг-

стеров (N1a, N1b, N2, N3, N4, N5, N6a, N6b). Два

нализации является Н₂О₂, продуцируемый Nox4.

электрона, поступающие от НАДН, переносятся

Оксидаза Nox4 выявлена во многих типах клеток,

через ФМН и железосерные центры на убихинон,

включая эндотелиоциты [39], фибробласты [40],

который связывается с активным центром, рас-

кератиноциты [41], остеокласты [42], нейроны

положенным внутри гидрофобной части мембра-

[43] и гепатоциты [44]. Высоким содержанием

ны.

Nox4 характеризуются клетки почек [45]. В клет-

Путь переноса электронов от НАДН к убихи-

ках Nox4 локализуется в плазматической мембра-

нону в комплексе I, проходящий через ФМН и

не (в областях фокальных контактов), в мембра-

железосерные кластеры, составляет более 100 Å.

нах эндоплазматического ретикулума и ядерных

ФМН присоединяет сразу два электрона от

мембранах [46, 47]. В кардиомиоцитах Nox4 обна-

НАДН и затем по одному электрону последова-

ружена в митохондриях [48], однако точная лока-

тельно переносит их на кластер N3. Дальнейший

лизация и ориентация фермента в мембранах ми-

перенос электронов осуществляется в последова-

тохондрий неизвестна [49].

тельности N3→N1b→N4→N5→N6a→N6b→N2. Рас-

Nox5 локализована в плазматической мембра-

стояние между редокс-центрами в электрон-

не и ее ген экспрессируется в клетках селезенки

транспортной цепи фермента составляет около

[50], гладкомышечных клетках [51], эндотелио-

14 Å и соответствует максимально возможному

цитах [52] и других типах клеток. Предполагается,

расстоянию для переноса электрона в биологиче-

что оксидаза Nox5 играет важную роль в регуля-

ских системах путем туннелирования [61]. У

ции пролиферации клеток [51]. Высокий уровень

большинства железосерных кластеров фермента

экспрессии гена данного фермента наблюдается

редокс-потенциал составляет около -250 мВ.

во многих типах опухолевых клеток [53-55].

Наиболее высоким редокс-потенциалом характе-

Двойные оксидазы Duox1 и Duox2 первона-

ризуется центр N2 (E⁰′ = -100 мВ). Именно через

чально были обнаружены в клетках щитовидной

этот центр осуществляется передача электронов

железы, в которых они участвуют в биосинтезе

на убихинон. Перенос электронов с железосер-

тиреоидных гормонов [56]. Гены Duox1 и Duox2

ных кластеров на убихинон ингибируется хино-

также экспрессируются в клетках эпителия дыха-

ноподобными ингибиторами - пестицидом роте-

тельных путей [57] и предстательной железы [58].

ноном и антибиотиком пирицидином А.

Показано, что двойные оксидазы Duox1 и Duox2

Образование АФК в комплексе I происходит

участвуют в синтезе адениндинуклеотидфосфата

как при транспорте электронов от НАДН к уби-

никотиновой кислоты (НААДФ) и регуляции

хинону (прямой электронный перенос), так и при

Ca²⁺-сигнализации при активации Т-клеток [59].

транспорте от убихинола к НАД⁺ (обратный

В одних и тех же клетках могут экспрессиро-

электронный перенос). Обратный электронный

ваться гены разных типов Nox-оксидаз. Скорость

перенос наблюдается при высоком мембранном

потенциале митохондрий и сопровождается

продукции О_2•- различными оксидазами также

большим выходом АФК [62]. Скорость генерации

различается. Разные изоформы НАДФН-оксида-

Н₂О₂ изолированными митохондриями нейро-

зы активируются разными стимулами, и, следо-

нов крысы при прямом электронном переносе в

вательно, вызывают разные клеточные отклики.

комплексе I составляет

0.06-0.40 нмоль

Среди основных факторов, определяющих спе-

Н₂О₂/мин на мг белка, а при обратном - 1.0-

цифичность действия продуктов Nox, следует от-

метить субклеточную колокализацию фермента и

3.0 нмоль Н₂О₂/мин на мг белка [63]. Образова-

мишени действия его продуктов, а также внутри-

ние АФК при обратном переносе зависит от вели-

клеточные редокс-условия.

чины мембранного потенциала и увеличивается с

БИОФИЗИКА том 68

№ 4

2023

СВОБОДНЫЕ РАДИКАЛЫ И ТРАНСДУКЦИЯ СИГНАЛОВ

671

ростом потенциала [64]. Показано, что ротенон

также отметить, что митохондрии разных тканей

усиливает продукцию АФК в комплексе I при

сильно различаются по относительным и абсо-

прямом электронном переносе и снижает образо-

лютным активностям участвующих в метаболиз-

вание АФК при обратном переносе [65].

ме АФК ферментов, а также по локальным кон-

центрациям О₂ (печень, почки, эндотелий сосу-

В комплексе I компонентами, с которых воз-

можен перенос электронов на О₂, являются фла-

дов, легкие) [63].

вин, семиубихинон и не относящийся к основной

Регуляция скорости окисления убихинолов

цепи внутрибелкового переноса электронов же-

является одним из ключевых этапов регуляции

лезосерный центр N1a (E⁰′ = -370 мВ) в флавин-

скорости переноса электронов в электрон-транс-

содержащей субъединице. Железосерный центр

портной цепи и скорости генерации О_2•- ком-

N1a выполняет функцию временного депо для

•-

плексом III. Показано, что образование О₂

электронов при интенсивном переносе с ФМН

максимально, если убихинол окислен на 25-30 %

[66, 67]. Перенос электрона с железосерного кла-

[71]. Генерация АФК митохондриями также мо-

стера N1a на О₂ приводит к образованию О_2•-.

дулируется ^•NO посредством его обратимого свя-

Продуктами взаимодействия флавинового ко-

зывания с гемовыми группами комплексов III и

фермента с молекулярным кислородом являются

IV [72, 73].

О_2•- и Н₂О₂ [68].

В митохондриях наряду с комплексами элек-

В изолированном комплексе I основным до-

трон-транспортной цепи образование АФК

нором электронов для восстановления О₂ высту-

может также протекать с участием ряда ФАД-со-

пает ФМН [69]. В комплексе I, функционирую-

держащих оксидоредуктаз, включая сукцинат-

щем в митохондриальной мембране, генерация

дегидрогеназу, дегидролипоамиддегидрогеназу,

глицерол-3-фосфатдегидрогеназу, цитохром b₅

О_2•- происходит с участием семиубихиноновых

редуктазу, моноаминоксидазу и другие [74]. Од-

радикалов (CoQ^•-), образующихся при переносе

нако вклад дыхательных комплексов в суммар-

электрона с железосерного кластера N2 на убихи-

ную продукцию АФК выше вследствие их более

нон в активном центре фермента [65]. Семиуби-

высокого содержания в митохондриях.

хиноны, генерируемые в комплексе III при про-

Образование АФК в митохондриях является

текании Q-цикла, также являются донорами

важным регуляторным фактором, необходимым

электронов для одноэлектронного восстановле-

для поддержания гомеостаза и адаптации к стрес-

ния кислорода. Скорость образования семихино-

су [75]. Изменение скорости генерации АФК ми-

нов (а, следовательно, и скорость образования

тохондриями может выступать в качестве одного

АФК) зависит при этом от места их образования в

из механизмов переключения функциональной

комплексе III [70].

активности клеток. В последние годы интенсив-

Перенос электронов в комплексе III блокиру-

но исследуется роль митохондриальных АФК при

ется антимицином А и миксотиазолом. Антими-

адаптации к гипоксии и в регуляции иммунитета,

цин А блокирует перенос электронов от гема b_L к

аутофагии, дифференцировки, апоптоза

[76].

убихинону в центре связывания убихинона Q_N,

Увеличение продукции АФК в митохондриях при

расположенном вблизи матрикса митохондрий.

возрастных изменениях рассматривается в каче-

Миксотиазол ингибирует передачу электрона от

стве ключевого фактора, инициирующего запуск

убихинола к железосерному белку вблизи наруж-

дегенеративных процессов при старении [9, 77].

ной стороны внутренней мембраны (Q_P). Анти-

Супероксиддисмутазы. В клетках наиболее вы-

мицин А и миксотиазол ингибируют транспорт

сокая скорость образования Н₂О₂ наблюдается

электронов в комплексе III, но оказывают раз-

при катализируемой супероксиддисмутазами

личное действие на процессы генерации О_2•-.

(СОД, ЕС 1.15.1.1) дисмутации О_2•- [78]. Супер-

Антимицин А блокирует переход электрона с ге-

семейство СОД подразделяется на три группы

ма b_H, вызывая увеличение генерации О_2•- в

ферментов, различающихся по величине скоро-

комплексе III примерно в десять раз [70]. Инги-

сти реакции, строению и содержанию металлов

бирование миксотиазолом образования убисеми-

переменной валентности. Первая группа фер-

хинонов с цитозольной стороны внутренней ми-

ментов включает семейство СОД, содержащих

тохондриальной мембраны приводит к незначи-

ионы меди и ионы цинка, и обозначается как

Cu,Zn-СОД. Семейство ферментов, содержащих

тельному увеличению выхода О_2•-. Таким

в активном центре ион железа или ион марганца,

•-

образом, наиболее интенсивная продукция О₂

составляет второе семейство СОД и его члены

дыхательной цепью при физиологических усло-

обозначаются как Fe-СОД и Mn-СОД. К третьей

виях наблюдается на внутренней мембране со

группе ферментов относятся СОД, содержащие

стороны митохондриального матрикса. Следует

ион никеля (Ni-СОД).

БИОФИЗИКА том 68

№ 4

2023

672

МАРТИНОВИЧ и др.

Cu,Zn-СОД встречается во всех клетках эука-

нов или редокс-цепи [88, 89]. Изменение актив-

риот и представляет собой гомодимер с молеку-

ности белков-мишеней происходит в результате

лярной массой 32 кДа, состоящий из двух β-бар-

окисления, главным образом, депротонирован-

рельных мономеров, активные центры которых

ных тиоловых групп цистеиновых остатков [90,

располагаются на внешних петлях. Ион меди ак-

91]. Данный механизм не является специфиче-

тивного центра координирован четырьмя связя-

ским для ряда редокс-активных соединений и за-

ми с атомами азота гистидинов боковых цепей

пускается как эндогенными, так и экзогенными

акцепторами электронов. Важным фактором,

[79]. Один из лигандов Cu²⁺ (His61) совместно с

определяющим биологический эффект действия

двумя другими аминокислотными остатками ги-

АФК в клетках, является внутриклеточная коло-

стидина и остатком аспарагиновой кислоты ко-

кализация фермента, генерирующего АФК, и

ординирует ион цинка. Считается, что ион меди

белка-мишени [92]. Клеточная антиокислитель-

обеспечивает каталитическую активность фер-

ная система ограничивает эффективность дей-

мента, а ион цинка придает гему стабильность.

ствия АФК на удаленные от источника белки-ми-

Катализ протекает в две стадии: на первой стадии

шени. В связи с этим высокая концентрация

происходит восстановление иона меди О_2•-, на

АФК, необходимая для активации мишени, фор-

втором - его окисление.

мируется только вблизи источника генерации

Cu,Zn-СОД у человека и животных является, в

окислителей. Источники генерации АФК, сами

основном, внутриклеточным ферментом. Только

АФК и белки-мишени образуют единую цепь пе-

небольшие количества фермента присутствуют в

редачи информации, специфичность действия

плазме крови и цереброспинальной жидкости. У

которой определяется типом мишени.

человека внеклеточная Cu,Zn-СОД (в отличие от

В настоящее время в литературе обсуждается

внутриклеточной) является тетрамером, постро-

ряд регуляторных механизмов, функционирова-

енным из четырех одинаковых субъединиц. В

ние которых обеспечивается специализирован-

клетках Cu,Zn-СОД преимущественно локализо-

ными редокс-цепями. Примером комплексной

вана в цитозоле [80].

молекулярной структуры, образованной группой

Ген Mn-СОД экспрессируется в прокариоти-

взаимодействующих высокомолекулярных и низ-

ческих и эукариотических клетках. У высших жи-

комолекулярных соединений, являются кисло-

вотных основным местом локализации Mn-СОД

род-чувствительные рецепторы в нейроэпители-

является матрикс митохондрий. Fe-СОД содер-

альных тельцах легкого и каротидных тельцах.

жится в прокариотах и в хлоропластах раститель-

Одним из ключевых компонентов данного сенсо-

ных клеток [81]. Fe-СОД и Mn-СОД у однокле-

ра являются К⁺-каналы [93].

точных являются гомодимерами. Mn-СОД чело-

века - гомотетрамер с молекулярной массой

Функциональное состояние К⁺-каналов кис-

88 кДа. Ni-СОД обнаружена только у бактерий

лородного сенсора регулируется посредством ре-

семейства Streptomyces, и поэтому является наи-

докс-зависимого механизма: образование ди-

менее распространенной формой СОД [82].

сульфидов приводит к открытию канала, тогда

как их восстановление

- к закрытию

[94].

В организме человека распределение и содер-

жание различных форм СОД зависит от типа тка-

В.П. Скулачев рассматривал К⁺-каналы как не-

ни и изменяется при патологии. Увеличение экс-

отъемлемый компонент Н₂О₂-сенсоров высших

прессии генов СОД наблюдается при диабете

животных, один из которых расположен в нейро-

[83], онкологических [84, 85], нейродегенератив-

эпителиальных тельцах легкого и отвечает за

ных [86] и сердечно-сосудистых заболеваниях

сужение дыхательных путей при повышении

[87].

уровня Н₂О₂, а второй выполняет ту же функцию

применительно к кровеносным сосудам, нахо-

дясь в каротидных тельцах [95]. Повышение кон-

РЕДОКС-ЦЕПИ КАК СТРУКТУРНО-

центрации Н₂О₂ увеличивает число открытых

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ МОДУЛИ

СИГНАЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ

К⁺-каналов, что приводит к гиперполяризации

клеточной мембраны и ингибированию секреции

При трансдукции сигналов в клетках с участи-

ем свободных радикалов (редокс-сигнализации)

нейротрансмиттеров. Гипоксия, наоборот, при-

в серии электрон-транспортных процессов про-

водит к снижению концентрации Н₂О₂ в нейро-

исходит направленный перенос электронов от

эндокринных клетках, что индуцирует закрытие

белков к О₂, что изменяет конформацию и актив-

К⁺-каналов, деполяризацию мембраны, актива-

ность биологических молекулярных «машин». В

цию потенциал-зависимых Са²⁺-каналов и по-

транспорте электронов от начального донора к

следующую секрецию нейротрансмиттеров [94].

конечному акцептору могут участвовать несколь-

В гломусных клетках каротидных телец источ-

ко посредников (редокс-активных соединений),

создавая цепи направленного переноса электро-

ником Н₂О₂ для регуляции активности К⁺-кана-

БИОФИЗИКА том 68

№ 4

2023

СВОБОДНЫЕ РАДИКАЛЫ И ТРАНСДУКЦИЯ СИГНАЛОВ

673

лов являются оксидоредуктазы митохондрий [96].

ров с тирозинкиназной активностью. Одним из

Предполагается, что ключевую роль в работе хе-

первых был описан путь передачи сигналов с уча-

морецептора О₂ выполняет митохондриальный

стием АФК, инициируемый рецепторами инсу-

комплекс I [97]. Клетки каротидных телец содер-

лина [106]. При действии инсулина усиление

жат большое количество митохондрий, располо-

фосфорилирования происходит путем ингибиро-

вания тирозинфосфатазы PTP1B с участием

женных вблизи содержащей К⁺-каналы плазма-

Н₂О₂, продуцируемого Nox4 [107, 108]. PTP1B,

тической мембраны, в результате чего формиру-

также как и Nox4, является ассоциированным с

ются «О₂-чувствительные микродомены» [97, 98].

инсулиновым рецептором белком [109], в резуль-

Редокс-цепь в этом случае образована колокали-

тате чего обеспечивается эффективное функцио-

зоваными митохондриальным комплексом I и

нирование редокс-цепи и достигается адресная

Н₂О₂-чувствительным К⁺-каналом плазматиче-

инактивация тирозинфосфатазы Н₂О₂.

ской мембраны, связь между которыми осу-

Внутриклеточная локализация структур, про-

ществляется с участием АФК.

дуцирующих АФК, является важным фактором,

В нейроэпителиальных тельцах легких О₂-чув-

определяющим специфичность действия окисли-

ствительным компонентом хеморецептора О₂ яв-

телей при апоптозе. Показано, что механизм ас-

ляется НАДФН-оксидаза, а именно - Nox2 [99,

корбат-зависимой регуляции Са²⁺-сигнализации

100]. Показано, что в нейроэндокринных клетках

при апоптозе клеток включает усиление локаль-

нейроэпителиальных телец легких происходит

ной продукции АФК с участием оксидоредуктаз

коэкспрессия мРНК для НАДФН-оксидазы и

электрон-транспортной цепи митохондрий [110,

Н₂О₂-чувствительного К⁺-канала [101]. У мы-

111]. Обнаружено, что основной компонент масла

черного тмина (Nigella sativa) тимохинон, иници-

шей, нокаутированных по gp91^phox, наблюдается

ирующий более низкий выход АФК в сравнении с

нарушение ответа на гипоксию [99, 102]. Таким

1,4-бензохиноном, более токсичен в отношении

образом, структурной основой хеморецептора О₂

опухолевых клеток [112]. Высокая в сравнении с

в нейроэпителиальных тельцах является редокс-

1,4-бензохиноном токсичность тимохинона обу-

цепь, включающая колокализованные в плазма-

словлена активацией редокс-сигнального меха-

тической мембране белки НАДФН-оксидазу и

низма запуска апоптоза, ключевым элементом

Н₂О₂-чувствительный К⁺-канал.

которого является колокализация митохондри-

альных оксидоредуктаз, участвующих в продук-

В гладкомышечных клетках сосудов активация

ции окислителей, и соответствующего редокс-

редокс-цепи, содержащей НАДФН-оксидазу,

сенсора - АДФ/АТФ-транслоказы [113, 114]. По-

происходит при регуляции вазомоторной функ-

казано, что изменение редокс-свойств клеток, ве-

ции организма. Показано, что при действии ан-

дущее к увеличению концентрации восстанови-

гиотензина II в результате фосфорилирования

телей, вызывает ослабление индукции апоптоза и

активируется Nox1 [103]. Пероксид водорода, об-

способствует формированию лекарственной

разующийся при дисмутации продуцируемого

устойчивости опухолевых клеток [115]. С другой

Nox1 супероксида, ингибирует Са²⁺-каналы T-ти-

стороны, уменьшение содержания восстановите-

па плазматической мембраны гладкомышечных

лей повышает токсичность противоопухолевых

клеток, что уменьшает частоту кальциевых коле-

агентов [115]. Таким образом, одним из факторов,

баний и усиливает сужение артерий [104]. Эф-

определяющих специфичность отклика клеток на

фективное ингибирование именно Са²⁺-каналов

действие редокс-активных соединений, является

T-типа обеспечивается близкой колокализацией

внутриклеточное редокс-состояние, характери-

белков в пределах клеточной мембраны. Показа-

зующее определенный редокс-гомеостаз.

но, что фермент Nox1 и мишень действия его про-

дуктов Са²⁺-канал (Ca_V3.2) располагаются в каве-

НАРУШЕНИЯ РЕДОКС-СИГНАЛИЗАЦИИ

олах плазматической мембраны в пределах 40 нм

КАК ОСНОВА РАЗВИТИЯ ПАТОЛОГИИ

[104, 105]. Таким образом, вазоконстрикция при

действии ангиотензина II обеспечивается редокс-

В настоящее время нарушения функциониро-

цепью, включающей колокализованные в кавео-

вания биосистем связывают не столько со сво-

лах плазматической мембраны гладкомышечных

боднорадикальным повреждением, сколько c на-

клетках белки Nox1 и Н₂О₂-чувствительный

рушением процессов переноса электронов между

макромолекулами и редокс-активными соедине-

Са²⁺-канал.

ниями. В 2008 г. Д. Джонс в противовес свободно-

Редокс-цепи, содержащие колокализованные

радикальной гипотезе повреждения биосистем

в мембране ферменты семейства Nox и тирозин-

выдвинул «редокс-гипотезу», основанную на че-

фосфатазы, играют важную роль при передаче

тырех постулатах [116]: 1) Все биологические си-

сигналов, опосредованных активацией рецепто-

стемы содержат редокс-элементы, которые функ-

БИОФИЗИКА том 68

№ 4

2023

674

МАРТИНОВИЧ и др.

ционируют в клеточной сигнализации, движении

ний. Ключевым молекулярным событием, свя-

макромолекул и физиологической регуляции; 2)

занным с восстановительным стрессом в патофи-

организация и координация редокс-активности

зиологии сердечно-сосудистых заболеваний яв-

этих элементов осуществляется через редокс-це-

ляется, вероятно, нарушение пространственной

пи, включающие общие контролирующие узлы

структуры белков, вызванное снижением числа

(т.е. тиоредоксина, глутатиона); 3) редокс-чув-

внутримолекулярных дисульфидных связей в

ствительные элементы пространственно и «кине-

присутствии высоких концентраций восстанови-

тически» изолированы, так что вентильные (клю-

телей. В результате изменения редокс-потенциа-

чевые) редокс-цепи могут быть активированы

ла цистеиновых остатков боковых цепей на по-

транслокацией/агрегацией и/или каталитиче-

верхности появляются гидрофобные аминокис-

скими механизмами; 4) окислительный стресс

лотные остатки и усиливается агрегация белков,

представляет собой нарушение функционирова-

что способствует развитию кардиомиопатии [123,

ния этих цепей, вызванное конкретной реакцией

124].

с тиольными редокс-чувствительными элемента-

В модельных экспериментах на животных по-

ми при изменении путей переноса электронов

казано, что сверхэкспрессия генов белков анти-

или разрывом «вентильных» механизмов, кон-

окислительной системы может индуцировать

тролирующих поток через эти пути. Таким обра-

развитие патологических состояний, характер-

зом, в рамках данной гипотезы патологические

ных и для других заболеваний [125]. Так, глобаль-

нарушения в организме могут возникать не толь-

ная сверхэкспрессия гена глутатионпероксидазы

ко в результате прямого повреждения биомолекул

1 (ЕС 1.11.1.9) у не страдающих ожирением мышей

окислителями (что уже изучается на протяжении

вызывает гипергликемию, инсулинорезистент-

многих лет), но и в результате нарушения процес-

ность и гипертрофию β-клеток поджелудочной

сов сигнализации с участием АФК и антиокси-

железы

[126]. Лауреат Нобелевской премии

дантов.

Д. Уотсон предположил, что нарушение про-

Переоценка роли свободнорадикальных про-

странственной структуры белков, обусловленное

цессов в функционировании организмов привела

восстановительным стрессом, способствует раз-

к изменению ряда основных понятий свободно-

витию диабета 2 типа, деменции, сердечно-сосу-

радикальной медицины, включая понятие «окис-

дистых заболеваний и некоторых форм рака [127].

лительный стресс». В соответствии с современ-

В качестве возможного профилактического сред-

ным определением окислительный стресс - это

ства данных заболеваний Д. Уотсон рассматрива-

дисбаланс между окислителями и восстановите-

ет физические упражнения, поскольку их вы-

лями в пользу окислителей, ведущий к наруше-

полнение сопровождается повышением продук-

нию редокс-сигнализации и контроля и/или к

ции АФК.

повреждению макромолекул [117]. Важным ас-

Молекулярные механизмы, объясняющие

пектом современного понимания проблемы ре-

благоприятное действие физических нагрузок в

докс-регуляции в биологических системах явля-

продлении жизни и профилактике многих забо-

ется обоснование того факта, что нарушение ре-

леваний, могут быть обусловлены кратковремен-

докс-сигнальных процессов может происходить

ным усилением продукции АФК в митохондриях

не только в результате повышения концентрации

скелетных мышц [128]. В экспериментах in vivo

окислителей, но и в результате накопления вос-

показано, что использование антиоксидантных

становителей в клетке, что характеризуется как

препаратов после физических нагрузок блокиру-

восстановительный стресс [118, 119]. При высо-

ет развитие адаптационных метаболических из-

ком содержании восстановителей в клетке окис-

менений [129]. Повышение митохондриальной

лители, продуцируемые в физиологических про-

продукции АФК также запускает адаптационный

цессах, уже не могут активировать специфиче-

ответ клеток при гипоксии, холодовой адаптации

ские мишени. Восстановительный стресс следует

и тепловом стрессе [14]. Таким образом, направ-

рассматривать как дисбаланс между окислителя-

ленная коррекция редокс-гомеостаза клеток от-

ми и восстановителями в пользу восстановите-

крывает новые возможности регуляции свойств

лей, ведущий к нарушению редокс-сигнализации

клеток в норме и при патологии.

и функционирования клеток.

Значительное повышение содержания анти-

ГЕНЕТИЧЕСКИ ОПОСРЕДОВАННЫЕ

оксидантов наблюдается в опухолевых клетках

МЕХАНИЗМЫ РЕГУЛЯЦИИ РЕДОКС-

[120, 121]. В результате повышения концентрации

ГОМЕОСТАЗА КЛЕТОК

антиоксидантов нарушается редокс-сигнализа-

ция, что способствует изменению клеточного

Направление и скорость переноса электронов

функционирования и развитию химиорезистент-

в редокс-цепях зависят от соотношения концен-

ности [115, 122]. Показано также, что усиление

траций внутриклеточных редокс-мессенджеров,

восстановительных процессов играет важную

которое определяется редокс-гомеостазом клет-

роль в этиологии сердечно-сосудистых заболева-

ки. Поддержание редокс-гомеостаза является ос-

БИОФИЗИКА том 68

№ 4

2023

СВОБОДНЫЕ РАДИКАЛЫ И ТРАНСДУКЦИЯ СИГНАЛОВ

675

Рис. 2. Механизмы переключения Nrf2-зависимой экспрессии генов. ARE - антиоксидант-респонс(ив)ный элемент

(antioxidant respons(iv)e element), Keap1 - Kelch-подобный ECH-ассоциированный протеин 1 (Kelch-like ECH-associ-

ating protein 1), Klf9 - Kruppel-подобный фактор 9 (Kruppel-like factor 9), Nrf2 - транскрипционный фактор 2

семейства NFE (NF-E2-related factor 2), Duox - двойная оксидаза (Dual oxidase), Nox - НАДФН оксидаза (NADPH

oxidase), Prx6 - пероксиредоксин 6, TXNRD2 - тиоредоксинредуктаза 2, RKBE - repressive Klf9 binding element.

новой нормальной жизнедеятельности клеток и

скрипцию сотен генов, участвующих в защите

осуществляется в результате сопряженного функ-

клеток и адаптации к окислительному стрессу

ционирования систем генерации АФК и анти-

[133].

окислительной защиты, а также систем транс-

Белок Keap1 человека содержит 27 доступных

мембранного транспорта редокс-активных со-

для окислительной модификации цистеинов

единений

[130]. Структурно-функциональные

(4.3% от всех аминокислот). Критическими для

перестройки редокс-гомеостаза клеток млекопи-

формирования комплекса Nrf2-Keap1 являются

тающих регулируются, главным образом, тран-

цистеины Cys273 и Cys288, которые могут связы-

скрипционным фактором

2 семейства NFE

вать ионы металлов в гомодимере Keap1 [134].

(Nrf2 - NF-E2-related factor 2), активность кото-

Еще одним необходимым для снятия репрессии

рого контролируется с участием редокс-зависи-

транскрипционного фактора Nrf2 аминокислот-

мого адаптерного белка Keap1 (Kelch-like ECH-

ным остатком адаптерного белка является Cys151.

associating protein 1) [131].

В условиях окислительного стресса и при дей-

В нормальных условиях Keap1 нековалентно

ствии электрофилов к этому остатку ковалентно

связывает Nrf2, что обуславливает направленный

присоединяется множество различных низкомо-

транспорт и деградацию фактора транскрипции в

лекулярных соединений, образующих устойчи-

26S-протеасомах (рис. 2) [132]. Умеренный окис-

вые к действию восстановителей модификации

лительный стресс и электрофильные агенты в ре-

Keap1, что нарушает взаимодействие с Cul3-E3-

зультате модификации тиоловых групп цистеи-

лигазой [135]. Последовательности из 6-9 амино-

новых остатков Keap1 нарушают взаимодействие

кислот, включающие Cys151, Cys273 и Cys288,

в комплексе Keap1-Nrf2 и активируют тран-

идентичны у мыши, крысы и человека, что свиде-

БИОФИЗИКА том 68

№ 4

2023

676

МАРТИНОВИЧ и др.

тельствует об их физиологической важности

прессия генов, продукты которых способствуют

[136].

развитию окислительного стресса и последую-

щей гибели клеток (рис. 2). Показано, что Nrf2

Алкилирование критических остатков цистеи-

усиливает продукцию АФК, опосредованную ми-

на на одной молекуле Keap1 электрофилами при-

тохондриями и НАДФН-оксидазой [151]. При

водит к нарушению убиквитирования и стабили-

высокой транскрипционной активности Nrf2

зации Nrf2. Активаторами Nrf2 являются такие

увеличивается экспрессия гена фактора тран-

группы соединений, как акцепторы Михаэля,

скрипции Klf9 (Kruppel-like factor 9) [152].

изотиоцианаты, геминальные дитиолы, сероор-

ганические и селенсодержащие соединения, гид-

Klf9 принадлежит к семейству Kruppel-подоб-

ропероксиды и нитрозирующие агенты [137, 138].

ных факторов транскрипции (KLF) и играет важ-

Активация Nrf2 наблюдается также при действии

ную роль в онкогенезе, дифференцировке и гибе-

многих природных и синтетических фенольных

ли клеток [153, 154]. Klf9 действует как активатор

антиоксидантов [139, 140]. Важно отметить, что

или как репрессор в зависимости от количества

электрофильные Nrf2-активирующие формы ан-

GC-элементов, присутствующих в промоторе ге-

тиоксидантов образуются при взаимодействии

нов-мишеней в разных типах клеток [155, 156].

фенолов с внутриклеточными АФК [141]. Обра-

Гены, промоторы которых имеют множествен-

зование электрофилов происходит в результате

ные или повторяющиеся GC-боксы, активиру-

двухэлектронного окисления-восстановления, в

ются Klf9, в отличие от генов с одним GC-бок-

котором могут участвовать полифенолы со вза-

сом, которые репрессируются Klf9 [157]. Klf9 яв-

имным орто- и пара-, но не мета-расположением

ляется индуцибельным фактором транскрипции,

гидроксильных групп [142]. Таким образом, внут-

синтез которого стимулируется различными

риклеточная продукция АФК является важным

стрессорами. Аберрантная экспрессия гена Klf9

фактором, определяющим специфичность регу-

при действии стрессоров вызывает опосредован-

ляторного действия антиоксидантов. Какой

ную окислителями гибель клеток [153]. Показа-

именно из 27 цистеинов в Keap1 подвергается ал-

но, что синтез Klf9 при высокой транскрипцион-

килированию, по-видимому, зависит как от кон-

ной активности Nrf2 в результате взаимодействия

кретного электрофила, так и от его концентрации

с сайтом связывания RKBE (repressive Klf9 binding

[143, 144]. Наиболее реакционноспособным по

element) подавляет экспрессию генов митохон-

отношению к природному индуктору Nrf2 суль-

дриальных антиоксидантных ферментов тиоре-

форафану цистеиновым остатком Keap1 является

доксинредуктазы 2 и пероксиредоксина 6 [152,

Cys489 [144], тогда как Cys273 и Cys288 наиболее

158]. Низкая активность антиоксидантных фер-

реакционноспособны по отношению к модель-

ментов в митохондриях приводит к смещению ре-

ному алкилирующему агенту мезилату дексамета-

докс-баланса в пользу окислителей и к последую-

зона [143]. Кроме того, H₂O₂ также может активи-

щей АФК-индуцированной гибели клеток. Пе-

редача сигнала через путь Nrf2/Klf9/Prx6

ровать Nrf2, вызывая образование дисульфидов в

рассматривается как молекулярный механизм пе-

молекулах Keap1 [145, 146].

реключения от редокс-регуляции к сверхпродук-

Активация Nrf2 приводит к его транспорту в

ции АФК и гибели клеток [159, 160]. Таким обра-

ядро и связыванию с антиоксидант-респонсив-

зом, фактор транскрипции Nrf2 является важным

ным элементом ARE [147]. Среди генов-мишеней

регулятором редокс-гомеостаза клеток, способ-

Nrf2, в промоторных областях которых содержит-

ным усиливать как восстановительные, так и

ся регуляторная последовательность ARE, важ-

окислительные процессы в клетках. Наличие об-

ное значение для функционирования антиокис-

ратной связи в системе регуляции редокс-гомео-

лительной системы клеток имеют гены каталазы,

стаза может лежать в основе гормезисных эффек-

глутатионредуктазы, глутатионпероксидаз, глу-

тов АФК, благоприятных при низких концентра-

татион-S-трансфераз, тиоредоксинов, глутаре-

циях и токсических при высоких [140, 161].

доксинов, пероксиредоксинов, тиоредоксинре-

Ключевым вопросом регуляции системы являет-

дуктаз, и глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы [148,

ся вопрос о детектировании и преобразовании

149]. Под контролем фактора транскрипции Nrf2

системой Keap1-Nrf2 различных внутриклеточ-

находятся также ключевые белки метаболизма

ных окислительных и электрофильных стимулов.

глутатиона, увеличение концентрации которого

способствует выживанию клеток в стрессовых

условиях [148, 150].

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ

РЕГУЛЯЦИИ РЕДОКС-ЦЕПЕЙ

Ключевая роль системы Keap1-Nrf2 в адапта-

И ПАРАМЕТРЫ РЕДОКС-ГОМЕОСТАЗА

ции клеток при стрессовых воздействиях позво-

ляет рассматривать ее в качестве потенциальной

Сопряженное функционирование систем ре-

мишени для терапии широкого спектра заболева-

гуляции редокс-гомеостаза осуществляется груп-

ний [131, 140]. Однако при превышении опреде-

пой взаимодействующих редокс-активных соеди-

ленного порога активации Nrf2 запускается экс-

нений, для количественной характеристики ста-

БИОФИЗИКА том 68

№ 4

2023

СВОБОДНЫЕ РАДИКАЛЫ И ТРАНСДУКЦИЯ СИГНАЛОВ

677

ционарного состояния которой предложены три

конкретный физический смысл и его можно из-

подхода [162]. Наиболее широкое использование

мерить [167].

в редокс-биологии получил подход, предложен-

Показано, что процессы, протекающие с уча-

ный Ф. Шаффер и Г. Бюттнером в 2001 г. [163].

стием редокс-цепей, могут быть количественно

Согласно данному подходу для количественного

охарактеризованы по аналогии с электрическими

описания набора связанных между собой редокс-

цепями [88]. При этом основные закономерности

пар вводится понятие «редокс-окружение» («re-

функционирования редокс-цепей являются след-

dox environment»), которое является суммой вос-

ствием выполнения законов сохранения заряда и

становительных потенциалов редокс-пар, обна-

энергии в системе. Важно отметить, что единые

руженных в биологических жидкостях, органел-

закономерности, проявляемые в различных био-

лах, клетках или тканях, умноженных на

физических процессах, описываются на основе

концентрацию восстановленных форм в редокс-

сходных эквивалентных электрических цепей.

парах. В математических терминах «редокс-окру-

Аналогия между электрическими цепями, ион-

жение» представлено выражением (1):

ными токами в мембране и редокс-цепями про-

иллюстрирована данными, представленными в

редокc-окружение =

(1)

табл. 1.



Направленный перенос электронов в клеточ-

где E_i - восстановительный потенциал i-й ре-

ных окислительно-восстановительных процессах

докс-пары, с_i - концентрация восстановленной

можно рассматривать как аналог электрического

формы i-й редокс-пары. Однако единицы резуль-

тока. Если направление движения электронов в

татов расчета в выражении (1) не позволяют ин-

электрической цепи задается напряжением (раз-

терпретировать полученные данные относитель-

ностью электрических потенциалов), то направ-

но известных единиц измерения, поэтому в

ление движения электронов в редокс-реакциях

2004 г. Дж. Хэнкок с коллегами предложили мо-

задается разностью редокс-потенциалов. Кон-

дифицировать выражение (1) путем учета усред-

центрация редокс-активных соединений опреде-

ненного вклада соединений [164]:

ляет «проводимость» редокс-цепи, также как и

проводимость мембраны для ионов зависит от

концентрации носителей заряда. Чем больше мо-



лекул участвует в передаче заряда по редокс-це-

i=1

редокc-окружение =

(2)

пи, тем больший по величине заряд они могут пе-

ренести от начального донора к конечному ак-



цептору.

где с - суммарная концентрация редокс-пары. В

С учетом проводимости эффективный редокс-

том же году нами для количественной характери-

потенциал может быть рассчитан как взвешенная

стики группы взаимодействующих редокс-актив-

сумма равновесных редокс-потенциалов. Взве-

ных соединений было теоретически обосновано

шивающий фактор для каждого редокс-активно-

применение эффективного редокс-потенциала

го соединения представляет собой отношение

[165, 166]:

«проводимости» g_i, опосредованной соединением

i-го типа, к суммарной «проводимости» системы

g_сум. Мембранный потенциал покоя также пред-

сE



i i

эфф

ставляет собой взвешенную сумму равновесных

(3)

редокс-потенциалов Нернста для всех транспор-

тируемых через мембрану ионов, а взвешиваю-



щий фактор для каждого иона представляет собой

отношение мембранной проводимости для иона

где Е^эфф - эффективный редокс-потенциал сре-

g_i к суммарной мембранной ионной проводимо-

ды, E_i - стандартный восстановительный потен-

сти g_сум. Таким образом, Е^эфф представляет собой

циал i-й редокс-пары при рН 7.0, с_i - концентра-

суммарную ЭДС для цепи взаимодействующих

ция восстановленной формы i-й редокс-пары,

редокс-активных соединений. Величины па-

zi - число электронов, которые присоединяет мо-

раметров редокс-свойств молекул и клеток, выра-

лекула окисленной формы вещества, переходя в

жаемые с помощью потенциала Нернста (для

восстановленную форму. Величина E^эфф, также

однокомпонентных систем - молекул) и эффек-

как и величина «редокс-окружения», определяет-

тивного редокс-потенциала (для многокомпо-

ся редокс-потенциалами и концентрациями

нентных систем - клеток), являются важными

участников окислительно-восстановительных

характеристиками биосистем, взаимосвязь кото-

процессов. Однако, в отличие от расчетного пара-

рых со многими свойствами клеток остается не

метра «редокс-окружение», параметр E^эфф имеет

изученной до сих пор.

БИОФИЗИКА том 68

№ 4

2023

678

МАРТИНОВИЧ и др.

Таблица 1. Сходство и различия электрических и редокс-цепей

Электрические цепи

Ионные токи в мембране

Редокс-цепи

Эквивалентная

электрическая

схема

где g_i

- проводимость i-го

где I_i - сила тока i-го элемен-

где I_i - мембранный ток для

элемента цепи, Еi - стан-

та цепи, I - общая сила тока,

i-го иона, I_м

- суммарный

дартный редокс-потенциал

R_i - сопротивление i-го эле-

мембранный ток, g_i - прово-

участников реакций, Е^эфф -

мента цепи, V_i - падение на-

димость мембраны для иона

эффективный редокс-потен-

пряжения i-го элемента це-

i-го типа, φ_i

- потенциал

циал

пи, V_сум - суммарное ЭДС

цепи

Нернста для i-го иона,

мембранный потенциал покоя

Носители

Электроны или ионы

Ионы

Электроны

заряда

с Fu

i i

где zi - заряд иона, с_i

- кон-

Проводимость

центрации ионов в мембране,

g_i = z_ic_i

элемента цепи

uei - электрическая подвиж-

ность иона, S - площадь мем-

браны, d

- толщина мем-

браны

Суммарная

проводимость

сум

=

сум

=

сум

=

цепи

i=1

Мембранный потенциал

Физико-

Эффективный редокс-

Электродвижущая сила (ЭДС)

химический

покоя

(ϕ

)

потенциал (E^эфф)

параметр

цепи

сум



эфф

состояния

i=1

=_g

сум



покоя

i=1

сум

Сенсор напряжения -

Клеточные

Сенсор напряжения -

лизиновые и аргининовые

сенсоры

цистеиновые группы белков

группы белков

БИОФИЗИКА том 68

№ 4

2023

СВОБОДНЫЕ РАДИКАЛЫ И ТРАНСДУКЦИЯ СИГНАЛОВ

679

Согласно выражению (1), «редокс-окружение»

С учетом реакций Н₂О₂ с восстановителями

является расчетной величиной, которую нельзя

зависимость количества окисленных тиолов от

измерить. Если известны концентрации всех

концентрации восстановителей и окислителя вы-

участников и их редокс-потенциалы, то данный

ражается функцией [115]:

параметр может быть рассчитан. В эксперимен-

тальных исследованиях величину «редокс-окру-

эфф

[PSS]=c

или[PSS]

≈ ΔЕ

(4)

жения» связывают с редокс-потенциалом глута-

тиона E_GSSG/2GSH, который рассчитывается с по-



ci i

мощью уравнения Нернста на основе

1+ⁱ

измеренных концентраций окисленного и вос-

ок ок

становленного глутатиона. Считается, что при

где с₀ - общая концентрация окисленных и вос-

изменении редокс-состояния глутатиона изменя-

становленных SH-групп белкового сенсора, с_ок -

ется редокс-состояние белковых тиолов, которые

являются нанопереключателями в процессах

концентрация окислителя, ΔЕ^эфф - изменение

трансдукции сигналов с участием глутатиона и

величины эффективного редокс-потенциала.

характеризуются следующими реакциями [163]:

Согласно выражению (4), величина измене-

ния редокс-состояния сенсора зависит от сум-

GSSH + PSH → PSSG + GSH,

марной концентрации редокс-активных групп. В

этой связи, если внутриклеточная концентрация

GSSH + P(SH)₂ → PSS + 2GSH,

глутатиона значительно выше, чем концентрации

где PSH - белковый тиол, PSSG - смешанный

других редокс-активных соединений, то именно

белковый дисульфид (глутатиолированный бе-

значение редокс-потенциала глутатиона ближе

лок), P(SH)₂ - два белковых тиола, PSS - белко-

всего к значению Е^эфф. Однако во внеклеточной

вый дисульфид. Данный подход основывается на

среде, в которой содержание цистеина значитель-

предположении, что все тиол/дисульфидные ре-

но выше, чем глутатиона, именно, редокс-потен-

докс-пары клетки находятся в состоянии термо-

циал цистеина более точно отражает изменения

динамического равновесия [163]. Однако много-

редокс-состояния [172]. Предложенный подход

численные экспериментальные исследования не

позволяет теоретически обосновать наличие и

подтвердили данного предположения [168, 169].

рассчитать величину различий в значениях ре-

Тиол/дисульфидные редокс-пары участвуют в

докс-потенциалов тиолсодержащих соединений

окислительно-восстановительных реакциях как

[88].

между собой, так и в реакциях с другими окисли-

Следует отметить, что количество окисленных

телями и восстановителями. В результате предпо-

групп сенсора, а, следовательно, и запускаемый

ложение о том, что редокс-состояние пары

им биологический ответ, определяется величи-

GSSG/2GSH может регулировать состояние бел-

ной изменения редокс-потенциала, которая, в

ковых тиолов, подвергается критике со стороны

свою очередь, зависит от концентрации антиок-

ряда исследователей [169, 170].

сидантов. При увеличении концентрации анти-

оксидантов число молекул Н₂О₂, которые про-

Мы предполагаем, что тиолсодержащие со-

единения стремятся к равновесию со средой, по-

взаимодействуют с тиолами сенсора, уменьшит-

скольку участвуют в реакциях не только с глута-

ся, что снизит количество окисленных групп

тионом, но и с другими редокс-активными соеди-

сенсора и вызовет снижение биологического от-

нениями. Иначе говоря, редокс-сенсоры, в

вета, обусловленного действием АФК.

качестве которых могут рассматриваться внутри-

Теоретически показано, что зависимость

клеточные редокс-пары и тиолы белка, являются

ΔЕ^эфф от концентрации введенного в систему

сенсорами изменений интегральных параметров

окислителя (с_ок) в двойных обратных координа-

редокс-состояния клетки (Е^эфф), а не сенсорами

тах описывается уравнением прямой с наклоном

изменений редокс-состояния одной редокс-пары

(E_GSSH/2GSH).

ем

ΔЕэфф

max

и пересечениями: по оси ординат в

эфф

точке1

ΔЕm

и по оси абсцисс в точке

−1 kем

[169,

Рассмотрение взаимодействия Н₂О₂ с тиолами

171]:

белков как альтернативного процесса реакциям с

антиоксидантами показало, что белковые тиолы

являются нанопереключателями в процессах

сizi

трансдукции сигналов, изменение состояния ко-

ем

i=1

1 ,

где

ем

(5)

эфф

торых регулируется Н₂О₂ и описывается следую-

ΔЕ

max

max ок

ок

щей реакцией [115, 171]:

эфф

где

ΔЕ

max

ок

- максимальное измене-

Н₂О₂ + P(SH)₂ → PSS + 2Н₂О.

ние величины эффективного редокс-потенциала,

БИОФИЗИКА том 68

№ 4

2023

680

МАРТИНОВИЧ и др.

возможное при условии с_ок>> c_вос, Е_ок - стан-

ным этапом при разработке подходов дифферен-

дартный редокс-потенциал окислителя при

циации физиологических и патофизиологиче-

эфф

ских процессов с участием свободных радикалов.

рН 7,0,

- начальное значение эффективного

Дальнейшие исследования должны быть направ-

редокс-потенциала. Константа k_ем имеет размер-

лены на выявление молекулярных особенностей

ность концентрации и численно равна концен-

организации редокс-цепей и закономерностей

трации окислителя, при которой изменение ве-

изменения их физико-химических свойств. Зада-

личины эффективного редокс-потенциала со-

ча состоит в выработке новых понятий и физиче-

ставляет половину своего максимального

ских моделей, которые в законченном виде в

значения. Из выражений (4) и (5) следует, что для

настоящее время не существуют. Одной из клю-

определения редокс-состояния среды можно ис-

чевых проблем является установление фундамен-

пользовать различные индикаторы, проводя их

тальных физико-химических механизмов, опре-

калибровку на основе редокс-титрования [14,

деляющих взаимодействие структурных компо-

171]. Величина константы k_ем определяет редокс-

нентов в сетевых процессах регуляции редокс-

буферную емкость системы r, характеризующую

гомеостаза.

способность системы сохранять величину эффек-

тивного редокс-потенциала при изменении кон-

ФИНАНСИРОВАНИЕ РАБОТЫ

центрации редокс-активных соединений

[171,

173]:

Работа выполнена при частичной финансовой

поддержке Белорусского республиканского фон-

да фундаментальных исследований (грант



i i

∂с

№ Б22-045 и российско-белорусский грант

эфф

ок

i=1

ем

r(E

)

(6)

эфф

РНФ/БРФФИ (№23-45-10026 и № Б23РНФ-093,

∂Е

ок

⋅ΔЕ

max

ΔE

max

соответственно). Описание механизмов регуля-

Из выражения (6) с учетом выражения (5) так-

ции функционирования НАДФН-оксидазы в

же следует, что для внутриклеточных редокс-

клетках поддержано Российским научным фон-

условий с низкими концентрациями окислителя

дом, грант №23-45-10026, в ходе выполнения ко-

торого запланировано исследование ее актива-

с_ок (с_ок <<

сz

) зависимость величины измене-

ции.

ния эффективного редокс-потенциала от кон-

центрации окислителя и редокс-буферной емко-

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

сти может быть выражена соотношением:

Авторы заявляют об отсутствии конфликта

интересов.

эфф

ΔE

≈

^ок .

(7)

СОБЛЮДЕНИЕ ЭТИЧЕСКИХ СТАНДАРТОВ

Таким образом, редокс-буферная емкость яв-

ляется значимым физико-химическим показате-

Настоящая статья не содержит описания ис-

лем внутриклеточных редокс-свойств, определя-

следований с участием людей и животных в каче-

ющим тип ответа клеток на действие редокс-ак-

стве объектов.

тивных соединений и наноматериалов, и служит

показателем сохранения редокс-гомеостаза, по-

скольку его регуляция осуществляется через мо-

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

дуляцию синтеза антиоксидантов. Величина из-

1. R. Gerschman, D. L. Gilbert, S. W. Nye, et al., Sci-

менения редокс-буферной емкости используется

ence, 119 (3097), 623 (1954).

для количественной оценки устойчивости клеток

2. Б. Н. Тарусов, Основы биологического действия ра-

к стрессу [115, 174], химио- и радиорезистентно-

диоактивных излучений (Медгиз, М., 1954).

сти клеток [115, 175], выраженности патологиче-

3. Н. М. Эмануэль, Тр. Моск. об-ва испыт. природы,

ских изменений клеток [167], антиоксидантной

7, 73 (1963).

емкости клеток [176, 177], регуляторных свойств

4. Н. М. Эмануэль, Р. Е. Кавецкий, Б. Н. Тарусов

биологически активных наночастиц [178, 179].

и др., Биофизика рака (Наук. думка, Киев, 1976).

Развитие эффективных методов антиокси-

5. А. Boveris and B. Chance, Biochem. J., 134 (3), 707

дантной терапии и редокс-медицины невозмож-

(1973).

но без учета специфических особенностей ре-

6. E. Cadenas, Ann. Rev. Biochem., 58 (1), 79 (1989).

докс-гомеостаза клеток в норме и при патологии

[139, 180]. Количественная характеристика уни-

7. D. Harman, J. Gerontol., 11 (3), 298 (1956).

кальной структуры взаимодействий, определяю-

8. В. Х. Хавинсон, В. А. Баринов, А. В. Арутюнян

щих характерные видовые и индивидуальные

и др., Свободнорадикальное окисление и старение

особенности редокс-гомеостаза, является важ-

(Наука, СПб, 2003).

БИОФИЗИКА том 68

№ 4

2023

СВОБОДНЫЕ РАДИКАЛЫ И ТРАНСДУКЦИЯ СИГНАЛОВ

681

9. Н. К. Зенков, П. М. Кожин, А. В. Чечушков и др.,

38. W. J. Clerici, K. Hensley, D. L. DiMartino, et al., Heart

Успехи геронтологии, 33 (1), 10 (2020).

Res., 98, 116 (1996).

10. А. Ф. Ванин и Р. М. Налбандян, Биофизика, 10,

39. T. Ago, T. Kitazono, H. Ooboshi, et al., Circulation,

167 (1965).

109, 227 (2004).

40. I. Cucoranu, R. Clempus, A. Dikalova, et al. Circ.

11. А. Ф. Ванин, Л. А. Блюменфельд и А. Г. Четвери-

Res., 97, 900 (2005).

ков, Биофизика, 12 (5), 829 (1967).

41. W. Chamulitrat, W. Stremmel, T. Kawahara, et al., J.

12. L. J. Ignarro, Biosci. Rep., 19 (2), 51 (1999).

Invest. Dermatol., 122, 1000 (2004).

13. H. Sauer, M. Wartenberg, and J. Hescheler, Cell.

42. S. Yang, P. Madyastha, S. Bingel, et al., J. Biol. Chem.,

Physiol. Biochem., 11, 173 (2001).

276, 5452 (2001).

14. Г. Г. Мартинович, Активные формы кислорода в ре-

43. P. Vallet, Y. Charnay, K. Steger, et al., Neuroscience,

гуляции функций и свойств клеток: явления и меха-

132, 233 (2005).

низмы (БГУ, Минск, 2021).

44. I. Carmona-Cuenca, B. Herrera, J. J. Ventura, et al., J.

15. U. Fоrstermann and W. C. Sessa, Eur. Heart J., 33 (7),

Cell Physiol., 207, 322 (2006).

829 (2012).

45. M. Geiszt, J. B. Kopp, P.Varnai, et al., Proc. Natl.

16. H. Sies and D. P. Jones, Nat. Rev. Mol. Cell Biol., 21

Acad. Sci. USA, 97, 8010 (2000).

(3), 1 (2020).

46. L. L. Hilenski, R. E. Clempus, M. Quinn, et al., Arte-

17. J. D. Lambeth, Nat. Rev. Immunol., 4, 181 (2004).

rioscler. Thromb. Vasc. Biol., 24, 677 (2004).

18. K. Bedard and H. Krause, Physiol. Rev., 87, 245

47. J. Kuroda, K. Nakagawa, T. Yamasaki, et al., Genes &

(2007).

Cells, 10, 1139 (2005).

19. D. Robertson, R. Farid, C. Moser, et al., Nature, 368,

48. J. Kuroda, T. Ago, S. Matsushima et al., Proc. Natl.

425 (1994).

Acad. Sci. USA, 107, 15565 (2010).

20. A. R. Cross and A. W. Segal, Biochim. Biophys. Acta,

49. Y. Maejima, J. Kuroda, S. Matsushima, et al., J. Mol.

1657, 1 (2004).

Cell. Cardiol., 50, 408 (2011).

21. J. D. Lambeth, G. Cheng, R. S. Arnold, et al., Trends

50. G. Cheng, Z. Cao, X. Xu, et al., Gene, 269, 131 (2001).

Biochem. Sci., 25, 459 (2000).

51. D. B. Jay, C. A. Papaharalambus, B. Seidel-Rogol,

22. K. Rokutan, T. Kawahara, Y. Kuwano, et al., Semin.

et al., Free Radic. Biol. Med., 45, 329 (2008).

Immunopathol., 30, 315 (2008).

52. R. S. BelAiba, T. Djordjevic, A. Petry, et al., Free Rad-

23. N. K. Lee, Y. G. Choi, J. Y. Baik, et al., Blood, 106, 852

ic. Biol. Med., 42, 446 (2007).

(2005).

53. S. S. Brar, Z. Corbin, T. P. Kennedy, et al., Am. J.

24. S. Sorce and H. Krause, Antioxid. Redox Signal., 11,

Physiol., 285, C353 (2003).

2481 (2009).

54. A. S. Kamiguti, L. Serrander, K. Lin, et al., J. Immu-

25. I. Helmcke, S. Heumüller, R. Tikkanen, et al., Antiox-

nol., 175, 8424 (2005).

id. Redox Signal., 11, 1279 (2008).

55. J. Si, J. Behar, J. Wands, et al., Am. J. Physiol. Gastro-

26. K. Rokutan, T. Kawahara, Y. Kuwano, et al., Antioxid.

intest. Liver Physiol., 294, G174 (2008).

Redox Signal., 8, 1573 (2006).

56. C. Dupuy, R. Ohayon, A. Valent, et al., J. Biol. Chem.,

27. C. Cheret, A. Gervais, A. Lelli, et al., J. Neurosci., 28,

274, 37265 (1999).

12039 (2008).

57. R. Forteza, M. Salathe, F. Miot, et al., Am. J. Respir.

28. D. Vara, R. K. Mailer, A. Tarafdar, et al., Arterioscler.

Cell Mol. Biol., 32, 462 (2005).

Thromb. Vasc. Biol., 41, 683 (2021).

58. D. Wang, X. De Deken, M. Milenkovic, et al. J. Biol.

29. B. Lassegue, D. Sorescu, K. Szocs, et al., Circ. Res.,

Chem., 280, 3096 (2005).

88, 888 (2001).

59. F. Gu, A. Krüger, H. Roggenkamp, et al., Sci. Signal-

30. P. N. Seshiah, D. S. Weber, P. Rocic, et al., Circ. Res.,

ing, 14 (709), eabe3800 (2021).

91, 406 (2002).

60. K. Fiedorczuk, J. A. Letts, G. Degliesposti, et al. Na-

31. D. I. Brown and K. K. Griendling, Free Radic. Biol.

ture, 538 (7625), 406 (2016).

Med., 47, 1239 (2009).

61. C. C. Page, C. C. Moser, X. Chen, et al., Nature, 402

32. M. Ushio-Fukai, Sci. STKE, 2006, re8 (2006).

(6757), 47 (1999).

33. M. V. Tejada-Simon, F. Serrano, L. E. Villasana, et al.,

62. F. Scialo, D. J. Fernandez-Ayala, and A. Sanz, Front.

Mol. Cell Neurosci., 29, 97 (2005).

Physiol., 8, 428 (2017).

34. R. Dworakowski, S. P. Alom-Ruiz, and A. M. Shah,

63. A. A. Starkov, Ann. N. Y. Acad. Sci., 1147, 37 (2008).

Pharmacol. Rep., 60, 21 (2008).

64. S. S. Korshunov, V. P. Skulachev, and A. A. Starkov,

35. M. Ushio-Fukai, Antioxid. Redox Signal., 9,

731

FEBS Lett., 416, 15 (1997).

(2007).

65. S. T. Ohnishi, T. Ohnishi, S. Muranaka, et al., J. Bio-

36. . O. Jung, J. G. Schreiber, H. Geiger, et al., Circulation,

energ. Biomembr., 37, 1 (2005).

109, 1795 (2004).

66. L. A. Sazanov and P. Hinchliffe, Science, 311 (5766),

37. B. Banfi, B. Malgrange, J. Knisz, et al., J. Biol. Chem.,

1430 (2006).

279, 46065 (2004).

67. L. A. Sazanov, J. Bioenerg. Biomembr., 46, 247 (2014).

БИОФИЗИКА том 68

№ 4

2023

682

МАРТИНОВИЧ и др.

68. V. Massey, J. Biol. Chem., 269, 22459 (1994).

99. X. W. Fu, D. Wang, C. A. Nurse, et al., Proc. Natl.

69. A. Galkin and U. Brandt, J. Biol. Chem., 280, 30129

Acad. Sci. USA, 97 (8), 4374 (2000).

(2005).

100.J. Buttigieg, J. Pan, H. Yeger, et al., Am. J. Physiol.

70. S. Raha and B. Robinson, Trends Biochem. Sci., 25,

Lung Cell. Mol. Physiol., 303 (7), L598 (2012).

502 (2000).

101. D. Wang, C. Youngson, V. Wong, et al., Proc. Natl.

Acad. Sci. USA, 93 (23), 13182 (1996).

71. S. Drоse and U. Brandt, J. Biol. Chem., 283, 21649

(2008).

102.P. Kazemian, R. Stephenson, H. Yeger, et al., Respir.

Physiol., 126, 89 (2001).

72. A. Boveris and E. Cadenas, IUBMB Life, 50, 1 (2000).

103.R. M. Touyz, X. Chen, F. Tabet, et al., Circ. Res., 90,

73. E. Cadenas, Mol. Asp. Med., 25, 17 (2004).

1205 (2002).

74. A. Y. Andreyev, Y. E. Kushnareva, and A. A. Starkov,

104.A. M. Hashad, M. Sancho, S. E. Brett, et al., Sci. Rep.,

Biochemistry (Moscow), 70, 200 (2005).

8, 3445 (2018).

75. L. A. Sena and N. S. Chandel, Mol. Cell., 48, 158

105.O. F. Harraz, R. R. Abd El-Rahman, K. Bigdely-

(2012).

Shamloo, et al., Circ. Res., 115, 650 (2014).

76. G. S. Shadel and T. L. Horvath, Cell, 163 (3), 560

106.H. I. Krieger-Brauer, and H. Kather, J. Clin. Invest.,

(2015).

89, 1006 (1992).

77. A. V. Kudryavtseva, G. S. Krasnov, A. A. Dmitriev,

107.K. Mahadev, H. Motoshima, X. Wu, et al., Mol. Cell.

et al., Oncotarget, 7 (29), 44879 (2016).

Biol., 24 (5), 1844 (2004).

78. J. McCord and I. Fridivich, J. Biol. Chem., 244 (60),

108.X. Wu and K. J. Williams, Arterioscler. Thromb. Vasc.

6049 (1969).

Biol., 32, 1236 (2012).

79. R. H. Holm, P. Kennepohl, and E. I. Solomon, Chem.

109.B. L. Seely, P. A. Staubs, D. R. Reichart, et al., Diabe-

Rev., 96, 2239 (1996).

tes, 45 (10), 1379 (1996).

80. J. Slot, H. J. Geuze, B. A. Freeman, et al., Lab. Invest.,

110. G. G. Martinovich, I. V. Martinovich, and S. N. Che-

55, 363 (1986).

renkevich, Bull. Exp. Biol. Med., 147 (4), 469 (2009).

81. K. A. Hopkin, M. A. Papazian, and H. M. Steinman, J.

111. G. G. Martinovich, E. N. Golubeva, I. V. Martinovich,

Biol. Chem., 267, 24253 (1992).

et al., J. Biophys., 2012, 921653 (2012).

82. H. D. Youn, E. J. Kim, J. H. Roe, et al., Biochemistry,

112. Г. Г. Мартинович, И. В. Мартинович, А. В. Вче-

318, 889 (1996).

рашняя и др., Докл. НАН Беларуси, 60 (5), 96

83. A. Houldsworth, A. Hodgkinson, S. Shaw, et al., Gene,

(2016).

569, 41 (2015).

113. Г. Г. Мартинович, И. В. Мартинович, А. В. Вче-

84. S. Govatati, S. Malempati, B. Saradamma, et al., Tu-

рашняя и др., Биофизика, 61 (6), 1164 (2016).

mor Biol., 37, 10357 (2016).

114. A. V. Vcherashniaya, I. V. Martinovich, G. G. Marti-

85. I. Batinic-Haberle, A. Tovmasyan, E. R. Roberts, et al.,

novich, et al., J. Appl. Spectroscopy, 87 (3), 515 (2020).

Antioxid. Redox Signal., 20, 2372 (2014).

115. Г. Г. Мартинович, И. В. Мартинович, А. В. Вче-

86. C. A. Massaad, T. M. Washington, R. G. Pautler, et al.,

рашняя и др., Биофизика, 62 (6), 1142 (2017).

Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 106, 13576 (2009).

116. D. P. Jones, Am. J. Physiol. Cell Physiol., 295, C849

87. K. Baumgart, V. Simkova, F. Wagner, et al., Intensive

(2008).

Care Med., 35, 344 (2009).

117. H. Sies, C. Berndt, and D. P. Jones, Annu. Rev. Bio-

88. Г. Г. Мартинович, И. В. Мартинович и С. Н. Че-

chem., 86 (25), 715 (2017).

ренкевич, Биофизика, 56 (3), 465 (2011).

118. Г. Г. Мартинович и С. Н. Черенкевич, Окисли-

89. D. P. Jones and H. Sies, Antioxid. Redox Signal., 23

тельно-восстановительные процессы в клетках

(9), 734 (2015).

(БГУ, Минск, 2008).

90. M. Reth, Nat. Immunol., 3, 1129 (2002).

119. M. Narasimhan and N. S. Rajasekaran, Biochim. Bio-

91. M. A. Wouters, S. W. Fan, and N. L. Haworth, Antiox-

phys. Acta - Mol. Basis Dis., 1852, 53 (2015).

id. Redox Signal., 12 (1), 53 (2010).

120.Z. Huang, C. Chen, Z. Zeng, et al., FASEB J., 15, 19

92. L. S. Terada, J. Cell Biol., 174 (5), 615 (2006).

(2001).

93. J. Lopez-Barneo, J. R. Lopez-Lopez, J. Urena, et al.,

121. Y. Lee, H. G. Kim, H. I. Jung, et al., Mol. Cells, 14,

Science, 241 (4865), 580 (1988).

305 (2002).

94. E. Cutz, J. Pan, H. Yeger, et al., Semin. Cell Dev. Biol.,

122.Г. Г. Мартинович, И. В. Мартинович, Е. Н. Голу-

24 (1), 40 (2013).

бева и др., Изв. НАН Беларуси. Сер. мед. наук,

95. В. П. Скулачев, Биохимия, 66, 7 (2001).

№ 2, 85 (2012).

96. L. Gao, P. González-Rodríguez, P. Ortega-Sáenz,

123.S. Kannan, V. R. Muthusamy, K. J. Whitehead, et al.,

et al., Redox Biol., 12, 908 (2017).

Cardiovasc. Res., 100, 63 (2013).

97. M. C. Fernandez-Aguera, L. Gao, P. González-Rodrí-

124.D. E. Handy and J. Loscalzo, Free Radic. Biol. Med.,

guez, et al., Cell Metab., 22, 825 (2015).

109, 114 (2017).

98. A. Platero-Luengo, S. González-Granero, R. Durán,

125.X. G. Lei, J. H. Zhu, W. H. Cheng, et al., Physiol.

et al., Cell, 156, 291 (2014).

Rev., 96, 307 (2016).

БИОФИЗИКА том 68

№ 4

2023

СВОБОДНЫЕ РАДИКАЛЫ И ТРАНСДУКЦИЯ СИГНАЛОВ

683

126.J. P. McClung, C. A. Roneker, W. Mu, et al., Proc.

154.M. Ying, J. Tilghman, Y. Wei, et al., J. Biol. Chem.,

Natl. Acad. Sci. USA, 101, 8852 (2004).

289, 32742 (2014).

127. J. D. Watson, Lancet, 383 (9919), 841 (2014).

155.F. A. Simmen, Y. Su, R. Xiao, et al., Reprod. Biol. En-

docrinol., 6, 41 (2008).

128.D. E. Warburton, C. W. Nicol, and S. S. Bredin, Can.

Med. Assoc. J., 174, 801 (2006).

156.R. M. Bonett, F. Hu, P. Bagamasbad, et al., Endocri-

129.M. Ristow, K. Zarse, A. Oberbach, et al., Proc. Natl.

nology, 150, 1757 (2009).

Acad. Sci. USA, 106, 8665 (2009).

157. H. Imataka, K. Sogawa, K. Yasumoto, et al. EMBO J.,

130.Г. Г. Мартинович и С. Н. Черенкевич, Успехи фи-

11, 3663 (1992).

зиологич. наук, 39 (3), 29 (2008).

158.Q. Yan, B. He, G. Hao et al., Life Sci., 233, 116641

131. A. V. Ulasov, A. A. Rosenkranz, G. P. Georgiev, et al.,

(2019).

Life Sciences, 291, 120111 (2021).

159.E. E. Fink, S. Moparthy, A. Bagati, et al., Cell Rep.,

132.P. Canning, F. J. Sorrell, and A. N. Bullock, Free Rad-

25, 212 (2018).

ic. Biol. Med., 88, 101 (2015).

160.B. Chhunchha, E. Kubo, and D. P. Singh, Cells, 8

133.M. Kobayashi, L. Li, N. Iwamoto, et al., Mol. Cell. Bi-

(10), 1159 (2019).

ol., 29, 493 (2009).

161. B. Chhunchha, E. Kubo, and D. P. Singh, Cells, 11

134.D. D. Zhang and M. Hannink, Mol, Cell, Biol., 23,

(8), 1266 (2022).

8137 (2003).

162.C. S. Pillay, J. H. Hofmeyr, L. N. Mashamaite, et al.,

135.J. Zhu, H. Wang, F. Chen, et al., Free Radic. Biol.

Antioxid. Redox Signal., 18, 2075 (2013).

Med., 99, 544 (2016).

163.F. Q. Schafer and G. R. Buettner, Free Rad. Biol. Med.

136.Н. К. Зенков, А. В. Чечушков, П. М. Кожин и др.,

30, 1191 (2001).

Биохимия, 82 (5), 749 (2017).

164.J. T. Hancock, R. Desikan, S. J. Neill, et al. J. Theor.

137. M. C. Lu, J. A. Ji, Z. Y. Jiang, et al. Med. Res. Rev., 36,

Biol., 226, 65 (2004).

924 (2016).

165.Г. Г. Мартинович и С. Н. Черенкевич, Вестн. Бе-

138.M. C. Egbujor, M. Petrosino, K. Zuhra, et al., Antiox-

лорус. гос. ун-та. Сер. 1, № 1, 28 (2004).

idants, 11 (7), 1255 (2022).

166.G. G. Martinovich, S. N. Cherenkevich, and H. Sauer,

139.S. Qin and D. X. Hou, Engineering, 3 (5), 738 (2017).

Eur. Biophys. J., 34 (7), 937 (2005).

140.Г. Г. Мартинович, И. В. Мартинович, А. В. Вче-

167. Г. Г. Мартинович, И. В. Мартинович и С. Н. Че-

рашняя и др., Биофизика, 65 (6), 1081 (2020).

ренкевич, Биофизика, 53 (4), 618 (2008).

168.Y. M. Go, J. J. Gipp, R. T. Mulcahy, et al., J. Biol.

141. X .J. Wang, J. D. Hayes, L. G. Higgins, et al., Chem.

Chem., 279, 5837 (2004).

Biol., 17 (1), 75 (2010).

169.M. Kemp, Y. M. Go, and D. P. Jones, Free Radic.

142.A. T. Dinkova-Kostova, J. W. Fahey, and P. Talalay,

Biol. Med., 44, 921 (2008).

Methods Enzymol., 382, 423 (2004).

170.L. Flohe, Biochim. Biophys. Acta - General Subjects,

143.F. Hong, K. R. Sekhar, M. L. Freeman, et al., J. Biol.

1830 (5), 3139 (2013).

Chem., 280, 31768 (2005).

171. G. G. Martinovich, I. V. Martinovich, S. N. Cheren-

144.F. Hong, M. L. Freeman, and D. C. Liebler, Chem.

kevich, et al. Cell Biochem. Biophys., 58 (2), 75 (2010).

Res. Toxicol., 18, 1917 (2005).

172.D. P. Jones, Y. M. Go, C. L. Anderson, et al., FASEB

145.S. Fourquet, R. Guerois, D. Biard, et al., J. Biol.

J., 18 (11), 1246 (2004).

Chem., 285, 8463 (2010).

173. Г. Г. Мартинович и С. Н. Черенкевич, Вестн. Бе-

146.T. Suzuki, A. Muramatsu, R. Saito, et al., Cell Rep.,

лорус. гос. ун-та. Сер. 1, № 3, 1 (2004).

28, 746 (2019).

174. Г. Г. Мартинович, И. В. Мартинович, Е. Б. Мень-

147. R. Venugopal and A. K. Jaiswal, J. Clin. Invest., 93,

щикова и др., Докл. НАН Беларуси, 59 (3), 82

14960 (1996).

(2015).

148.J. D. Hayes and A. T. Dinkova-Kostova, Trends Bio-

175. S. Clement, J. M. Campbell, W. Deng, et al. Advanced

chem. Sci., 39 (4), 199 (2014).

Science, 7 (24), 2003584 (2020).

149.Y. Mitsuishi, K. Taguchi, Y. Kawatani, et al., Cancer

176.M. Elas, K. Ichikawa, and H. J. Halpern, Radiat. Res.,

Cell, 22, 66 (2012).

177 (4), 514 (2012).

150.E. Sun, H. Erb, and T. H. Murphy, Bioch. Biophys.

177. G. Bacic, A. Pavicevic, and F. Peyrot, Redox Biol., 8,

Res. Com., 326, 371 (2005).

226 (2016).

151. S. Kovac, P. R. Angelova, K. M. Holmstrom, et al.,

178. A. Adhikari, S. Mondal, M. Das, et al., ACS Biomater.

Biochim. Biophys. Acta, 1850, 794 (2015).

Sci. Eng., 7 (6), 2475 (2021).

152.S. N. Zucker, E. E. Fink, A. Bagati, et al., Mol. Cell,

179. S. Mondal, A. Adhikari, R. Ghosh, et al., MRS Ad-

53, 916 (2014).

vances, 6 (16), 427 (2021).

153.S. Mannava, D. Zhuang, J. R. Nair, et al., Blood, 119,

180.J. Meng, Z. Lv, Y. Zhang, et al., Antioxid. Redox Sig-

1450 (2012).

nal., 34 (14), 1069 (2021).

БИОФИЗИКА том 68

№ 4

2023