Как и супероксид, гидроксильные радикалы производятся вашими митохондриями в процессе переработки пищи в энергию. Механизмы выработки этих двух молекул, впрочем, разные: для формирования гидроксильных радикалов в качестве катализатора требуется железо.
Как и всё в нашей жизни, теория гидроксильных радикалов постепенно сошла на нет. Гидроксильные радикалы действительно играют роль в окислительном стрессе, но у них очень малый срок жизни – примерно миллиардная доля секунды. Это значительно ограничивает расстояния, на которые они могут перемещаться – они обычно меньше, чем диаметр типичного белка, – прежде чем исчезнуть и прекратить свои разрушения.
Поскольку подавляющее большинство гидроксильных радикалов вырабатывается в митохондриях и может преодолевать лишь очень небольшие расстояния, у них просто нет времени, чтобы покинуть митохондрии, попасть в ядро и повредить ядерную ДНК. Соответственно, урон, который они наносят, в основном приходится на митохондрии.
Теперь мы понимаем, что гидроксильные радикалы обладают лишь очень ограниченной биологической важностью из-за своей невероятно короткой жизни. Тем не менее теория гидроксильных радикалов до сих пор описывается во многих учебниках по патологии.
Намного лучшее объяснение токсичности супероксида появилось после открытия оксида азота(II). Сейчас уже широко известно, что, если супероксид и оксид азота(II) вырабатываются на расстоянии нескольких клеточных диаметров друг от друга, они спонтанно соединяются, образуя крайне пагубный пероксинитрит30. А пероксинитрит – похоже, настоящий чемпион по клеточным разрушениям в вашем организме, как мы узнаем из следующего раздела.
Знакомьтесь: оксид азота(II), еще один полезный свободный радикал, у которого есть и темная сторона
Очень немногие молекулы могут посоперничать в масштабности воздействия на биологическую науку с оксидом азота(II), открытым в 1980 году31. Когда ученые наконец начали понимать биологические функции оксида азота(II), им пришлось заново задуматься над некоторыми основами биологии.
В 1992 году Science, один из самых престижных научных журналов в мире, назвал оксид азота(II) «Молекулой года». Через шесть лет, в 1998 году, трое ученых, сделавших крупные открытия, связанные с оксидом азота(II), получили Нобелевскую премию. С тех пор область исследований, посвященных оксиду азота(II), невероятно разрослась – до 160 000 публикаций, затрагивающих все аспекты здоровья и болезни.
Так что же он такое?
Оксид азота(II) – небольшая молекула, состоящая из атомов кислорода и азота, бесцветный газ, легко проникающий через клеточные мембраны. (Не путайте его с оксидом азота(I), так называемым веселящим газом, которым пользуются для наркоза стоматологи.)
Несмотря на то, что оксид азота(II) – это свободный радикал, он приносит немало пользы организму:
• Он регулирует тонус кровеносных сосудов, расслабляя их и помогая нормализовать артериальное давление32
• Он играет важнейшую роль в контроле над инфекциями33
• Он замедляет накопление тромбоцитов и уменьшает склонность крови к тромбообразованию, снижая тем самым риск инсульта или инфаркта34
• Он стимулирует формирование новых кровеносных сосудов – этот процесс называется ангиогенезом35
• Он предотвращает эректильную дисфункцию36
У многих людей на самом деле наблюдается дефицит оксида азота(II), и им может помочь стратегия, направленная на его повышение. Вместо того, чтобы принимать потенциально опасные лекарства вроде «Виагры», непосредственно повышающие уровень оксида азота(II), вы можете увеличить потребление растительных источников пищевых нитратов, например рукколы, или принимать предшественники оксида азота(II), например аргинин или цитруллина малат, в качестве пищевых добавок, чтобы достичь здоровых уровней этой полезной молекулы.
Оксид азота(II) в основном вырабатывается внутренним слоем кровеносных сосудов; поскольку кровеносные сосуды являются главными потребителями оксида азота(II), именно в них образуется и находится основная его часть. Здесь важно понимать, что оксид азота(II) обычно не хранится внутри клеток и не просто плавает, ожидая, пока им воспользуются. Для такого он слишком химически активен.
Вместо этого он привязывается к молекулам вроде глутатиона, гема и других белков. Именно поэтому воздействие ЭМП так опасно: одно из возможных последствий избытка кальция в клетках, подвергшихся воздействию ЭМП, – высвобождение хранящегося в них оксида азота(II) и повышение его уровня.
Повышение уровня оксида азота(II), вызванное ЭМП, может показаться даже полезным, но на самом деле оксид азота(II) приносит пользу, только если вырабатывается вне клеток. Проблема с повышенным уровнем оксида азота(II) внутри клеток – в том, что он очень химически активен и быстро соединяется с супероксидом, другим свободным радикалом, уровень которого повышается из-за избытка кальция в клетках.
В результате образуется пероксинитрит, и этот процесс радикально ускоряется, когда вы сидите на нездоровой диете, как описано выше, потому что тогда в вашем организме образуется больше супероксида, с которым может реагировать оксид азота(II), образуя пероксинитрит.
Пероксинитрит – возможно, одна из самых вредоносных молекул в организме
Главная причина, по которой пероксинитрит более вреден, чем гидроксильный радикал, – в том, что он живет примерно в 10 миллиардов раз дольше и, соответственно, имеет больше времени, чтобы повредить ваши ткани.
Пероксинитрит формально не является свободным радикалом. Скорее это сильный окислитель, который сравнительно медленно реагирует с большинством биологических молекул. Кроме того, он не считается активной формой кислорода (АФК), потому что, в отличие от АФК, в его состав входит азот. Так что его называют активной формой азота (АФА).
Ущерб, наносимый пероксинитритом, связан с его основным продуктом распада – карбонат-радикалами, которые, скорее всего, производят куда более серьезные повреждения ДНК, чем гидроксильный радикал.
Карбонат-радикалы живут намного дольше, чем гидроксильный радикал, – хотя всего в тысячи раз дольше, а не в миллиарды, как пероксинитрит. Если сложить периоды полураспада этих свободных радикалов, вы начнете понимать, почему их каскад, вызываемый воздействием ЭМП, настолько вреден.
Собственно, пероксинитрит – единственная известная молекула, которая обладает одновременно достаточно большим периодом полураспада, чтобы путешествовать внутри и между клетками, и способностью разрушать связи в ДНК37. Она живет более чем достаточно долго, чтобы передвигаться на относительно большие дистанции, может легко пересекать клеточные мембраны и проникать в ядро, где вырабатывает карбонат-радикалы, которые разрушают нити вашей ДНК.
И если даже этого недостаточно, чтобы начать беспокоиться, – пероксинитрит еще и усугубляет повреждения, наносимые организму, ингибируя работу супероксиддисмутазы (СОД), антиоксидантного фермента, который нейтрализует супероксид и перерабатывает его в другой свободный радикал – перекись водорода, которая, в свою очередь, затем превращается в воду.
Рис. 4.4. Как мобильные телефоны и Wi-Fi-роутеры повреждают ДНК.
Когда пероксинитрит ингибирует СОД, количество свободного супероксида, который может реагировать с оксидом азота(II), повышается, и начинается порочный круг – образуется еще больше пероксинитрита, потому что он формируется всякий раз, когда супероксид и оксид азота(II) оказываются достаточно близко друг к другу. Чтобы сформировался пероксинитрит, не обязательно даже, чтобы оксид азота(II) и супероксид образовывались в одной и той же клетке, потому что оксид азота(II) может легко проникать через клеточные мембраны.
Для формирования пероксинитрита не нужен никакой фермент; собственно, никакой фермент не может катализировать такой быстрой реакции. Оксид азота(II) – это единственная известная биологическая молекула, которая реагирует с супероксидом достаточно быстро и вырабатывается в достаточно большой концентрации, чтобы выиграть конкуренцию у СОД, которая обычно успевает разрушить супероксид38.
Даже выработка умеренных количеств пероксинитрита в течение длительного времени приведет к значительному окислительному повреждению. Это, в свою очередь, становится причиной изменения важнейших клеточных процессов. Он нарушает работу важных клеточных сигнальных путей и повреждает митохондрии, что, в свою очередь, снижает их способность к выработке энергии в виде АТФ.
В долгосрочной перспективе пероксинитрит вызывает воспаление и в конечном итоге повреждает ваши ткани, внося вклад в развитие сердечно-сосудистых заболеваний, нейродегенеративных болезней, диабета и многих других болезней, большинство из которых научные исследования связывают с воздействием ЭМП – об этом я расскажу в следующей главе.
Почему вы, скорее всего, никогда не слышали о пероксинитрите
Если эта молекула так опасна, почему вы не слышали о ней раньше? Пероксинитрит открыли лишь под конец прошлого столетия. Впервые он был описан в 1990 году39.
Вот почему почти никому из врачей, учившихся медицине в XX веке, да и в XXI тоже, не рассказывали о пероксинитрите. По сути, чуть ли не единственные, кто знают об этой пагубной молекуле, – биохимики и любители молекулярной биологии.
К счастью, для тех, у кого есть научная подготовка и кто хочет узнать больше о пероксинитрите, доступен отличный ресурс, да еще к тому же бесплатный. Это эпическая статья под названием Nitric Oxide and Peroxynitrite in Health and Disease40, в которой более 1500 ссылок на научную литературу и которую вы можете просмотреть, не заплатив ни копейки, введя ее название в ваш любимый поисковик.
Эта статья была написана тремя ведущими учеными, получавшими финансирование от Национальных институтов здравоохранения США (NIH). Это 140-страничная эпохальная работа, в которой описывается, как повышенный уровень пероксинитрита вызывает обширные повреждения клеток, нарушающие по крайней мере 97 важнейших биологических процессов и ассоциирующиеся с более 60 хроническими заболеваниями. Начало этой статьи обязательно к прочтению для любого, кто серьезно изучает ЭМП.