В процессе жизнедеятельности человека, как описано выше, ежедневно раз-рушается и образуется большое количество органических веществ, прежде всего белков. Это постоянное разрушение и синтез позволяют клеткам быст-ро приводить в соответствие метаболические потребности с внешними воз-действиями. Внутриклеточное разрушение белков происходит частично в лизосомах, частично в протеасомах (в них разрушаются неправильно свер-нутые или денатурированные белки).
При нарушении процессов деградации накапливаются лизосомы с разрушаемыми негидролизовавшимися фрагментами органелл и макромо-лекул (остаточные тела), что может привести к необратимому повреждению клеток и как результат – к нарушению функций соответствующих органов.
Другая, хорошо регулируемая система деградации белков, локализо-вана в цитоплазме. Она состоит из больших белковых комплексов, протеасом в виде бочковидной структуры. Белки, которым предстоит разрушение в протеасоме (например, содержащие ошибки транскрипции или состарившие-ся молекулы), метятся путем ковалентного связывания с небольшим белком убиквитином. Меченые убиквитином (убиквитинированные) молекулы попа-дают в протеосомы, где происходит их деградация, при этом убиквитин не разрушается и после активации используется вновь.
В ходе деградации белков, если полученные аминокислоты повторно не используются для биосинтеза, они расщепляются до конечного продукта – аммиака. Аммиак является конечным продуктом метаболизма белков, ами-нокислот и других азотистых соединений, то есть конечным продуктом рас-пада белка. Он высокотоксичен для организма человека, являясь клеточным ядом. Инактивация аммиака осуществляется, прежде всего, за счет образова-ния мочевины, которое происходит преимущественно в печени. Накаплива-ющийся в тканях аммиак, соединяясь с глутаматом (в основном) и с аспара-гиновой кислотой, образуют нетоксичные комплексы для транспортировки – глутамин и аланин.
В печени, за счет ферментов – трансаминаз, происходит высвобожде-ние аммиака из глутамина и аланина. В дальнейшем аммиак синтезируется в нетоксичную мочевину. Мочевина образуется в результате циклической по-следовательности реакций с участием гидрокарбоната, N-ацетилглутамата, орнитина, аспартата и фумарата (орнитиновый цикл). Биосинтез мочевины требует больших затрат энергии. При необходимости небольшая молекула мочевины может проходить через мембраны. По этой причине, а также из-за ее хорошей растворимости в воде, мочевина легко переносится кровью и вы-водится с мочой.
Часть аммиака выводится непосредственно почками, где он высвобож-дается из глутамина за счет гидролиза амидной группы и диффундирует че-рез клеточные мембраны в просвет канальца (в мочу).
Другими повреждающими факторами для клетки, которые возникают в процессе нормального обмена веществ, являются свободные радикалы. Свободные радикалы жизненно важные и необходимые для клетки соедине-ния. Их образование осуществляется при участии определенных ферментных систем. Многие из них несут очень важные физиологические функции. Так, семихиноны, коэнзим Q и флавопротеины, используются в качестве окисли-тельно-восстановительных систем, служащих посредниками в передаче элек-трона.
Гидроксидрадикал необходим для синтеза ряда биологических регу-ляторов (например, простагландинов). Радикалы оксида азота (NO) участ-вуют в регуляции сокращения стенок кровеносных сосудов, а пероксинитрит стимулирует запрограммированную клеточную гибель (апоптоз). Свободные радикалы участвуют в формировании клеточного иммунитета.
Однако при изменении условий функционирования дыхательной цепи, при воздействиях ионизирующего излучения, ультрафиолетового облучения, под воздействием попавших в организм посторонних соединений, ксенобио-тиков, при взаимодействии кислорода с ионами металлов и т.д. в организме образуются весьма активные молекулярные соединения: перекись водорода, гипохлорит и гидроперекиси липидов. Они являются сильными окислителя-ми способными модифицировать белки, нуклеиновые кислоты, индуцировать перекисное окисление липидов (ПОЛ) и в результате цепных реакций приво-дить к множественным нарушениям мембран и к гибели клеток. Именно эти процессы вызывают развитие патологических состояний, и лежат в основе канцерогенеза, атеросклероза, хронических воспалений и нервных дегенера-тивных болезней.