Вільні радикали – ці надзвичайно реактивні та нестабільні молекули – давно здобули незавидну репутацію, їх постійно пов’язують з такими тяжкими недугами, як рак, прискорене старіння організму та дегенеративні захворювання, зокрема хвороба Альцгеймера. Ця недуга, що руйнує пам’ять та інші важливі когнітивні функції, є одним з найпоширеніших нейродегенеративних розладів. Проте людське тіло невпинно продукує вільні радикали, адже вони є невід’ємною складовою життєво важливих процесів, таких як дихання, клітинна сигналізація та боротьба з інфекціями. То чи справді ці частинки настільки згубні, чи, можливо, вони мають недооцінені переваги?
Двоїста природа реактивних частинок
Безперечно, за високої концентрації вільні радикали становлять значну загрозу. Ці реактивні форми кисню (РФК) містять непарний електрон, який відчайдушно прагне знайти собі пару для утворення стабільного зв’язку. Як наслідок, вони хаотично реагують з чим завгодно, вириваючи електрони з клітинних мембран, білків, молекул ДНК – основи генетичної інформації, що визначає всі процеси в організмі, – або будь-яких інших навколишніх структур. Це призводить до деформації їхньої форми, завдаючи ушкодження або повністю деактивуючи їх.
Як зазначає Майкл Мерфі, мітохондріальний біолог з Кембриджського університету – одного з найдавніших і найшанованіших освітніх центрів світу, відомого своїми науковими досягненнями, – це не одноразова подія: “Якщо радикал відриває електрон, він залишає по собі непарний електрон, і це викликає подальші реакції. Часто це призводить до загрозливої ланцюгової реакції.” Однак ця руйнівна сила може бути використана організмом за певних контрольованих обставин. Імунна система – складна мережа клітин і білків, що захищає організм від шкідливих інфекцій – застосовує радикали для атаки на патогени та для захисту від хвороб, тоді як інші одноелектронні сполуки, такі як оксид азоту (NO), слугують сигнальними молекулами для комунікації між різними клітинами.
“Деякі ферменти використовують радикальну хімію у своїх активних центрах, тому що це дає їм можливість здійснювати складніші хімічні перетворення”, – розповів Мерфі Live Science. Отже, багато фундаментальних реакцій організму, від дихання до транспорту кисню, покладаються на проміжні радикальні сполуки, аби зробити свою хімію можливою.
Мітохондрії – джерело нестабільних елементів
Фактично, більшість радикалів в організмі – близько 90% – генеруються мітохондріями, що є енергетичними станціями клітин і відповідають за клітинне дихання, пояснює Міхаель Рістоу, дослідник довголіття з Шаріте Університетської Медицини в Берліні – одного з найповажніших медичних закладів Європи, який є лідером у галузі біомедичних досліджень.
Дихання – це життєво важливий процес, який вивільняє енергію шляхом розщеплення глюкози та кисню. Весь процес охоплює складну послідовність кроків, опосередкованих низкою білків, що формують електронно-транспортний ланцюг. Ці білки передають електрони між різними одиницями під час цієї послідовності реакцій, але незначний витік означає, що деякі радикали також вивільняються в навколишнє клітинне середовище.
“Може трапитися так, що електрони відділяються від цих ферментів і реагують з киснем, утворюючи кисневий вільний радикал, який називається супероксидом – це часто первинний вільний радикал, що виробляється в біологічних системах”, – пояснив Мерфі. “Він продовжує утворювати перекис водню (що не є вільним радикалом), а це може бути особливо шкідливим у присутності двовалентного заліза (Fe2+). Утворюється ще один радикал – гідроксильний радикал, який буде реагувати з будь-чим.”
Усе це є частиною звичайної роботи кожної клітини, тому вільні радикали стають проблемою лише тоді, коли їх виробляється у великій кількості, зауважив Рістоу.
Організм виробив численні захисні механізми. Здоровий раціон природно містить антиоксидантні молекули, такі як вітаміни C та E, які можуть нейтралізувати ці реактивні частинки. “Крім того, існують спеціалізовані ферменти, що перетворюють вільні радикали на менш небезпечні проміжні сполуки, а також глутатіонова система” – молекула, що містить сірку, яка діє як “жертовна губка”, поглинаючи вільні радикали, перш ніж бути переробленою іншим ферментом.
Зовнішній вплив та феномен гормезису
Однак певні зовнішні фактори, такі як надмірне опромінення ультрафіолетом або надмірне вживання алкоголю, можуть викликати вироблення вищих рівнів вільних радикалів за дещо іншим механізмом. “Ультрафіолет може реагувати з так званими фотосенсибілізаторами. Молекула переходить у збуджений стан, поглинаючи енергію, а потім передає цю енергію, часто кисню”, – пояснив Мерфі. “Хімія дещо складна, але ви перетворюєте кисень на більш реактивну форму кисню, яка потім діє на жири та інші подвійні зв’язки.”
За певним порогом (який є індивідуальним для кожного) ці додаткові радикали перевантажують природні захисні механізми організму. Результат – пошкодження тканин, що з часом призводить до таких захворювань, як рак.
Проте, що важливо, зростає кількість доказів того, що контрольовані рівні вільних радикалів насправді є корисними або навіть необхідними для здоров’я – це частина явища, відомого як гормезис. Гормезис – це адаптивна реакція біологічної системи на помірний стрес, яка призводить до підвищення її здатності чинити опір подальшим, сильнішим стресам, покращуючи загальну витривалість.
“Реакція на вплив вільних радикалів на системному рівні – це типово підвищена реакційна спроможність проти вільних радикалів”, – сказав Рістоу. “Отже, весь людський організм тоді краще підготовлений не тільки проти вільних радикалів, а й проти токсичних компонентів їжі, впливу ультрафіолету та інших джерел ураження.”
Цей ефект найяскравіше демонструється в контексті фізичних навантажень.
“Якщо ви приймаєте антиоксиданти перед або разом з фізичними вправами, вплив вправ на параметри здоров’я зникає або значно зменшується”, – стверджує Рістоу. Витривалість, відновлення, нарощування м’язової маси та резистентність до інсуліну – все це зазнає впливу. Хоча існує кілька теорій щодо ролі радикалів у кожному з цих випадків, наразі немає єдиної думки в науковій спільноті.
Вільні радикали, очевидно, мають потенціал завдавати шкоди, але чи є вони “добрими” чи “поганими” – це набагато тонше питання, відповідь на яке залежить від контексту та їхньої концентрації. “Це питання рівноваги”, – резюмує Рістоу. – “Але якби реактивні форми кисню дійсно були лише шкідливими, то еволюція давно б їх відкинула!”
