wykład 5- antyoksydanty Flashcards
Wolne rodniki
- atomy lub cząsteczki występujące samodzielnie i posiadające jeden lub więcej niesparowanych elektronów,
- wytwarzane są stale w organizmie w szeregu procesów metabolicznych, biochemicznych lub pod wpływem czynników zewnetrznych.
Reaktywne formy tlenu
wolne rodniki zawierające tlen (wr), tlen cząsteczkowy (O2), związki tlenu nie będące wolnymi rodnikami, jak np. nadtlenek wodoru H2O2, kwas podchlorawy HClO
Stres oksydacyjny
- zaburzenie homeostazy prowadzące do zwiększenia stężenia wolnych rodników, reaktywnych form tlenu, azotu, chloru,
- zaburzenie równowagi prooksydacyjno-antyoksydacyjnej w kierunku utleniania (Helmut Sies, 1985)
Wolne rodniki
Rodniki organiczne:
- RCO· - rodnik alkoksylowy
- RCOO· - rodnik nadtlenoalkoksylowy
- H2O2 - nadtlenek wodoru
- HO2· - rodnik nadtlenowodorowy
- O2· - - anionorodnik ponadtlenkowy
- Peroxide O22- - jon nadtlenkowy
- HO· - rodnik wodorotlenowy (hydroksylowy)
Reaktywne formy tlenu
- O2 singletowy - bardzo reaktywny
- O2 trypletowy
- O3 - ozon
Reaktywne formy azotu
- Tlenki azotu: NO, NO2
- Nadtlenoazotyn: ONOO-
Reaktywne formy chloru
- Kwas chlorowy(I) (podchlorawy) HOCl
- podchloryn OCl-
Powstawanie wr i rft
- egzogenne źródła
- endogenne źródła
Egzogenne źródła powstawania wr i rft
- zanieczyszczenia cywilizacyjne: metale ciężkie, tlenki azotu, dym tytoniowy, tlenki siarki, i inne,
- promieniowanie elektromagnetyczne (jonizujące i nadfioletowe), efekt bezpośredni i wtórny,
- sonikacja,
- utlenianie ksenobiotyków
Endogenne źródła powstawania wr i rft
- redukcja tlenu cząsteczkowego (łańcuch oddechowy),
- procesy zapalne
- reakcje enzymatyczne (oksydazy)
!!!W warunkach fizjologicznych około 1-5% metabolicznego tlenu ulega konwersji do form wolnorodnikowych!!!
Mitochondria – główne źródło rft w komórce,
-powstają nieustannie jako produkt uboczny metabolizmu tlenowego
-Miejsce produkcji rft :
~białka mitochondrialnego łańcucha oddechowego transportujące elektrony,
~niektóre enzymy rozmieszczone w różnych przedziałach mitochondriów, głównie w błonie zewnętrznej i macierzy mitochondrialnej.
-Główne miejsca:
~kompleks I (dehydrogenaza NADH),
~kompleks III (kompleks bc1 ).
Powstawanie rft w mitochondriach
Elektrony z substratów oddechowych przekazywane są przez enzymy mitochondrialanego łańcucha oddechowego do tlenu, wraz ze wzrastającym potencjałem redoks, z wytworzeniem cząsteczki wody
Przepływ elektronów nie jest szczelny, mogą one „wyciekać” i reagować z cząsteczką tlenu tworząc anionorodnik ponadtlenkowy.
Syntaza tlenku azotu (NOS)
- neuronalna nNOS (I)
- endotelialna eNOS (III)
- indukowalna iNOS (II)
Produkcja in vivo rodnika hydroksylowego (reakcja Fentona)
O2· - + Fe 3+ → O2 + Fe 2+
Fe2+ + H2O2 → HO· + OH- + Fe3+
NO*
-wolny rodnik produkowany w organizmie człowieka w:
~komórkach śródbłonka naczyniowego
~fagocytach, niektórych komórkach mózgu
-działa na komórki mięśni gładkich ścian naczyń powodując ich relaksację
-NO może reagować z O2·- i wytwarzać nadtlenoazotyn ONOO-
nadtlenoazotyn ONOO-
- silny utleniacz
- niezbyt stabilny w fizjologicznym pH, jednak jego czas półtrwania wynoszący około 1 sekundy sprawia, że może dyfundować do komórek i niszczyć struktury komórkowe
Uszkodzone struktury vs skutki działania utleniaczy
- nienasycone aminokwasy- denaturacja białek, agrekacja białek lub ich fragmentacja
- kwasy nukleinowe- zmiany cyklu komórkowego, mutacja
- węglowodany- zmiany receptorów powierzchniowych
- nienasycone tłuszcze- utlenianie cholesterolu i kwasów tłuszczowych, zmiany przepuszczalności błon komórkowych
- antyutleniacze- spadek zawartości m.in. L-tokoferolu i B-karotenu
Schorzenia związane z patologicznym działaniem stresu antyoksydacyjnego
- miażdżyca
- choroba niedokrwienna serca
- zawał
- uszkodzenie reperfuzyjne
- udar
- procesy karcinogenne
- zaćma starcza
- procesy starzenia się
- schorzenia autoimmunologiczne i neurodegeneracyjne
Produkty utleniania lipidów
- dialdehyd malonowy (MDA)
- 4-hydroksy-trans-nonenal
- hepta-2,4-dienal
- hydroksyoktanal
- etan
- pentan
Oksydacyjne modyfikacje białek
-tworzenie reaktywnych grup karbonylowych w łańcuchach bocznych aminokwasów, zwłaszcza Lys, Pro, Arg, Cys, Thr, Leu, His
-wolnorodnikowy rozkład wiązania peptydowego,
-utlenianie łańcuchów bocznych aromatycznych aminokwasów:
~utlenianie fenyloalaniny do 2- i 3-tyrozyny,
~przekształcanie reszty tyrozyny do 3,4-dihydroksypochodnych oraz dityrozyny,
Oksydacyjne modyfikacje białek cd
-tworzenie sie wewnątrzcząsteczkowych mostków disiarczkowych
-dimerryzacja (tworzenie sie adduktów białkowych)
-Reakcje nitrowania reszt aminokwasów aromatycznych i nitrozylowania
przez rfa (NO˙, ONOO-, ONOOCO2-)
O2˙- + NO → ONOO- → NO2-Tyr
Obecność 3-nitrotyrozyny w białkach uznana została za czynnik ryzyka miażdżycy
System obrony przeciwko wolnym rodnikom i reaktywnym formom tlenu
- organizm człowieka wyposażony jest w mechanizmy zdolne chronić go przed uszkodzeniami spowodowanymi przez wr i rft.
- potrafi wytwarzać antyoksydanty, głównie enzymy, które neutralizują działanie wr i rft (utleniaczy) poprzez przekazywanie lub odbieranie im elektronów.
Mechanizmy obronne
- niedopuszczenie do reakcji rft i wr ze związkami biologicznie ważnymi (antyoksydanty prewencyjne),
- przerywanie łańcuchowych reakcji wolnorodnikowych i nierodnikowych (antyoksydanty zmiatające, niektóre są nieenzymatyczne),
- usunięcie skutków reakcji wr i rft z biocząsteczkami (eliminacja lub enzymy naprawcze)
Antyoksydanty uczestniczące w zapobieganiu uszkodzeniom komórkowym
1) Antyoksydanty prewencyjne
2) Antyoksydanty zmiatające
3) Enzymy naprawcze
Antyoksydanty prewencyjne
Zapobiegają tworzeniu nowych wr i rft, np:
- ceruloplazmina
- albumina
- transferyna, ferrytyna, mioglobina, haptoglobina
- metalotioneina
Antyoksydanty zmiatające
Usuwają powstałe już wr i rft zapobiegając reakcjom wolnorodnikowym:
- enzymy: SOD, GPx, GR, CAT, paraoxonaza (PON), metaloenzymy
- niskocząsteczkowe związki (lipofilowe, hydrofilowe): GSH, vitamina C, E, A (β-karoten), bilirubina, kwas moczowy)
Enzymy naprawcze
Naprawiają lub usuwają struktury uszkodzone przez wr i rft:
- enzymy naprawcze DNA,
- reduktaza sulfotlenku metioniny
- lipaza
- proteazy
- transferazy
Naturalnie występujące antyoksydanty
Naturalnie występujące antyoksydanty różnią się budową, właściwościami chemicznymi i fizjologicznymi oraz mechanizmem i miejscem działania.
Enzymy jako antyoksydanty
Osłabiają procesy tworzenia wr i rft usuwając cząsteczki o poten-cjalnym utleniającym charakterze lub przekształcając je w trwałe związki.
Dysmutazy ponadtlenkowe
- Cu,Zn-SOD (wewnątrzkomórkowa)
- Mn-SOD (mitochondrium),
- Fe-SOD (rośliny)
Rola dysmutaz ponadtlenkowych
SOD katalizuje przekształcenie anionorodnika ponadtlenkowego w nadtlenek wodoru, który następnie w wyniku działania katalazy zostaje przetworzony w wodę i tlen cząsteczkowy:
Peroksydaza glutationowa (GPx)
Redukuje nadtlenki lipidowe (ROOH), powstałe podczas utleniania nienasyconych kwasów tłuszczowych, przekształcając je w trwałe i nieszkodliwe cząsteczki – hydroksykwasy tłuszczowe (ROH).
ROOH + 2 GSH → ROH + H2O + GSSG
We współpracy z fosfolipazami, GPx może również przeksztalcić wodoronadtlenki fosfolipidów (PL-OOH) w hydroksyfosfolipidy (PL-OH)
Reduktaza glutationowa (GR)
NADPH + H+ + GSSG → NADP+ + 2 GSH
Antyoksydanty o dużej masie cząsteczkowej – białka
- albumina,
- ceruloplazmina,
- transferyna, haptoglobina
Antyoksydanty o dużej masie cząsteczkowej – białka- zadania
1) Wszystkie obecne w osoczu, wiążą wolne jony metali, aktywne w reakcjach redoks, ograniczają tworzenie wr i rft o reakcjach katalizowanych przez te jony.
2) Albumina i ceruloplazmina wiążą jony miedzi (II), transferyna wiąże jony żelaza(III).
3) Haptoglobina wiąże białka zawierające hem i usuwa je z krążenia.
Antyoksydanty o małej masie cząsteczkowej
- rozpuszczalne w tłuszczach (tokoferole, karotenowce, pochodne chinonów, bilirubina)
- rozpuszczalne w wodzie (kwas askorbinowy, kwas moczowy, polifenole, flawonoidy)
!!! Osłabiają lub hamują uszkodzenia komórek dzięki właściwościom zmiatania wr i rft!!!
Antyoksydanty jako markery chorób
Monitorowanie stężeń i/lub aktywności poszczególnych antyoksydantów oraz całkowitego statusu antyoksydacyjnego obejmuje głównie:
- całkowity status antyoksydacyjny (Total antioxidant status, TAS)
- aktywność SOD
- aktywność GPx i GR
- poziom żelaza i całkowitej zdolności wiązania żelaza (TIBC)
- stężenia: transferyny, ferrytyny, albuminy, bilirubiny, kwasu moczowego
Biomarkery stresu oksydacyjnego
1) Lipidy
2) Białka
3) Kwasy nukleinowe
Lipidy
nadtlenki lipidowe, dialdehyd malonowy (MDA), akroleina, 4-hydroksy-nonenal, izoprostany, oksysterole
Białka
- grupy karbonylowe (>C=O, CO)
- addukty grup karbonylowych białek z węglowodanami,
- nitrowanie, halogenowanie, utlenianie Tyr, Trp, Phe, His, Lys, Leu, Ile, Val
KWasy nukleinowe
zasady purynowe i pirymidynowe ulegają deaminacji, nitrowaniu, utlenia-niu, addycji z grupami CO
Ślina – naturalny rezerwuar czynników obronnych
1) nieswoistych- enzymy, substancje bakteriobójcze, lizozym, laktoferyna,
ślinowa peroksydaza, aglutyniny, mucyny, nystatyny,
2) swoistych- immunoglobuliny – IgA, IgG, IgM
Stres oksydacyjny w ślinie
czynnik etiologiczny procesów zapalnych w jamie ustnej, może wynikać z tworzenia się reaktywnych form tlenu w neutrofilach (polimorficzne neutrofile, PMN)
Główne antyoksydanty śliny
- enzymy
- nieenzymatyczne antyoksydanty
!!!Mniejsze znaczenie mają: ceruloplazmina, transferyna i laktoferyna.!!!
Enzymy w ślinie jako antyoksydanty
-układ peroksydazy ślinowej zawierający laktoperoksydazę (wydzielana przez gruczoły ślinowe) i mieloperoksydazę (wydzielana przez PMN). Mniejsze znaczenie mają: katalaza, peroksydaza glutationowa, reduktaza glutationowa
Nieenzymatyczne antyoksydanty w ślinie
kwas moczowy, kwas askorbinowy, glutation, albuminy
