Streszczenie Reaktywne formy tlenu i stres oksydacyjny

## Wprowadzenie Formy reaktywne tlenu (RFT) to cząsteczki i rodniki zawierające tlen, które wykazują dużą reaktywność chemiczną. Powstają stale w komórkach podczas procesów metabolicznych oraz pod wpływem czynników zewnętrznych. Mogą pełnić funkcje fizjologiczne (np. w odpowiedzi odpornościowej), ale w nadmiarze uszkadzają lipidy, białka i DNA. > **Definicja:** Formy reaktywne tlenu (RFT) to utleniające cząsteczki zawierające tlen, jak anionorodnik ponadtlenkowy, nadtlenek wodoru czy rodnik hydroksylowy. ## Podstawowe rodzaje RFT ### Rodniki i molekuły nie-radikalne - **Anionorodnik ponadtlenkowy**: > **Definicja:** Anionorodnik ponadtlenkowy to cząsteczka oznaczana jako $\mathrm{O_2^{\bullet-}}$, powstająca w wyniku pojedynczego przyjęcia elektronu przez tlen. - **Nadtlenek wodoru**: > **Definicja:** Nadtlenek wodoru, \(\ce{H2O2}\), jest bardziej trwały niż rodniki, przenika przez błony i może przekształcać się w rodnik hydroksylowy. - **Rodnik hydroksylowy**: > **Definicja:** Rodnik hydroksylowy, \(\mathrm{\bullet OH}\), jest najreaktywniejszą RFT i powoduje najsilniejsze uszkodzenia biomolekuł. ## Mechanizmy powstawania RFT ### Główne źródła wewnątrzkomórkowe 1. **Łańcuch oddechowy w mitochondriach** - Podczas transportu elektronów występuje „ucieczka” elektronów z nośników, np. z koenzymu Q (CoQH2) lub kompleksów zawierających FAD, co prowadzi do powstania $\mathrm{O_2^{\bullet-}}$. - Szacuje się, że około $3\!\text{–}\!5\%$ zużywanego tlenu może zostać przekształcone w RFT. 2. **Oksydazy i oksydoreduktazy** - Oksydaza ksantynowa (XOR) może tworzyć RFT podczas katabolizmu puryn. - Reakcje cytochromu P450 oraz różne oksydazy aminokwasów także przyczyniają się do powstawania $\mathrm{O_2^{\bullet-}}$ i $\ce{H2O2}$. 3. **Hemoglobina w erytrocytach** - Jon Fe$^{2+}$ w oksyhemoglobinie może przenosić elektron na tlen, prowadząc do równowagi między oksyhemoglobiną a methemoglobiną i uwalniania $\mathrm{O_2^{\bullet-}}$. - Około $3\%$ oksyhemoglobiny ulega utlenieniu do methemoglobiny w ciągu doby; jedna krwinka produkuje około $4\times10^{5}\;\mathrm{O_2^{\bullet-}}$/dobę. 4. **Komórki układu odpornościowego (wybuch tlenowy)** - Neutrofile i monocyty w fagolizosomach używają NADPH-oksydazy do wytworzenia $\mathrm{O_2^{\bullet-}}$, który jest następnie przekształcany do silnych środków bakteriobójczych, jak chlorowodorek podchlora (HOCl) przez mieloperoksydazę. ### Czynniki zewnętrzne - Promieniowanie jonizujące, promieniowanie UV, ultradźwięki oraz niektóre leki i zanieczyszczenia zwiększają powstawanie RFT. > **Definicja:** "Wybuch tlenowy" to gwałtowny wzrost wytwarzania RFT w komórkach fagocytujących podczas zabijania patogenów. ## Przykład procesu: od tlenu do rodnika hydroksylowego - $\ce{O2 + e^- -> O2^{\bullet-}}$ - Dismutacja: $\ce{2 O2^{\bullet-} + 2 H+ -> H2O2 + O2}$ (katalizowana przez dysmutazę ponadtlenkową) - Reakcja Fentona: $$\ce{Fe^{2+} + H2O2 -> Fe^{3+} + \bullet OH + OH^-}$$ ## Porównanie najważniejszych RFT | Rodzaj | Symbol | Reaktywność | Długość życia | Główne źródło | |---|---:|---|---:|---| | Anionorodnik ponadtlenkowy | $\mathrm{O_2^{\bullet-}}$ | umiarkowana | krótkie | łańcuch oddechowy, oksydazy | | Nadtlenek wodoru | $\ce{H2O2}$ | niższa niż rodniki, przenika błony | średnie | dysmutacja $\mathrm{O_2^{\bullet-}}$ | | Rodnik hydroksylowy | $\mathrm{\bullet OH}$ | bardzo wysoka | bardzo krótkie | Fenton (\ce{Fe^{2+}} + \ce{H2O2}) | ## Oksydaza ksantynowa (XOR) — przykład enzymu produkującego RFT - XOR katalizuje utlenianie hipoksantyny do ksantyny i ksantyny do kwasu moczowego. - Ma dwie formy: dehydrogenaza ksantynowa (XDH, preferuje $\mathrm{NAD^+}$) i oksydaza ksantynowa (XO, preferuje tlen jako akceptor elektronów). - XOR zawiera: 2 cząsteczki FAD, 2 jony molibdenu (VI) oraz 8 jonów żelaza w centrach [Fe-S]. ## RFT i wysiłek fizyczny - Intensywny wysiłek u osób niewytrenowanych zwiększa produkty peroksydacji lipidów w mięśniach szkieletowych. - Długotrwałe