Zhrnutie na Reaktívne formy kyslíka, dusíka a antioxidanty
Reaktívne Formy Kyslíka, Dusíka a Antioxidanty | Rozbor
Úvod
Reaktívne formy kyslíka (ROS) a dusíka (RNS) sú molekuly obsahujúce nespárené elektróny alebo reaktívne skupiny, ktoré môžu poškodzovať bunkové štruktúry alebo naopak slúžiť ako signálne molekuly. Tento materiál rozoberá vznik jednotlivých druhov ROS a RNS, ich toxicitu, mechanizmy poškodenia buniek a praktické príklady vrátane úlohy v fagocytóze.
Definícia: Reaktívne formy kyslíka a dusíka (ROS, RNS) sú chemické špecies s a) jedným alebo viacerými nespárenými elektrónmi alebo b) vysoko reaktívnymi skupinami schopnými oxidovať lipidy, proteíny a ďalšie biologické molekuly.
1. Zdroje a vznik reaktívnych foriem kyslíka
1.1 Stopy redukcie kyslíka v bunke
Kyslík vstupuje do buniek počas dýchania a následnými jednoelektrónovými prenosmi sa môže meniť na rôzne ROS.
- Sekvencia (zjednodušene): superoxidový radikál → peroxid vodíka → hydroxylový radikál → voda.
Definícia: Superoxid je aniontový radikál
1.2 Hlavné ROS: opis a vznik
- Singletový kyslík (^{1}O_{2}): vzniká pri fotodynamických reakciách pôsobením fotónov na molekulu kyslíka; silný oxidant v prítomnosti fotosenzitizérov.
- Superoxidový radikál (O_{2}^{\bullet-}): vzniká pri autooxidácii (napr. katecholamíny, hemoglobín), pri činnosti xantinoxidázy, cytochromu P450 a aj ako vedľajší produkt dýchacieho reťazca (cca 2 % elektrónov unika z DR).
- Peroxid vodíka (H_{2}O_{2}): vzniká dismutáciou superoxidu katalyzovanou superoxiddismutázou (SOD) alebo v peroxizómoch; dokáže difundovať cez membrány.
- Hydroxylový radikál (\ce{OH^{\bullet}}): vzniká pri homolytickom štiepení vody (iónizujúce žiarenie, ozón, toxíny) alebo reakciou Fenton/Haber–Weiss s Fe:\ $$\ce{O2^{\bullet -} ->[redukcia] Fe^{2+}}$$ $$\ce{H2O2 ->[Fe^{2+}] OH^{\bullet} + OH^- + Fe^{3+}}$$ Hydroxylový radikál žije veľmi krátko, ale je najreaktívnejší a najškodlivejší z ROS.
1.3 Porovnanie ROS (tabuľka)
| ROS | Zdroj vzniku | Mobilita | Reaktivita | Hlavný účinok |
|---|---|---|---|---|
| Singletový kyslík | Fotodynamika | krátky dosah | vysoká | oxidácia nenasýtených MK |
| Superoxid (O_{2}^{\bullet-}) | DR, enzymy | nízka (nezdifunduje ďaleko) | stredná | vznik H_{2}O_{2} |
| Peroxid vodíka (H_{2}O_{2}) | dismutácia O_{2}^{\bullet-}, peroxizómy | difúzny | nízka-mierna | šírenie oxidačného signálu |
| Hydroxyl (OH^{\bullet}) | Fenton, ionizujúce žiarenie | veľmi lokálny | extrémna | priame poškodenie lipidov, DNA, proteínov |
2. Reaktívne formy dusíka (RNS)
- Oxid dusnatý (NO): syntetizuje sa z arginínu pomocou NO-syntázy; pri nízkych koncentráciách funguje ako signálna molekula (vaskodilatácia, neurotransmícia), pri vysokých koncentráciách môže inhibovať hemoproteíny a Fe–S proteíny.
- Peroxynitrit (ONOO^{-}) a peroxynitrous acid (ONOOH): vzniká spojením superoxidu s NO: $$\ce{O2^{\bullet-} + NO -> ONOO^-}$$ ONOO^{-} a jeho konjugovaná kyselina sa môžu rozpadať na ďalšie reaktívne častice, vrátane \ce{NO2^{\bullet}} a \ce{OH^{\bullet}}, čo vedie k nitrácii a oxidácii biomolekúl.
2.1 Dôsledky RNS
- Nitrácia tyrozínu → nitrotyrozín, ktorý mení funkciu proteínov.
- Reakcie s hemoproteínmi → strata ich aktivity.
3. ROS/RNS pri fagocytóze (respiračné vzplanutie)
- Aktivácia fagocytov (neutrofily, makrofágy) vedie k spusteniu NADPH-oxidázy, ktorá redukuje kyslík na superoxid: $$\ce{O2 ->[NADPH!\text{-}oxid; (NOX)} O2^{\bullet-}}$$
- Superoxid → H_{2}O_{2} → pri pôsobení myeloperoxidázy (MPO) vzniká hypochlórová kyselina (baktericídna): $$\ce{H2O2 + Cl^- ->[MPO] HOCl}$$
- Týmto mechanizmom fagocyty zabíjajú pohltené mikroorganizmy.
4. Toxicita ROS a RNS
4.1 Poškodenie lipidov – lipidová peroxidácia (LPO)
Mechanizmus (zjednodušene): hydroxylový radikál odštiepi vodík z mastnej kyseliny v membráne → vznikne lipidový radikál (L^{\bullet}) → reaguje s O_{2} za vzniku peroxylového radikálu (LOO^{\bullet}) →
Zaregistruj se pro celé shrnutíUž máš účet? Prihlásiť sa
Reaktívne formy O a N
Klíčové pojmy: ROS a RNS sú reaktívne molekuly s nespárenými elektrónmi, Sekvencia redukcie O2: superoxid -> H2O2 -> OH^{\bullet} -> H2O, Singletový O2 vzniká pri fotodynamike, Superoxid vzniká v DR, pri xantinoxidáze a P450, H2O2 je difúzny oxidant schopný pôsobiť na diaľku, OH^{\bullet} vzniká cez Fentonovu reakciu: \ce{H2O2 ->[Fe^{2+}] OH^{\bullet}}, Peroxynitrit (ONOO^{-}) vzniká z O2^{\bullet-} + NO a vedie k nitrácii proteínov, Lipidová peroxidácia vedie k tvorbe MDA a HNE, mení fluiditu membrán, Poškodené proteíny vytvárajú disulfidové väzby, dityrozín, nitrotyrozín, Fagocyty produkujú ROS cez NADPH-oxidázu a MPO -> HOCl, Hlavné enzymatické antioxidanty: SOD, kataláza, GPx, MDA a izoprostany slúžia ako biomarkery oxidačného stresu