Wolne rodniki to atomy,
Wolne rodniki to atomy,
grupy atomów lub cząsteczki
grupy atomów lub cząsteczki
z jednym niesparowanym
z jednym niesparowanym
elektronem na zewnętrznej
elektronem na zewnętrznej
orbicie.
orbicie.
Wolne rodniki to atomy,
Wolne rodniki to atomy,
grupy atomów lub cząsteczki
grupy atomów lub cząsteczki
z jednym niesparowanym
z jednym niesparowanym
elektronem na zewnętrznej
elektronem na zewnętrznej
orbicie.
orbicie.
Aktywne formy tlenu
Aktywne formy tlenu
nazwa
symbol
właściwości i znaczenie biologiczne
Rodnik
wodoronadtlenkowy
HO
2
- jest sprotonowaną formą anionorodnika
ponadtlenkowego
- jest m.in. produktem "wybuchu tlenowego"
fagocytów
Tlen singletowy
1
O
2
- powstaje w wyniku wzbudzenia cząsteczki
tlenu
- jest bardziej reaktywny od tlenu trypletowego
- spiny elektronów na ostatniej orbicie są
antyrównoległe
- najbardziej podatne na uszkodzenie przez tlen
singletowy są reszty histydyny, metioniny,
guanina i inne pochodne purynowe.
Tlenek azotu
NO
- wytwarzany jest przy udziale syntazy tlenku
azotu przez komórki śródbłonka naczyń
endokardiocyty,
granulocyty,
makrofagi,
monocyty, komórki Kupffera, neurony, komórki
mięśni gładkich naczyń
Wolne rodniki wykazują zdolności do
chemicznej modyfikacji:
• lipidów,
• białek,
• kwasów
nukleinowych,
• węglowodanów.
Rodniki pierwotne
• krótki czas przeżycia (milisekundy)
• niewielkie zdolności penetracji (do
100
m)
Rodniki wtórne
• dłuższy czas życia
• większa penetracja poza miejsce ich
powstania
Aktywne formy tlenu
Aktywne formy tlenu
nazwa
symbol
właściwości i znaczenie biologiczne
Anionorodnik
ponadtlenkowy
O
2
- jest produktem jednoelektronowej redukcji tlenu
- może być utleniaczem i reduktorem
- ma stosunkowo długi "czas życia", może dyfun-
dować do innych struktur komórkowych
Nadtlenek
wodoru
H
2
O
2
- pod względem chemicznym nie jest wolnym
rodnikiem
- swobodnie penetruje błony komórkowe
- w obecności jonów metali grup przejściowych
generuje wytwarzanie rodnika wodorotlenowego
- sam jest mało aktywny
Rodnik
wodorotlenowy
OH
- wykazuje najwyższą reaktywność ze wszystkich
RFT
- powstaje w reakcji Fentona i Habera-Weissa
- reaguje z pierwszą napotkaną cząsteczką
- nie przenika przez błony lipidowe
Źródła rodników tlenowych
Źródła rodników tlenowych
•
procesy oddechowe komórki
•
procesy
enzymatyczne
katalizowane
przy
udziale:
oksydazy
NADPH,
oksydazy
ksantynowej,
diaminowej,
lipooksygenazy,
cyklooksygenazy;
•
autooksydacja związków biologicznie czynnych:
hydrochinonów,
epinefryny,
leukoflaminy,
związków tiolowych, hemoglobiny;
•
mikrosomalna
hydroksylacja
leków:
streptonigryna,
adriamycyna,
bleomycyna,
nitrofurantoina;
•
hydroksylacja innych związków: parakwatu,
czterochlorku węgla, benzopirenu;
•
promieniowanie jonizujące i nadfioletowe;
•
fagocytoza.
Reakcja Habera i Weissa
Reakcja Fentona
Reakcja dysmutacji
O
2
+ H
2
O
2
Fe, Cu
OH
+ O
2
O
2
+ O
2
+ 2H
+
SOD-1
H
2
O
2
+ O
2
O
2
+ Fe
3+
_______
O
2
+
Fe
2+
Fe
2+
+ H
2
O
2
_______
Fe
3+
+ OH
-
+ OH
-
pH fizjologiczne
___________
O
2
(
anionorodnik
)
pH kwaśne
___________
HO
2
(
rodnik
nadhydroksylowy;
lipofilny, bardzo
reaktywny
)
OCl
-
+ H
2
O
2
_______
1
O
2
+ Cl
-
+ H
2
O
Przy udziale wieloperoksydazy (MPO)
następuje utlenianie jonu chlorkowego do
jonu podchlorynowego
W dalszej reakcji podchlorynu z H
2
O
2
tworzy się tlen singletowy
1
O
2
Cl
-
+ H
2
O
2
MPO
OCl
-
+ H
2
O
Procesy oddechowe komórki
Procesy oddechowe komórki
dwoma elektronami - nadtlenku wodoru
O
2
+ 2e
-
+ 2H
+
_______
H
2
O
2
trzema
elektronami
-
rodnika
wodorotlenowego
O
2
+ 3e
-
+ 3H
+
_______
OH
+ H
2
O
i
czterema
elektronami
-
dwóch
cząsteczek wody
O
2
+ 4e
-
+ 4H
+
_______
2H
2
O
e
-
e
-
+ 2H
+
e
-
+ H
+
e
-
+ H
Redukcja
cząsteczki
O
2
jednym
elektronem
powoduje
powstanie
anionorodnika ponadtlenkowego
O
2
+ e
-
_______
O
2
O
2
O
2
H
2
O
2
OH
H
2
O
Uszkodzenia błon
Uszkodzenia błon
biologicznych wywołane przez
biologicznych wywołane przez
rodniki:
rodniki:
• modyfikacja aktywności składników błony
(enzymy błonowe);
• zmiany struktury błon wpływające na
funkcję i ich antygenowy charakter;
• utlenianie grup tiolowych;
• zmiany w stosunku wielonienasyconych
kwasów tłuszczowych i białka;
• inicjacja peroksydacji wielonienasyconych
kwasów tłuszczowych (wpływ na strukturę
błony i jej płynność);
• rozprzęgnięcie transportu przez błony.
Uszkodzenia białek przez RFT:
Uszkodzenia białek przez RFT:
• modyfikacja
aminokwasów
aromatycznych
(metionina,
cysteina,
histydyna, prolina i lizyna);
• fragmentacja białek, tworzenie wiązań
krzyżowych, agregacja białek;
• zmiana antygenowości białek;
• zwiększenie podatności na proteolizę;
• denaturacja niektórych białek.
Uszkodzenia materiału
Uszkodzenia materiału
genetycznego:
genetycznego:
• zmiany w strukturze DNA;
• mutacje genowe;
• efekty cytotoksyczne;
• działanie
mutogenne
bezpośrednie
(rodnik wodorotlenowy);
• działanie
mutogenne
pośrednie
(produkty peroksydacji lipidów).
Wyżej wymienione zjawiska uczestniczą
również
w
procesach
starzenia
się
organizmu i karcinogenezie.
Uszkodzenia lipidów:
Uszkodzenia lipidów:
•
peroksydacja lipidów (wolne i zestryfikowane
kwasy tłuszczowe);
•
jest to proces lawinowy;
•
często inicjuje peroksydację lipidów tlen
singletowy
Peroksydacja
lipidów
przez
rodniki
tlenowe
rozpoczyna
się
w
miejscu
niedostępnym działaniu antyutleniaczy.
Lipid - OOH + HO
2
_______
Lipid - O
+
H
2
O + O
2
Lipid - OOH + O
2
_______
Lipid - O
+ OH
-
+ O
2
Mechanizmy zabezpieczające
Mechanizmy zabezpieczające
organizmy żywe przed działaniem
organizmy żywe przed działaniem
aktywnych form tlenowych
aktywnych form tlenowych
Enzymatyczne
Nieenzymatyczne
1. Dysmutazy ponadtlenkowe
Cu, Zn SOD, Mn SOD,
Fe SOD, Ex SOD
2. Katalazy
3. Peroksydazy glutationowe
(selenozależna i selenonie-
zależna)
1. Przeciwutleniacze
- tokoferole i tokoferylochinony
- glutation
- kwas askorbinowy
- karotenoidy
2. Zmiatacze wolnych rodników
- adrenalina
- bilirubina
- biliwerdyna
3. J ony metali grup przejściowych Fe, Cu
4. Sekwestr metali
5. Metalotioneiny
Współzależność reakcji
Współzależność reakcji
katalizowanych przez SOD,
katalizowanych przez SOD,
katalazę i peroksydazę
katalazę i peroksydazę
H
2
O +
O
2
O
2
+ O
2
+ 2H
+
SOD
H
2
O
2
+ O
2
Cat
GSH - Px
2H
2
O
Sposób funkcjonowania katalazy w
Sposób funkcjonowania katalazy w
komórce
komórce
KATALAZA +
H
2
O
2
2H
2
O + O
2
+ KATALAZA + CO
2
+ 2H
2
O
Kompleks 1
Funkcja
katalazow
a
Funkcja
peroksydaz
owa
H
2
O
2
HCOOH
C
2
H
5
O
H
np.:
Funkcjonowanie peroksydazy
Funkcjonowanie peroksydazy
glutationowej
glutationowej
2GSH + H
2
O
2
_______
GSSG + H
2
O
E
zred.
_________________
E
utl.
_________________
E
zred.
Lipid - OOH + 2GSH
______
Lipid - OH +
GSSG + H
2
O
ROOH
ROH
H
2
O
2GSH
GSSG
