Mechanizmy obrony przed RFT. Zakład Chemii Medycznej Pomorski Uniwersytet Medyczny

Transkrypt

1 Mechanizmy obrony przed RFT Zakład Chemii Medycznej Pomorski Uniwersytet Medyczny

2 Systemy obrony przed RFT 1. Zapobieganie powstawaniu (prewencja) rodnika * OH usuwanie substratów reakcji nadtlenku wodoru i anionorodnika ponadtlenkowego wiązanie jonów metali przejściowych (ograniczenie ciągu reakcji Fentona) 2. Inaktywacja wolnych rodników systemy enzymatyczne antyoksydanty niskocząsteczkowe 3. Eliminacja lub naprawa uszkodzonego materiału (genetycznego) - trzecia linia obrony 2

3 Systemy enzymatyczne obrony przed RFT Podstawowe enzymy usuwające reaktywne formy tlenu w komórkach 3

4 Dysmutaza ponadtlenkowa SOD Dysmutazy nadtlenkowe SuperOxide Dismutase (SOD E.C ) Klasa enzymów katalizujących dysmutację anionorodnika ponadnadtlenkowego do tlenu oraz nadtlenku wodoru. Dysmutazy tworzą istotny system antyoksydacyjny w komórkach niemal wszystkich żywych organizmów. Jest pierwszym odkrytym enzymem którego substratem jest wolny rodnik. 4

5 Dysmutaza ponadtlenkowa SOD SOD jest metaloproteiną składająca się z: części białkowej (apoenzym) katalitycznej grupy prostetycznej w formie atomu metalu pełniącej funkcję centrum aktywnego. Reakcja przebiega dwuetapowo: I etap - redukcja jonu metalu i uwolnienie O 2 M (n+1) + -SOD + O 2 * M n+ -SOD + O 2 II etap - utlenienie jonu metalu z udziałem O 2 * i H + i wytworzenie H 2 O 2 M n+ -SOD + O 2 * + 2 H + M (n+1) + -SOD + H 2 O 2 gdzie: M = Cu + ; Mn 2+ ; Fe 2+ ; Ni 2+ 5

6 Dysmutaza ponadtlenkowa SOD W organizmach ssaków występują trzy typy (izoformy) dysmutaz ponadtlenkowych: cytoplazmatyczna SOD-1, CuZnSOD-1 - zawierająca miedź (Cu) i cynk (Zn); o masie cząsteczkowej 32 kda; gen zlokalizowany w chromosomie 21 (21q22.1), mitochondrialna SOD-2, MnSOD-2 - zawierająca mangan (Mn); o masie cząsteczkowej 96 kda; gen w chromosomie 6 (6q25.3), zewnątrzkomórkowa SOD-3, inaczej EC SOD, CuZnSOD-3 - zawierająca miedź (Cu) i cynk (Zn); o masie cząsteczkowej 135 kda; gen w chromosomie 4 (4p15.3-p15.1) SOD-1 SOD-2 SOD-3 6

7 Katalaza CAT Katalaza CAT (EC ) enzym z grupy oksydoreduktaz katalizujący proces rozkładu H 2 O 2 do H 2 O i O 2 całkowita masa cząsteczkowa katalazy u ssaków waha się w granicach kda ; masa wątrobowej katalazy ludzkiej z erytrocytów wynosi 240 kda każda z podjednostek katalazy ma układ hemowy z położonym centralnie atomem żelaza (Fe 3+ ), który w miejscu aktywnym związany czteroma wiązaniami koordynacyjnymi z azotem struktury hemu, piąte wiązanie tworzy z tyrozyną w łańcuchu polipeptydowym białka katalazy 7

8 Katalaza CAT Mechanizm działania CAT katalaza - enzym o podwójnej aktywności - wykazuje aktywność katalazową i peroksydazową. podstawowa funkcja katalazy w komórkach - udział w reakcji dysproporcjonowania nadtlenku wodoru: 2 H 2 O 2 2 H 2 O + O 2 wykazuje również aktywność peroksydazową wobec związków będących donorami wodoru (np. H 2 S); katalizuje reakcję utleniania etanolu, metanolu, mrówczanu, azotynów, chinonów i in. (w tej reakcji H 2 O 2 jest substratem, który jest redukowany do wody) H 2 O 2 + H 2 S 2 H 2 O + S 8

9 Peroksydaza glutationowa GPx Peroksydaza glutationowa - Glutathione peroxidase GPx EC rodzina enzymów katalizujących reakcję redukcji H 2 O 2 do wody z jednoczesnym przejściem zredukowanego glutationu GSH w utleniony disulfid glutationu (GSSG): GPx 2GSH + H 2 O 2 GSSG + 2H 2 O redukują nadtlenki organiczne (np. nadtlenki lipidów) do alkoholi: GPx GSH + ROOH ROH + GSSG + H 2 O zawierają selen pod postacią selenocysteiny w centrum aktywnym - selenoperoksydazy obecność selenocysteiny umożliwia dwuelektronowe utlenienie GSH bez uwalniania wolnego rodnika tiylowego glutationu 9

10 Peroksydaza glutationowa GPx Grupa selenoperoksydaz obejmuje osiem izoform: GPx-1, cgpx - cytozolowa peroksydaza glutationowa GPx-2, gigpx - żołądkowo-jelitowa peroksydaza glutationowa GPx-3, pgpx - plazmatyczna peroksydaza glutationowa GPx-4, phgpx - peroksydaza glutationowa LOOH GPx-5, sngpx - jądrowa peroksydaza glutationowa GPx-6 - peroksydaza glutationowa nabłonka węchowego GPx-7 i GPx-8 - u ludzi są kodowane przez gen GPX7 i GPX8; występują w retikulum endoplazmatycznym w trakcie badań GPx-7 GPx-8 10

11 Reduktaza glutationowa GR Reduktaza glutationowa - Glutathione reductase GR EC flawoproteina wykorzystująca NADPH jako czynnik redukujący (źródło elektronów), występuje w cytozolu i mitochondriach główna funkcja - utrzymywanie prawidłowego stężenia GSH w komórkach poprzez przekształcenie GSSG w GSH uczestniczy również w przemianach detoksyfikujących tlen 11

12 Reduktaza glutationowa GR Mechanizm katalizy GR Forma utleniona GSSG może tworzyć mieszane disulfidy z białkami zawierającymi grupy tiolowe -SH powodując inaktywację białek: białko SH + GSSG białko S SG + GSH białko + GSSG białko + 2GSH SH SH S S W organizmach GSSG jest redukowane do GSH kosztem NADPH; reakcję katalizuje GR: GR GSSG + NADPH + H + 2 GSH + NADP + NADPH jest regenerowane przez enzymy katalizujące reakcje, w których substratem jest NADP + (np. G-6-PD, IDH). 12

13 Mechanizmy obrony przed RFT Systemy nieenzymatyczne Zakład Chemii Medycznej Pomorski Uniwersytet Medyczny

14 Systemy nieenzymatyczne Białka nieenzymatyczne chroniące przed RFT (m.in. albumina, ferrytyna, transferryna - wiążąc jony metali przejściowych zmniejszają nasilenie reakcji wolnorodnikowych) Antyoksydanty niskocząsteczkowe antyoksydanty hydrofilowe glutation - - glutamylocysteinyloglicyna kwas askorbinowy witamina C kwas moczowy antyoksydanty hydrofobowe tokoferole witamina E karotenoidy ksantofile likopen 14

15 Białka nieenzymatyczne chroniące przed RFT Prewencyjnie zapobiegają wytwarzaniu się nowych RFT i peroksydacji lipidów: łączą się z uwolnionymi jonami metali przejściowych, np. Cu + i Fe 2+ zawierającymi niesparowane elektrony, blokując przebieg reakcji wolnorodnikowych i reakcji Fentona zapobiegają pozabiałkowej akumulacji jonów żelaza chronią przed utlenieniem składowe błon komórkowych wiążą kwasy tłuszczowe (albumina), pełniąc funkcje ochronne i zapobiegając peroksydacji. dzięki obecności grup tiolowych ( SH) mają możliwość reagowania z wolnymi rodnikami, nadtlenkami i podchlorynem 15

16 Białka nieenzymatyczne chroniące przed RFT Albumina - makrocząsteczkowe białko, stanowiące około 60% wszystkich białek surowicy, może wiązać jako ligandy: kwasy tłuszczowe potencjalne substraty peroksydacji miedź w przypadku gdy związane jony Cu 2+ ulegną redukcji i w reakcji z H 2 O 2 zostanie wytworzony * OH, to reaguje on miejscowo uszkadzając samą cząsteczkę albuminy hem związany hem nie może katalizować peroksydacji lipidów Transferryna - białko transportujące jony żelaza do komórek jedna cząsteczka transferryny ma dwa miejsca wiążące żelazo (w warunkach fizjologicznych wysycona w 20%) ma dużą masę cząsteczkową - 80 kda; nie ulega filtracji w kłębuszkach nerkowych, co zabezpiecza organizm przed utratą żelaza 16

17 Białka nieenzymatyczne chroniące przed RFT Ferrytyna - białko magazynujące jony żelaza, występujące w śluzówce jelita może związać 4500 atomów żelaza (zwykle wysycona w 20%) żelazo zmagazynowane w postaci wodorotlenku skompleksowanego z fosforanem Haptoglobina - białko ostrej fazy produkowane przez wątrobę; odpowiada za wychwyt wolnej hemoglobiny we krwi, którą wiąże w trwały kompleks kompleksy haptoglobina - hemoglobina są usuwane po związaniu do receptorów i endocytozie przez fagocyty zapobiega peroksydacji lipidów katalizowanej przez hemoglobinę 17

18 Białka nieenzymatyczne chroniące przed RFT Hemopeksyna - białko produkowane przez wątrobę; ma najwyższe powinowactwo do hemu spośród wszystkich białek krwi tworzy nieaktywne kompleksy z hemem, transportujące hem do wątroby; wiązanie hemu odbywa się za pośrednictwem albuminy (albumina tworzy hemalbuminę i przekazuje hem hemopeksynie) zapobiega peroksydacji lipidów katalizowanej przez hem Laktoferryna - białko o masie cząsteczkowej około 80 kda, należące do grupy transferryny, wykazujących zdolność wiązania jonów żelaza ma dwa miejsca odwracalnie wiążące żelazo zarówno w postaci jonu Fe 3+ jak i jonu Fe 2+ 18

19 Białka nieenzymatyczne chroniące przed RFT Metalotioneiny - izoformy niskocząsteczkowego białka (o masie 6 7 kda); zbudowane z reszt aminokwasowych (ok. 20 cysteinylowych, bez mostka disulfidowego) zapewniają prawidłową homeostazę jonów metali niezbędnych dla organizmu Cu 2+ i Fe 2+ mając zdolność do ich magazynowania. wiążą metale ciężkie: Cd, Hg, Bi, As ograniczając istotnie ich toksyczne oddziaływanie na organizm, oraz umożliwiając ich transport i wydalanie antyoksydacyjne działanie metalotionein polega również na szybkiej reakcji z wolnymi rodnikami dzięki obecności licznych, należących do cysteiny, grup sulfhydrylowych. Metallothionein superfamily (plant) 19

20 Antyoksydanty niskocząsteczkowe Antyoksydanty, przeciwutleniacze, zmiatacze wolnych rodników Substancje ochronne, przekazujące czynnikom utleniającym lub wolnym rodnikom swoje elektrony, przechodzące w postać utlenioną (mało reaktywną) i tym samym uniemożliwiają utlenianie innych składników lub zajście reakcji wolnorodnikowej; prewentywne wchodzą w reakcję z czynnikiem utleniającym interwentywne reagują z produktami pośrednimi utleniania (wolne rodniki) ze względu na pochodzenie wyróżniamy: egzogenne np. niektóre witaminy, flawonoidy (stanowią większość) endogenne np. glutation umiejscawiają się w cytoplazmie lub w błonie komórkowej, w zależności od właściwości fizycznych (rozpuszczalność) 20

21 Antyoksydanty niskocząsteczkowe Reakcje antyoksydantów z RFT i organicznymi wolnymi rodnikami są mniej specyficzne niż reakcje enzymów, co sprawia, że są one bardziej uniwersalnymi obrońcami organizmu i mogą pełnić kilka różnych funkcji; mogą: reagować z częścią O 2 *- i H 2 O 2, które uniknęły działania enzymów, zmniejszając szanse powstania * OH reagować z powstałym * OH (niepełna obrona, małe stężenia) skierować reakcję tory terminacji wygaszanie wolnych rodników Klasy antyoksydantów: hydrofilowe rozpuszczalne w wodzie, chronią środowisko wodne komórek (cytoplazma i wnętrze organelli komórkowych) hydrofobowe chroniące wnętrze dwuwarstwy lipidowej błon komórkowych; zachodzi w nim proces peroksydacji lipidów 21

22 Hydrofilowe antyoksydanty niskocząsteczkowe Glutation -glutamylocysteinyloglicyna ( -glu-cys-gly) najbardziej rozpowszechniony niskocząsteczkowy związek tiolowy w przyrodzie; występuje we wszystkich komórkach prokariotycznych i eukariotycznych w typowej komórce eukariotycznej dominuje postać zredukowana glutationu (GSH), postać utleniona (GSSG) stanowi mniej niż 1% całkowitej puli występuje w cytoplazmie (prawie 90%), mitochondriach (ok.10%) i w jądrze, w dużych, dochodzących do 10 mm, stężeniach (w siateczce endoplazmatycznej jego stężenie jest znacznie mniejsze, sięga tylko 2 mm) pozakomórkowe stężenia glutationu, (z wyjątkiem żółci, która zawiera GSH nawet w stężeniu 10 mm), są znacznie niższe np. w osoczu krwi stężenie GSH wynosi ok. 5 μm, a w erytrocytach ok. 3 mm 22

23 Hydrofilowe antyoksydanty niskocząsteczkowe Glutation w warunkach fizjologicznych ponad 98% glutationu stanowi forma GSH zredukowanego grupa tiolowa ( SH) zredukowanego GSH może szybko ulec utlenieniu; powstaje forma utleniona - disulfid glutationu GSSG GPx 2 GSH + H 2 O 2 GSSG +2H 2 O organizm odtwarza GSH za pomocą reduktazy glutationowej GSSG + NADPH + H + GR 2GSH + NADP + 23

24 Hydrofilowe antyoksydanty niskocząsteczkowe Glutation Neutralizacja wolnych rodników i RFT grupa tiolowa może reagować z O 2 *-, * OH, H 2 O 2 RSH + O 2 *- + H + RS * + H 2 O 2 2 RSH + H 2 O 2 2 RS * + 2H 2 O RSH + * OH RS * + H 2 O 2 RS * RSSR glutation chroni komórki przed oksydacyjnymi uszkodzeniami grup SH białek poprzez tiolację rodników tiylowych S * : białko-s * + GSH białko-ss * G + H + białko-ss * G + O 2 białko-ssg + O 2 *- 24

25 Hydrofilowe antyoksydanty niskocząsteczkowe Glutation Detiolacja (deglutationylacja) - przywracanie grup tiolowych białek do postaci zredukowanej może zachodzić dzięki: bezpośredniej reakcji wymiany z GSH (po przywróceniu właściwego stosunku GSH:GSSG w komórce) reakcjom katalizowanym przez glutaredoksyny (Grx) - tiolotransferazy reakcjom katalizowanym przez tioredoksyny (Trx)/reduktazy tioredoksynowe 25

26 Hydrofilowe antyoksydanty niskocząsteczkowe Kwas askorbinowy (AA ascorbic acid) witamina C związek spokrewniony z cukrami (heksozami) tworzy 4 izomery przestrzenne, z których czynność biologiczną ma tylko forma L kwasu (+)-askorbinowego ma postać bezbarwnych kryształków o kwaśnym smaku, dobrze rozpuszczalnych w wodzie, a nierozpuszczalnych w rozpuszczalnikach organicznych (poza alkoholem) wykazuje czynność optyczną, a związek pochodzenia naturalnego jest prawoskrętny w roztworach wodnych jest wrażliwy na ogrzewanie, szczególnie w obecności tlenu 26

27 Hydrofilowe antyoksydanty niskocząsteczkowe Kwas askorbinowy witamina C rośliny i większość zwierząt mają zdolność syntezy witaminy C świnki morskie, nietoperze, ludzie i inne naczelne nie mogą syntetyzować witaminy C z powodu braku oksydazy gulonolaktonowej (w końcowej fazie biosyntezy witaminy C, w której następuje przemiana L-glukono- -laktonu w L-askorbinian) muszą zatem przyjmować witaminę C pochodzenia egzogennego wraz z pokarmami 27

28 Hydrofilowe antyoksydanty niskocząsteczkowe Kwas askorbinowy witamina C w płynach ustrojowych jest prawie całkowicie zdysocjowany (99%) i występuje w postaci anionu askorbinianowego (AH ) askorbinian (AH ) ma właściwości redukujące: z czynnikami utleniającymi w wyniku redukcji jednoelektronowej może tworzyć wolny rodnik askorbylowy (A *- ) o małej reaktywności chemicznej w redukcji dwuelektronowej powstaje kwas dehydroaskorbinowy (DHA), nietrwały i może się rozpadać do kwasu 2,3-diokso-Lgulonowego, który jest podatny na dalsze utlenianie, prowadzące do powstania kwasu szczawiowego i L-treonowego 28

29 Hydrofilowe antyoksydanty niskocząsteczkowe Produkty pośrednie i końcowe oksydatywnej degradacji askorbinianu *- 29

30 Hydrofilowe antyoksydanty niskocząsteczkowe Witamina C funkcje Właściwości redukujące witaminy C decydują o jej aktywności antyoksydacyjnej wobec wszystkich RFT oraz ich pochodnych: 30

31 Hydrofilowe antyoksydanty niskocząsteczkowe Witamina C - działanie prooksydacyjne! w niskich stężeniach askorbinian może wykazywać działanie prooksydacyjne aktywność prooksydacyjna jest związana ze zdolnością do interakcji z jonami metali przejściowych, głównie Fe 3+ i Cu 2+ : Fe 3+ + AH Fe 2+ + A *- + H + Fe 2+ + H 2 O 2 Fe 3+ + * OH + OH reakcja Fentona powstające RFT w pewnych warunkach mogą niszczyć komórki zwierzęce, w tym komórki nowotworowe mieszanina askorbinianu z jonami metali przejściowych w badaniach in vitro ma zdolność inaktywacji wielu białek, niszczenia tłuszczów i DNA w warunkach laboratoryjnych mieszanina jonów żelazowych i askorbinianu jest używana w celu indukowania powstawania rodnika * OH 31

32 Hydrofilowe antyoksydanty niskocząsteczkowe Kwas moczowy Końcowy produkt degradacji nukleotydów purynowych w organizmach ludzi i małp człekokształtnych 32

33 Hydrofilowe antyoksydanty niskocząsteczkowe Kwas moczowy w fizjologicznym zakresie ph występuje w formie zdysocjowanej jako anion moczanowy, który jest bardziej stabilny i nie reaguje z O 2 reaguje z oksydantami: 1 O 2, * OH, H 2 O 2, LOOH, HClO, ONOO - nie reaguje z O 2 *- wiąże jony żelaza obecność dwuwęglanów zmniejsza efekty antyoksydacyjne kwasu moczowego w obecności ONOO - kwas moczowy jest bardzo szybko degradowany, a produkty jego rozkładu mogą być cytotoksyczne. W wysokich stężeniach lub w obecności jonów Cu + /Cu 2+ kwas moczowy (lub jego pochodne) może nasilać peroksydację lipidów działanie prooksydacyjne 33

34 Hydrofilowe antyoksydanty niskocząsteczkowe Kwas moczowy Degradacja kwasu moczowego jednoelektronowe utlenienie moczanu prowadzi do alantoiny w wyniku hydrolizy alantoiny otrzymujemy kwas alantoinowy kwas alantoinowy hydrolizuje z wytworzeniem kwasu glioksalowego i mocznika utlenienie kwasu glioksalowego prowadzi do kwasu szczawiowego alantoina stosowana w przemyśle farmaceutycznym oraz kosmetycznym - ułatwia gojenie się ran, łagodzi objawy łuszczycy, działa przeciwzapalnie i ściągająco 34

35 Hydrofilowe antyoksydanty niskocząsteczkowe Antocyjaniny naturalne barwniki roślinne należące do grupy flawonoidów w zależności od ph oraz przyłączania jonów metali mogą przyjmować barwę od czerwonej do fioletowej są niestabilne, łatwo ulegają degradacji - ich stabilność zależy od: ph temperatury światła obecności innych związków (enzymy, tlen, białka, składniki mineralne i inne flawonoidy) pod względem struktury chemicznej są glikozydami - w części aglikonowej zawierają szkielet antocyjanidyny, będący podstawowym rdzeniem antocyjanów, zwanym kationem 2-fenylobenzopiryliowym lub flawyliowym 35

36 Hydrofilowe antyoksydanty niskocząsteczkowe Antocyjaniny właściwości antyoksydacyjne antocyjanów wynikają z ich budowy chemicznej - obecności grup hydroksylowych w położeniu 3 pierścienia C i w położeniu 3 i 4 pierścienia B działanie antyoksydacyjne związane jest: ze zdolnością do zmiatania wolnych rodników (co kończy łańcuch reakcji rodnikowych) chelatowaniem jonów metali np. Cu 2+, Fe 3+ podwyższeniem całkowitego potencjału antyoksydacyjnego w osoczu zwiększeniem aktywności : CAT, GPx i SOD zmniejszeniem podatności LDL na działanie RFT (zmniejszając aktywność enzymów czynnych w ich metabolizmie oraz hamują odpowiedź immunologiczną na LDLox i ich wychwyt przez makrofagi) 36

37 Hydrofobowe antyoksydanty niskocząsteczkowe Witamina E - tokoferole główny antyoksydant rozpuszczalny w lipidach obejmuje 8 różnych postaci - każda zbudowana jest z układu pierścieniowego 6- chromanolu i szesnasto węglowego fitylowego łańcucha bocznego łańcuch boczny jest nasycony tokoferole (różnią się liczbą i położeniem grup -CH 3 ) łańcuch boczny zawiera trzy wiązania podwójne - tokotrienole 37

38 Hydrofobowe antyoksydanty niskocząsteczkowe Witamina E - tokoferole najczęściej występującą w przyrodzie formą jest -tokoferol (ma największą aktywność biologiczną) witamina E ma postać lepkiego, gęstego, żółtawego oleju dobrze rozpuszcza się w tłuszczach i większości rozpuszczalników organicznych jest dość odporna na działanie kwasów, zasad i wysokiej temperatury wolne tokoferole są wrażliwe na działanie tlenu i promieni ultrafioletowych 38 (estry tokoferolu są bardziej odporne - szczególnie na tlen)

39 Hydrofobowe antyoksydanty niskocząsteczkowe Antyoksydacyjne działanie -tokoferolu jeden z głównych związków chroniących nasz organizm przed stresem oksydacyjnym uczestniczy w pierwszej linii obrony przed RFT efektywnie wygaszając 1 O 2 (nie dochodzi do jego reakcji z resztami wielonienasyconych kwasów tłuszczowych fosfolipidów błon komórkowych oraz hamowana jest reakcja peroksydacji i generowania ich rodników) w drugiej linii obrony szybko reaguje z wolnymi rodnikami nadtlenkowymi lipidów i unieczynnia je, a równocześnie przerywa ich wytwarzanie oraz hamuje ciąg wolnorodnikowych reakcji łańcuchowych uszkadzających komórki związane jest z obecnością grupy -OH przy węglu C6 trzy elektronodonorowe grupy CH 3 w pierścieniu chromanu ułatwiają oderwanie wodoru z grupy OH 39

40 Hydrofobowe antyoksydanty niskocząsteczkowe Tokoferole mogą działać prooksydacyjnie! podczas redukcji Fe 3+ do Fe 2+ i Cu 2+ do Cu + tokoferole stymulują powstawanie rodników * OH rodnik -T * poprzez stosunkowo wolną reakcję jest zdolny oderwać wodór z cząsteczki wielonienasyconego kwasu tłuszczowego - działa jako słaby promotor utleniania tłuszczów bogatych w nienasycone kwasy tłuszczowe: -T * + RH R * + -TH 40

41 Hydrofobowe antyoksydanty niskocząsteczkowe Witamina A ma dwie podstawowe formy: A1 trans-retinol (akseroftol) A2 3,4-didehydroretinol obie formy składają się z: pierścienia jononu połączonego z nim łańcucha polienowego witamina A ma też postać: aldehydową - retinal kwasową - kwas retinowy 41

42 Hydrofobowe antyoksydanty niskocząsteczkowe Witamina A retinol jako antyoksydant działa zarówno w I jak i II linii obrony przed RFT (podobnie jak witamina E) w procesach prewencyjnych efektywnie wygasza tlen singletowy w reakcjach wolnorodnikowych na etapie terminacji neutralizuje wolne rodniki powstające podczas peroksydacji lipidów właściwości antyoksydacyjne witaminy A wynikają z obecności w cząsteczce sprzężonych układów wiązań C=C w łańcuchu bocznym retinol ma większą zdolność usuwania rodnika peroksylowego w porównaniu z witaminą E 42

43 Hydrofobowe antyoksydanty niskocząsteczkowe Karotenoidy karotenoidy są grupą żółtych, czerwonych i pomarańczowych pigmentów, występujących w tkankach roślinnych (marchew, dynia, zielone warzywa, pomidory, morele, wiśnie, śliwki i pomarańcze) należą do naturalnych przeciwutleniaczy (nie udowodniono jednak jednoznacznie, czy związki te in vivo wykazują działanie przeciwutleniające) karotenoidy są hydrofobowymi związkami, nierozpuszczalnymi w wodzie we krwi człowieka występują głównie związane z lipoproteinami występują również w: tkance tłuszczowej w błonach komórkowych mogą się też wiązać z hydrofobowymi domenami niektórych białek karotenoidy są prekursorami witaminy A, koniecznej do prawidłowego wzrostu i różnicowania się komórek są głównym dietetycznym źródłem witaminy A dla człowieka 43

44 Hydrofobowe antyoksydanty niskocząsteczkowe Karotenoidy należą do izoprenoidów i obejmują kilkaset związków, z których około 50 występuje w żywności różnią się położeniem wiązań podwójnych oraz brakiem lub obecnością pierścienia alicyklicznego (β-jononu) w cząsteczce, i -karoten wykazują aktywność prowitaminy A, zaliczane są do odżywczych składników żywności, likopen jest naturalną substancją nieodżywczą 44

45 Hydrofobowe antyoksydanty niskocząsteczkowe Ksantofile (oksykarotenoidy) pochodne tlenowe karotenów (hydroksylowe, ketonowe, aldehydowe, karboksylowe) powstają podczas utleniania karotenów przy pomocy enzymów występują, obok karotenoidów, w tkankach roślinnych (stanowią 60-70% związków karotenoidowych) i zwierzęcych: luteina - 3,3 -dihydroksy pochodna α-karotenu - występuje praktycznie w tkankach wszystkich roślin zielonych zeaksantyna - izomer luteiny - wyizolowana z nasion kukurydzy astaksantyna barwnik pancerzy skorupiaków, jeżowców, piór i nóg ptasich kryptoksantyna - pomarańczowy barwnik owoców papryki i pomarańczy fukoksantynę barwnik brunatnic uczestniczący w fotosyntezie kapsorubina i kapsantyna - główne barwniki papryki 45

46 Hydrofobowe antyoksydanty niskocząsteczkowe Antyoksydacyjne funkcje karotenoidów i ksantofili dzięki obecności skoniugowanej struktury podwójnych wiązań, mogących delokalizować niesparowany elektron usuwają wolne rodniki ( * OH, O 2 -*, RO * ) są silnymi wygaszaczami tlenu singletowego (I linia obrony) zabezpieczają przed powstawaniem nadmiernej ilości reaktywnych form tlenu podczas fotosyntezy (szczególnie tlenu singletowego) w badaniach in vitro wykazano, że -karoten hamuje peroksydację lipidów przy małym stężeniu tlenu, lecz nie hamuje tego procesu gdy stężenie tlenu jest duże badania wykazały, że -karoten nie zabezpiecza dostatecznie frakcji lipidowych krwi (LDL) przed peroksydacją 46

47 Hydrofobowe antyoksydanty niskocząsteczkowe Bilirubina u ssaków bilirubina powstaje wskutek degradacji części porfirynowej hemu, po uprzednim wyłączeniu i zmagazynowaniu jonu żelaza degradacja hemu prowadzi do powstania zielonkawej biliwerdyny, która następnie ulega redukcji do bilirubiny przy udziale enzymu reduktazy biliwerdynowej i NADPH (dawcy protonu) 47

48 Hydrofobowe antyoksydanty niskocząsteczkowe Bilirubina jako antyoksydant jest jednym z głównych antyoksydantów obecnym w osoczu krwi i w błonach komórkowych chroni przed peroksydacją kwas linolenowy (jedna cząsteczka bilirubiny chroni co najmniej 100 cząsteczek kwasu) dezaktywuje tlen singletowy sprzężona z glukoronianem reaguje z kwasem HClO reaguje z rodnikami nadtlenkowymi ROO * + Brb ROOH + Brb * Brb * + ROO * Brb-OOR Brb * + O 2 Brb-OO * 48

49 Trzecia linia obrony przed RFT Trzecią linię obrony przed toksycznym działaniem RFT stanowią: enzymatyczne systemy naprawcze odpowiedzialne za likwidację skutków ich działania na DNA działające: bezpośrednio z udziałem enzymów reperujących pęknięcia nici DNA m.in. ligazy, metylotransferazy pośrednio: na drodze naprawy ekscyzyjnej - wycinanie i naprawianie pojedynczych zasad, które uległy modyfikacjom z udziałem enzymów glikozydaz DNA naprawy indukowanej - czyli system SOS (ang. save our souls) - ostateczna odpowiedź komórki na rozległe uszkodzenia DNA układy usuwające uszkodzone przez RFT białka 49