Druga twarz tlenu : wolne rodniki w przyrodzie / Grzegorz Bartosz. wyd. 2, dodr. 5. Warszawa, Spis treści

Transkrypt

1 Druga twarz tlenu : wolne rodniki w przyrodzie / Grzegorz Bartosz. wyd. 2, dodr. 5. Warszawa, 2013 Spis treści Wstęp 13 Część 1: Strategia ataku Tlen: pierwiastek Ŝycia i śmierci Tlen pierwiastek Ŝycia Tlen pierwiastek chorób i śmierci Co to są reaktywne formy tlenu? Właściwości reaktywnych form tlenu Nieco o reakcjach wolnorodnikowych w ogólności Inicjacja Propagacja Terminacja Powstawanie rodników organicznych Anionorodnik ponadtlenkowy Nadtlenek wodoru Rodnik hydroksylowy Tlen singletowy Ozon Kwas podchlorawy i jego krewniacy Tlenek azotu i nadtlenoazotyn Rodniki organiczne Jak powstają reaktywne formy tlenu? Promieniowanie jonizujące Ultradźwięki Promieniowanie nadfioletowe Światło. Fotosensybilizacja. Fotoredukcja Utlenianie zredukowanych form niskocząsteczkowych składników komórek Utlenianie ksenobiotyków. Cykle redoks Utlenianie białek oddechowych Reakcje enzymatyczne Łańcuch oddechowy Peroksysomy Inne łańcuchy transportu elektronów W jakich okolicznościach powstaje tlen singletowy? Narodziny dalszych krewnych Jakie jest stacjonarne stęŝenie i H 2 O 2 w komórkach? Stykamy się z reaktywnymi formami tlenu częściej,

2 niŝ podejrzewamy Biologiczne znaczenie reakcji RFT OskarŜenie: reaktywne formy tlenu uszkadzają komórki Kto jest zabójcą? Podejrzany: rodnik hydroksylowy Skąd się bierze rodnik hydroksylowy in vivo? Domniemana droga: reakcja Habera-Weissa Lepsza hipoteza: reakcja Fentona Podejrzany utrudnia zbieranie dowodów: regiospecyficzna reakcja Fentona Inni podejrzani Niebezpieczne jony metali Czy jony metali przejściowych są wolnymi rodnikami? Jony metali przejściowych: nieproszeni goście Dobre i złe chelatory jonów metali Czy in vivo dostępne są jony metali katalizujące reakcję Habera-Weissa? Uszkadzanie składników komórek przez reaktywne formy tlenu Peroksydacja lipidów Co to jest peroksydacja enzymatyczna? Produkty końcowe peroksydacji lipidów: wtórne mediatory działania reaktywnych form tlenu Jakie jest biologiczne znaczenie peroksydacji lipidów? Peroksydacja lipidów a starczy barwnik (lipofuscyna) Uszkadzanie białek przez reaktywne formy tlenu Nie tylko lipidy ulegają peroksydacji! Gromadzenie się białek uszkodzonych przez reaktywne formy tlenu w starych komórkach Uszkadzanie kwasów nukleinowych Ile uszkodzeń DNA powstaje w komórce? Cukrowce teŝ są uszkadzane Tlen a promieniowanie jonizujące Jak się to robi? Najczęściej stosowane metody wykrywania reaktywnych form tlenu i wywoływanych przez nie uszkodzeń Przegląd metod Spektrometria elektronowego rezonansu paramagnetycznego Pułapkowanie spinów Chemiluminescencja Reakcje dające specyficzne, łatwo wykrywalne produkty Detekcja anionorodnika ponadtlenkowego Detekcja nadtlenku wodoru Detekcja rodnika hydroksylowego Jak moŝna wyznaczyć stałe szybkości reakcji reaktywnych form tlenu? Badanie peroksydacji lipidów Reakcja z kwasem tiobarbiturowym 138

3 Pomiar stęŝenia nadtlenków lipidów Pomiar stęŝenia sprzęŝonych dienów Pomiar uwalniania alkanów Chemiluminescencja Inne metody Badanie produktów utlenienia białek 142 Część 2: Mechanizmy obrony Ochrona osobista komórek: mechanizmy obrony przed reaktywnymi formami tlenu Białka chroniące przed reaktywnymi formami tlenu SłuŜby wysoce specjalne: enzymy rozkładające reaktywne formy tlenu Inne enzymy obronne Jony metali pod ścisłą straŝą Podwójna rola peroksydazy glutationowej Wywiad z agentką SOD Dysmutazy z epoki przedmiedziowej Nieco rozwaŝań o ewolucji dysmutaz ponadtlenkowych Dysmutazy a endosymbiotyczna teoria pochodzenia mitochondriów i chloroplastów Występowanie dysmutaz. Prawidłowości i zagadki Pozakomórkowa dysmutaza ponadtlenkowa Zapoznajmy się nieco bliŝej: katalaza Zapoznajmy się nieco bliŝej: peroksydaza glutationowa Bakteryjni krewniacy katalaz i peroksydaz Układ tioredoksyny Jeszcze jedno białko obronne: metalotioneina Białka kamikadze Mali obrońcy Pionki gry obronnej komórek: antyoksydanty niskocząsteczkowe Nowa rola końcowych produktów metabolizmu? Osobliwy tripeptyd: glutation Askorbinian: antyoksydant trochę podejrzany Główne antyoksydanty hydrofobowe: tokoferole Kolejne antyoksydanty hydrofobowe: karotenoidy i ksantofile Budująca współpraca antyoksydantów Czy metale mogą być antyoksydantami? Sztuczne antyoksydanty i niby-enzymy Dla kaŝdego coś miłego Powrót anionorodnika ponadtlenkowego. Zlew wolnorodnikowy Askorbinianowy zlew wolnorodnikowy Co chroni płyny pozakomórkowe przed reaktywnymi formami tlenu? Całkowita zdolność antyoksydacyjna Czarna teczka na Antyoksydanty (podsłuchane w Urzędzie Ochrony

4 Komórki) Trzecia linia obrony Uszkodzenia DNA są naprawiane Uszkodzone białka są trawione szybciej Jak to się robi? Oznaczanie aktywności głównych enzymów chroniących przed reaktywnymi formami tlenu Dysmutaza ponadtlenkowa Katalaza Peroksydaza glutationowa 225 Część 3: Obrazki z pola bitwy Koncepcja stresu oksydacyjnego Metaboliczne efekty stresu oksydacyjnego Mutagenne działanie reaktywnych form tlenu Adaptacje komórek Reaktywne formy tlenu jako obrońcy organizmu Wybuch oddechowy fagocytów Nowy rodzaj wybuchu: wybuch oddechowy Fagocytarny miotacz ognia: oksydaza NADPH Tragiczne konsekwencje niedoboru oksydazy NADPH: przewlekła choroba ziarniniakowa Czynniki modyfikujące wybuch oddechowy Jak wybuch oddechowy zabija bakterie? Inna broń granulocytów obojętnochłonnych: mieloperoksydaza Reaktywne formy tlenu w parazytologii: bronią nie tylko przed bakteriami Co ślina przeciw mikrobom przynosi Inne komórki równieŝ uwalniają reaktywne formy tlenu Medycyna pisana na nowo Reaktywne formy tlenu a choroby Niebezpieczeństwa zapalenia Kolejny paradoks związany z tlenem: reperfuzja po niedokrwieniu. Uwaga przy transplantacji narządów! Inne występki reaktywnych form tlenu Reumatoidalne zapalenie stawów MiaŜdŜyca Cukrzyca Choroby ośrodkowego układu nerwowego Choroby układu pokarmowego Choroby krwinek czerwonych Nowotwory AIDS Choroby samouodpornieniowe Grypa Wstrząs 263

5 Alkaptonuria Prion a sprawa dysmutazy Reaktywne formy tlenu przeszkadzają w leczeniu Reaktywne formy tlenu takŝe leczą i pomagają Antyoksydanty i enzymy rozkładające reaktywne formy tlenu jako leki Czy antyoksydanty mogą leczyć? Antyoksydanty juŝ leczą! Enzymy jako leki Problemy i kłopoty Gdzie jeszcze mogą przydać się antyoksydanty i enzymy broniące przed reaktywnymi formami tlenu? Fizjologiczny stres oksydacyjny Czy bieg po zdrowie jest zdrowy? Gdy działa wewnętrzny grzejnik Reaktywne formy tlenu a starzenie się Reaktywne formy tlenu jako agenci szkodliwych czynników środowiskowych Azbest i sfrustrowane fagocyty Powietrze, które wdychamy Herbicydy bipirydylowe Ksenobiotyki i biedna wątroba Gdy Wojtek zostanie straŝakiem Ludzie przeciwko sobie za pośrednictwem reaktywnych form tlenu Zanim wychylisz kieliszek Co jest w dymku z papierosa? Reaktywne formy tlenu a rośliny Glon trujący ryby i inni truciciele Pomidory: SOD zamiast okularów słonecznych Dysmutaza na straŝy wiązania azotu SOD jako wyłącznik światła? Rośliny adaptują się do parakwatu Szok tlenowy po niedotlenieniu równieŝ u roślin Reaktywne formy tlenu bronią rośliny Pochwała równowagi Szukamy okoliczności łagodzących: w jaki jeszcze sposób reaktywne formy tlenu mogą być poŝyteczne? Reaktywne formy tlenu jako substraty reakcji enzymatycznych Anionorodnik ponadtlenkowy jako patron ojcostwa? Wybuch na początku nowego Ŝycia Nadtlenki takie, Ŝe do rany przyłóŝ Bez reaktywnych form tlenu nie byłoby czerwonych jabłuszek Czy stres oksydacyjny moŝe być korzystny dla organizmu? Reaktywne formy tlenu indukują biosyntezę białek Szoki indukują syntezę białek chroniących przed reaktywnymi

6 formami tlenu Reaktywne formy tlenu indukują biosyntezę białek w komórkach bakteryjnych Jak to wygląda w komórkach ssaków? Reaktywne formy tlenu jako mediatory i regulatory metabolizmu Reaktywne formy tlenu indukują róŝnicowanie? Nadtlenek wodoru jako mediator działania insuliny i nie tylko Reaktywne formy tlenu stymulują transport Reaktywne formy tlenu wpływają na przekazywanie informacji do komórki i w komórce Nadtlenki regulują syntezę prostanoidów Tlenek azotu: niezwykły pośrednik Główny komórkowy bufor redoks Reaktywne formy tlenu a apoptoza Czy powinniśmy jeść więcej antyoksydantów? Smutne dziedzictwo Czego moŝemy oczekiwać? 342 Część 4: KsiąŜka kucharska dla początkujących badaczy reaktywnych form tlenu Detekcja anionorodnika ponadtlenkowego Detekcja wytwarzania przez zaktywowane granulocyty w pełnej krwi na podstawie redukcji cytochromu с Detekcja wytwarzania na podstawie redukcji błękitu nitrotetrazoliowego (NBT) Detekcja wytwarzania na podstawie utleniania hydroetydyny Detekcja nadtlenku wodoru Detekcja wytwarzania H 2 O 2 na podstawie utleniania czerwieni fenolowej Detekcja wytwarzania H 2 O 2 na podstawie utleniania skopoletyny Detekcja wytwarzania H 2 O 2 na podstawie utleniania dihydrorodaminy Detekcja wytwarzania H 2 O 2 na podstawie utleniania 2',7'-dichlorofluorescyny Detekcja rodnika hydroksylowego Detekcja wytwarzania rodnika hydroksylowego poprzez pomiar degradacji deoksyrybozy Detekcja wytwarzania rodnika hydroksylowego poprzez pomiar hydroksylacji salicylanu Detekcja rodnika hydroksylowego poprzez pomiar hydroksylacji benzoesanu Detekcja rodnika hydroksylowego na podstawie tworzenia metanosulfinianu Kompetycyjne wyznaczanie stałych szybkości reakcji rodnika hydroksylowego na podstawie hamowania degradacji deoksyrybozy 353

7 4.5. Detekcja słabo związanych jonów metali Oznaczenie stęŝenia Ŝelaza niehemowego za pomocą ferrozyny Test utleniania askorbinianu w celu stwierdzenia obecności katalitycznych jonów metali" Test uszkodzenia DNA przez bleomycynę do oznaczenia stęŝenia słabo związanych jonów Ŝelaza Test uszkodzenia DNA przez fenantrolinę do oznaczenia stęŝenia słabo związanych jonów miedzi Spektroskopowa detekcja formy ferrylowej mioglobiny Badanie peroksydacji lipidów Oznaczenie stęŝenia produktów peroksydacji lipidów z kwasem tiobarbiturowym Oznaczenie spektrofotometryczne bez ekstrakcji chromogenu Oznaczenie spektrofotometryczne z ekstrakcją chromogenu Oznaczenie fluorymetryczne Spektrofotometryczna detekcja sprzęŝonych dienów Jodometryczny pomiar stęŝenia nadtlenków Oznaczenie stęŝenia nadtlenków z oranŝem ksylenolowym Badanie uszkodzeń białek przez reaktywne formy tlenu Oznaczenie zawartości grup aminowych w białkach za pomocą fluoreskaminy Oznaczenie zawartości grup tiolowych w białkach i w błonach Oznaczenie zawartości grup tiolowych za pomocą odczynnika Ellmana Oznaczenie zawartości grup tiolowych za pomocą ditiopirydyny Spektrofluorymetryczna detekcja aromatycznych reszt aminokwasowych i produktów ich modyfikacji w białkach Oznaczanie zawartości grup karbonylowych w białkach na podstawie reakcji z dinitrofenylohydrazyną Oznaczanie aktywności dysmutazy ponadtlenkowej Metoda redukcji NBT za pomnocą ksantyny i oksydazy ksantynowej Metoda cytochromowa Metoda adrenalinowa Metoda pirogallolowa Metoda 6-hydroksydopaminowa Metoda z zastosowaniem zasadowego roztworu DMSO Bezpośrednia metoda spektrofotometryczna Usuwanie hemoglobiny przed oznaczeniem aktywności SOD w krwinkach czerwonych Oznaczanie aktywności katalazy Oznaczanie aktywności peroksydazy glutationowej Metoda bezpośrednia Metoda pośrednia Oznaczanie aktywności transferazy glutationowej Barwienie Ŝeli na aktywność dysmutazy ponadtlenkowej i katalazy

8 po rozdziale elektroforetycznym Barwienie Ŝeli na aktywność SOD Barwienie negatywowe Barwienie pozytywowe Barwienie Ŝeli na aktywność katalazy Barwienie za pomocą Ŝelazicyjanku Barwienie za pomocą peroksydazy i diaminobenzydyny Oznaczanie stęŝenia glutationu Oznaczenie całkowitego stęŝenia glutationu (GSH+GSSG) Oznaczenie stęŝenia GSH Oznaczenie za pomocą aldehydu o-ftalowego Oznaczenie za pomocą glioksalazy I Oznaczanie stęŝenia disulfidu glutationu Oznaczanie mieszanych disulfidów białkowo-glutationowych Oznaczanie stęŝenia askorbinianu Oznaczenie za pomocą 2,6-dichlorofenyloindofenolu Oznaczenie za pomocą α,α'-bipirydylu Oznaczanie całkowitej zdolności antyoksydacyjnej płynów biogennych Oznaczanie całkowitej zdolności antyoksydacyjnej na zasadzie hamowania utleniania ABTS Oznaczanie całkowitej zdolności antyoksydacyjnej na zasadzie hamowania utleniania 2',7'-dichlorofluorescyny Oznaczanie całkowitej zdolności antyoksydacyjnej na zasadzie redukcji jonów Ŝelaza (III) Oznaczanie całkowitej zdolności antyoksydacyjnej na zasadzie redukcji kationorodnika ABTS Literatura 395 Skorowidz 436 oprac. BPK