Bioenergetyka badania przemian energii zachodzących w żywych organizmach. Żywy organizm - otwarty układ termodynamiczny, - może

Transkrypt

1 Bioenergetyka 1

2 Bioenergetyka badania przemian energii zachodzących w żywych organizmach. Żywy organizm - otwarty układ termodynamiczny, - może wymieniać z otoczeniem materię i energię. Energia swobodna reakcji Zmiana energii swobodnej (ΔG) w reakcji decyduje o jej spontaniczności. reakcja samorzutna - ΔG<0 reakcja wymuszona - ΔG>0 2

3 Dwa główne pytania w biochemii to: 1.W jaki sposób komórki uzyskują energię z otoczeni 2.Jak komórki syntetyzują cegiełki potrzebne do bud makrocząsteczek, z których składa się nasz organ 3

4 Organizmy auto- i heterotroficzne Ze wzgledu na sposób odżywiania organizmy możn podzielić na: autotrofy (samożywne) pobieraja ze srodowiska związki nieorganiczne (H2O, CO2, sole mineralne) przeksztalceją je w wysokoenergetyczne związki organiczne heterotrofy (cudzożywne) pobieraja ze środowiska bogate w energie związki organiczne przetwarzają je na własne związki organiczne 4

5 Heterotrofom potrzebny jest pokarm, który służy: 1.jako paliwo, aby podtrzymywać procesy metaboliczne 2.jako żródło surowców do budowy własnych związkó a także do wzrostu i rozmnażania się. 5

6 Szlaki metaboliczne w komórkach 1. Kataboliczne dostarczające energii (przekształc związków złożonych na prostsze) 2. Anaboliczne wymagające energii (prowadzące d wytworzenia bardziej złożonych związków) 6

7 Katabolizm i anabolizm u ludzi 7

8 Porównanie katabolizmu i anabolizmu METABOLIZ ANABOLIZM M KATABOLIZM Reakcja Reakcja syntezy A+B=C Reakcja rozpadu C=A+B Energia Pobieranie energii Uwalnianie energii Podwyższenie Obniżenie Powstawanie związków budulcowych, energetycznych i zapasowych Powstawanie energii do syntez zw. chemicznych oraz energii umożliwiającej pracę Poziom energetyczny komórki Funkcja 8

9 Związki organiczne w pokarmach są utleniane zgodn z równaniem sumarycznym: subst. pokarmowe + O2 H2O + CO2 + energia Mechanizm utleniania odrywanie atomów H od substratu i przenoszenie ich na O2. Wodór - główny materiał palny organizmu. Im wiecej wodoru w cząsteczce tym większa jej kaloryczność. 9

10 Nagromadzenie się atomów H w substancjach pokarmowych odbywa się w procesie fotosyntezy. Energia słoneczna siła napędowa wszystkich procesów życiowych. 10

11 Schemat przemian energetycznych w organizmie Procesy anaboliczne wydaliny 11

12 Związki wysokoenergetyczne Związki wysokoenergetyczne - w komórkach służą ja przenośniki energii chemicznej. Zawierają łatwo ulegające rozerwaniu wiązanie. W wyniku jego rozerwania wydziela się dużo energii (-ΔG). Wiązania wysokoenergetyczne: bezwodnikowe (ATP) tioestrowe (acetylo-coa) estrowe (fosfoenolopirogronian) 12

13 Najważniejszym związkiem dostarczającym energii w wyniku hydrolizy jest ATP. Inne nośniki zawierające wiązania wysokoenergetycz to np: - Fosfokreatyna - Acetylo-CoA - Fosfoenolopirogronian (PEP) -1,3-bifosfoglicerynian 13

14 Najważniejszym związkiem wysokoenergetycznym je ATP. ATP - adenozynotrifosforan adenina ryboza trifosforan 14

15 NH2 N ATP O HO P O ~O OH P N O ~O OH P O CH2 OH H A-P~P~P N N O H H OH H OH A-P~P + Pi + E wiązania bezwodnikowe 15

16 Fosfokreatyna Odnawianie zapasu energii w mięśniach. kreatyna Kreatyna P~kreatyna ~ Fosfokreatyna 16

17 ~ acety l merkapto etyloamin a kwas pantotenowy Acetylo-CoA (wiązanie tioestrowe) 17

18 Fosfoenolopirogronian (PEP) enolopirogronian pirogronian wiązanie estrowe~ 18

19 1,3-bisfosfoglicerynian ~ wiązanie bezwodnikowe 19

20 Niektóre estry fosforanowe charakteryzują się niską wartością -ΔG reakcji hydrolizy. wiązanie estrowe glukozo-6-fosforan fosfoglicerynian 3- ΔG hydrolizy <0, ale wiązania nie są 20

21 ATP Fosfokreatyna Fosfoenolopirogronian Acetylo-CoA Glukozo-6-fosforan 3-fosfoglicerynian duża wartość -ΔG reakcji hydrolizy zw. wysokoenergetycz mała wartość -ΔG reakcji hydrolizy 21

22 ATP odgrywa szczególną role w magazynowaniu energii i przenoszeniu grup fosforanowych. G hydrolizy grupy fosforanowej z ATP ma wartość pośrednią. związek ΔG hydrolizy fosforanu kj/mol donor akceptor fosfoenolopirogronian -61,9 fosfokreatyna -43,1 ATP -30,5 glukozo-6-fosforan -13,8 3-fosfoglicerynian -9,2 Układ ATP/ADP może więc być donorem i akceptor grupy fosforanowej. 22

23 Rola wiązań wysokoenergetycznych: magazynowanie energii: np. ATP, fosfokreatyna przenoszenie grup: np. ATP, acetylo-coa 23

24 Skąd się bierze ATP? Najważniejszym dla ludzkiego organizmu źródłem ATP jest oddychanie komórkowe. 24

25 Fosforylacja oksydacyjna i substratowa Dwa sposoby syntezy ATP: Fosforylacja substratowa przeniesienie reszty fosforanowej ze związku ufosforylowanego substra bezpośrednio na ADP przez kinazy. Bez udziału tlenu (np. w glikolizie i cyklu Krebsa). Fosforylacja ta pozwala, np. mięśniom szkieletowym funkcjonować sprawnie podczas dużego wysiłku fizycznego przy niedostatecznym dopływie tlenu. np. GTP + ADP G-P~P~P + A-P~P GDP + ATP G-P~P + A-P~P~P 25

26 Fosforylacja oksydacyjna wytwarzanie ATP przy użyciu energii uwalnianej podczas utleniania zredukowanych nukleotydów (NADH+H+ i FADH2) w łańcuchu oddechowym. syntaza ATP ADP + Pi ATP 26

27 Energia zamknięta w ATP używana jest do: 1.Skurczu i ruchu mięśni 2.Aktywnego transportu cząsteczek i jonów 3.Syntezy biologicznie ważnych związków 27

28 Jak odtwarza się ATP? wiązania bezwodnikowe energia ze słońca lub z pokarmu energia dostępna dla komórek i do syntezy związków fosforan nieorganiczny 28

29 Gdzie odtwarza się ATP? Mitochondria - "siłownie" komórki będące głównym miejscem produkcji energii w formie ATP. gładka,łatwo przepuszczalna trudno przepuszczalna, tworzy do wnetrza grzebienie 29

30 Mitochondria są organellami półautonomicznymi: zawierają własny, mitochondrialny DNA w formie podwójnej helisy nie związanej z białkami rybosomy enzymy syntezy DNA, RNA i białka Macierz mitochondrialna: enzymy cyklu Krebsa. Wewnętrzna błona mitochondrialna: enzymy łańcucha oddechowego 30

31 Trzy etapy utleniania pożywienia Hans Krebs opisał 3 etapy produkcji energii przez utlenianie pożywienia: 1.Rozbicie dużych związków na podstawowe składni 2.Przekształcenie ich w acetylo-coa 3.Końcowe utlenianie - cykl Krebsa i fosforylacja oksydacyjna wspólne dla przemian białek, cukró i tłuszczów. 31

32 Trzy etapy przemian białek, cukrów i tłuszczów I etap +glicerol II etap cykl Krebsa fosforylacja oksydacyjna III etap 32

33 białka aminokwasy katabolizm cukry pirogronian beta-oksydacja kw. tłuszczowych Acetylo-CoA cykl Krebsa anabolizm synteza kw. tłuszczowych aceton cholesterol sterydy 33

34 Cykl Krebsa 34

35 Lokalizacja cyklu Krebsa W macierzy mitochondrium 35

36 Funkcje cyklu Krebsa 36

37 Cykl Krebsa związek 4-węglowy + 2-węglowy szczawiooctan acetylo-coa związek 6-węglowy cytrynian w mitochondriach szczawiooctan + 2CO2 Szczawiooctan odbudowuje się w każdym cyklu. 37

38 38

39 Reakcje cyklu Krebsa 1. Kondensacja szczawiooctanu z acetylo-coa szczawiooctan + acetylo~coa + cytrynian + HS-CoA syntaza cytryniano H2 O wa 2. Izomeryzacja cytrynianu do izocytrynianu cytrynian akonitaza izocytrynian 3. Utlenienie i dekarboksylacja izocytrynianu dehydrogenaza izocytrynianowa izocytrynian + NAD α-ketoglutaran + CO2 + NADH+H+ + Szybkość tej reakcji warunkuje szybkość działania cyklu Kreb 39

40 4. Oksydacyjna dekarboksylacja α-ketoglutaranu dehydrogenaza α- + α-ketoglutaran + CoA + NAD ketoglutaranu bursztynylo~coa + CO2 + NADH+H+ Dehydrogenaza α-ketoglutaranu kompleks 3 enzymów i 5 koenzymów. 5. Fosforylacja substratowa tiokinaza bursztynianowa bursztynylo~coa + GDP + Pi bursztynian + GTP + HS-CoA GTP + ADP kinaza difosfonukleozydowa GDP + 40

41 6. Regeneracja szczawiooctanu (3 etapy) bursztynian + FAD dehydrogenaza bursztynianowa fumaran + FADH2 hydrataza fumaranowa fumaran + H2O jabłczan dehydrogenaza jabłczanowa jabłczan + NAD+ szczawiooctan + NADH+H+ 41

42 Sumaryczny zapis cyklu Krebsa to: acetylo-coa + GDP + Pi + 3NAD+ + FAD + 2H20 CoA + GTP + 3NADH+3H+ + FADH2 + 2CO2 42

43 Cykl Krebsa i zapotrzebowanie na tlen Tlen jest pośrednio potrzebny do cyklu kwasu cytrynowego w takim stopniu, jakim jest akceptorem elektronów na końcu łańcucha oddechowego, niezbędny do regeneracji NAD + i FAD. Sam cykl kwasu cytrynowego nie generuje dużej ilości ATP ani nie zawiera tlenu jako reagenta. Zamiast tego, cykl kwasu cytrynowego usuwa elektrony z acetylocoa i wykorzystuje te elektrony do tworzenia NADH i FADH2. W fosforylacji oksydacyjnej, elektrony uwolnione podczas reoksydacji NADH i FADH2 przepływają przez serię białek błonowych (określanych jako łańcuch transportu elektronów), aby wytworzyć gradient protononowy Cykl kwasu cytrynowego, w połączeniu z fosforylacją oksydacyjną, zapewnia ogromną większość energii zużywanej przez komórki tlenowe u ludzi, przekraczającą 95%. 43

44 Rola szczawiooctanu Cząsteczka czterowęglowego szczawiooctanu, który inicjuje pierwszy etap cyklu kwasu cytrynowego, jest regenerowana pod koniec jednego przejścia przez cykl. Szczawiooctan działa katalitycznie: uczestniczy w utlenianiu grupy acetylowej, ale sam zostaje zregenerowany Tak więc jedna cząsteczka szczawiooctanu może uczestniczyć w utlenianiu wielu cząsteczek acetylowych. 44

45 Rola cyklu Krebsa Cykl kwasu cytrynowego jest nie tylko ścieżką do utleniania jednostek dwuwęglowych, ale jest również główną drogą do wzajemnej konwersji metabolitów powstałych w wyniku transaminacji i deaminacji aminokwasów oraz dostarczenia substratów do syntezy aminokwasów przez transaminację, jak również do glukoneogenezy i syntezy kwasów tłuszczowych. Ponieważ działa zarówno w procesach katabolicznych, jak i anabolicznych, jest amfiboliczny. 45

46 Funkcja kataboliczna Cykl kwasu cytrynowego jest ostatnią wspólną ścieżką utleniania węglowodanów, lipidów i białek, ponieważ glukoza, kwasy tłuszczowe i większość aminokwasów są metabolizowane do acetylo-coa lub półproduktów cyklu. Funkcją cyklu kwasu cytrynowego jest pozyskiwanie wysokoenergetycznych elektronów z paliw węglowych. 1 jednostka acetylowa generuje około 12 cząsteczek ATP na obrót cyklu. 46

47 Funkcja anaboliczna Jako główny metaboliczny rdzeń komórki, cykl kwasu cytrynowego zapewnia również związki pośrednie do biosyntezy różnych związków. Rola w glukoneogenezie - Wszystkie półprodukty tego cyklu są potencjalnie glukogeniczne, ponieważ mogą one powodować wzrost poziomu szczawiooctanu, a zatem i wytwarzanie glukozy netto (w wątrobie i nerce, narządach które prowadzą glukoneogenezę). Ponieważ reakcje transaminacji są odwracalne, cykl służy również jako źródło szkieletów węglowych do syntezy niektórych aminokwasów, takich jak alanina, asparaginian, glutaminian, glutamina itp. 47

48 Bilans energetyczny cyklu Krebsa syntaza cytrynianowa Hans Krebs otrzymał Nagrodę Nobla w 1953 za odkrycie cyklu kwasu cytrynowego (cyklu 48

49 Regulacja cyklu Krebsa 1. Cykl Krebsa działa wyłącznie w warunkach tlenow 2. Muszą być stale dostarczane przenośniki elektron NADH+H+ i FADH2. 3. Przenośniki te są regenerowane w łańcuchu oddechowym poprzez przekazanie elektronów na Regulacja cyklu Krebsa następuje przez: 1.Dostępność substratów 2.Stosunek ADP/ATP 3.Stan redoks nukleotydów NAD+/NADH i FAD/FADH2 49

50 Enzymy regulowane: syntaza cytrynianowa - cytrynian ATP dehydrogenaza izocytrynianowa - ATP i NADH + ADP dehydrogenaza α-ketoglutaranowa - NADH, bursztynylo50 CoA

51 NAD+ i FAD Dwa bardzo ważne przenośniki elektronów w procesach metabolicznych to NAD+ i FAD. NAD+ + 2 e- + 2H+ FAD + 2 e- + 2 H+ NADH + H+ FADH2 NAD+ jest koenzymem, wiąże się odwracalnie z enzymami. FAD jest grupą prostetyczną, związaną silnie z centrum aktywnym enzymu. 51

52 Dinukleotyd nikotynoamido-adeninowy (NAD+) +2H+ + 2e- NADH+H+ 52

53 Dinukleotyd flawino-adeninowy FAD FAD 53

54 Łańcuch oddechowy Łańcuch oddechowy - ostatni etap utleniania biologicznego w oddychaniu tlenowym. Zachodzi w wewnętrznej błonie mitochondrialnej. Łańcuch oddechowy (łańcuch transportu elektronów - zespół związków chemicznych uszeregowanych wed wzrastających potencjałów oksydoredukcyjnych, co oznacza, że każdy następny pobiera elektrony od sw poprzednika w łańcuchu. Potencjał redox substancji (E) miara powinowactwa do elektronów. 54

55 Kolejne człony łańcucha odbierają elektrony od zredukowanych dinukleotydów (NADH, FADH2 ). Powoduje to ich utlenienie. E NADH+H+/NAD+ = -0.32V E O -/O2 = +0.82V Ta różnica potencjałów jest siłą napędową przenoszącą elektrony na tlen. 55

56 Łańcuch oddechowy zbudowany jest z 4 kompleksów enzymatycznych i 2 przenośników elektronów: I.Reduktaza NADH CoQ- przenośnik elektronów II. Reduktaza bursztynianowa III.Reduktaza cytochromu c Cytochrom c IV. Oksydaza cytochromu c Ostatni kompleks (IV) oksydaza cytochromu c przenosi elektrony na tlen, gdzie razem z jonami H + tworzą wodę i wydziela się ciepło. 56

57 Przepływ elektronów: NADH+H+ kompleks I CoQ kompleks III cytochrom c kompleks IV O2 FADH2 /kompleks II CoQ kompleks III cytochrom c kompleks IV O2 Elektrony z NADH+H + Elektrony z FADH2 O2 57

58 58

59 NADH CoQ FMN Fe-S 59

60 CENTRA ŻELAZOWO-SIARKOWE Centra żelazowo siarkowe (Fe-S) są grupami prostetycznymi zawierającymi 1-4 atomów żelaza Zawsze transportują tylko jeden elektron 60 60

61 Kompleks-II Bursztynian CoQ FAD Fe-S Oksydoreduktaza Bursztynianowa 61

62 UBICHINON Koenzym Q (CoQ, Q lub ubichinon) jest rozpuszczalny w lipidach. Rozpuszcza się w rdzeniu hydrofobowym membrany. Jedyny nośnik elektronów nie związany z białkiem. może przyjąć / przekazać 1 lub 2 e-. Q może pośredniczyć w etransferze między 2 e- i 1 e- nośnikami 62 62

63 CoQ Fe-S Cyt.b Cyt.c1 Cyt.c 63

64 CYTOCHROMY Cytochromy są nośnikami elektronów zawierającymi hem Hem w 3 klasach cytochromów (a, b, c) różni się podstawnikami na pierścieniu porfiryny. Niektóre cytochromy (b, a, a3) są częścią dużych integralnych kompleksów białek błonowych. Cytochrom c jest małym, rozpuszczalnym w wodzie białkiem. 64

65 Cyt.c Cyt.aa3 O2 65

66 PRZENOŚNIKI ELEKTRONÓW NAD+, flawiny i CoQ przenoszą elektrony i H+ Cytochromy i białka żelazowe niehemowe przenoszą tylko elektrony. NAD+i FAD podlegają tylko reakcjom 2 ecytochromy podlegają tylko reakcji 1 efmn i Q podlegają reakcji 1 i 2 e- 66

67 Przestrzeń międzybłonowa NADH+H+ NAD+ Motorem syntezy ATP jest różnica potencjałów po obu stron błony. 67

68 68

69 69

70 Protony są pompowane do przestrzeni międzybłonow dzięki energii uwolnionej przez przenoszone wzdłuż łańcucha elektrony. Protony wracają do matrix przez kanał zwany syntazą ATP. Energia pochodząca z ruchu tych proto jest wykorzystywana do syntezy ATP. Proces ten nosi nazwę fosforylacji oksydacyjnej. Podczas wędrówki protonów i elektronów z: 1 cząsteczki NADH+H+ 3 ATP 1 cząsteczki FADH2 2 ATP 70

71 SYNTAZA ATP 71

72 SIŁA PROTONOWA I ROTACJA PIERŚCIENIA C 72 72

73 TEORIA CHEMIOSMOTYCZNA 73

74 Fosforylacja 74

75 75

76 Bilans obrotu cyklu Krebsa w połączeniu z łańcuchem oddechowym W wyniku całkowitego utleniania 1 cząsteczki acetylo-coa: w cyklu Krebsa 1 ATP w łańcuchu oddechowym 3NADH + H+ x 3 ATP = 9 ATP FADH2 x 2 ATP = 2 ATP 12 ATP Utlenianie grup acetylowych w cyklu Krebsa zużywa 2/3 całkowitej ilości tlenu pobieranego przez człowie i dostarcza 2/3 ATP powstającego w organizmie. 76

77 INHIBITORY ŁAŃCUCHA ODDECHOWEGO 77

78 Oddychanie komórkowe Oddychanie komórkowe jest wielostopniowym biochemicznym procesem utleniania związków organicznych związanym z wytwarzaniem energii użytecznej metabolicznie w postaci ATP. 78

79 Oddychanie komórkowe 1.AH2 + 1/2 O2 A + H2O + ciepło utlenianie 2. ADP + Pi + energia ATP + H2O fosforylacja oksydacyjna 79

80 Utlenianie pozamitochondrialnego NADH+H+ cytoplazma NAD+ mitochondrium glicerolo3-p glicerolo3-p FAD dehydrogenaza dehydrogenaza glicero-3-fosforanowa glicero-3-fosforanowa NADH+H + dihydroksyacetono-p dihydroksyacetono-p FADH2 błona mitochondrialna 80

81 81

82 TRANSPORTERY WEWNĘTRZNEJ BŁONY MITOCHONDRIALNEJ 82 82

83 REAKTYWNE FORMY TLENU 83

84 ROS Jednymi z najważniejszych czynników biorących udział w regulacji fizjologii eukariotów są reaktywne formy tlenu (ang. reactive oxygen species - ROS), które pełnią między innymi rolę mediatorów w procesach wzrostu, dojrzewania i apoptozy komórek, jak również odpowiadają za istnienie stanu zapalnego oraz regulują poziom energii w komórkach. Najprostsza definicja ROS obejmuje wszelkie indywidua chemiczne, które posiadają w swojej strukturze atom tlenu z niesparowanym elektronem. Charakteryzują się także wysoką reaktywnością i stanowią często produkty reakcji redoks, 84 zachodzących w ramach metabolizmu i procesów

85 Reakcje prowadzące do powstania ROS Rodniki: ponadtlenkowy O2 ē ē O2H+ HO2- O222H+ H2O2 ē O- ē H+ HO* O-2 2H+ H2O hydroksylowy nadtlenek wodoru wodoronadtlenkow y 85

86 Reakcje Fentona i HaberaWeissa Cu+/ Fe2+ + H2O2 HO* + OH- + Cu2+/ Fe3+ Reakcja Fentona Fe O2- + H2O2 HO* + OH- + O2 Reakcja Habera-Weissa 86

87 Powstawanie rodników azotowych (RNS) NO2* + H2O NO2- + NO3- + 2H+ L-arginina O2 NOS +e NO* O2- H+ Nadtlenoazotyn ONOO- + HCO3- + H+ HONOO HCO3* + NO2* + OH- HO* + NO2* 87

88 Źródła ROS w komórce Głównym organellum komórkowym odpowiedzialnym za syntezę ROS u eukariotów jest mitochondrium. Do uwalniania wolnych rodników dochodzi tam w procesie rozprzęgania mitochondriów, w następstwie pojawienia się stresu oksydacyjnego komórek. Rozprzęganie polega na zaburzaniu gradientu stężeń protonów po obu stronach błony mitochondrialnej. Gradient ten jest wyrównywany przez pompy protonowe, które wyrzucają ogromne ilości protonów z macierzy mitochondrialnej na zewnątrz. Zużyciu ulega wówczas znaczna część energii wytworzonej w łańcuchu oddechowym, co skutkuje spowolnieniem procesu oksydacyjnej fosforylacji i niedoborem ATP. Reaktywne formy tlenu powstają w wyniku reakcji redoks prowadzonych przez kompleks I i III łańcucha oddechowego. W przypadku kompleksu I elektrony są przenoszone na tlen cząsteczkowy, przy jednoczesnym utlenieniu NADH. Przyspieszenie procesu oddychania prowadzi do akumulacji ROS i aktywacji wielu białek odpowiedzialnych za utrzymywanie odpowiedniego poziomu ATP w komórkach. 88

89 Inne źródła ROS: -Stany zapalne wybuch oddechowy limfocytów (oksydaza NADPH) -Metabolizm ksenobiotyków (cytochrom p450) -Powstawanie prostaglandyn (lipooksygenaza) -Niedokrwienie i reperfuzja (dehydrogenaza/oksydaza ksantynowa) -Nadmiar żelaza i innych metali przejściowych w diecie -Narażenie na promieniowanie 89

90 Powstawanie ROS w łańcuchu oddechowym 90

91 91

92 92

93 Stres oksydacyjny Stres oksydacyjny pojawia się wówczas, gdy stężenie ROS wzrasta w komórce na tyle, że funkcjonujące w niej mechanizmy ochronne nie są w stanie znieść ich toksycznego działania i zapobiec szkodliwym zmianom wywołanym przez ten stres. Jest to zaburzenie równowagi pomiędzy wytwarzaniem a unieczynnianiem reaktywnych form tlenu. 93

94 Skutki stresu oksydacyjnego 1. Uszkodzenia błon lipidowych - Peroksydacja lipidów -kolejne reakcje utleniania nienasyconych wiązań w kwasach tłuszczowych, obecnych w błonach komórkowych. In vivo peroksydacji ulegają przede wszystkim wielonienasycone kwasy tłuszczowe (WKT), wchodzące w skład fosfolipidów, które są głównym składnikiem strukturalnym błon komórkowych - Kumulacja toksycznych produktów peroksydacji - dialehyd malonowy (MDA), 4-hydroksyalkenale, 2-alkenale - Uszkodzenia błon komórkowych i DNA 94

95 2. Uszkodzenia białek -Utlenianie grup SH -Peroksydacja i inne modyfikacje oksydacyjne -Karbonylacja Końcowy efekt to zmiany w aktywności i strukturze białek 95

96 3. Uszkodzenia DNA -Utlenianie zasad azotowych i rybozy -Pęknięcia łańcucha -Tworzenie wiązań poprzecznych z białkami W konsekwencji mutacje i mniej stabilny genom Stan zapalny Stres oksydacyjny (Uszkodzenia tkanki) Nowotwór 96

97 Bariera antyoksydacyjna Białka sekwestrujące wiążące jony metali -ceruloplazmina, transferryna, albuminy Enzymy dysmutaza ponadtlenkowa, katalaza, peroksydaza glutationowa, reduktaza glutationowa Antyoksydanty drobnocząsteczkowe glutation, tioredoksyna, kwas askorbinowy, kwas moczowy, tokoferol, retinol i jego pochodne oraz ubichinon, bilirubina, karotenoidy, flawonoidy Enzymy naprawcze usuwające uszkodzone białka i DNA 97

98 98

99 Fizjologiczna rola ROS RFT uczestniczą w wielu procesach komórkowych. Są to, między innymi: sprzężenie oksydacyjno-fosforylacyjne, które zachodzi w mitochondriach i dostarcza energii komórkom apoptoza, czyli zaprogramowana autodestrukcja komórek krzepnięcie krwi szlaki sygnałowe np. dla proliferacji, różnicowania, migracji 99

100 Homeostaza pro i antyoksydacyjna Ma znaczenie w: obronie przed inwazją mikroorganizmów walce z pasożytami niektórych reakcjach metabolicznych, gdzie RFT pełnią rolę substratów (np. tworzenie tyroksyny hormonu tarczycy) reakcjach niektórych enzymów też jako substraty (np. dioksygeneza indolowa) terapiach, gdzie wykorzystywana jest hormeza radiacyjna (np. kąpiele i inhalacje radonowe) procesach aktywowania niektórych enzymów procesach aktywowania niektórych białek transportowych modyfikowaniu szlaków przekazywania informacji do komórki szeregu zastosowań tlenku azotu (np. nitrogliceryna, syldenafil) procesie apoptozy sygnalizowaniu, inicjowaniu i egzekucji programowanej śmierci komórki 100