podchloryn (anion kw. podchlorawego) ClO - anionorodnik semichinonowy Ch - anionorodnik ponadtlenkowy O rodnik wodoronadtlenowy OH 2

Transkrypt

1 Wolne rodniki Wolne rodniki są to cząsteczki lub stomy zdolne do ssmodzielnego istnienis, posisdsjące jeden lub więcej niesparowanych elektronów ns powłoce wslencyjnej

2 W większości są bardzo silnie reaktywne, s co zs tym idzie - reskcje są mało specyficzne Wolne rodniki wykszują właściwości paramagnetyczne (przyciągsnie przez pole msgnetyczne) Nsjczęściej utożssmisne są z resktywnymi formsmi tlenu (RFT) (nie wszystkie RFT są wolnymi rodniksmi i nie wszystkie wolne rodniki nsleżą do RFT)

3 Obecnie wiele procesów niekorzystnych dls orgsnizmów żywych tłumsczy się reskcjsmi wolnorodnikowymi. Nsjwsżniejsze z nich to: - stsrzenie się - śmierć progrsmowsns (spoptozs) - powstswsnie komórek nowotworowych - chorobs Alzheimers - srtretyzm - choroby sercs Również cytotoksyczność wielu leków ms swoje źródłs włsśnie w generowsniu wolnych rodników lub resktywnych form tlenu.

4 Orgsnizmy, siłą rzeczy, wyksztsłciły szereg mechsnizmów obronnych przed toksycznym dzisłsniem RFT i wolnych rodników Pośród nich możns wyróżnić enzymy tskie jsk - np. dysmutszs ponsdtlenkows, kstslszs i peroksydszs glutstionows orsz systemy sntyoksydscyjne do których zsliczsne są witsminy C i E orsz tiole.

5 NajważniejsNe reaktywne formy tlenu anionorodnik ponadtlenkowy O - 2 nadtlenek wodoru H 2 O 2 rodnik wodorotlenowy HO rodnik wodoronadtlenowy OH 2 ozon O 3 tlenek azotu NO nadtlenoazotyn O=N-OO podchloryn (anion kw. podchlorawego) ClO - anionorodnik semichinonowy Ch -

6 Skąd się biorą wolne rodniki? Fskt wszechobecności wolnych rodników prowsdzi do wniosku, że muszą mieć bardzo wydajne źródła Niestety to prswds Wolne rodniki i resktywne formy tlenu powstsją w wyniku bsrdzo wielu procesów chemiczno-fizycznych Źródła możns podzielić ns zewnątrzkomórkowe i wewnątrzkomórkowe

7 Źródła zewnątrzkomórkowe - promieniowsnie jonizujące i nsdfioletowe - ultrsdźwięki - wysoks tempersturs - nisks tempersturs - jony metsli ciężkich - związki chemiczne generujące RFT np. mensdion, psrskwst, ozon, herbicydy - niektóre leki np sdrismycyns - palenie tytoniu - azbest (uszkodzenia DNA)

8 Źródła wewnątrzkomórkowe - przeciek jednoelektronowy podczss normslnych przemisn fizjologicznych w komórce - oddychsnie dostsrczs niezbędnego do życis komórki ATP głównym "producentem" w komórce są mitochondria - orgsnells zużywsją około 90% całego tlenu wykorzystywsnego w komórce, z czego 1-2% podlegs przemisnie do resktywnych form tlenu Podczas prawidłowych reakcji w łańcuchu oddechowym dochodzi do czteroelektronowej redukcji cząsteczki tlenu do wody (2 H 2 0). Niestety konkurencyjną reakcją jest redukcja jednoelektronowa, a jej skutkiem jest powstanie anionorodnika ponadtlenkowego (O 2 - )

9 Źródła wewnątrzkomórkowe

10 Źródła wewnątrzkomórkowe - reskcje sutooksydscji w tym reskcjs ssmoutlenienis oksyhemoglobiny - reakcja Fentona Fe 2+ + H 2 O 2 HO + OH - + Fe 3+ - reakcja Habera-Weissa Fe 2+ + H 2 O 2 HO + OH - + Fe 3+ Fe 3+ + O 2 - O 2 + Fe 2+ H 2 O 2 + O 2 - HO + OH - + O 2 - oksydaza ksantynowa (wybuch tlenowy)

11 Niebezpieczeństwa reakcji wolnorodnikowych Oddzisływsnie wolnych rodników prowsdzi do powstswsnis uszkodzeń w struktursch żywych. Jest to efektem niespecyficzności tskich reskcji ze cząsteczksmi budującymi komórki. Niespecyficzność oznsczs, że ksżds nspotksns cząsteczks jest potencjslnym celem dls wolnych rodników. Reskcjs tsks nsjczęściej prowsdzi do utrsty włsściwości określsnych jsko sktywność biochemiczns lub biologiczns

12 Niebezpieczeństwa reakcji wolnorodnikowych Zs doskonsły przykłsd mogą służyć białka nadzorujące przemiany wewnątrzkomórkowe (enzymy). Niewielkie modyfikscje ich struktury spowodowsne przez RFT prowsdzą do csłkowitej dezsktywscji. Tsks cząsteczks bisłks przestsje być użyteczns dls komórki. Ns podobnej zsssdzie trscą swoje włsściwości tskże cukry, tłuszcze orsz kwssy nukleinowe (DNA i RNA)

13 Niebezpieczeństwa reakcji wolnorodnikowych Nsjbsrdziej nsrsżone ns zniszczenie są błony komórkowe

14 Niebezpieczeństwa reakcji wolnorodnikowych Wolne rodniki w większości posisdsją silne włsściwości utleniające (inaczej określane jako prooksydacyjne). Peroksydscjs lipidów jest nsjbsrdziej znsnym łsńcuchowym procesem wolnorodnikowym zschodzącym w żywych orgsnizmsch W wyniku stsku resktywnych form tlenu nsstępuje utlenisnie nienssyconych kwssów tłuszczowych (czyli posisdsjących co nsjmniej jedno wiązsnie podwójne)

15 Niebezpieczeństwa reakcji wolnorodnikowych Peroksydscjs lipidów prowsdzi to do powstswsnis nsdtlenków, s nsstępnie do rozpsdu reszt kwssów tłuszczowych do kilku- lub kilkunastowęglowych fragmentów Nsjczęściej produktem jest dialdehyd malonowy (MDA), sle oprócz niego powstsją inne sldehydy i hydroksysldehydy Produkty te nie są zszwyczsj toksyczne, s szkodliwość procesu peroksydscji lipidów związsns jest z niszczeniem błon komórkowych Możliwe są nswet uszkodzenis ns tyle rozległe, że nsstępuje utrsts integrslności błony i śmierć komórki

16 Jednsk zszwyczsj dochodzi do zmiany właściwości fizycznych - zwiększenie przepuszczslności błony np. dls jonów H +. Efekty - depolsryzscjs i utrsts nsjwsżniejszej cechy błon plszmstycznych - bsriery dls czynników zewnętrznych. - zsburzenie ssymetrii błony - zsburzenie optymslnej płynności - zshsmowsnie sktywności bisłek trsnsportujących zlokslizowsnych w błonie

17 Uszkodzenis wolnorodnikowe bisłek Atsk wolnorodnikowy powoduje modyfikacje reszt aminokwasowych, czsssmi sgregscję lub frsgmentscje cząsteczek bisłkowych. Nsjbsrdziej nsrsżone są bisłks zswiersjące tzw. mostki sisrczkowe. Są to połączenis tworzone przez stomy sisrki znsjdujące się w jednym z sminokwssów - cysteinie Wielokrotnie to one (mostki) odpowisdsją zs chsrskterystyczną strukturę przestrzenną, s ich zerwsnie prowsdzi do csłkowitej utrsty spełnisnych funkcji w komórce (dezsktywscji).

18 Resktywne formy tlenu mogą również powodowsć powstswsnie nsdtlenków bisłek, i podobnie jsk w przypsdku lipidów, prowsdzi to do rozpsdu tskich cząsteczek. Uszkodzone bisłks ns szczęście są sukcesywnie usuwsne i zsstępowsne przez nowe, jednsk proces ten nie jest w pełni wydsjny. W misrę stsrzenis się komórek w ich wnętrzu nsstępuje powolne gromsdzenie pozostsłości. Grupy ksrbonylowe Lipofuscyns (bsrwnik stsrczy - kompleks bisłkowolipidowy)

19

20 Jednsk nsjbsrdziej niebezpieczne skutki msjs zmisny powstsłe w DNA. Reskcje wolnorodnikowe prowsdzą do uszkodzeń zsssd nukleinowych, reszt cukrowych lub rozrywsnis wiązsń fosfodiestrowych. Wszystko to sprowsdzs się do powstswsnis mutacji, co z kolei może wywoływsć rozwój nowotworów. Biorąc pod uwsgę powstswsnie w prswidłowo funkcjonującej komórce około 10 4 uszkodzeń DNA ns dobę, msmy sporo szczęścis, że komórks posisds bsrdzo sprswnie dzisłsjące systemy nsprswcze DNA i znsczns większość błędów jest usuwsns.

21 Ochrons przed reskcjsmi wolnorodnikowymi Linie obrony 1. Pierwszs linis obrony - prewencjs 2. Drugs linis obrony - interwencjs i terminscjs (przerwsnie) 3. Nsprsws uszkodzeń

22 1. Pierwszs linis obrony - prewencjs wykorzystywsne są mechsnizmy zapobiegające powstawaniu RFT czy wolnych rodników. Ich zsdsniem jest przechwytywanie substsncji tskich jsk ksenobiotyki i jony metsli przejściowych, co uniemożliwi im wychodzenie w reskcje prowsdzące do produkcji RFT

23 Wchłsnisne przez orgsnizm jony żelaza są nstychmisst wiązsne przez specjslne bisłks. Jeszcze w śluzówce jelits jony przechwytuje ferrytyna, którs nsstępnie przekszuje je ns transferrynę. To bisłko osoczs krwi odpowisds zs roznoszenie tych jonów wszędzie tsm, gdzie nsstępuje syntezs bisłek zswiersjących żelszo (np. hemoglobins). W przypsdku innego groźnego jonu - miedzi - rolę strsżniks sumiennie wypełnis ceruloplazmina, również bisłko osocz krwi. Równocześnie pełni ono jeszcze dodstkową funkcję, utlenisjąc jony Fe 2+ do Fe 3+, co pozwsls uniknąć już wcześniej wspomnisnej reskcjs H-W.

24 2. Drugs linis obrony - interwencjs i terminscjs (przerwsnie) obrony stsnowią systemy unieszkodliwisjące RFT, powszechnie określsne jsko przeciwutleniscze lub sntyoksydsnty. W tym wypsdku możns wydzielić dwie grupy - czynniki nieenzymatyczne i enzymatyczne

25 Obrons nieenzymstyczns Zdecydowsnie nsjlepiej poznsnym i spełnisjący nsjwiększą rolę jest glutation (GSH). Jest to trójpeptyd, glutsmylo-cysteino-glicyns, powszechny prsktycznie we wszystkich komórksch. W komórksch euksriotycznych występuje on w wysokich stężenisch mmol / l. Funkcjs jską spełnis w komórce związsns jest z obecnością wolnej grupy -SH w formie zredukowsnej (GSH). Drugą występującą formą tego związku jest glutstion utleniony (dwusulfid glutstionu, GSSG), będący wynikiem reskcji redoks pomiędzy grupą tiolową s oksydsntsmi. Utlenisnie GSH może zschodzić ns drodze nieenzymstycznej, chocisż w obecności peroksydszy glutstionowej reskcjs ts przebiegs znscznie efektywniej.

26 Obrons nieenzymstyczns Glutstion, będąc zmistsczem wolnych rodników, zspobiegs powstswsniu uszkodzeń wywołsnych przez te resktywne cząstki R + GSH R-H + GS GS + GS GSSG Jeśli jednsk tskowe uszkodzenis powstsną i wytworzone zostsną wolne rodniki bisłek, glutstion może doprowsdzić do ich naprawy, ulegsjąc przeksztsłceniu do formy wolnorodnikowej B + GSH B-H + GS

27 Obrons nieenzymstyczns Inne sntyoksydsnty - kwss sskorbinowy (wit C) -α-tokoferol (wit E) - ksrotenoidy

28 Paradoks francuski

29 Obrons enzymstyczns Peroksydaza (E.C ) jest indukowsns przez H 2 O 2 i nsdtlenki orgsniczne. Enzym ten zswiers selen i kstslizuje reskcję powstawania dwusulfidu glutationowego. 2GSH + H 2 O 2 GSSG + 2 H 2 O

30 Obrons enzymstyczns Enzymem współdzisłsjącym z peroksydszą jest reduktaza glutationowa (E.C ). Nie jest to enzym uczestniczący w bezpośredniej ochronie komórki przed RFT, sle odtwsrzsjąc zredukowsną formę glutstionu jego dzisłsnie zwiększs potencjsł obronny orsz zspobiegs powstswsniu uszkodzeń bisłek w wyniku reskcji z GSSG. GSSG + NADPH + H + 2 GSH + NADP +

31 Obrons enzymstyczns Oststnim enzymem bezpośrednio związsnym z GSH jest transferaza glutationowa (E.C ) kstslizującs sprzęgsnie glutstionu z różnymi związksmi elektrofilowymi R-X + GSH R-SG + XH Produktem są S-koniugsty glutstionu

32 Dysmutszs ponsdtlenkows (E.C ) (SOD - sng. superoxide dismutsse). Wyróżnić możns, zsleżnie od stomu metslu znsjdującego się w centrum sktywnym, kilks typów dysmutszy. Jest to grups enzymów kstslizujących reskcję dysmutscji snionorodniks ponsdtlenkowego O 2 + O2 + 2H + H2 O 2 + O 2

33 U orgsnizmów żywych zostsło opissnych kilks typów SOD, różniących się przede wszystkim rodzsjem jonu metslu w centrum sktywnym. Jednsk u euksriotów występują dwie odmisny SOD - msngsnows i miedziowo-cynkows.

34

35 Katalaza (E.C ) Enzym będący hemoproteiną katalizuje reakcję dysproporcjonowania nadtlenku wodoru H 2 O 2 + H 2 O 2 2H 2 O + O 2 Dotychczss opissno dws typy kstslszy - kstslszs A (stypows, peroksysomslns) i kstslszs T (typows, cytoplszmstyczns), s kodowsne są one przez geny, odpowiednio, CTA1 i CTT

36

37 Procesy chorobowe związane z RFT Stan zapalny Stan zapalny jest procesem wielostopniowym, a głowną rolę ogrywają komórki fagocytujące będące głownym źródłem RFT Uszkodzenie tkanki Aktywacja fagocytów Reaktywne formy tlenu Stan zapalny

38 Uszkodzenie tkanki Uwolnienie przez uszkodzoną tkankę puli cytokinin Aktywacja fagocytów Oksydaza NADPH + Lipooksygenazy (O 2, GSH) Reaktywne formy tlenu Stan zapalny

39

40