Wolne rodniki
Wolne rodniki – termin ten określa atomy lub cząsteczki, zawierające jeden lub więcej niesparowanych elektronów. Mogą one występować w formie jonów lub jako cząsteczki pozbawione ładunku (elektrycznie obojętne). Rodniki powstają w wyniku homologicznego rozerwania wiązania pod wpływem absorpcji promieniowania jonizującego, UV, widzialnego lub cieplnego; oraz w reakcjach redox. Wolne rodniki są obecne w każdej żywej komórce. Mają nietrwały czas życia (krótki okres półtrwania) mierzony w tysięcznych częściach sekundy. Cechują się wysoką reaktywnością chemiczną (dążą do przekształcenia się w formy korzystniejsze energetycznie).
Około 95% przyswajanego z atmosfery tlenu ulega w warunkach fizjologicznych 4-elektronowej redukcji ( z udziałem oksydazy cytochromowej) do cząsteczki wody. Metabolizm tylko 5% tego pierwiastka prowadzi do wytworzenia rodników tlenowyxh, których toksyczność jest niwelowana przez liczne mechanizmy obronne. W stanach patologicznych, aż 95% tlenu przekształca się w rodniki, a zaledwie 5% redukuje się do H2O.
W warunkach fizjologicznych wolne rodniki są tworzone w wyniku:
-utleniania biologicznego w łańcuchu oddechowym
-reakcji enzymatycznych katalizowanych przez oksydazy: ksantynową, aldehydową, diaminową, NADPH, dehydrogenazę dihydroorotanową i lipooksygenazę.
-fagocytozy i w przemianach kwasu arachidonowego w płytkach krwi
-autooksydacji związków biologicznie czynnych, np.: hemoglobiny, hydrochinonów, epinefryny, leukoflawiny, pochodnych tiolowych.
Wolne rodniki, jak również produkty ich przemian, o wysokiej reaktywności posiadają znaczny wpływ na biochemię i fizjologię komórki. Wpływają na:
-uszkodzenie struktury DNA, pękanie chromosomów
-depolimeryzację kwasu hialuronowego
-tworzenie nieprawidłowych wiązań krzyżowych w kolagenie i elastynie
-uszkodzenie struktury i zaburzenie funkcji błon biologicznych
-inaktywacje enzymów
Wolne rodniki maja istotne znaczenie w patogenezie (wpływ czynników środowiska):
-stosowaniu chemioterapii i chemioterapeutyków, np.: dexorubicyny, bleomycyny
-zespołu przetlenienia
-zespołu niedokrwienia i reperfuzji
-toksycznego uszkodzenia spowodowanego związkami chemicznymi takimi jak: parakwat, czterochlorek węgla, leki, alkohol, dym papierosowy
-chemicznej i środowiskowej karcinogenezy spowodowanej przez benzopiren
-przechowywania narządów do przeszczepów (istotne jest szybkie dokonanie zabiegu, aby ograniczyć reakcje wolnorodnikowe)
Wolne rodniki powstają:
- endogennie
- egzogennie
- są produktami peroksydacji lipidów
Do endogennych wolnych rodników zaliczamy:
- rodnik ponadtlenkowy (O2-)
- rodnik hydroksylowy (OH)
Reaktywne pochodne:
- tlen singletowy (1O2)
- nadtlenek wodoru H2O2
Wszystkie rodniki tlenu to reaktywne formy tlenu => nowa nomenklatura
Rodnik ponadtlenkowy:
-powstaje w wyniku:
-jednoelektronowej redukcji tlenu
-samoutleniania niektórych związków
-reakcji enzymatycznych
-działania czynników środowiskowych
-unieczynnia go dysmutaza ponadtlenkowa
Rodnik hydroksylowy:
-wykazuje największą reaktywność
-ma zdolność dyfuzji na dalekie przestrzenie
-nie istnieje mechanizm, który go unieczynnia
-T½=10-6
Tlen singletowy:
-nie jest wolnym rodnikiem, ale wykazuje podobna jak wolne rodniki dużą reaktywność chemiczną
-może powstać w wyniku działania peroksydaz (np. hydroperoksydazy prostaglandynowej)
-oddziaływuje z innymi cząsteczkami na dwa różne sposoby:
-przechodzi w stan tripletowy
-wchodzi w reakcje chemiczne
-działa bakteriobójczo i bakteriostatycznie
-preferencyjnie reaguje z wiązaniami podwójnymi
-preferencyjnie reaguje z guaniną i pochodnymi purynowymi
-uszkadza reszty aminokwasowe (metioniny, tryptofanu, cysteiny, histydyny)
Nadtlenek wodoru:
-jest najbardziej toksyczny, może powodować znaczne uszkodzenia
-może dyfundować na duże odległości
-utlenia grupy sulfhydrylowe w białkach i innych związkach
Pełna redukcja molekularnego tlenu zachodzi pod wpływem kompleksu oksydazy cytochromowej przez przyłączenie 4ē do cząsteczki O2.
Przyłączenie 1ē powoduje generację rodnika ponadtlenkowego zgodnie z reakcją:
O2 + ē à O2-
W wyniku dwuelektronowej redukcji cząsteczki tlenu molekularnego wg reakcji:
O2 + 2ē + 2H+ à H2O2
powstaje nadtlenek wodoru. Jest on także produktem spontanicznej lub enzymatycznej dysmutacji, katalizowanej przez dysmutazę ponadtlenkową.
Trójelektronowa redukcja cząsteczki O2 przebiega zgodnie z reakcją:
O2 + 3ē + 3H+ --> H2O + ·OH
Powstały ·OH jest najbardziej reaktywnym i toksycznym wolnym rodnikiem.
Rodnik ·OH powstaje również w tzw. reakcji Fentona oraz w wyniku reakcji O2-· z H2O2, wymagającej in vivo obecności metali grup przejściowych (żelaza lub miedzi):
Fe+2 + H2O2 à Fe+3 + ·OH + OH-
Cu+ + H2O2 à Cu+2 + ·OH + OH-
W reakcji Habera Weissa: rodnik hydroksylowy tworzy się zgodnie z reakcją:
Fe+3
O2- + H2O2 OH + OH- + 1O2
Reakcja prowadzącą do otrzymania tlenu singletowego jest:
O2-∙ + HO2· + H+ à H2O2 + 1O2
lub
O2-· + ·OH à 1O2 + OH-
W warunkach fizjologicznych RFT („reaktywne formy tlenu”) uczestniczą w procesach:
-utleniania i redukcji w łańcuchu oddechowym
-odtwarzania źródeł energii w postaci wysokoenergetycznych związków fosforanowych
-odtruwania organizmu z substancji toksycznych
-syntezy prostanglandyn i leukotrienów
-podziału i rozwoju organizmów
-metabolizmu ksenobiotyków
-agregacji płytek krwi
Endogenne wolne rodniki tworzone są w organizmie, najczęściej w układach związanych z systemem błon komórkowych, dlatego szczególnie narażone na ich działanie są lipidy błonowe, a głównie nienasycone kwasy tłuszczowe.
Proces peroksydacji lipidów – jest to wolnorodnikowy proces utleniania nienasyconych kwasów tłuszczowych lub innych lipidów, w których powstają nadtlenki tych związków.
MDA – dialdehyd malonowy
– marker procesu peroksydacji lipidowej
Stężenie MDA w osoczu wynosi:
3,9 - 4,5 nmol/ml
W procesie peroksydacji wyróżniamy trzy fazy:
I Inicjacja:
Polega na oderwaniu atomu wodoru od cząsteczki wielonienasyconego kwasu tłuszczowego lub reszty takiego kwasu wchodzącej w skład fosfolipidu. Czynnikiem odrywającym wodór od cząsteczki wielonienasyconego kwasu tłuszczowego może być rodnik:
·OH (hydroksylowy)
LOO· (nadtlenkowy)
LO· (alkoksylowy)
L· (alkilowy)
Również inne czynniki mogą inicjować proces peroksydacji:
ozon
tlenek azotu
dwutlenek azotu
SO2
kationorodniki ( ferrylowy, nadferylowy)
Oderwaniu ulega jeden z atomów wodoru związanych z atomem węgla tworzącym wiązanie podwójne. Reakcja inicjacji przekształca cząsteczkę kwasu tłuszczowego w wolny rodnik alkilowy:
·OH
LH L·
II Prolongacja (propagacja):
Wolne rodniki alkilowe L· reagują z tlenem tworząc wolne rodniki nadtlenkowe LOO·:
L· + O2 à LOO·
LOO· + LH à LOOH + L·
III Terminacja:
Etap ten może prowadzić do reakcji pomiędzy dwoma wolnymi rodnikami alkilowymi, nadtlenkowymi lub różnymi rodnikami jakie występują w układzie:
L· + L· à L – L
...
czaras88