Wolne rodniki to atomy,

Wolne rodniki to atomy,

grupy atomów lub cząsteczki

grupy atomów lub cząsteczki

z jednym niesparowanym

z jednym niesparowanym

elektronem na zewnętrznej

elektronem na zewnętrznej

orbicie.

orbicie.

Aktywne formy tlenu

Aktywne formy tlenu

nazwa

symbol

właściwości i znaczenie biologiczne

Rodnik

wodoronadtlenkowy



HO

2

- jest sprotonowaną formą anionorodnika

ponadtlenkowego

- jest m.in. produktem "wybuchu tlenowego"

fagocytów

Tlen singletowy

1

O

2

- powstaje w wyniku wzbudzenia cząsteczki

tlenu

- jest bardziej reaktywny od tlenu trypletowego

- spiny elektronów na ostatniej orbicie są

antyrównoległe

- najbardziej podatne na uszkodzenie przez tlen

singletowy są reszty histydyny, metioniny,

guanina i inne pochodne purynowe.

Tlenek azotu

NO



- wytwarzany jest przy udziale syntazy tlenku

azotu przez komórki śródbłonka naczyń

endokardiocyty,

granulocyty,

makrofagi,

monocyty, komórki Kupffera, neurony, komórki

mięśni gładkich naczyń

Wolne rodniki wykazują zdolności do
chemicznej modyfikacji:

• lipidów,

• białek,

• kwasów

nukleinowych,

• węglowodanów.

Rodniki pierwotne

• krótki czas przeżycia (milisekundy)

• niewielkie zdolności penetracji (do

100



m)

Rodniki wtórne

• dłuższy czas życia

• większa penetracja poza miejsce ich

powstania

Aktywne formy tlenu

Aktywne formy tlenu

nazwa

symbol

właściwości i znaczenie biologiczne

Anionorodnik

ponadtlenkowy



O

2

- jest produktem jednoelektronowej redukcji tlenu

- może być utleniaczem i reduktorem

- ma stosunkowo długi "czas życia", może dyfun-

dować do innych struktur komórkowych

Nadtlenek

wodoru

H

2

O

2

- pod względem chemicznym nie jest wolnym

rodnikiem

- swobodnie penetruje błony komórkowe

- w obecności jonów metali grup przejściowych

generuje wytwarzanie rodnika wodorotlenowego

- sam jest mało aktywny

Rodnik

wodorotlenowy



OH

- wykazuje najwyższą reaktywność ze wszystkich

RFT

- powstaje w reakcji Fentona i Habera-Weissa

- reaguje z pierwszą napotkaną cząsteczką

- nie przenika przez błony lipidowe

Źródła rodników tlenowych

Źródła rodników tlenowych

•

procesy oddechowe komórki

•

procesy

enzymatyczne

katalizowane

przy

udziale:

oksydazy

NADPH,

oksydazy

ksantynowej,

diaminowej,

lipooksygenazy,

cyklooksygenazy;

•

autooksydacja związków biologicznie czynnych:
hydrochinonów,

epinefryny,

leukoflaminy,

związków tiolowych, hemoglobiny;

•

mikrosomalna

hydroksylacja

leków:

streptonigryna,

adriamycyna,

bleomycyna,

nitrofurantoina;

•

hydroksylacja innych związków: parakwatu,
czterochlorku węgla, benzopirenu;

•

promieniowanie jonizujące i nadfioletowe;

•

fagocytoza.

Reakcja Habera i Weissa

Reakcja Fentona

Reakcja dysmutacji

O

2



+ H

2

O

2

Fe, Cu



OH



+ O

2

O

2



+ O

2



+ 2H

+

SOD-1



H

2

O

2

+ O

2

O

2



+ Fe

3+

_______



O

2

+

Fe

2+

Fe

2+

+ H

2

O

2

_______



Fe

3+

+ OH

-

+ OH

-

pH fizjologiczne

___________

O

2



(

anionorodnik

)

pH kwaśne

___________

HO

2



(

rodnik

nadhydroksylowy;
lipofilny, bardzo
reaktywny

)

OCl

-

+ H

2

O

2

_______



1

O

2

+ Cl

-

+ H

2

O

Przy udziale wieloperoksydazy (MPO)
następuje utlenianie jonu chlorkowego do
jonu podchlorynowego

W dalszej reakcji podchlorynu z H

2

O

2

tworzy się tlen singletowy

1

O

2

Cl

-

+ H

2

O

2

MPO



OCl

-

+ H

2

O

Procesy oddechowe komórki

Procesy oddechowe komórki

dwoma elektronami - nadtlenku wodoru

O

2

+ 2e

-

+ 2H

+

_______



H

2

O

2

trzema

elektronami

-

rodnika

wodorotlenowego

O

2

+ 3e

-

+ 3H

+

_______



OH



+ H

2

O

i

czterema

elektronami

-

dwóch

cząsteczek wody

O

2

+ 4e

-

+ 4H

+

_______



2H

2

O

e

-

e

-

+ 2H

+

e

-

+ H

+

e

-

+ H

Redukcja

cząsteczki

O

2

jednym

elektronem

powoduje

powstanie

anionorodnika ponadtlenkowego

O

2

+ e

-

_______



O

2



O

2



O

2





H

2

O

2



OH





H

2

O

Uszkodzenia błon

Uszkodzenia błon

biologicznych wywołane przez

biologicznych wywołane przez

rodniki:

rodniki:

• modyfikacja aktywności składników błony

(enzymy błonowe);

• zmiany struktury błon wpływające na

funkcję i ich antygenowy charakter;

• utlenianie grup tiolowych;
• zmiany w stosunku wielonienasyconych

kwasów tłuszczowych i białka;

• inicjacja peroksydacji wielonienasyconych

kwasów tłuszczowych (wpływ na strukturę
błony i jej płynność);

• rozprzęgnięcie transportu przez błony.

Uszkodzenia białek przez RFT:

Uszkodzenia białek przez RFT:

• modyfikacja

aminokwasów

aromatycznych

(metionina,

cysteina,

histydyna, prolina i lizyna);

• fragmentacja białek, tworzenie wiązań

krzyżowych, agregacja białek;

• zmiana antygenowości białek;
• zwiększenie podatności na proteolizę;
• denaturacja niektórych białek.

Uszkodzenia materiału

Uszkodzenia materiału

genetycznego:

genetycznego:

• zmiany w strukturze DNA;
• mutacje genowe;
• efekty cytotoksyczne;
• działanie

mutogenne

bezpośrednie

(rodnik wodorotlenowy);

• działanie

mutogenne

pośrednie

(produkty peroksydacji lipidów).

Wyżej wymienione zjawiska uczestniczą
również

w

procesach

starzenia

się

organizmu i karcinogenezie.

Uszkodzenia lipidów:

Uszkodzenia lipidów:

•

peroksydacja lipidów (wolne i zestryfikowane
kwasy tłuszczowe);

•

jest to proces lawinowy;

•

często inicjuje peroksydację lipidów tlen
singletowy

Peroksydacja

lipidów

przez

rodniki

tlenowe

rozpoczyna

się

w

miejscu

niedostępnym działaniu antyutleniaczy.

Lipid - OOH + HO

2



_______



Lipid - O



+

H

2

O + O

2

Lipid - OOH + O

2



_______



Lipid - O



+ OH

-

+ O

2

Mechanizmy zabezpieczające

Mechanizmy zabezpieczające

organizmy żywe przed działaniem

organizmy żywe przed działaniem

aktywnych form tlenowych

aktywnych form tlenowych

Enzymatyczne

Nieenzymatyczne

1. Dysmutazy ponadtlenkowe

Cu, Zn SOD, Mn SOD,

Fe SOD, Ex SOD

2. Katalazy
3. Peroksydazy glutationowe

(selenozależna i selenonie-

zależna)

1. Przeciwutleniacze

- tokoferole i tokoferylochinony

- glutation

- kwas askorbinowy

- karotenoidy

2. Zmiatacze wolnych rodników

- adrenalina

- bilirubina

- biliwerdyna

3. J ony metali grup przejściowych Fe, Cu
4. Sekwestr metali
5. Metalotioneiny

Współzależność reakcji

Współzależność reakcji

katalizowanych przez SOD,

katalizowanych przez SOD,

katalazę i peroksydazę

katalazę i peroksydazę

H

2

O +

O

2

O

2



+ O

2



+ 2H

+

SOD



H

2

O

2

+ O

2

Cat

GSH - Px

2H

2

O

Sposób funkcjonowania katalazy w

Sposób funkcjonowania katalazy w

komórce

komórce

KATALAZA +
H

2

O

2

2H

2

O + O

2

+ KATALAZA + CO

2

+ 2H

2

O

Kompleks 1

Funkcja

katalazow

a

Funkcja

peroksydaz

owa

H

2

O

2

HCOOH

C

2

H

5

O

H

np.:

Funkcjonowanie peroksydazy

Funkcjonowanie peroksydazy

glutationowej

glutationowej

2GSH + H

2

O

2

_______



GSSG + H

2

O

E

zred.

_________________



E

utl.

_________________



E

zred.

Lipid - OOH + 2GSH

______



Lipid - OH +

GSSG + H

2

O

ROOH

ROH

H

2

O

2GSH

GSSG