Reaktywne formy tlenu a starzenie się organizmu

Helena Puzanowska-Tarasiewicz, Ludmiła Kuźmicka*, Mirosław Tarasiewicz

Zakład Nauk Chemicznych Wyższej Szkoły Kosmetologii i Ochrony Zdrowia w Białymstoku

• 

Ryc. 1. Diagramy molekularne: a – tlenu trypletowego 3ΣgO2, b – tlenu singletowego 1ΔgO2, c – tlenu singletowego 1ΣO2.

Przegląd jest poświęcony reaktywnym formom tlenu (RFT). Szereg procesów utleniania komórkowego przebiega z wytworzeniem wolnych rodników. Rodniki te, zawierające niesparowane elektrony, tworzą się podczas przebiegu wielu reakcji biochemicznych. W wyniku procesów starzenia się, a także oddziaływania czynników środowiskowych, np. promieniowania jonizującego lub różnych związków chemicznych rośnie synteza wolnych rodników, a obniża się zdolność ich detoksykacji. Rodniki: O2•, •OH, ROO•, RO• oraz O3, H2O2, tlen singletowy mogą być usuwane przez systemy obronne organizmu oraz antyoksydanty.

W każdej żywej komórce i jej otoczeniu powstają reaktywne formy tlenu (RFT, ang. reactive oxygen species). Odgrywają one istotną rolę w procesach biologicznych zachodzących w organizmie ludzkim. Z jednej strony są potrzebne do prawidłowego funkcjonowania komórek, z drugiej – mogą być bardzo szkodliwe. Powodują bowiem uszkodzenia makrocząsteczek biologicznych w wyniku nieprawidłowego przebiegu procesów utleniania (peroksydacji), np. lipidów, białek.

Z badań wynika [1], że w komórkach stale produkowane są RFT, a ich stężenie jest ściśle kontrolowane przez wewnątrzkomórkowe mechanizmy antyoksydacyjne. Wszystkie antyoksydanty (przeciwutleniacze) zapobiegają niekontrolowanym, zwłaszcza wolnorodnikowym, reakcjom utleniania., m.in. uszkodzeniom DNA. Gdy jednak powstanie bardzo dużo uszkodzeń, uaktywniony zostaje tzw. układ SOS, dokonujący szybkiej, lecz niedokładnej naprawy DNA. Odtwarza on strukturę DNA na tyle, aby mogła zajść replikacja DNA, niekoniecznie dbając o wierne odtworzenie sekwencji nukleotydów. Prowadzi to zwykle do mutacji. Mutacja jest często skutkiem nie bezpośredniego uszkodzenia DNA przez RFT, lecz działania układu naprawiającego DNA.

Z badań wynika [1], że geny mogą być odpowiedzialne za syntezę niskocząsteczkowych antyoksydantów i kontrolę poziomu enzymów chroniących przed RFT. Starzeniu się jednak komórek i organizmów towarzyszy ogólne obniżenie aktywności enzymów, np. podczas starzenia się czerwonych krwinek [2].

Według Harmana [3], twórcy wolnorodnikowej teorii starzenia się, przyczyną starzenia się organizmu są niekontrolowane reakcje wolnych rodników powstających w przemianach metabolicznych. Część RFT to wolne rodniki, na ogół o dużej reaktywności, np. O2• , •OH. Dążą one do sparowania elektronów – pozbycia się nadmiernego elektronu lub przyłączenia elektronu od innej cząsteczki i zazwyczaj szybko wchodzą w reakcje z wieloma różnymi cząsteczkami. Reakcje wolnych rodników tlenowych – anionorodnika ponadtlenkowego O2•  oraz rodnika hydroksylowego •OH – z substancjami obecnymi w komórkach prowadzą do powstania wolnych rodników innych substancji. Anionorodnik ponadtlenkowy reaguje z większą liczbą substancji niż tlen i na ogół znacznie szybciej od niego, natomiast rodnik hydroksylowy jest jednym z najbardziej reaktywnych utleniaczy. Bardzo silne właściwości utleniające rodnika •OH powodują, że reaguje on praktycznie ze wszystkimi cząsteczkami występującymi w organizmie [4].

Do RFT i głównych rodników w typowej komórce, poza rodnikami O2•  i •OH, zalicza się m.in.: tlen singletowy, H2O2, anionorodnik wodoronadtlenkowy HO2•, rodnik alkoksylowy RO•, rodnik nadtlenkowy ROO• i inne [5]. Jakkolwiek organizmy wykształciły systemy enzymatyczne eliminujące wymienione RFT, to jednak ich część unikając enzymatycznego rozkładu może inicjować kaskadę reakcji prowadzących do uszkodzeń DNA, utleniania wielonienasyconych kwasów tłuszczowych (PUFA) zawartych w błonach komórkowych itp. Do pewnych granic, procesy te są pod kontrolą czynników antyoksydacyjnych, zarówno wewnętrznych, jak i egzogennych antyoksydantów. Jednak duża akumulacja RFT w organizmie w wyniku zaburzonego metabolizmu komórkowego oraz działanie czynników zewnętrznych może prowadzić do zachwiania równowagi pomiędzy reakcjami wolnorodnikowymi i przeciwutleniającymi, a w dalszej kolejności wywoływać uszkodzenia struktur komórkowych. Zjawisko to nazywa się stresem oksydacyjnym. Stres oksydacyjny w komórce to przesunięcie równowagi utleniania/redukcji w stronę utleniania. Jego następstwem mogą być choroby, m.in. miażdżyca, cukrzyca, nowotwory, choroby układu nerwowego [1].

TLEN – PIERWIASTEK ŻYCIA I ŚMIERCI

Nie ma wątpliwości, że bez tlenu nie mogłoby istnieć życie w obecnej formie. Ten życiodajny pierwiastek jest nam potrzebny głównie do oddychania. Przez pojęcie to biochemicy rozumieją szereg reakcji enzymatycznych, w wyniku których z substancji organicznych powstaje ostatecznie CO2 i H2O oraz uwalnia się energia niezbędna do przebiegu innych reakcji metabolicznych. Tlen rozpuszczony w wodzie umożliwia życie wielkiej liczbie gatunków organizmów wodnych. Podwyższone (w stosunku do normalnego stężenia w atmosferze) stężenie tlenu niekorzystnie wpływa na rośliny – hamuje rozwój chloroplastów, zmniejsza ich żywotność i rozwój korzeni oraz hamuje wzrost. Oddychanie czystym tlenem pod ciśnieniem 1 atmosfery powoduje zaburzenie funkcjonowania dróg oddechowych i zwłóknienie płuc [6], zwłóknienie pozasoczewkowe, prowadzące do ślepoty u wcześniaków w inkubatorach, trwałe uszkodzenie mózgu, rdzenia kręgowego [7]. Czysty tlen lub powietrze wzbogacone w tlen mogą być jedynie stosowane w medycynie, np. w przypadku zatrucia tlenkiem węgla.

Toksyczność tlenu związana jest głównie z powstawaniem w komórkach i ich otoczeniu reaktywnych form tlenu, które uszkadzając komórki mogą wywołać stres oksydacyjny [8]. Pod kontrolą jednak mechanizmów enzymatycznych „przerabianych” jest 98-99 % tlenu. Jedynie 1-2% tej ilości nie jest przetwarzana do końca, tzn. do cząsteczki H2O, a zatrzymuje się na etapie produktów pośrednich – tworzy RFT.

POWSTAWANIE I WŁAŚCIWOŚCI RFT

Reaktywne formy tlenu mogą powstawać w organizmie na skutek działania zewnętrznych czynników fizycznych, takich jak promieniowanie jonizujące, nadfioletowe i ultradźwięki oraz pod wpływem substancji pochodzących z zanieczyszczenia środowiska, np. ksenobiotyków, pestycydów. Głównym miejscem w komórce, w którym jest zużywany tlen są mitochondria. Cząsteczka tlenu może ulegać w nich czteroelektronowej redukcji, a energia uwolniona podczas tego procesu wykorzystywana jest do syntezy ATP. Pewna jednak liczba cząsteczek tlenu w procesie oddechowym ulega redukcji jednoelektronowej. W wyniku takiej redukcji powstaje anionorodnik ponadtlenkowy O2•. Jest to najważniejsze źródło rodników O2• w większości komórek aerobowych.

Źródłem anionorodnika O2•  mogą być także peroksysomy, początkowo zwane mikrociałkami (ang. microbodies), pełniące różnorodne funkcje w różnych tkankach [4]. Anionorodnik ponadtlenkowy może powstać także w procesie fotosyntezy [4]. W wyniku reakcji wywołanych światłem widzialnym i promieniowaniem nadfioletowym w komórkach roślinnych powstaje tlen singletowy. Wzbudzenie bowiem trypletowej cząsteczki tlenu (w stanie podstawowym z dwoma niesparowanymi elektronami) prowadzi do otrzymania znacznie bardziej reaktywnego tlenu singletowego. Wzbudzenie to może nastąpić w wyniku zaabsorbowania kwantu promieniowania nadfioletowego oraz podczas przebiegu niektórych reakcji chemicznych. Następuje wówczas przegrupowanie elektronów w cząsteczce tlenu trypletowego. Przegrupowanie to może dokonać się na dwa sposoby, tak więc istnieją dwa rodzaje tlenu singletowego (ryc. 1).

Jak wynika z diagramu przedstawionego na rycinie 1, istnieją dwa rodzaje tlenu singletowego: tlen singletowy delta 1ΣgO2 i tlen singletowy sigma 1Δ+gO2. Energia tlenu singletowego sigma jest wyższa niż energia tlenu singletowego delta [4]. Tlen singletowy może uszkodzić reszty aminokwasowe białek (histydyny, metioniny, tryptofanu, tyrozyny, cysteiny) oraz reagować z guaniną i innymi pochodnymi purynowymi i pirymidynowymi.

Tlen trypletowy – posiadający dwa niesparowane elektrony – ma trudności ze znalezieniem odpowiednich związków do reakcji dwuelektronowej, tj. przyjęcia dwóch elektronów. Zgodnie z prawami mechaniki kwantowej oba te elektrony musiałyby mieć równoległe spiny, antyrównoległe (skierowane przeciwnie) w stosunku do dwóch niesparowanych elektronów na antywiążących orbitalach π*2py , π*2pz . Wymaga to jednak, aby utleniana cząsteczka była również w stanie trypletowym, o co nie jest łatwo, gdyż stan podstawowy większości cząsteczek jest stanem singletowym. Dlatego też możliwości reakcji tlenu trypletowego są ograniczone i jest on znacznie mniej reaktywny. W przeciwieństwie do tlenu trypletowego, tlen singletowy może łatwo reagować ze związkami singletowymi, tj. posiadającymi dwa sparowane elektrony.

Znacznie bardziej reaktywny niż tlen trypletowy jest ozon. W roztworach wodnych ozon rozpada się tworząc H2O2 oraz •OH i OH2•. Może to częściowo tłumaczyć fakt, że efekty wdychania ozonu nie ograniczają się tylko do uszkodzenia płuc, ale dotyczą również innych tkanek (m.in. serca, mózgu i wątroby) [9]. Produktem przyłączenia trzech elektronów do cząsteczki tlenu (co nie zachodzi bezpośrednio i niezbyt łatwo) jest rodnik hydroksylowy •OH – najbardziej reaktywny rodnik występujący w układach biologicznych [10].

Reakcje wolnych rodników tlenowych – O2• i •OH – oraz tlenu singletowego z substancjami organicznymi obecnymi w komórkach prowadzą do powstawania wolnych rodników substancji organicznych (np. białek, lipidów, kwasów nukleinowych), które charakteryzują się także wysoką i niespecyficzną reaktywnością [4]. Szczególnie utlenianie wielonienasyconych kwasów tłuszczowych zawartych w błonach komórkowych doprowadza do uszkodzeń tych błon lub do ich całkowitego rozkładu i zniszczenia komórki.

Wodoronadtlenki i nadtlenki tworzące się w wyniku peroksydacji lipidów są głównym źródłem rodników alkoksylowych RO• będących podstawowym zagrożeniem dla DNA [4]. Jakkolwiek organizmy wykształciły systemy enzymatyczne eliminujące te potencjalne niebezpieczne cząsteczki, to jednakże ich część unikając enzymatycznego rozkładu może inicjować szereg reakcji prowadzących do uszkodzeń DNA. Jedną z możliwych dróg reakcji jest rozpad z utworzeniem rodników hydroksylowych •OH, mogący przebiegać z udziałem enzymów z grupy oksyreduktaz zawierających żelazo [4]:
Fe2+(L)n + H2O2 -> •OH + OH− + Fe3+(L)n

Rodnik hydroksylowy •OH, jako jeden z najbardziej reaktywnych utleniaczy, może reagować praktycznie ze wszystkimi substancjami występującymi w organizmie. Może on uszkadzać m.in. zasady nukleinowe, reszty cukrowe (np. deoksyrybozę w DNA, rybozę w RNA) lub zerwać wiązania fosfodiestrowe łączące nukleotydy [8]. Uszkodzone zasady są wycinane z DNA i w znaczniej mierze nie metabolizowane dalej – zostają wydalone z komórek i organizmu [4]. Oceniono, że liczba uszkodzeń DNA przez endogenne RFT w przeciętnej komórce człowieka jest rzędu 104 na dobę [4].

Coraz więcej faktów świadczy o tym, że w komórkach stale produkowane są RFT. Powstają one podczas utleniania katecholamin, adrenaliny, DOPA, utleniania ksenobiotyków i związków fenolowych obecnych w pożywieniu.

Źródłem RFT są także występujące wewnątrz komórek oksydazy – ksantynowa i aldehydowa oraz oksydazy aminokwasów i α-aminokwasów. Wewnątrzkomórkowym źródłem anionorodników ponadtlenkowych O2• są m.in. mitochondria – główne miejsce w komórce, w którym jest zużywany tlen [5]. Pewna ilość elektronów „wycieka” z łańcucha oddechowego przez wewnętrzną błonę mitochondrialną i redukuje tlen wytwarzając RFT. Cząsteczka tlenu ulega czteroelektronowej redukcji (O2 + 4 e + 4 H+ -> 2 H2O), a energia uwolniona podczas tego procesu wykorzystywana jest do syntezy ATP [4]. W zachodzącym w mitochondriach cyklu Krebsa dwuwęglowe reszty związane z koenzymem A (tj. acetylokoenzymem A) utleniane są do CO2 i H2O. Wewnętrzna błona mitochondriów, np. serca, zawiera inny enzym mogący być istotnym źródłem anionorodnika O2•. Jest nim dehydrogenaza egzogennego dinukleotydu nikotynoamidoadeninowego (NADH). Ponadto enzymy zdolne do generacji nadtlenków, obecne w peroksysomach, mogą wytwarzać nadtlenek wodoru H2O2 oraz anionorodnik ponadtlenkowy O2• [4].

Reaktywne formy tlenu pełnią bardzo pozytywną i istotną rolę w procesie komunikacji komórek. Utrzymywanie pewnego poziomu rodników w komórkach jest niezbędne do zapewnienia przepływu informacji pomiędzy komórkami, a także wewnątrz komórek [5]. Likwidacja obecności RFT lub podwyższenie poziomu wolnych rodników w komórkach, które zostały narażone na stres, pochodzący ze środowiska (np. promieniowanie UV, promieniowanie jonizujące, ksenobiotyki) może w pewnym stopniu zaburzyć sygnalizację komórkową. Ważnymi chemicznie procesami regulującymi sygnalizację komórkową są reakcje utleniania i redukcji. Zagadnienie to zostało obszernie opisane w pracy Grzenkowicz i wsp. [5].

Z drugiej jednak strony reaktywne formy tlenu mogą uszkadzać komórki. Pod wpływem RFT uszkodzeniom ulegają cukrowce oraz reszty sacharydowe białek. I tak np. w wielocukrze kwasowym – mukopolisacharydzie, kwasie hialuronowym (istotnym składniku mazi stawowej) reaktywne formy tlenu powodują rozrywanie wiązań glikozydowych pomiędzy monomerami (zachodzi depolimeryzacja wielocukru). Uszkodzenia reszt cukrowych glikoprotein i glikolipidów na powierzchni komórek mogą prowadzić do zmian właściwości antygenowych tych cząsteczek i – co za tym idzie – komórek [1].

WPŁYW RFT NA STARZENIE SIĘ SKÓRY

Skóra jest barierą pomiędzy środowiskiem zewnętrznym i wewnętrznym. Chroni cały organizm przed urazami mechanicznymi, drobnoustrojami, a także promieniowaniem. Bierze udział w homeostazie poprzez regulację temperatury ciała i utraty wody [11]. Na wygląd oraz stan skóry mają wpływ głównie czynniki środowiskowe, m.in. promieniowanie nadfioletowe (UV), działanie wolnych rodników oraz uwarunkowania genetyczne.

Pod wpływem wolnych rodników w skórze zmniejsza się ilość fibroblastów, osłabiona zostaje również aktywność melanocytów, które stanowią naturalną ochronę skóry przed działaniem promieni słonecznych. Na skutek osłabienia systemu immunologicznego zwiększa się wrażliwość skóry na działanie czynników zewnętrznych [11].

W skład naskórka ludzkiego wchodzą struktury lipidowe, które łatwo ulegają procesowi utlenienia, tzw. peroksydacji rodnikowej. Procesy peroksydacyjne można uznać za uniwersalny mechanizm powstawania wielu różnych niekorzystnych zmian zachodzących w skórze [11]. Peroksydacja lipidów jest najbardziej znanym biologicznym łańcuchowym procesem wolnorodnikowym. Dotyczy głównie wielonienasyconych (tzn. zawierających wiele wiązań podwójnych) kwasów tłuszczowych lub reszt wielonienasyconych kwasów tłuszczowych wchodzących w skład fosfolipidów – głównych składników błon komórkowych.

Proces peroksydacji składa się z trzech etapów: inicjacji, propagacji i terminacji. W procesie inicjacji takie rodniki jak: rodnik hydroksylowy •OH, nadtlenkowy ROO•, alkoksylowy RO•, bądź alkilowy R• substancji obecnych w komórce mogą oderwać wodór od cząsteczki wielonienasyconego kwasu tłuszczowego lub reszty takiego kwasu wchodzącej w skład fosfolipidu. Reakcja inicjacji przekształca cząsteczkę kwasu tłuszczowego w wolny rodnik alkilowy R•, który w reakcjach propagacji (prolongacji) reaguje z tlenem, tworząc rodniki nadtlenkowe ROO•. Rodniki te zdolne są do odrywania atomów wodoru od kolejnych wielonienasyconych kwasów tłuszczowych (RH). W wyniku reakcji powstają nadtlenki kwasów tłuszczowych ROOH (ROO• + RH -> ROOH + R•). Ten cykl może powtarzać się wielokrotnie, aż do momentu rekombinacji wolnych rodników. Prowadzi do powstania produktu, który nie jest już wolnym rodnikiem, czyli do terminacji procesu wolnorodnikowego. Procesowi peroksydacji lipidów może towarzyszyć zjawisko reinicjacji. Polega ono na tym, że nierodnikowe już produkty peroksydacji mogą ulegać rozkładowi prowadzącemu do ponownego powstawania produktów wolnorodnikowych. Rozpad taki jest inicjowany przez jony metali przejściowych, np. żelaza, miedzi [4].

Opisany powyżej proces peroksydacji lipidów jest określany często jako peroksydacja nieenzymatyczna. Możliwy jest także enzymatyczny proces peroksydacji tych związków, np. synteza prostanoidów – prostaglandyn, tromboksanów i leukotrienów z kwasu arachidonowego. Reakcje te katalizowane są przez enzymy – cyklooksygenazy i lipoksygenazy [4].

Należy zaznaczyć, że nie tylko lipidy ulegają peroksydacji w reakcjach z RFT. Reakcje takie mogą prowadzić do powstawania nadtlenków aminokwasów, białek, zasad i kwasów nukleinowych. Uszkodzone np. białka gromadzą się w komórkach w miarę starzenia się organizmu.

Organizm ludzki w wyniku procesów adaptacyjnych wytworzył w skórze szereg mechanizmów obronnych ukierunkowanych na zwalczanie wolnych rodników oraz przerywanie reakcji rodnikowych [11]. Obecne są w niej naturalne przeciwutleniacze, aktywne w stosunku do różnych grup wolnych rodników – tokoferole, beta-karoten i inne karotenoidy, witamina C (kwas askorbinowy), glutation, niskocząsteczkowe peptydy zawierające aminokwas histydynę – karnozyna, homokarnozyna i anseryna, kwas liponowy i moczowy, koenzym Q i inne związki [11]. Jednym ze sposobów chroniących skórę przed wolnymi rodnikami jest zapobieganie inicjacji procesów rodnikowych – neutralizacja pierwotnych rodników hydroksylowych, nadtlenkowych, tlenu singletowego i przerywanie reakcji rodnikowych w fazie propagacji. Dlatego w codziennej pielęgnacji skóry należy stosować substancje przeciwrodnikowe, tzw. antyoksydanty, których zadaniem jest neutralizacja wolnych rodników uszkadzających różnorodne struktury skórne. Wśród kosmetycznych substancji przeciwrodnikowych największe znaczenie mają związki występujące w naturalnych układach obronnych skóry (np. witaminy A, C, E) oraz substancje przeciwrodnikowe pochodzenia roślinnego, np. flawonoidy [12].

WPŁYW WOLNYCH RODNIKÓW NA STARZENIE SIĘ ORGANIZMU

Obecność tlenu w atmosferze i organizmie jest powodem powstawania wolnych rodników i reaktywnych form tlenu. Wolne rodniki to cząsteczki lub ich fragmenty z jednym lub większą ilością niesparowanych elektronów. Obecność niesparowanych elektronów powoduje, że wolne rodniki są najczęściej bardzo reaktywne. RFT to przede wszystkim wolne rodniki, których budowa opiera się na atomie tlenu [10].

Starzenie się organizmów jest wynikiem gromadzenia się w ich komórkach uszkodzeń wywołanych przez niespecyficzne reakcje z udziałem RFT. Harman [3] sformułował po raz pierwszy w latach pięćdziesiątych minionego wieku tzw. wolnorodnikową teorię starzenia się. Według rodnikowej hipotezy starzenia się, w okolicach 40-go roku życia w organizmie zaczynają się gromadzić uszkodzenia oksydacyjne spowodowane przez wolne rodniki, mechanizmy enzymatyczne działają bowiem mniej skutecznie. Przykładowo, oddziaływanie rodników i oksydantów prowadzi do utleniania kwasów tłuszczowych, peroksydacji lipidów. Zmienia to fizyczne właściwości błon i w rezultacie prowadzi do zmian w fosfolipidach. Nadtlenki fosfolipidów są aktywnymi pośrednikami łańcucha utleniania i redukcji, ponieważ charakteryzują się długim okresem półtrwania oraz posiadają zwiększoną polarność [4]. Mogą zatem migrować z miejsca powstania do innych, bardziej newralgicznych miejsc, np. do DNA, włókien elastyny, przestrzeni zewnątrzkomórkowej lub lokalizować się w pobliżu enzymów [5]. Zmiany w strukturze błon są wystarczające do aktywacji zewnątrzkomórkowych fosfolipaz, a to prowadzi do uszkodzenia błony komórkowej i śmierci komórki. Nadtlenki fosfolipidów wchodzą w reakcje z jonami żelaza zmieniając ich stan utlenienia, w wyniku czego tworzą się toksyczne aldehydy (pochodzące z utlenianych lipidów). Aldehydy wykazują silnie toksyczne działanie w stosunku do komórek skóry, promując uszkodzenia DNA i apoptozę (programowaną śmierć komórki). Stres oksydacyjny wywołany osłabieniem mechanizmów antyoksydacyjnych komórek z wiekiem (obniżeniem aktywności dysmutaz czy poziomu glutationu) także powoduje indukcję apoptozy. Starzenie się jest naturalnym, złożonym procesem, ale oprócz zaprogramowanego starzenia się, reaktywne formy tlenu – będące zewnętrznymi agresorami – przyśpieszają ten proces [5].

Utrzymanie homeostazy na poziomie reakcji utleniania i redukcji ma na celu zapewnienie kontroli nad poziomem reaktywnych form tlenu w komórce, które nieustannie powstają w wyniku reakcji biochemicznych. Niewielkie nawet wahania w poziomie podstawowym RFT w znaczący sposób wpływają na zmianę metabolizmu komórki, ekspresję genów, modyfikacje potranslacyjne białek. Kiedy poziom wolnych rodników tlenowych przekroczy możliwości antyoksydacyjne komórki, dochodzi do powstania stresu tlenowego, który jest przyczyną wielu chorób oraz przyśpieszonego starzenia się organizmu [5].

W wyniku procesów starzenia się, a także oddziaływania czynników środowiskowych, np. promieniowania jonizującego lub innych związków chemicznych, rośnie synteza wolnych rodników, a obniża się zdolność ich detoksykacji.

PODSUMOWANIE

W wyniku procesów starzenia się oraz pod wpływem czynników środowiskowych rośnie w organizmie zawartość wolnych rodników – zawierających jeden lub więcej niesparowanych elektronów, np. O2•, •OH, HO2•, RO•, ROO•, zwanych reaktywnymi formami tlenu (RFT) [12].

Reakcje rodników z DNA, białkami i lipidami, a zwłaszcza nagromadzenie ich produktów (uszkodzonych biopolimerów) to początek procesów degeneracyjnych, a następnie rozwoju wielu chorób oraz starzenia się organizmu. Nadmiar RFT może mieć groźne konsekwencje i wywołać tzw. stres oksydacyjny.

Do fizjologicznych następstw działania stresu oksydacyjnego należą: uszkodzenia DNA oraz aktywnych metabolicznie białek zawierających grupy SH, jak również innych związków niskocząsteczkowych, a w konsekwencji do obniżenia stężenia ATP, stosunku zredukowanej formy glutationu do utlenionej (GSH/GSSG) [4, 8].

Komórki dla ochrony przed utlenianiem rodnikowym wykształciły obronne systemy enzymatyczne:

• dysmutazę ponadtlenkową katalizującą przemianę O2• + O2• + 2 H+ -> H2O2 + O2;

• katalazę umożliwiającą reakcję H2O2 + H2O2 -> 2 H2O + O2;

• peroksydazę glutationową katalizującą przemianę H2O2 + RH2 -> 2 H2O + R.

W obronie przed RFT organizm wykorzystuje poza systemami enzymatycznymi przeciwutleniacze endogenne. Dodatkowy mechanizm wzmacniający naturalną obronę ustroju stanowią przeciwutleniacze obecne w żywności [13].