16 FREE RAD


WOLNE RODNIKI
Wprowadzenie
Terminem wolne rodniki określa się atomy lub cząsteczki zdolne do samodzielnego
istnienia (przynajmniej przez krótki czas) posiadające na swych orbitalach jeden lub więcej
niesparowanych elektronów. Obecność niesparowanych elektronów sprawia, że wolne
rodniki są często bardzo reaktywne. Wiele z nich to silne utleniacze. Od dawna specjaliści
zdawali sobie sprawę z istotnej roli jaką wolne rodniki odgrywają w wielu procesach np.
w wyniku działania promieniowania jonizującego, podczas spalania, przy produkcji gumy,
farb czy tworzyw sztucznych. Stosunkowo niedawno natomiast wolne rodniki stały się
obiektem żywego zainteresowania biologów i lekarzy. Spowodowały to przede wszystkim
odkrycia procesów wolnorodnikowych zachodzących w żywych organizmach w trakcie ich
normalnego funkcjonowania oraz faktu, iż działaniu wielu toksyn towarzyszy generowanie
wolnych rodników. Obecnie na całym świecie prowadzone są intensywne badania nad
udziałem wolnych rodników w procesach metabolicznych, przekazywaniu sygnałów
i powstawaniu różnych chorób.
Od dawna wiadomo było, że tlen (cząsteczka tlenu jest wolnym rodnikiem - posiada
dwa niesparowane elektrony), pierwiastek niezbędny do życia dla organizmów aerobowych,
może być również dla tych organizmów szkodliwy. Stosunkowo niedawno jednak
wyjaśniono, że za toksyczność tlenu odpowiedzialne są produkty jego wieloetapowej
redukcji, tzw. reaktywne formy tlenu. Są to: anionorodnik ponadtlenkowy (O*), nadtlenek
2
wodoru (H2O2) i rodnik hydroksylowy (*OH-). Mogą one reagować z ważnymi składnikami
komórki (lipidami błon bilogicznych, białkami, kwasami nukleinowymi) i modyfikować je w
rozmaity sposób. W zależności od rodzaju, i miejsca modyfikacji może to prowadzić do
różnych zaburzeń w funkcjonowaniu komórek, a niekiedy do ich śmierci.
Charakterystycznym procesem w chemii wolnych rodników jest reakcja łańcuchowa,
z trzema etapami: inicjacją, propagacją i terminacją. W wyniku takiej reakcji wiele
cząsteczek może ulec modyfikacji wskutek jednego aktu zapoczątkowującego proces.
Przykładem wolnorodnikowej reakcji łańcuchowej zachodzącej w komórkach jest proces
peroksydacji lipidów wchodzących w skład błon biologicznych. Peroksydacja lipidów
prowadzi do uszkodzenia wielu cząsteczek fosfolipidów i białek, co powoduje między
innymi zmiany płynności i przepuszczalności błon.
Istotną rolę w procesach wolnorodnikowych zachodzących w przyrodzie odgrywają
jony metali przejściowych, przy czym ze względu na rozpowszechnienie w żywych
organizmach najważniejsze są pod tym względem żelazo i miedz. Zredukowane jony tych
metali (Fe2+, Cu+) mogą reagować z nadtlenkiem wodoru, w wyniku czego powstają rodniki
hydroksylowe, jedne z najbardziej reaktywnych cząsteczek generowanych w układach
biologicznych. Gospodarka jonami żelaza i miedzi w komórkach i całym organizmie musi
zatem pozostawać pod ścisłą kontrolą.
Organizmy dysponują szeregiem mechanizmów chroniących je przed działaniem
wolnych rodników i innych reaktywnych form tlenu. Można wśród nich znalezć zarówno
drobnocząsteczkowe antyutleniacze o stosunkowo prostej strukturze, których rola polega
głównie na zmiataniu wolnych rodników, jak i białka enzymatyczne wyspecjalizowane w
usuwaniu reaktywnych form tlenu. Znane są także enzymy, których zadaniem jest naprawa
uszkodzeń wywołanych działaniem wolnych rodników i innych reaktywnych form tlenu.
Wolne rodniki mogą również spełniać "pozytywną" rolę w żywych organizmach. Na
przykład komórki fagocytujące wykorzystują reaktywne formy tlenu, takie jak tlen sinletowy
czy nadtlenek wodoru, do niszczenia mikroorganizmów. Wolne rodniki mogą także
funkcjonować jako przekazniki sygnałów. Najbardziej znanym i najlepiej poznanym z nich
jest tlenek azotu (*NO), który między innymi reguluje ciśnienie krwi powodując rozkurcz
naczyń krwionośnych.
Wolne rodniki i reaktywne formy tlenu są stale produkowane w organizmie. Duże ich
ilości powstają w mitochondriach jako efekt "nieszczelności" łańcucha oddechowego, oraz na
skutek działania niektórych enzymów, głównie oksydaz. Jednocześnie mechanizmy obronne
i naprawcze zapewniają kontrolę nad tymi procesami i utrzymują stan równowagi.
Zaburzenie tej równowagi może być wywołane niekontrolowanym wzrostem ilości
reaktywnych form tlenu, lub też zaburzeniami mechanizmów obronnych. Stan taki może
wystąpić lokalnie lub też dotyczyć całego organizmu. Nazywamy go stresem oksydatywnym.
W wyniku stresu oksydatywnego dochodzi do zaburzeń w funkcjonowaniu komórki,
fragmentu tkanki, bądz narządu; często jest to wstęp do rozwoju choroby. Współczesna
medycyna i biologia próbują określić, które choroby są wywołane przez niekontrolowany
wzrost poziomu wolnych rodników i reaktywnych form tlenu. Być może pozwoli to na
opracowanie skutecznych metod profilaktyki i leczenia.
W trakcie seminariów przedstawianę będą zarówno pewne ogólne informacje
dotyczące wybranych procesów wolnorodnikowych zachodzących w organizmie
(peroksydacja lipidów, toksyczność jonów metali przejściowych, działanie enzymów
rozkładających reaktywne formy tlenu, inne mechanizmy obrony itp.), jak też wyniki
aktualnych badań dotyczących roli wolnych rodników w układach biologicznych (np. udział
wolnych rodników w starzeniu, apoptozie, przekazywaniu sygnałów w komórkach itp.).
Literatura
1. Grzegorz Bartosz "Druga Twarz Tlenu" Wydawictwo Naukowe PWN, Warszawa
1995.
UWAGA: Wszyscy uczestnicy seminarium proszeni są o zapoznanie się z podstawowymi
informacjami na temat wolnych rodników i reaktywnych form tlenu zawartymi w wyżej
wymienionej pozycji w rozdziałach 1.1 do 1.6.
2. B. Halliwell "Oxidative stress, nutrition and health. Experimental strategies for
optimization of nutritional antioxidant intake in humans" Free Radic Res 25(1),1996,
str.57-74
3. B. Halliwell, J.M. Gutteridge "Role of free radicals and catalytic metal ions in human
disease: an overview" Methods Enzymol 186, 1990, str.1-85
4. S. Hercberg ,P. Galan ,P. Preziosi ,M.J. Alfarez ,C. Vazquez "The potential role of
antioxidant vitamins in preventing cardiovascular diseases and cancers" Nutrition
14(6), 1998, str.513-20
5. R. Meneghini "Iron homeostasis, oxidative stress, and DNA damage" Free Radic
Biol Med 23(5),1997, str.783-92
6. F. Visioli , G. Bellomo,C. Galli "Free radical-scavenging properties of olive oil
polyphenols" Biochem Biophys Res Commun 247(1), 1998, str.60-4
7. D.A.Wink , J.B. Mitchell "Chemical biology of nitric oxide: Insights into regulatory,
cytotoxic, and cytoprotective mechanisms of nitric oxide" Free Radic Biol Med 25(4-
5),1998, str.434-56


Wyszukiwarka