38. przyczyny powstawania i negatywne skutki dzialania reaktywnych form tlenu na organizm czlowieka
Wbrew pozorom tlen nie wchodzi łatwo w reakcje chemiczne. Tlen, reagując z innymi pierwiastkami, utlenia je sam ulegając redukcji. Pełna redukcja dwuatomowej cząsteczki tlenu O2 oznacza przyłączenie czterech protonów H+ powstają dwie cząsteczki wody, związku, w którym tlen jest jeszcze bardziej stabilny jako gaz. Reaktywne formy tlenu to produkty częściowej, niekompletnej redukcji tlenu. Jeśli cząsteczka tlenu przyłączy tylko jeden elektron, powstaje anionrodnik ponadtlenkowy O2-. Twór ten jest jonem ujemnym, czyli anionem, którego ładunek ujemny pochodzi od elektronu. Zawiera on nieparzysty, niesparowany elektron. Inną reaktywną formą tlenu (lecz nie wolnym rodnikiem) jest nadtlenek wodoru H2O2. Jest on produktem przyłączenia dwóch elektronów (i dwóch protonów) do cząsteczki tlenu. Jego roztwór jest dobrze znany jako woda utleniona; jest on wytwarzany bezpośrednio przez niektóre enzymy lub w wyniku rozpadu anionrodnika ponadtlenkowego. Redukcja nadtlenku wodoru H2O2 daje rodnik wodorotlenkowy HO, może on powstać w wyniku reakcji nadtlenku wodoru z jonami żelaza lub miedzi. To on obecnie uważany jest za najbardziej niebezpieczną postać tlenu (najbardziej reaktywną postać tlenu).
Reaktywne formy tlenu są nieodłącznymi produktami ubocznymi metabolizmu tlenowego. Niebezpieczeństwo związane z ich powstawaniem w komórkach wiąże się z tym, że wchodząc w niespecyficzne reakcje ze składnikami komórek, uszkadzają je.
Rodnik wodorotlenkowy atakuje każdą cząsteczkę organiczną, jaką napotka, przyłączając się do niej lub odłączając od niej atom wodoru. W efekcie zaatakowana cząsteczka sama staje się wolnym rodnikiem, czyli posiadaczem niesparowanego elektronu, zmuszającego ją do reakcji z innymi cząsteczkami, z którymi normalnie nie reaguje.
Reaktywne formy tlenu przede wszystkim utleniają białka. Zagrożenie zależy od funkcji jaką konkretnie białko pełni. W każdym razie utrata aktywności enzymów, transporterów błonowych, czy białek regulatorowych na pewno nie jest dla organizmu obojętna.
Jeszcze poważniejsze konsekwencje pociąga za sobą modyfikacja zasad azotowych wchodzących w skład DNA, które mogą na przykład wyzwolić kaskadę reakcji prowadzących w efekcie do nowotworów. Najbardziej znanym przykładem uszkadzania składników komórek przez reaktywne formy tlenu jest peroksydacja lipidów. W żywym organizmie „jełczeją” wielonasycone kwasy tłuszczowe wchodzące w skład błon komórkowych. A przecież to błona komórkowa, z jednej strony, chroni komórkę przed niebezpieczeństwami, a z drugiej strony, zapewnia dopływ wszystkiego, co niezbędne komórce do normalnego życia.
Oczywiście organizm nie jest bezbronny wobec szkodliwych działań reaktywnych form tlenu. Każda komórka ma do dyspozycji nie tylko enzymy obronne rozkładające wolne rodniki, ale także związki, które, jak kaskaderzy, wystawiają się na działanie reaktywnego tlenu, w ten sposób chroniąc przed nim cząsteczki komórki naprawdę ważne. Nazywa się je przeciwutleniaczami lub antyoksydantami, ponieważ zapobiegają przede wszystkim reakcjom utleniania. Należą do nich: witaminy A,C,E; a także glutation. Są nimi też kwas moczowy i bilirubina (produkty przemiany materii). Dzięki specyficznym białkom wiążącym jony żelaza lub miedzi (niezbędne do powstania rodnika wodorotlenowego),w płynach ustrojowych zdrowego człowieka nie wykrywa się znaczących ilości wolnych jonów żelaza i miedzi. Organizm broni się przed wolnymi rodnikami także w sposób pośredni, naprawiając, bądź eliminując te składniki komórek, które zostały uszkodzone. Naprawia się przede wszystkim DNA, co zapewniają wyspecjalizowane układy azotowe i nukleotydy, które są następnie wydalane z moczem. Każdego dnia reaktywne formy tlenu uszkadzają przeciętnie 10 tys. razy DNA w każdej komórce człowieka. Ponieważ w ludzkim ciele bezustannie powstają reaktywne formy tlenu, organizm może funkcjonować prawidłowo tylko wtedy, gdy mechanizmy obronne są wystarczająco sprawne. Ich efektywność maleje z wiekiem. Powstawanie reaktywnych form tlenu jest nieuniknioną konsekwencją własności chemicznych cząsteczek, z których zbudowany jest organizm. Organizm potrafi je wykorzystać także do celów pożytecznych, na przykład obrony przed mikroorganizmami czy pasożytami. Organizm działa sprawnie, gdy istnieje równowaga między szkodliwymi reaktywnymi formami tlenu a pożytecznymi antyoksydantami.
Organizm działa sprawnie, gdy istnieje równowaga między szkodliwymi reaktywnymi formami tlenu a pożytecznymi antyoksydantami.
Zaburzenia tej równowagi określa się mianem stresu oksydacyjnego. Umiarkowany stres towarzyszy wielu sytuacjom życiowym uważanym za normalne. Na przykład intensywny wysiłek oznacza kilkudziesięciokrotny wzrost intensywności oddychania i tym samym odpowiedni wzrost szybkości wytwarzania O2-.
Także paląc papierosy przy każdym zaciągnięciu się wprowadzamy do płuc około 1015 wolnych rodników. Pijąc alkohol zwiększamy poziom wytwarzania reaktywnych form tlenu przez enzymy metabolizujące etanol, zwłaszcza w wątrobie. Stres oksydacyjny związany jest z wieloma chorobami np. miażdżyca – utlenianie lipoprotein osocza krwi przez reaktywne formy tlenu jest jednym z najważniejszych etapów powstawania tej choroby. U chorych na cukrzycę bardzo często dochodzi do groźnych powikłań, na przykład w postaci uszkodzenia siatkówki czy nerek. Częściowo odpowiedzialne są za to reaktywne formy tlenu, które z powodu podwyższonego poziomu glukozy wytwarzane są w nadmiarze. Reaktywne formy tlenu, uszkadzając DNA, przyczyniają się do powstawania nowotworów. Mutacje genu kodującego dysmutazę ponadtlenkową związane są z nieuleczalną dotąd chorobą – stwardnieniem bocznym zanikowym. Także w chorobie Aizheimera pojawiają się duże ilości reaktywnych form tlenu, które wytwarzane są przez złogi amyloidu, białka obecnego w mózgu chorych osób. U osób zainfekowanych wirusem HIV wyraźnie spada stężenie ważnego antyoksydanta – glutationu w zaatakowanych komórkach układu odpornościowego.
Do powstawania reaktywnych form tlenu w organizmach żywych przyczynia się skażenie ozonem,NO,NO2,dymem tytoniowym. Ozon występujący w warstwie atmosfery ma wielkie pożyteczne znaczenie w naszym życiu (chroni nas przed szkodliwym promieniowaniem UV). Ale ozon znajduje się również w przyziemnej warstwie atmosfery. W „naturalnych” warunkach występuje w małych ilościach w powietrzu wdychanym (0,03 ppm). Na skutek niektórych rodzajów ludzkiej działalności wzrasta stężenie przyziemnej warstwy ozonu do tego stopnia, że staje się on szkodliwy dla naszego zdrowia, dla zwierząt, roślin i materiałów codziennego użytku.