+Badanie aktywności wybranych oksydoreduktaz
Łańcuch oddechowy jest jednym z głównych źródeł reaktywnych form tlenu (jak anionorodnik ponadtlenkowy - O2-Ⴗ, nadtlenek wodoru - H2O2, czy rodnik hydroksylowy - OHႷ ). Ponieważ powstawanie reaktywnych form tlenu jest procesem nieuniknionym i zachodzącym w warunkach fizjologicznych we wszystkich komórkach aerobowych, organizmy aerobowe wykształciły system obrony, aby uniknąć toksycznych skutków metabolizmu tlenowego. W skład tego systemu wchodzi zarówno układ enzymatyczny, jak i cały szereg niskocząsteczkowych związków o działaniu antyoksydacyjnym (jak glutation - GSH, witaminy A, C, E, melatonina itd.). Enzymatyczny układ antyoksydacyjny człowieka składa się z kilku enzymów współdziałających ze sobą w celu zneutralizowania reaktywnych form tlenu, zanim dojdzie do uszkodzenia ważnych struktur komórkowych. Do enzymów tych należą:
dysmutaza ponadtlenkowa (SOD; EC 1.15.1.1):
O2-Ⴗ + O2-Ⴗ + 2 H+ H2O2 + O2
katalaza (CAT; EC 1.11.1.6):
H2O2 + H2O2 2H2O + O2
peroksydaza glutationowa (GSH-Px; EC 1.11.1.9):
H2O2 + 2GSH H2O + H2O + GSSG
lub
ROOH + 2GSH ROH + H2O + GSSG
reduktaza glutationowa (GR; EC 1.6.4.2):
GSSG + NADPH + H+ 2GSH + NADP+
Pierwszym enzymem obrony antyoksydacyjnej organizmu jest dysmutaza ponadtlenkowa, przekształcająca w reakcji dysmutacji anionorodnik ponadtlenkowy w mniej toksyczny dla komórki nadtlenek wodoru i cząsteczkę O2. W organizmie człowieka znajdują się trzy rodzaje SOD: dwa enzymy zawierające w cząsteczce miedź i cynk: cytozolowy (Cu,ZnSOD) i pozakomórkowy (EC-SOD), oraz enzym zawierający w cząsteczce mangan (MnSOD), występujący w matrix mitochondrialnym. SOD, współpracując z CAT i GSH-Px, które z kolei rozkładają H2O2, zapobiega powstawaniu najgroźniejszego dla organizmu rodnika hydroksylowego - OHႷ.
Katalaza przeprowadza reakcję dysmutacji nadtlenku wodoru do cząsteczki H2O i O2. Enzym ten jest obecny we wszystkich tkankach i narządach; jest metaloproteiną, zawierającą w swojej cząsteczce żelazo - w centrum aktywnym posiada ugrupowanie hemowe.
Peroksydazy glutationowe katalizują redukcję nadtlenku wodoru, a także ponadtlenków organicznych (ROOH) przy udziale zredukowanego glutationu (GSH), który w reakcji ulega utlenieniu do diglutationu (GSSG). Peroksydazy glutationowe są selenobiałkami, zawierają bowiem w swoim centrum aktywnym aminokwas - selenocysteinę.
Reduktaza glutationowa katalizuje redukcję utlenionego glutationu, który powstaje w wielu różnych reakcjach enzymatycznych. Enzym zawiera silnie związaną cząsteczkę FAD w centrum aktywnym - GR jest flawoenzymem, zużywającym NADPH do redukcji GSSG.
Laboratorium 11 Ł A Ń C U C H O D D E C H O W Y I
U K Ł A D A N T Y O K S Y D A C Y J N Y
Ćwiczenie 1: Wykrywanie aktywności oksydazy cytochromowej
Zasada:
Występowanie oksydazy cytochromowej w tkankach można wykazać przy pomocy reakcji z odczynnikiem NADI (p-fenylenodiamina z α-naftolem, zmieszane w stosunku 1:1). W obecności oksydazy cytochromowej zachodzi utlenienie p-fenylenodiaminy - powstaje fioletowa barwa roztworu.
Wykonanie:
Bezpośrednio przed użyciem przygotuj odczynnik NADI, mieszając p-fenylenodiaminę z α-naftolem w stosunku 1:1 (1 mL + 1 mL).
Do 4 probówek odmierz podane w tabelce objętości poszczególnych roztworów.
Zawartość probówki nr 4 przed dodaniem NADI należy zagotować (wstawić na 5 min. do wrzącej łaźni wodnej), a następnie ostudzić!
probówka nr |
wyciąg z ziemniaka [mL] |
0,1 M bufor fosforanowy pH 7,4 [mL] |
woda dest. [mL] |
roztwór NaCN |
NADI [mL] |
1 |
2,0 |
2,0 |
0 |
0 |
0,2 |
2 |
2,0 |
2,0 |
0 |
3 krople |
0,2 |
3 |
2,0 |
2,0 |
0,2 |
0 |
0 |
4 |
2,0 |
2,0 |
0 |
0 |
0,2 |
|
zagotuj i ostudź |
|
|
|
UWAGA: NaCN to silna trucizna!
Zawartość probówek wymieszaj starannie i zostaw w temperaturze pokojowej na 20 min.
Zaobserwuj i zanotuj wyniki doświadczenia oraz sformułuj wnioski.
Ćwiczenie 2: Wykrywanie aktywności katalazy
Zasada:
Tlen, powstający w wyniku rozkładu nadtlenku wodoru przez katalazę, wydziela się z roztworu powodując jego silne pienienie.
Wykonanie:
Do 3 probówek dodaj podane w tabelce objętości poszczególnych roztworów.
Zawartość probówki nr 3 przed dodaniem H2O2 należy zagotować (wstawić na 5 min. do wrzącej łaźni wodnej), a następnie ostudzić!
probówka nr |
hemolizat [mL] |
0,1 M bufor fosforanowy pH 7,4 [mL] |
roztwór NaCN |
3% roztwór nadtlenku wodoru |
1 |
0,1 |
2,0 |
0 |
10 kropli |
2 |
0,1 |
2,0 |
3 krople |
10 kropli |
3 |
0,1 |
2,0 |
0 |
10 kropli |
|
zagotuj i ostudź |
|
|
UWAGA! NaCN to silna trucizna!
Zaobserwuj i zanotuj wyniki doświadczenia oraz sformułuj wnioski.
Ćwiczenie 3: Oznaczanie aktywności peroksydazy glutationowej
Zasada:
Metoda jest oparta na reakcji przebiegającej w dwóch etapach. W etapie I peroksydaza glutationowa (GSH-Px) reaguje z nadtlenkiem tert-butylu (t-BOOH) i zredukowanym glutationem (GSH), w wyniku czego GSH ulega utlenieniu do formy GSSG. Etap drugi polega na redukcji GSSG do GSH przez enzym - reduktazę glutationową (GR) - przy udziale NADPH+H+ jako reduktora. Utlenianie NADPH+H+ powoduje spadek absorbancji przy długości fali 340 nm, co jest mierzone spektrofotometrycznie. Aktywność GSH-Px oblicza się na podstawie ubytku zredukowanej formy koenzymu w czasie (sprzężony test Warburga).
reakcja 1: t-BOOH + 2 GSH t-BOH + GSSG
reakcja 2: GSSG + NADPH + H+ 2 GSH + NADP+
Wykonanie:
1. Wykonaj próbę odczynnikową - do kuwety dodaj kolejno:
1200 μL buforu fosforanowego o pH 7,0, zawierającego 5 mM EDTA
50 μL wody dest.
100 μL roztworu GSH
100 μL roztworu NADPH
5 μL roztworu GR
Po wymieszaniu próbę inkubuj przez 5 min. w temp. pokojowej. Następnie dodaj 50 μL roztworu t-BOOH, znowu wymieszaj i mierz zmiany absorbancji co minutę przez 5 min. przy długości fali λ = 340 nm. Pomiary wykonuj względem buforu fosforanowego (próba ślepa).
2. Wykonaj próbę badaną - do kuwety dodaj kolejno:
1200 μL buforu fosforanowego o pH 7,0, zawierającego 5 mM EDTA
50 μL osocza
100 μL roztworu GSH
100 μL roztworu NADPH
5 μL roztworu GR
Po wymieszaniu próbę inkubuj przez 5 min. w temp. pokojowej. Następnie dodaj 50 μL roztworu t-BOOH, znowu wymieszaj i mierz zmiany absorbancji co minutę przez 5 min. przy długości fali λ = 340 nm. Pomiary wykonuj względem buforu fosforanowego (próba ślepa).
3. Oblicz aktywność peroksydazy glutationowej w osoczu, korzystając z poniższego wzoru:
GSH-Px [U/L] = (Δ A - Δ Aodcz) × 4839
Δ A - średnia zmiana absorbancji próby badanej na minutę
Δ Aodcz - średnia zmiana absorbancji próby odczynnikowej na minutę
4839 - współczynnik kalibracji, uwzględniający objętość mieszaniny inkubacyjnej, molowy współczynnik absorbancji i przeliczenie jednostek na wymagane w międzynarodowej jednostce enzymatycznej
ĆWICZENIE 4. Oznaczanie aktywności ceruloplazminy metodą Ravina.
Ceruloplazmina (Cp) jest miedzioproteiną wykazującą aktywność oksydoreduktazy żelazo (II): O2. Enzym ten katalizuje przenoszenie 4 elektronów na cząsteczkę O2, przy czym powstaje bezpośrednio cząsteczka H2O. Cp jest główną oksydazą występującą w osoczu krwi i jej fizjologicznymi substratami w organizmie są adrenalina, noradrenalina, dihydroksyfenyloalanina i kwas askorbinowy. Cp wykazuje aktywność ferrooksydazy, katalizującej utlenianie żelaza w organizmie.
Zasada:
Dobrym substratem dla ceruloplazminy jest p-fenylenodiamina (PPD). W pierwszym etapie reakcji powstaje kompleks enzym-substrat dzięki połączeniu miedzi enzymu z elektonami π pierścienia aromatycznego PPD. Następnie dochodzi do przeniesienia elektronów z substratu na enzym, przy czym Cu (II) zostaje zredukowana do Cu (I), a z PPD powstaje wolny rodnik. Cu (I) w Cp jest utleniana przez tlen, a rodnik powstały z PPD ulega dalszym przemianom, tworząc barwny fioletowy produkt, utworzony z 3 cząsteczek substratu (zasada Bandrowskiego).
Wykonanie:
1. Przygotuj 2 ponumerowane probówki i postępuj zgodnie z poniższą tabelą:
|
próba badana |
próba kontrolna |
1. |
dodaj po 4 mL buforu octanowego o pH 5,5 |
|
2. |
preinkubuj przez 15 min. w łaźni wodnej o temp. 37°C |
|
3. |
- |
dodaj 0,5 mL 0,5% azydku sodu (NaN2) |
4. |
dodaj po 50 μL surowicy |
|
5. |
dodaj po 0,5 mL 0,5% roztworu PPD, dokładnie wymieszaj |
|
6. |
inkubuj przez 60 min. w łaźni wodnej o temp. 37°C |
|
7. |
dodaj 0,5 mL 0,5% azydku sodu, dokładnie wymieszaj |
- |
2. Zmierz absorbancję próby badanej przy długości fali λ = 530 nm względem próby kontrolnej (próba ślepa).
3. Oblicz aktywność ceruloplazminy według wzoru:
Cp [U/L] = A530nm ×2644
2644 - współczynnik kalibracji, uwzględniający objętość mieszaniny inkubacyjnej, molowy współczynnik absorbancji i przeliczenie jednostek na wymagane w międzynarodowej jednostce enzymatycznej
GR
GSH-Px
GSH-Px
CAT
SOD
peroksydaza
glutationowa
reduktaza
glutationowa