Biochemie stárnutí - Volné radikály a antioxidanty. Petr Tůma

HTML
DOWNLOAD

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Biochemie stárnutí - Volné radikály a antioxidanty. Petr Tůma"

Miluše Moravcová
před 6 lety
Počet zobrazení:

1 Biochemie stárnutí - Volné radikály a antioxidanty Petr Tůma

Kyslík původ 2 fotosyntéza 6C 2 + 12H 2 C 6 H

protonu zásada + H + kyselina oxidačně-redukční

2 Kyslík původ 2 fotosyntéza 6C H 2 C 6 H H první sinice produkující 2 před 2 miliardami let aerobní metabolismus Dvě základní rovnováhy acidobazická předávání protonu zásada + H + kyselina oxidačně-redukční předávání elektronu oxidovaná forma + e - redukovaná forma

3 Reaktivní formy kyslíku = reactive oxygen species - RS postupná čtyřelektronová redukce 2 na vodu 2 + 4e - + 4H + 2H 2 superoxid (radikál) 2 + e peroxid vodíku e - + 2H + H 2 2 hydroxylový radikál voda H e - H - + H H + e - H -

4 Zdroje a funkce superoxidu 1. Respirační řetězec mitochondrií aerobní fosforylace 1-4% 2 redukováno neúplně - vznik RS komplex I (NADH ubichinonreduktáza) komplex III (ubichinol: cytochrom c- reduktáza) 2. Cytochrom P-450 a monooxygenázy v endoplazmatickém retikulu jater cytochrom P biotransformace xenobiotik, oxidace ethanolu monooxygenasy - syntéza cholesterolu a žlučových kyselin 3. Specializované buňky leukocyty, makrofágy NADPH oxidáza v cytoplazmatické membráně baktericidní ochranný systém myeloperoxidáza produkce HCl 4. xidace hemoglobinu na methemoglobin

Zdroje H 2 2 dizmutace superoxidu: 2 2 - + 2H + = 2 + H 2 2 samovolná enzym

glutathionoxidáza, xantinooxidáza peroxizómy spotřebovávají 2 a tvoří peroxid

5 Zdroje H 2 2 dizmutace superoxidu: H + = 2 + H 2 2 samovolná enzym superoxiddizmutáza přímá redukce 2 působením oxidáz monoaminooxidáza, glutathionoxidáza, xantinooxidáza peroxizómy spotřebovávají 2 a tvoří peroxid oxidace ethanolu, fenolů, formaldehydu ω-oxidace dlouhých (> C18) a větvených mastných kys.

Neenzymové zdroje RS 1. chinonová antibiotika adriamycin, daunomycin, streptonigrin,... 2.

6 Neenzymové zdroje RS 1. chinonová antibiotika adriamycin, daunomycin, streptonigrin, pyridiniové herbicidy paraquat, diquat poškození plic, kůže adriamycin paraquat 3. nízkomolekulární komplexy Fe s fosfáty, nukleotidy komplexy s ATP, ADP

7 Reaktivní formy dusíku oxid dusnatý oxid dusnatý významný druhý posel antimikrobiální účinky makrofágy vazodilatátor syntázy oxidu dusnatého NS NS I mozková NS II makrofágová NS III endotelová H 2 N C NH H 2 N CH CH arginin H NH 2 N 2 + NADPH C NH N H 2 N CH CH citrulin peroxynitrit N = N - významné oxidační činidlo oxidace aminokyselin v proteinech antimikrobiální účinky makrofágy

8 Antioxidační ochranný systém 1. omezení tvorby nadměrného množství RS a RNS regulace aktivity enzymů vychytání tranzitních prvků z reaktivních míst 2. zachycení a odstranění vzniklých radikálů vychytávače, lapače, zhášeče enzymy, látky tvořící s radikály stálejší produkty 3. obecné reparační mechanismy poškozených makromolekul fosfolipázy reparační enzymy DNA proteolýza oxidačně poškozených proteinů

9 Enzymové antioxidační systémy superoxiddizmutáza SD 2 - H 2 2 kataláza + Fe 2+ H 2 + ½ 2 H + Fe 3+ + H - NADPH+H + 2 GSH glutathionperoxidáza GSHPx NADP + GSSG 2 H 2

10 Superoxiddizmutáza SD zrychluje dizmutaci superoxidu deset-tisíckrát přítomna ve většině aerobních buněk i extracelulární tekutině několik izoenzymů s různými kofaktory: Cu, Zn, Mn, Fe Typy superoxiddizmutázy mitochondriální (SD2 nebo MnSD) nejdůležitější vyřazení u myší vyvolává smrt brzy po narození u prokaryot a v mitochondriální matrix cytoplasmatická (SD1 nebo CuZnSD) v cytosolu a mezimembránovém prostoru mitochondrií její vyřazení snížená délka života, rozvoj degenerativních onemocnění spojených se stářím karcinogenese extracelulární (SD3 nebo ECSD) vyřazení pouze minimální efekt

11 Glutathionperoxidáza odstranění intracelulárních hydroperoxidů selenoproteiny selenocystein v aktivním centru 2 GSH + RH = GSSH + H 2 + RH 1. cytosolová GSH glutathionperoxidáza (cgpx) rozkládá hydroperoxidy mastných kyselin po uvolnění z lipidů, H fosfolipidhydroperoxid-gsh-peroxidáza (PHGPx) redukuje fosfolipidové hydroperoxidy přímo v plazmatické membráně bez uvolnění mastných kyselin z fosfolipidů Kataláza - KAT dizmutace peroxidu vodíku: 2 H H inaktivace H 2 2 v peroxizómech a mitochondrii hepatocytu, cytoplasma erytrocytu

12 Vysokomolekulární endogenní antioxidanty Proteiny vážící volné Fe a Cu = inaktivace tranzitních kovů transferin váže Fe 3+ v plazmě feritin intracelulární, má ferooxidázovou aktivitu, zásobárna Fe v buňce haptoglobin vychytává extracelulární hemoglobin ceruloplazmin v plazmě váže Cu albuminy váží SH skupinami Cu metalothioneiny váží ionty kovů v jádře

13 Nízkomolekulární antioxidanty rozpustné ve vodě kyselina askorbová vitamín C glutathion kyselina močová kyselina lipoová rozpustné v tucích karotenoidy a vitamín A α-tokoferol vitamín E ubichinol koenzym Q

14 Kyselina askorbová vitamin C derivát monosacharidů vyskytující se u živočichů i rostlin význam: syntéza kolagenu, vznik hydroxyprolinu redukuje radikály 2 -, H, H, R, N 2 přechází na hydroaskorbát (askorbylový radikál) regenerace redukcí NADH nebo dizmutuje na askorbát a dehydroaskorbát v kombinaci s Fe působí prooxidačně redukuje Fe 3+ na Fe 2+ vstřebávání Fe ve střevě H H H CH H H CH H + H 2 CH H H H kyselina askorbová H askorbylový radikál kyselina dehydroaskorbová

15 a tokoferol a vitamin E skupina 8 izomerů nejvýznamnější a-tokoferol nejvýznamnější lipofilní antioxidant antioxidant biologických membrán redukuje alkylperoxylové radikály L lipidů na hydroperoxidy ty poté redukovány glutathionperoxidázou přechází na málo reaktivní tokoferylový radikál regenerace askorbátem výskyt obiloviny, játra, vejce CH 3 CH 3 H R H 3 C CH 3 R-- R H 3 C CH 3 + R---H CH 3 CH 3 a-tokoferol tokoferylový radikál

Ubichinon/ubichinol koenzym Q10 součást dýchacího řetězce v mitochondriích antioxidant v mitochondriích a membránách (společně s tokoferolem) částečně syntetizován, částečně přijímán potravou se

16 Ubichinon/ubichinol koenzym Q10 součást dýchacího řetězce v mitochondriích antioxidant v mitochondriích a membránách (společně s tokoferolem) částečně syntetizován, částečně přijímán potravou se stářím klesá obsah v mitochondriích srdeční selhání infarkt myokardu ateroskleróza Karotenoidy, b-karoten a vitamin A chemicky izoprenoidy odstraňují radikály centrované na uhlík a L v lipidech CH 3 CH 3 CH 3 H 3 C CH 3 CH 3 CH 3 b - karoten CH 3 CH 3 CH 3

17 Glutathion GSH tripeptid- g-glutamylcysteinylglycin syntetizován v těle nejvýznamnější intracelulárni redoxní pufr 2 GSH = GSSG + 2H + + 2e - neenzymově odstraňuje RS H, R, R udržuje v redukované formě SH skupiny proteinů, cysteinu, CoA, regeneruje askorbát substrát glutathionperoxidáz HC CH C NH CH C NH CH NH 2 glutathion SH

18 Kyselina močová konečný produkt odbourávání purinů u člověka a primátů nejdůležitější antioxidant plazmy vychytává R, HCl, váže Fe a Cu hyperurikémie nebezpečná, dna Kyselina lipoová kofaktorem pyruvátdehydrogenázy a a- ketoglutarátdehydrogenázového komplexu antioxidant R, askorbylového radikálu, H, N, 2 - S S CH CH kyselina lipoová

19 Prolomení antioxidační ochrany oxidační stres porušení rovnováhy mezi vznikem a odstraňováním RS a RNS nadměrná produkce radikálů nedostatečná antioxidační ochrana příčiny nadměrné produkce RS a RNS reoxygenace tkáně po ischemii po příjmu oxidoredukčně aktivních xenobiotik uvolněním Fe a Cu z vazeb na zásobní proteiny nadměrná produkce N a překročení kapacity SD N = peroxynitrit - silný oxidant

20 Klíčová úloha Fe při oxidačním poškození organismu Fentonova reakce Fe 2+ + H 2 2 = Fe 3+ + H + H - katalytická schopnost Fe v aktivních centrech enzymů substrát vybrán ku prospěchu organismu Fe takto reaguje i při nespecifické vazbě na proteiny, lipidy, NK po úniku z transferinu a feritinu poškození molekul lidské tělo 4 gramy Fe v oxidoreduktázách nepatrná část 70% v hemoglobinu, 10% v myoglobinu

21 Peroxidace lipidů - LP in vitro žluknutí olejů autooxidační radikálová reakce in vivo peroxidace lipidů - polyenové mastné kyseliny 1. neenzymová vyvolána nespecifickými patologickými faktory štěpení MK na uhlovodíky ethan, pentan a aldehydy snížení fluidity membrán 2. enzymová hydroperoxydázami produkce biologicky aktivních prostaglandinů

22 H H R lipid H H - H 2 R alkylový radikál R H 2 R peroxylový radikál H Fe R alkoxylový radikál H H R C 2 H 6 alkan alkenal

23 Poškození DNA reakce s H vyjmutí H z deoxyribózy přerušení řetězce adice s bázemi hydroxy- a oxoderiváty NH 2 H H N N H N N H N H N N H 8-hydroxyadenin H 2 N N N H 8-hydroxyguanin H N 5-hydroxyuracil

24 Poškození proteinů oxidace aminokyselinových zbytků methionin methioninoxid cystein kys. cysteinová arginin aldehyd kys.glutamové prolin kys.glutamová hydroxylace AMK aromatické AMK produkty lipoperoxidace vazba na NH 2 lyzinu - agregace poškození NH 2 skupin v místech vazby na Fe

25 Diabetes mellitus a neenzymatická glykace proteinů vysoká koncentrace glukózy reaktivní látka váže se na NH 2 skupiny proteinů neenzymová glykace Maillardovy reakce časná hodiny Shiffovy báze = aldimin přechodná dny Amadoriho produkty fruktosaminy = ketoamin pokročilá týdny, měsíce propojování řetězců advanced glycation end products AGE glykovaný hemoglobin dlouhodobá kontrola glykémie u diabetiků zpětně 2-3 měsíce fyziologicky méně než 4% kompenzovaný DM 5% potřeba změny terapie více než 6%

Podobné dokumenty

Antioxidanty vs. volné radikály

Antioxidanty vs. volné radikály Souboj dobra a zla? Jana Kubalová Brainstorming Volné radikály Antioxidanty Volné radikály jakákoliv molekula, atom nebo ion s nepárovými elektrony ve valenční vrstvě vzniká