MENU

Mechanizmus účinku oxidačného stresu

23.8.2016 medicc
Pod pojmom oxidačný stres rozumieme narušenie rovnováhy medzi produkciou voľných radikálov a aktivitou antioxidačného systému. Uvedený stav zapríčiňuje buď nadmerná tvorba voľných radikálov, alebo zníženie celkovej antioxidačnej ochrany organizmu. Výsledkom uvedených zmien je poškodenie molekúl DNA, RNA, bielkovín a lipidov.

Za fyziologických podmienok sú ióny Fe uložené v proteínových štruktúrach, čím je tvorba voľných radikálov a ROS (reactive oxygen species) dostatočne regulovaná. Pôsobením niektorých xenobiotík môže dôjsť k oxidačnému poškodeniu bielkovín, a tým k uvoľneniu Fe z týchto štruktúr (napr. z hému účinkom H2O2).

 

Uvedeným spôsobom sa zvýši dostupnosť Fe s katalytickým účinkom, nevyhnutným pre vznik HO·(hydroxylový radikál) a ROS . Nadmerná kumulácia iónov Fe v bunkách môže následne indukovať rôzne metabolické poruchy a poškodenia tkanív a orgánov

biology-9

 

Miera poškodenia buniek oxidačným stresom


Oxidačný stres zapríčiňuje okrem nadmerného uvoľňovania iónov Fe aj zvyšovanie intracelulárnej koncentrácie iónov vápnika (Ca2+). Predpokladá sa, že zvýšená koncentrácia Ca2+ môže súvisieť s fragmentáciou molekuly DNA prostredníctvom aktivácie endonukleáz.

 

Miera poškodenia buniek oxidačným stresom závisí od nasledovných faktorov:


a) druh poškodzovanej molekuly (proteíny, lipidy, nukleové kyseliny),
b) mechanizmus, akým sa poškodzovanie uskutočňuje (chémia fentonového typu, indukcia liekom alebo xenobiotikom, aktivácia enzýmom),
c) typ oxidačného stresu.

 

Peroxidácia lipidov

 

Peroxidácia lipidov je charakterizovaná ako oxidačné poškodenie polynenasýtených vyšších karboxylových kyselín (vyššia nenasýtená karboxylová kyselina, VNKK), ktoré sú zložkou membránových fosfolipidov. Výsledkom je tvorba hydroperoxidov lipidov membrán a sekundárnych metabolitov v autokatalytickom a nekontrolovanom procese.

 

Produktmi peroxidácie lipidov sú  najmä 4-hydroxy-2-nonenal a malonylaldehyd, ktoré sú relatívne stabilné a sú schopné difundovať a reagovať s cieľovými štruktúrami vo svojom okolí. Peroxidácia polynenasýtených lipidov v bunkovej membráne má za následok poškodenie integrity membrány a zhoršenie funkcie membránových proteínov.

seeds-1498


Vo všeobecnosti pri peroxidácii lipidov platí, že čím je vyššia karboxylová kyselina viac nenasýtená, tým je citlivejšia na oxidačné poškodenie. Vyššie karboxylové kyseliny len s jednou dvojitou väzbou (napr. kyselina olejová 18:1) sa lipoperoxidáciou takmer nepoškodzujú, oxidujú sa len za extrémnych podmienok. Vhodnými substrátmi pre oxidačné poškodenie sú kyseliny s dvomi a viacerými dvojitými väzbami, napr. kyselina linolová (18:2), linolénová (18:3), arachidónová (20:4) a dokozahexánová (22:6).

 

Oxidačné poškodenie bielkovín

 

Významným cieľom pôsobenia voľných radikálov sú bielkoviny, zložené z niekoľkých aminokyselinových jednotiek, ktoré sú vhodnými substrátmi pre oxidanty. Reaktívne metabolity kyslíka môžu modifikovať tieto aminokyselinové jednotky za postupnej zmeny ich konformácie, čo následne môže indukovať zmenu, príp. až vymiznutie ich biologickej funkcie.

 

Oxidačné poškodenie proteínov sú najviac citlivé v nich obsiahnuté sulfhydrylové skupiny. Výsledkom oxidačného poškodenia uvedených skupín môže byť inaktivácia enzýmu alebo zmena sekundárnej až kvartérnej štruktúry bielkoviny. V iných prípadoch môžu zmenené funkčné skupiny aminokyselín vytvárať medzi sebou navzájom alebo s inými látkami (napr. s aldehydmi a hydroxyaldehydmi) krížové väzby, čím sa úplne zmení pôvodná podstata proteínu.

 

Za primárne produkty oxidačného poškodenia proteínov môžeme považovať karbonylové deriváty (aldehydy a ketóny) a nitro-deriváty.

skeleton-study-1

Oxidačne poškodené proteíny sa odstraňujú proteolytickými enzýmami v procese hydrolýzy. Uvedeným procesom sa však nemusia hydrolyzovať všetky poškodené proteíny. Nahromadenie oxidačne poškodených proteínov v organizme môže pôsobiť prooxidačne, a tak spôsobiť poškodenia i ďalších makromolekúl (napr. DNA).

 

Oxidačné poškodenie DNA

 

Na oxidačné poškodenie sú citlivé aj nukleové kyseliny. Mnohé chemické, ale aj fyzikálne faktory indukujú oxidačné poškodenia DNA (t.j. závažné poškodenie genetického materiálu bunky) buď priamo, alebo nepriamo v dôsledku oxidačného stresu. Primárnou reakciou HO· s DNA nastáva odobratie atómu vodíka z molekuly deoxyribózy, čo zapríčiní deštrukciu sacharidu a štiepenie reťazcov dvojzávitnice DNA.

 

Hydroxylový radikál je taktiež schopný sa pripojiť k purínovým a pyrimidínovým bázam, a tak ich oxidovať za vzniku hydroxyderivátov a oxoderivátov.  Za najzávažnejšie oxidačné poškodenie môžeme považovať oxidáciu guanínu v polohe C8, ktorá spôsobuje mutácie v DNA. Oxidácia dusíkatých báz je príčinou indukcie apoptózy (t.j. programovanej smrti) buniek, mutácií, karcinogenézy a starnutia organizmu.

dnamarker

Ochorenia indukované v dôsledku účinku oxidačného stresu

 

Oxidačný stres zapríčiňuje starnutie organizmu a spôsobuje vznik rôznych ochorení.  Môžeme ich  kategorizovať do troch hlavných skupín:


a) ochorenia spojené s neopláziou buniek: hematologické a onkologické ochorenia,
b) metabolické poruchy: obezita a diabetes mellitus,
c) neurodegeneratívne ochorenia: Alzheimerova a Parkinsonova choroba.


K ďalším ochoreniam patrí reumatická artritída či ďalšie degeneratívne ochorenia. Predpokladá sa, že oxidačný stres zohráva významnú úlohu aj v patogenéze viacerých pediatrických ochorení, ako je napr. Downov syndróm, Hyperkinetická porucha aktivity a pozornosti (Attention Deficit Hyperactivity Disorder, ADHD), epilepsia, schizofrénia a iné. 

  • Zdroj informácií: CECONI, A. - BORASO, A. - CARGNONI, R. - FERRARI, R. 2003. Oxidative stress in cardiovascular disease: myth er fact. In: Arch biochem Biophys, vol. 420, 2003, p. 217-221. DEAN, R.T. - ARMSTRONG, S. - FU, S. - JESSUP, W. 1994. Oxidesed proteins and their enzymatic proteolysis in eucaryotic cells: A critical appraisal. In: Nohl, H. - Esteubauer, H. - Rice-Evans, C.: Free Radicals in the environment, medicine and toxicology. London: The Richelieu Press, 1994, p. 47–79. ĎURAČKOVÁ, Z. – BERGENDI, Ľ. – ČÁRSKY, J. – FERENČÍK, M. – GARAJOVÁ, I. – HALČÁK, L. – LIPTÁKOVÁ, A. – MUCHOVÁ, J. – PECHÁŇ, I. – TURECKÝ, L. 1999. Voľné radikály a antioxidanty v medicíne II. Bratislava: Slovak Academic Press, 1999, 315 s. ISBN 80-88908-46-9 ĎURAČKOVÁ, Z. 1998. Voľné radikály a antioxidanty v medicíne I. Bratislava: Slovak Academic Press, 1998, 285 s. ISBN 80-88908-11-6 HOLLEY, A. E. - CHEESEMAN, K. H. - SLATER, T. F. 1993. Measuring free radicals reactions in vivo. In: Cheesemen, K. H. - Slater T. F.: Free radicals in Medicin. Edinburg-London-Madrid-Melbourne-New York-Tokyo: Churchill Livingstone, 1993, p. 494–505. KALIA, K. - FLORA, S. J. 2005. Strategies for sale and effective therapeutic measures for chronic arsenic and lead poisonning. In: Health, vol. 47, 2005, p. 1–27. MARÁKOVÁ, M. 2015. Antioxidanty a ich význam pre ľudský organizmus. Nitra, 49 s. OADES, R.D. 2002. Dopamine may be „hyper“ with respect to noradrenaline metabolism, but „hypo“ with respect to serotonin metabolism in children with ADHD. In: Behavior. Brain Research, vol. 130, 2002, p. 97–102. PECHÁŇOVÁ, O. 2007. Reaktívne formy kyslíka a význam antioxidačných látok pri hypertenzií, In: Via pract. ,vol. 1, 2007, p. 11–14. PELLI, K. - LYLY, M. 2003. Antioxidanty vo výžive. In: Výskumný ústav potravinársky, Bratislava, Správa pre spotrebiteľov, vol. 3, 2003, p. 4–15. PRIOR, R. - WU, X. - SCHAICH, K. 2005. Standardized methods for the determination of antioxidant capacity and phenolics in foods and dietary supplements. In: J.Agric, Food Chem., vol. 53, 2005, p. 4290–4302. RACEK, J. - EISELT, J. - OPATRNÝ, K. 2002. Přechodné prky a volné radikály. In: Čas. Lek. Čes., vol. 171, 2002, p. 479–482. RACEK, J. 2003. Oxidačný stres a možnosti jeho ovlivnění. Praha: Nakladatelství Galén, 2003, 90 s. ISBN 8072622315 RÁCZ, O. - ŠIPULOVÁ, A. - LOVÁSOVÁ, E. 2004. Význam oxidačného stresu v patobiochémii cievnych komplikácií diabetes mellitus. In. DIABETIK, vol. 4, 2004, p. 6–12. VALKO, M. - MORRIS, H. - CRONIN, M. T. D. 2005. Metals, toxicity ad oxidative stress. In: Current Med. Chemistry, vol. 12, 2005, p. 1161–1208. SIES, H. 1985. Oxidative stress. In: London, Academic Press, 1985, p. 1–7. STAFTMAN, E.R. 1992. Protein oxidation and aging. In: Science, vol. 25, 1992, p. 1220–1224. ŠTÍPEK, S. – BOROVANSKÝ, J. – ČEJKOVÁ, J. – HOMOLKA, J. – KLENER, P. – LUKÁŠ, M. – ŠPIČÁK, J. – TESAŘ, V. – ZEMAN, M. – ZIMA, T. – ŽÁK, A. 2000. Antioxidanty a volné radikály ve zdraví a v nemoci. Praha: Grada Publishing, spol. s r.o., 2000, 320 s. ISBN 80-7169-704-4 ŠTRBÁK, V. 2010. Patologická fyziológia. Bratislava: Slovenská zdravotnícka Univerzita, 2010, 164 s. ISBN 9788089352401
Mechanizmus účinku oxidačného stresu - 5.0 out of 5 based on 1 review
Páči sa?
Pridať komentár

Potrebujeme aj Vašu pomoc!

Ako aj Vy môžete pomocť ľuďom okolo seba?

Prispejte svojim článkom

Náš potrál je otvorený pre všetkých, ktorí sa chcú podeliť o svoje skúsenosti a životné príbehy.

Možno práve Vaša skúsenosť zlepší životy iných ľudí. Pridajte sa k nám.

Hľadáme odborné kapacity

Ak ste odborníkom na tému rakovina, vieme Vám poskytnúť priestor na našom portály.

Sme otvorený rôznym druhom spolupráce. Prosíme, kontaktujte nás.

Partneri

 

medicc logo

Upozornenie: V texte sa môžu vyskytovať chyby. Akékoľvek rozhodnutia týkajúce sa Vášho zdravia o ktorých ste sa dočítali na tejto stránke, konzultujte najprv so svojím lekárom.