Lipidperoxidáció

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
Lipidperoxidáció mechanizmusa.
Lipid kettősréteg kialakulása a felszíni, különböző méretű nanorészecskékkel borítva. Transzmembrán pórusok körüli képletek, részecskék mintegy 1-20 nm átmérőjek.[1]
Kémiai szerkezete a linolsavnak.
A lipidperoxidáció sszabadgyökös láncreakciója.
E-vitamin-membán.

Lipidperoxidáció (angol: lipid peroxidation;röv.: LP) az a folyamat, amelynek során a lipidmolekula szabadgyök-állapotba kerül, ekkor peroxi-szabadgyök keletkezik [2]. Azt a folyamatot, amikor a lipidszabadgyök állapotba hozzuk a lipidet szabadgyök iniciátor segítségével, ezáltal képes reakcióba lépni az oxigénnel és ennek eredményeként a reakció során peroxiszabadgyök keletkezik lipidperoxidációnak nevezzük[3]. Nem enzimatikus zsírsav-oxidáció a lipidperoxidáció. A lipidperoxidáció során a szabadgyök H+-iont von el a többszörösen telítetlen membrán zsírsavaitól (linolsav, linolénsav, arachidonsav és származékai) és a lipoprotein oldallánctól. A keletkezett lipid gyök igen reaktív, más lipid gyökök forrása lehet, illetve telítetlen zsírsavakkal reagálva lipidperoxidokat vagy ciklikus szerkezetű peroxidokat képez (izoprosztánok)[4].

Azok a biomolekulák, amelyeknek telítetlen kettőskötései vannak (pl. acil-láncok, zsírsavak, foszfolipidek, koleszterin) érzékenyek a patológiás gyökreakciók károsító hatásaira. Ennek több oka van: a PUFA-k α-metilén szénatomja a kettőskötések szénatomjai mellett igen könnyen reakcióba lépnek a szabadgyökökkel; a molekuláris oxigénnek hétszer nagyobb az oldékonysága az apoláros közegben, mint poláros fázisban; a molekuláris oxigénnek külső orbitálján párosítatlan elektronok vannak, amelyek révén az O2 könnyen iniciálhat szabadgyökös láncreakciókat[5]. Az LP során kelekező metastabil lipidperoxidok, aldehidek (pl. a malondialdehid), vagy más végtermékek (2-alkenálok, 4-hidroxil-2-alkenálok) is keletkeznek, amelyek noha nem szabadgyökök, mégis rendelkeznek bizonyos reaktivitással. Ezek relatív stabilitásuk révén a keringési rendszeren keresztül eljuthatnak a keletkezésük helyétől távol eső szövetekbe, így ott is súlyos károsodásokat okozhatnak. A lipidperoxidáció végtermékei a gáz halmazállapotú etán, pentán is többek között.

A lipid peroxidáció folyamatának fő szakaszai[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A zsírok in vivo (az öregedési pigmentekben a peroxidált lipidek) és in vitro (a zsírok avasodása) is oxidálódhatnak. Ha egy adott lipidet egy szabadgyök-iniciátor segítségével hidrogénelvonással lipid-szabadgyök (R•) állapotba hozunk, könnyebben képes reakcióba lépni a molekuláris oxigénnel. A folyamat során peroxiszabadgyök (ROO•) keletkezik a reakcióban. Ezt a folyamatot nevezzük lipidperoxidációnak. A peroxidációra főleg a PUFA-k hajlamosak, mivel a kettős kötés melletti ún. α-metilén szénatomjaik C-H kötése lazább, így részlegesen aktiváltnak tekinthetők. Az LP kezdeti lépéseként erről a szénatomról történik a hidrogénelvonás. Az α-metilén szénatom hidrogénjét allil-hidrogénnek is nevezik. A kezdeti lépések láncreakciót indítanak el, amely a környező molekulákat tovább károsíthatják. A lipidek autooxidációja során új C-C-kötések, és keresztkötések képződnek. Ezek főképp a membránok lipid-kettősrétegének sérülését eredményezhetik. Az autooxidációt meggyorsítja az egyes fémek jelenléte, mert fokozzák a hidroperoxidok bomlását. A láncreakcióban létrejövő, a fémek által is katalizált oxidációs lépésekben részt vesznek az egyébként kevésbé reakcióképes, nem lipid-típusú, más sejt- ill. membránalkotó vegyületek. Élettani körülmények között ez lassú folyamat, patológiás körülmények között azonban extrém felgyorsulása következhet be. A folyamat lépései:

  1. Iniciáció: szabadgyökös támadás, gyök képződés
  2. Propagáció: a szabadgyök képződés láncreakciószerű kiteljesedése
  3. Termináció: (kvázi)stabil gyökök és molekulák keletkezése

Lipid gyök kialakulása (iniciáció, bevezető szakasz)[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Terminális homolízissel[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Az iniciáció egyik reakciókomponense egy olyan lipidmolekula, amely már tartalmaz egy peroxid-csoportot, ilyen pl. a PUFA-hidroperoxid. Ebben a reakcióban PUFA-alkoxi- vagy PUFA-peroxi-gyökök képződnek. A kettős kötéssel szomszédos szénatomon gyökközpont jön létre, miután az iniciátor szabadgyök elvont egy hidrogént, ezzel szabad gyök állapota megszűnik, a lipidből pedig alkilgyök keletkezik. Konfigurációs változások jönnek létre azonnal. Önmagában lassú folyamat, annak ellenére, hogy következményesen iniciált reakció, és a katalízisben szereplő részben aktivált komponensek már eleve jelen vannak. E folyamatot is felgyorsítja a fémkatalízis. A reakcióban részt vevő vas pl. az oxidált hemből származhat.
R = RH = R-COOH + OH• vagy O2 --(-H+)--> R=R•=R-COOH + HOH

Lipid-hidroperoxid képződése nélkül lejátszódó iniciáció[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

LOOH-tól független folyamat. Ez a reakció önmagában nem zajlik le, mert kifejezetten endoterm, igen magas aktivációs energát igényel, élettani körülmények között ilyen nem jöhet létre, de bekövetkezhet, ha egy fémion katalizálja a folyamatot.
LH + O2 → L• + HO2

Lipid-peroxil gyök (propagáció, tovaterjedés szakasza)[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Az iniciáció után a propagáció következik amely több lépést foglal magában és közben nagyszámú szabadgyök jön létre. Az oxigén hozzáadódik az alkilgyökhöz, peroxigyök keletkezik. Ha az iniciáció hidrogénelvonással történt, és PUFA-alkil-gyök jött létre, a propagáció során következő lépésként arra két oxigénatom kapcsolódik. A propagáció lezajlása függ a reakcióelegyben lévő oxigén parciális nyomásától is. Ez alapján tehát, a lipidperoxidáció propagációs lépése magában foglalja a PUFA-metilén-hidrogén elvonását a PUFA-peroxigyök által. Ennek a folyamatnak a terméke a PUFA-hidroperoxid és a PUFA-alkilgyök. A PUFA-alkilgyökhöz ezután oxigén kapcsolódik és újraképződik a PUFA-peroxigyök. A propagáció egyik módosulata során egy PUFA-peroxigyök belülről generál egy cirkulációs folyamatot és PUFA-endoperoxid-gyök jön létre. Ez az ún. belső endoperoxid formáció. A PUFA-endoperoxid-gyökhöz O2 kapcsolódik és PUFA-endoperoxid-peroxigyök alakul ki. A PUFA-endoperoxid-peroxi-gyök részt vesz azután a propagáció lépéseiben hasonlóképpen, mint bármely más PUFA-peroxigyök. A belső endoperoxid formáció és a ß-helyzető C-atomhoz történı oxigén-kapcsolódás alakítja ki azt a tulajdonságot, hogy az endoperoxidok kimutathatóvá válnak a tiobarbitursavas módszerrel. Az endoperoxidok az ún. tiobarbitursav-reaktív anyagok. Felhalmozódásuk a lipidperoxidáció folyamatát és kiterjedését jelzi. A tiobarbitursavval oxo-, vagy dioxo-vegyületek is képesek reagálni, és sárgás-vöröses színű komplexet hoznak létre hevítés hatására savanyú közegben.
R=R•=R-COOH + O2 ----> R=ROO•=R-COOH

Lipid-peroxid (termináció, befejező szakasz)[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Az utolsó fázis a termináció, amelynek végtermékei nem szabadgyökök, de rendelkeznek bizonyos reaktivitással. Ilyen stabil termékek a kilélegzett levegőből mérhető etán és pentán, valamint a testfolydékokból és a szövetekből kimutatható metastabil tiobarbitursav-reaktív malondialdehid. További stabil termékek például a 8-epi-prosztaglandin-F2-α is. A biológiai membránokban a terminációs lépés reakcióiba beletartoznak a PUFA-gyökök és a membránalkotók (α-tokoferol, koleszterin, glutation, fehérjék) reakciói is.
R=ROO•=R-COOH + H+ ----> R=ROOH=R-COOH

A lipidperoxidáció citotoxikus termékek forrása[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Aldehidek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Malonaldehid.

A lipidhidroperoxidok bomlásából származnak. Az aldehidek aktívak lehetnek biológiailag, citotoxikus és mutagén is egyben. Továbbá ezek az aldehidek képesek a fehérjékben keresztkötéseket kialakítani, ami számos sejtalkotót képes inaktiválni, beleértve az enzimeket és a sejtmembránokat. A metastabil végtermékek közül a malondialdehidnek (MDA-nak) ismertek a károsító hatásai. Degradációjának két lehetséges útja van. Az egyik út az MDA oxidációja az aldehid-dehidrogenázok révén, egyéb metabolikus változások kíséretben, a másik út az ún. Schiff-bázisok képződése mellett, pl. a lizin ε-amino csoportjaival történı reakció révén jöhet létre . Ebben a reakcióban keresztkötések alakulhatnak ki különbözı enzimeken belül is. Kimutatták, hogy pl. a ribonukleáz-A-ban keresztkötések alakultak ki az MDA hatására csakúgy, mint más LP-t iniciáló anyag jelenlétében[6]. Az epében kóros állapotban felszaporodó telítetlen zsírsavak oxidációja következtében nagymennyiségű lipidperoxidációs termék, diénkonjugátum és malondialdehid mérhető a krónikus epekővel szövődött epehólyag-gyulladásban. A bilirubinnak, mint természetes antioxidánsnak a szerepe e folyamatban egyelőre kérdéses, de bakteriális fertőzés vagy steril gyulladás hatására szabad gyökök képződnek a betegek epehólyagjában [7].
CH2(CHO)2 → HOCH = CH-CHO

Izoprosztánok[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Arachidonsav.
Prostaglandin E1

A 8–epiprosztaglandin-F2α–8-izoprosztán rendelkezik biológiai aktivitással, mint lehetséges és jelentős pulmonális és renális érszűkítő. Arachidonsavnak (eikozanoidok) reaktív oxigén szabadgyök reakciójának hatására jön létre, majd foszfolipázok segítségével kerül szabad állapotban a keringésbe. Arachidonsav + O2-• ----> izoprosztánok + foszfolipáz ----> 8-izoprosztán

Szénhidrogének[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Az etán elsősorban az omega-3 zsírsavakból képződik (pl.912,15-linolénsav), míg a pentán elsősorban az n-6 telítetlen zsírsavakból származik (pl.9,12,15-linolein sav, arachidonsav) Etán (C2H6)pentán (C5H12)a kilélegzett levegő illékony gázfázisának a része. A kilégzett gázkeverék szervetlen és szerves molekulákat is tartalmaz. Ez utóbbi molekula családot illékony szerves molekuláknak nevezzük (Volatile Organic Compaunds). A gázok más részének megjelenése változó, így bizonyos kórállapotok egy-egy gáz-profillal jellemezhetők (például daganatos betegség).

A lipidperoxidáció sejtszintű következményei[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A sejtekben és a szövetekben létrejövő LP-s folyamatoknak számos toxikus hatása van, amelyek nagymértékben befolyásolják az élő szervezet működését, sőt gyakran morfológiai elváltozásokat is okoznak. A sejtek szintjén jelentkező LP okozta káros hatások jól körülhatárolhatók.

Membránok mikroszerkezetének károsodása[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Hemolízis a jobb oldali kémcsőben. RBC-szuszpenzió, hemolizinnel kezelt (S. pyogenes), 37 °C-on, 30 percig, a hemolízistől átlátszóvá válik.

Ez a folyamat azáltal alakul ki, hogy hidrofil részek jönnek létre az alaphártyában. A membránkárosodás olyan mértékű lehet, hogy a lipidek szénláncai megszakadhatnak és végső következményként fokozott (esetleg csökkent) membránpermeabilitás alakulhat ki. A vvs-ek membránkárosodása következtében hemolízis alakulhat ki.

A sejtek enzimeinek működésének gátlása[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A sejtek enzimeinek gátlása elsősorban a hidroperoxidok hatására következik be, pl. az izocitrát-dehidrogenáz-aktivitás szinte teljesen megszűnik a májsejtek mitokondriumaiban a vas-ionok által indukált linolénsav-hidroperoxidok károsító hatása miatt. A szulfhidril-(SH-) csoportok és/vagy a cisztein-tartalmú fehérjék oxidációja is közrejátszik az enzimaktivitások megváltozásában.

Az egyes szövetek lipidperoxidáció iránti érzékenysége[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Fehérjék és nukleinsavak károsodása[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Az albuminban, ami jelentős mennyiségő PUFA-t szállíthat, hasonlóan egyéb fehérjékhez, szintén keresztkötések alakulhatnak ki az LP hatására. Más amino csoportot tartalmazó anyagok esetében is létrejöhetnek ezek a reakciók, pl. RNS-ben, DNS-ben stb. A keresztkötéses sejtszintő komponensek fluoreszcens tulajdonságai hasonlítanak a lipofuszcin (idős kori pigment) tulajdonságaira.

Agyszövet[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Az agy különösen érzékeny az oxidációs károsodásokra a nagy lipid tartalom miatt, mert kiemelkedően nagy a PUFA tartalom és gyenge antioxidáns védelemmel rendelkezik.

Retina[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A retina pigment epithel sejtjei különösen érzékenyek az oxidatív hatásokra, amelynek apoptózis a következménye.

Emésztőtraktus[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Hatékony antioxidáns védelemmel bír a glutation-peroxidáz aktivitáson keresztül. A gyomor>nyelőcső>vastagbél> vékonybél (kripta >> bélbolyhok csúcsa) mértékkel.

Vérerek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Antioxidáns enzimek hiánya jellemzi, arachidonsav kaszkáddal megterhelve.

Vörösvérsejtek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Oxigén “terhelés” kifejezett antioxidáns védelemmel rendelkeznek (hypo- és acatalasaemia)

Fehérvérsejtek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Jelentős antioxidáns (elsősorban aszkorbinsav) tartalom. Aszkorbinsav koncenztráció: T-lymphocyták > B lymphocyták >monocyták. Neutrofil granulociták jelentős oxidatív terheléssel bírnak. H2O2 termelés, oxidatív burst.

Spermiumok[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Rendkívül érzékenyek, gyenge antioxidáns ellátottság, a mitokondriális rendszer fokozott aktivitása jellemzi.

Lipidperoxidáció mértékének meghatározása[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Tiobarbitursav kémiai szerkezete( 2-thioxodihydropyrimidine-4,6(1H,5H)-dion).

Bizonyos diagnosztikai tesztek állnak rendelkezésre a lipidperoxidáció végtermékeinek mennyiségi meghatározására, így például a malondialdehid (MDA) meghatározása[6]. A leggyakrabban használt teszt a TBARS (tiobarbitursav reaktív anyagok vizsgálat). Tiobarbitursav a malondialdehiddel reagál, így egy fluoreszcens termék képződik, ami mérhető. A lipidperoxidáció mértékét a konjugált dién, a lipidhidroperoxid és a tiobarbitursavval reakcióba lépő (TBARS) anyagok mennyiségének, a plazma teljes lipid-frakciójában és az ebből izolált foszfolipid-frakcióban való meghatározásával követhető.

A lipidperoxidációval szembeni védekezés és elemeinek intracelluláris lokalizációja[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A lipidperoxidok hatását az E-vitamin általánosan kivédi. Élettani körülmények között azonban, a védekező rendszer fő tagjai, a kataláz (CAT), a glutation-peroxidáz (GSH-Px) és a szuperoxid-dizmutáz (SOD) eliminálja a szabadgyököket, és a kis mennyiségben jelen lévő E-vitamin a második védelmi vonalat képviseli.

Glutation-rendszer (glutation-peroxidáz(ok) (GSH-Px) (EC: 1.11.1.9))[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Legfőbb funkciója a lipidperoxidokra kifejtett redukáló hatása, bár a nem enzimatikus antioxidáns reakciói is ismertek. A szervezetbe juttatott LP-t fokozó szubsztrát adása a szöveti GSH-Px aktivitását jelentősen növeli. Lipidperoxidok felvétele után a bélnyálkahártya és a májszövet GSH-sejten belüli aktivitása nő. A GSH-Px-et és biokémiai funkcióját Mills 1957-ben fedezte fel (345). A szelénfüggı enzimnek (molekulatömege: 88.000 D) négy alegysége van, aktív centruma a szelén, amelybıl alegységenként egyet tartalmaz (154). A szelénfüggı GSH-Px aktív centrumában a katalízisért felelıs csoport a szelenocisztein, redukált formában SeH-csoport található (161). A GSH-Px a H2O2 és a hidroperoxidok katalitikus bontását végzi azáltal, hogy a redukált glutationt (GSH) oxidálja glutation diszulfiddá (GSSG) (303):
H2O2 + 2 GSH ⇒ 2H2O + GSSG
ROOH + 2 GSH ⇒ H2O + ROH + GSSG

Természetes antioxidáns szubsztrátok[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Bilirubin[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A bilirubin (Bir), a hemoproteinből keletkező protohem degradációs terméke. Nagyobb koncentrációban mérgező, míg metabolizmusának prekurzora a biliverdin peroxil-gyökfogóként viselkedik. Hatékony peroxil-gyökfogóként és "lánctörő" antioxidánsként is viselkedik kísérletes körülmények között.
LOO• + Bir ⇒ LOOH + Bir•
vagy LOO• + Bir•⇒ Bir-LOOH
Bir + O2 ⇔ Bir-OO•
Ha a levegőben az oxigén térfogatszázaléka 20-ról - 2%-ra csökken a harmadik reakció fordított irányú. Az alacsony oxigénnyomás a Bir képződésének kedvez. A vérben a bilirubin antioxidáns hatása élettani oxigéntenzióban nagyobb, mint a levegőben. Egy liposzóma-modellben bizonyítást nyert, hogy élettani oxigénnyomáson a bilirubin hatékonyabb antioxidánsnak bizonyult, mint maga az α-tokoferol. Azonban azt is igazolták, hogy a bilirubin és oxidált formája, a biliverdin, az E-vitaminnal együtt szinergista módon védi a a sejteket a lipidperoxidációtól.

Jegyzetek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  1. Y. Roiter, M. Ornatska, AR Rammohan J. Balakrishnan, DR Heine és S. Minko, kölcsönhatása nanorészecskék lipid membrán, Nano Letters, vol. 8 iss. 3, pp 941-944 (2008).
  2. Marnett LJ.(1999) Lipid peroxidation-DNA damage by malonaldehyde Mutat Res, 424(1-2):83-85.
  3. www.mkk.szie.hu/dep/takt/Download/tananyag/.../LPANTIOXPHD.ppt
  4. www.nyf.hu/others/html/biologia_intezet.../szabadgyok_reakciokI.ppt
  5. Seligman M, Mitamura J, Shera N, Demopoulos H. Corticosteroid (methyl- prednisolone) modulation of photoperoxidation by ultraviolet light liposomes. Photochem Photobiol (29): 549-558, 1979.
  6. ^ a b http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?list_uids=10064852&cmd=Retrieve&indexed=google
  7. (Blázovics et al. 1998, Blázovics 2007a)

Források[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Kapcsolódó szócikkek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

További információk[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  • Garrett & Grisham: Biochemistry „ 2nd ed (1998); Saunders Coll. Publ.
  • Mathews et al.: Biochemistry „ 3rd ed (2000); Benjamin Cummings
  • Bálint Miklós: Molekuláris biológia I.-III. „ Műszaki kiadó (2000,2002)
  • Szerves kémia (nomenklatúra) I. Dr. Kucsman Árpád és Dr. Kajtár Márton (1980 Tankönyvkiadó Bp.)
  • Szerves kémia (nomenklatúra) II. Dr. Hollósi Miklós (1976 Tankönyvkiadó Bp.)
  • Szerves kémia I., II., III., IV., V.Dr. Kucsman Árpád (1976, ELTE, Tankönyvpótló kiadvány és az azt kiegészítő előadási ábragyűjtemény)
  • Organic Chemistry (7th edition)Graham Solomons and Craig Fryhle (2000 John Wiley and Sons, Inc. New York)
  • A Prime to Mechanism in Organic Chemistry Peter Sykes (1995 Longman Scientific and Technical)
  • Encyclopaedia of the History of Science, Technology, and Medicine in Non ...Helaine Selin Springer 2008.
  • The Discovery and Development of Healing Drugs Copyright © 2004 by Margery Facklam, Howard Facklam, and Facts On File
  • Pharmacology. H. P. Rang, M. Maureen Dale, James M. Ritter, Graeme Henderson, Rod J. Flower Elsevier Limited, Oxford, 2011.
  • Goodman & Gilman’ s Manual of Pharmacology and Therapeutics Copyright © 2008 by The McGraw-Hill Companies, Inc. All rights reserved. Manufactured in the United States of America. Except as permitted under the United States Copyright Act of 1976, no part of this publication may be reproduced or distributed in any form or by any means, or stored in a database or retrieval system, without the prior written permission of the publisher.
  • Gupta VK, Sharma SK. Plants as natural antioxidants. Natural Product Radiance 2006; 5(4): 326-334.