Antioxidáns rendszerek

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
Ugrás a navigációhoz Ugrás a kereséshez
Antioxidánsok rendszere és szabad gyökök
Humán szuperoxid diszmutáz. Emberi mitokondriális mangán szuperoxid dizmutáz polimorf variáns, Ile58Thr csökkenti aktivitását destabilizáló tetramer felülettel
Annatto (Bixa orellana). Brazíliában, az indiánok által, ősidők óta használt cserjének magja, nagyon magas koncentrációban tokotrienolokat tartalmaz, amelyek antioxidánsok
Fő celluláris forrásai a reaktív oxigéngyökök képződésének élő sejtekben

A fiziológiás körülmények között keletkező szabad gyökök természetes enzimatikus és nem enzimatikus kontroll alatt állnak. A szabad gyökök okozta károsodásokkal szemben összetett, integrált védelmi rendszer biztosítja a sejtalkotó molekulák védelmét. Az antioxidánsok olyan molekulák, amelyek csekély mennyiségben vannak jelen az oxidálandó szubszráthoz képest, és jelentős mértékben csökkenteni, vagy akár gátolni is képesek annak oxidációját. Az emberi szervezetben az antioxidánsok szinergizáló, egymást erősítő, regeneráló hatással rendelkeznek, így az antioxidánsok együtt jóval hatékonyabbak a szabad gyökökkel szemben, mint külön-külön.[1]

Az egyik legalapvetőbb példa, hogy a glutátion regenálja az aszkorbátot, és az aszkorbát regeneálja az α-tokoferolt. Mindezek miatt a teljes antioxidáns kapacitás jóval hasznosabb és reálisabb információt ad, mint az egyes antioxidánsok koncentrációja a mintában, illetve az antioxidáns kapacitásuk külön-külön.[2] A nem jól, vagy a nem megfelelő dózisban alkalmazott antioxidánsokat tartalmazó táplálékkiegészítők szedésénél is számolni kell a prooxidáció kialakulásával és károsító hatásával. A szervezetbe való túlzott bevitelük esetén az antioxidánsok maguk is prooxidánsokká válhatnak és hasonlóan a szabad gyökökhöz a szervezet károsodásához vezethetnek.

A sejtstruktúra lokalizációja szerinti rendszerek[szerkesztés]

Intracelluláris antioxidánsok[szerkesztés]

Enzimatikus kontrollok.[3]

  • Szuperoxid-dizmutáz (Cu, Zn, Mn)
  • Kataláz
  • Glutation-peroxidáz
  • Citokróm oxidáz (Cu)

Membrán antioxidánsok[szerkesztés]

Extracelluláris antioxidánsok[szerkesztés]

  • Traszferrin
  • Laktoferrin
  • Haptoglobinok
  • Hempexin
  • Albumin
  • Ceruloplazmin
  • Ectracelluláris szuperoxid-dizmutáz
  • Extracelluláris glutation-peroxidáz
  • Bilirubin
  • Húgysav
  • Glukóz
  • Aszkorbinsav
  • Lipoprotein antioxidánsok (a-tokoferol, tokotrienolok, béta-karotin, retinil-sztearát, likopin)

Védelmi vonalak az antioxidáns rendszerekben[szerkesztés]

I. védelmi vonal[szerkesztés]

A további szabadgyök-képződés megelőzése. Az elsődleges antioxidáns vonalhoz tartoznak az enzimatikus védekezés képviselői, a szuperoxid-dizmutázok (SOD-ok), kataláz, peroxidázok, glutation-S-transzferáz, DT-diaforáz, reduktázok.[4]

Enzimek[szerkesztés]

A szervezetben számos enzim járul hozzá a normális anyagcsere útján is keletkező szabadgyökök semlegesítéséhez, vagy kevésbé káros molekulává való átalakításukhoz.

  • Szuperoxid-dizmutáz
Cu, Zn, Mn
2O2-• + 2H+ → H2O2 + O2

A szervezetben működő szuperoxid-dizmutázok a mitokondriumokban és a mikroszómákban állandóan keletkező szuperoxid anionok semlegesítését végzik. Az ősibb típusú szuperoxid-dizmutáz a Mn-tartalmú SOD, a prokariótákban és az eukarióták mitokondriumában található. Az eukarióta sejtek citoszoljában a Cu-Zn-SOD aktivitás mutatható ki. A főemlősök citoszoljában mind a Mn-SOD, mind a Cu-Zn-SOD aktivitás mérhető.

A SOD-ok a szuperoxid aniont az alábbi egyenletnek megfelelően semlegesítik.

2 O-.2 + 2H+ → H2O2 + O2

A keletkező H2O2-ből Fe++ ionok jelenlétében (Háber-Weiss reakció) .OH gyökök keletkeznek, mely gyökök ellen közvetlen enzimes védekezés nincs. Ez abból adódik, hogy a hidroxilgyök rendkívül agresszív, reakciósebessége nsec nagyságrendű. A szervezet úgy védekezik a hidroxilgyökök ellen, hogy prekurzorát, a hidrogén-peroxidot eliminálja, ezáltal csökkenti a .OH gyökképződést.

  • Kataláz

A peroxiszómák hemtartalmú enzime, a kataláz végzi a H2O2 semlegesítését a következő módon: 2H2O2 → O2 + 2 H2O

  • Glutation - peroxidáz

A hidrogén-peroxid bomlását katalizáló oxidoreduktázok közé olyan enzimek tartoznak, melyek NADH2 vagy NADPH2 kofaktorral működnek. Peroxidáz aktivitással rendelkeznek bizonyos citokrómok is.

glutation-peroxidáz

H2O2 + szubsztrát H2 → 2 H2O + szubsztrát

2GSH + H2O2 → GSSG + 2 H2O; 2GSH + ROOH → GSSG + ROH + H2O

A szelén-dependens glutation-rendszer a citoszolban és a mitokondriumokban található. A glutation-S-transzferázok (GST) ubiquitous enzimek, melyeket egy komplex szupergén-család kódol. Ehhez az ősi szupergén-familiához azok az izoenzimek tartoznak, melyek szubsztrátjai az endogén és exogén epoxidok, organikus hidroperoxidok, karcinogének, mutagének, xenobiotikumok, kemoterápiás gyógyszerek. A hepatikus GST-ázokat számos xenobiotikum és antioxidáns vegyület képes indukálni. A glutation-S-transzferázok közé azok a proteinek tartoznak, amelyek a redukált glutation konjugációját katalizálják számos hidrofób elektrofil centrumhoz.
A GST-izoenzimek részleges hiánya növeli a tumorok incidenciáját emberben. A glutation-S-transzferázok jelenléte a májban és a szérumban a hepatikus károsodások érzékeny mutatója. Speciális megjelenési formája a neoplasztikus transzformáció markere. Az alfa osztályba tartozó GST emberben nagyon nagy koncentrációban található a májcitoszolban. A GSTB1 és GSTB2 alegységek megjelenése a plazmában jellegzetes a májkárosodásokban.

Fémkötő fehérjék[szerkesztés]

Az extracelluláris tér védelmét az albumin, cöruloplazmin, transzferrin és a tetramer SOD biztosítja.

II. védelmi vonal[szerkesztés]

Az enzimatikus védekezést kiegészítik az antioxidáns, scavenger tulajdonságú vitaminok, kofaktorok, tiol-, foszfor-, amin-, poliamintartalmú vegyületek, fenolok, kinolinok, flavonoidok, poliének, glükóz, urát, bilirubin stb. A láncreakció kiterjedésének megelőzése és megállítása (a csoportba sorolhatók a kis molekulatömegű vegyületek, úgymint a flavonoidok (kvercetin, miricetin), a vitaminok (A-, C-, E-, K-vitamin), a karotinoidok, a tioltartalmú vegyületek - cisztein, metionin. A redox-egyensúly fenntartásában nélkülözhetetlen szerepet tölt be néhány d-mező elem, így a Cu, Zn, Mn, valamint a nemfémes és fémes jelleget egyaránt hordozó szelén.

Vízoldékony[szerkesztés]

  • Húgysav
  • Aszkorbinsav
  • Glutation

Zsíroldékony[szerkesztés]

A mitokondriumban két metabolikus antioxidáns található a koenzim-Q, és a liponsav. E két vegyület, a koenzim Q, - amely nevében megtévesztően nem koenzimként vesz részt a mitokondriális oxidációban - és a liponsav, - mely a piruvát-dehidrogenáz enzimrendszer kofaktora - jelenléte is jelzi, hogy a mitokondriumok, mint önálló organizmusok is remekül meg tudták magukat védeni az oxigén atmoszféra káros hatásaitól.

  • Vitamin E (a-tokoferol)

Az E-vitamin hatásmechanizmusában döntő a kromángyűrű protondonor-aktivitása.

A koenzim-Q a mitokondriumon kívül a mikroszómában és a plazma LDL-frakciójában is előfordul. A kinoidális szerkezetnek köszönhető a hidrogén felvételét, az izoprénlánc biztosítja a membránon belüli lokalizációt. A koenzim Q10 benzokinon része fenilalaninból több lépésben tirozinon át, az izoprén oldallánc pedig acetil-CoA-ból a mevalonát úton szintetizálódik. A koenzim-Q képes befogni a perferril (Fe3+ O-2) karbon-központú lipid (L.)lipidperoxil (LOO.) alkoxi gyököket (LO.). A molekula védi a proteineket és a DNS molekulákat az oxidatív károsodásoktól. Erősíti az E-vitamin hatását azáltal, hogy azt szabadgyök-állapotából regenerálni képes. Az endogén ubikinon véd a lipidperoxidációtól és a protein degradációtól.

  • Liponsav

A liponsav gyógyszerformájának mellékhatását még nem tapasztalták. Ez a nyolc szénatomos zsírsav, mely hatos és nyolcas szénatomján 5 tagú gyűrűbe zárt diszulfid csoportot tartalmaz esszenciális a mitokondriális piruvát-dehidrogenáz multienzimkomplex működéséhez. A liponsav - COOH csoportjával kapcsolódik a dihidrolipoil-transzacetiláz enzim lizil-oldalláncának ε-NH2 csoportjához. Koenzim-tulajdonságát a reverzibilis diszulfid-szulfhidril átalakulás biztosítja. A liponsav és redukált formája egyaránt kiváló metabolikus antioxidáns. Szent-Györgyi és munkatársai a flavonoidokat "P-vitaminnak" nevezte aszkorbinsav-protektor hatása miatt. A liponsav regenerálja a C-vitamint, a glutationt és a tioredoxint. A glutation enzimatikus úton, vagy a tradicionális nézet szerint direkt redukcióban biztosítja az aszkorbinsav regenerálódását.

Polifenolok[szerkesztés]

Ez idáig több, mint 8000 természetes polifenolos vegyületet azonosítottak növények gyökeréből, leveléből, virágszirmából, terméséből. Ez a nagy szám a szerkezetükből adódó sokféleségnek köszönhető (hidroxilcsoportok száma, helyzete, kapcsolódó komponensek stb.). Legfontosabbak ezen belül:

  • fenolos savak,
  • flavonoidok

A fenolos antioxidánsok szabadgyök terminátorként és fémionkelátorként funkcionálhatnak. Hidrogénatomot átadva a szabad gyökök bekapcsolódnak a lipidek és egyéb molekulák oxidációs folyamataiba. A keletkezett átmeneti termék, a fenoxigyök relatíve stabil molekula. A fenoxigyök más szabad gyökökkel reagálva részt vesz a láncreakció terminációjában.

  • sztilbének
  • lignánok

Poliének[szerkesztés]

A karotinoidok (tertraterpének C 40) a növényvilágban széles körben elterjedt polién típusú vegyületek (kb. 500 vegyület). A karotinoidok 40 C atomos terpenoidok, amelyek két 20 szénatomos diterpén egységből tevődnek össze dimerizálódással. A kialakult hosszú lánc egyik vagy mindkét végén képes létrejönni 5 vagy hattagú gyűrű. Ezek a vegyületek kettős kötéseket tartalmaznak, izomerizáció alakulhat ki. A karotinoidok és származékaik többsége hatékony elektron-akceptorok, fémkelátorok és szinglett oxigén-scavengerek. Ezek a tulajdonságok nem magyarázzák a vegyületek eltérő fiziológiás hatását, ill. a súlyos mellékhatások kifejlődését.

  • A-vitamin
  • K-vitamin di- vagy triterpén (C 20; C30)

A véralvadás és csontmetabolizmus nélkülözhetetlen vitaminja a K1-, K2- és K3-vitamin. (Előfordulása: K1-, K2-vitamin zöldség, gyümölcs). A bél mikroflórája képes K1- és K2-vitaminokat termelni. A K3-vitamint szintetikus úton állítják elő. A gyűrűs rész szerkezete mindegyik molekulában azonos. K-vitaminok 2-metil-1,4-naftokinon-származékok. A K1-vitaminban fitil-oldallánc, a K2-vitaminban izoprén egységekből álló prenil-oldallánc van. A K2-vitamin oldalláncában lévő izoprénegységek n-értéke 4–12 lehet.

III. védelmi vonal[szerkesztés]

A makromolekulák károsodott szakaszainak kivágása és helyreállítása. Amennyiben a szabad gyökök eliminálása nem történik meg, úgy a károsodott molekulák eltakarítása védhet a szekunder szabadgyök-képződéstől, ezáltal gyorsan helyreállhat a sejt, szövet homeosztázisa. E harmadik védelmi vonal képviselői a DNS-, fehérje- és lipid-degradátumokat elimináló repair mechanizmusok. Repair enzimek.

  • A károsodott DNS molekulákat javítják
Exonukleázok,
endonukleázok,
glikozilázok,
polimerázok
ligázok
Oxo-guanozin - DNS-nukleotid repair
Glutation-reduktáz
  • A fehérje-degradátumok eltakarítása
proteinázok,
proteázok,
peptidázok,
makroxiproteinázok
Foszfolipáz A2 - lipázok
Peroxiszóma enzimek - peptidázok
Calpainok (kalcium efflux gáltás) - proteázok
  • Az oxidált lipidek eliminálása
foszfolipázok,
organikus hidroperoxidokat bontó glutation-peroxidáz,
transzferázok,
reduktázok

A legismertebb antioxidánsok[szerkesztés]

Mikroelemek[szerkesztés]

Kelátképzők[szerkesztés]

  • Ceruloplazmin
  • Transzferrin
  • Albumin

Aminosavak[szerkesztés]

  • L-arginin
  • L-cisztein
  • L-metionin
  • L-glutation
  • L-cisztein
  • L-glutamát
  • L-glicin

Enzimek[szerkesztés]

  • Szuperoxid-diszmutáz (SOD)
  • Kataláz
  • Glutation-peroxidáz (GP)
  • Glutation-reduktáz (GSH)
  • Glutation-transzferáz (GT)
  • Metionin-reduktáz

Nem enzimatikus, vízoldható[szerkesztés]

  • Húgysav
  • Bilirubin
  • Glutation
  • α-lipidsav

Vitaminok[szerkesztés]

Egyéb[szerkesztés]

Újabb antioxidánsok[szerkesztés]

Redoxi-homeosztázis az élet optimális feltétele[szerkesztés]

A redoxi-homeosztázis a szabadgyökös reakciók és a velük szemben álló antioxidáns védekezés kumulatív hatásának tekinthető, ami biztosítja az élet optimális feltételeit. A redox -homeosztázis genetikailag determinált, ezért mindenkinek egyéni redoxi-állapota van. A szervezet redox-homeosztázisát bonyolult, érzékeny rendszer biztosítja, amelyben külső és belső tényezők egyaránt szerepet kapnak. Az optimális állapottól történő eltérés biokémiai / immunbiokémiai folyamatokat indít el, szignálutakat kapcsol be, a sejteket apoptózisra, illetve proliferációra készteti.

Apoptózis és nekrózis jellemzői a szignáltranszdukció szempontjából[szerkesztés]

Apoptózis[szerkesztés]

Immunreakció nincs. Az ataxia teleangiektázia-mutációs (ATM) gén által kódolt protein-kináz tumor szuppresszorként hat. Az irradiációra károsodott DNS-en keresztül az ATM aktiválódás stimulálja a DNS javítást és blokkolja a sejtciklus progressziót. Egy mechanizmus szerint az ATM – függő foszforiláció aktiválja a p53-at. A p53 megakasztja a sejtciklust, a sejtet az apoptózis irányába viszi, ha a károsodás nem javítható. A humán ráksejtekben 50%-ban p53 mutáció van.

  • Sejtmag: kondenzáció, fragmentáció
  • Sejtalak és szerkezet: elkülönül a többi sejttől, „blebbing”, apoptotikus sejtek
  • Mitokondrium: duzzadás
  • Endoplazmás retikulum: szerkezet fellazulás
  • Citoszol: vakuolizáció
  • Plazmamembrán: mikrovillusok eltűnése
  • Sejtek zsugorodnak

Nekrózis[szerkesztés]

Immunreakció van.

  • Plazmamembrán: sérülés, elektromos aktivitás zavarok
  • Mitokondrium: gátlódnak a sejt elektrontranszport-folyamatai, duzzadás
  • Citoszol: átrendeződés
  • Endoplazmás retikulum: szerkezet fellazulás
  • Sejtmag: fragmentáció
  • Lizoszomális emésztő enzimek
  • Sejtek szétesnek

Jegyzetek[szerkesztés]

  1. Chaudiere és Ferrari-Iliou, 1999; Benzie, 2000; Vertuani és munkatársai, 2004.
  2. Ghiselli és munkatársai, 2000.
  3. mindentudas.hu/elodasok-cikkek/item/115-kamikáze-molekulák-a-szabadgyökök-befolyásolása-a-c-vitamintól-a-viagráig.html 1/7
  4. Advanced Free Radical Reactions for Organic Synthesis Elsevier, 2004 Author(s): Hideo Togo ISBN 978-0-08-044374-4

Források[szerkesztés]

További információk[szerkesztés]

  • Stryer et al.: Biochemistry 5th ed. (2002); W.H Freeman ISBN 0-7167-4684-0
  • http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez
  • Voet et al.: Fundamentals of Biochemistry 2d ed (2006) John Wiley ISBN 0-471-21495-7
  • https://web.archive.org/web/20140227131349/http://bcs.whfreeman.com/lehninger/
  • Lehninger et al.: Principles of Biochemistry 4th ed (2005); W.H. Freeman ISBN 07167-4339-6
  • 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.
  • Prakash A, Rigelhof F, Miller E. Antioxidant activity. http://www.medlabs.com/Downloads/Antiox_acti_.pdf
  • Quideau SP, et al. Plant polyphenols: chemical properties, biological activities, and synthesis. Angewandte Chemie Internatio-nal Edition 2011; 50(3): 586.
  • Halliwell B. Free radicals and antioxidants: updating a personal view. Nutr Rev 2012; 70(5): 257-65.
  • Antioxidáns hatású gyümölcsök és növények. http://www.antioxidans.lap.hu/antioxidans_hatasu_gyumolcsok_es_novenyek[halott link]
  • ÁDÁM V. (2001): Orvosi biokémia. Budapest: Medicina Könyvkiadó Rt.
  • ASMUS K. D., BONIFACIC M. (2000): Free radical chemistry. In: Handbook of Oxidants and Antioxidants in Exercise. Sen C.K., Packer L., Hänninen O.P.(eds.), Elsevier
  • BELITZ H.D., GROSCH W., SCHIEBERLE R. (2007): Lehrbuch der lebensmittelchemie. Springer – Berlin.

Kapcsolódó szócikkek[szerkesztés]