СВОБОДНО КИСЛЕНИЕ ТОПЛОПРОДУКЦИЯ ROS СВОБОДНО ОКИСЛЕНИЕ ТОПЛОПРОДУКЦИЯ Всички окислителни процеси, при които няма спрягане със синтеза на макроергични съединения (АТФ), а отделената свободна енергия се разсейва като топлина. Биологична роля насвободното окисление Топлопродукция Метаболитна роля Топлопродукция При излагане на студ клетъчната консумация на О2 се повишава от 2 до 4 пъти. Излишното количество О2, което се поглъща би довело до повишено образуване на АТФ и изчерпване на запасите от АДФ и Ф. Като следствие клетъчното дишане би се потиснало трайно, което е фатално за организма. Този риск се избягва по два начина: Усилено разграждане на АТФ Разпрягане на дишането от фосфорилирането Регулация на топлопродукцията T3 (трийодтиронин) стимулира симпатиковата нервна система. Норадреналин: Повишава честотата на сърдечните съкращения и минутния обем на сърцето, стесняване на артериолите, вкл. в кожата – намалява се топлообмена с околната среда) Адреналин: Аденилат циклазна система в мастната тъкан повишава [цАМФ] → активира се ПКА → фосфорилира се и се активира адиполитичната липаза → стимулира се липолизата → повишава се отделянето на ВМК в кръвта → повишава се приемът на МК от мускулните клетки и хепатоцитите. ВМК се явяват субстрат на окислението и донор на редуциращи еквиваленти за ДВ и едновременно с това мощен разпрягащ фактор на окислителното фосфорилиране в ДВ. Топлопродукция в кафява мастна тъкан Кафява мастна тъкан се среща в определени области на гърба на новородените деца и новородените топлокръвни животни, при животните спящи зимен сън (хибернация) Нормално се среща при здрави индивиди, при които не се трупа мастна тъкан, въпреки, че имат нормална диета. Отсъства при затлъстяване. Характеризира се: богато кръвоснабдяване, много митохондрии, голямо количество цитохроми, ниска активност на АТФ-синтетаза, наличие на термогенен разпрягащ протеин в митохондриите – термогенин (роля на протонен канал) Матаболитни процеси в кафявата мастна тъкан: - окисение на глюкоза - кисление на МК Метаболитна роля на свободното окисление Много метаболити се окисляват чрез дехидрогениране от ензими, които директно редуцират О2 до Н2О или Н2О2: флавинзависими оксидази: L-AAO (ФМН); D-AAO (ФАД) Ксантин оксидаза (ФАД, Fe2+ Мо2+), Алдехид оксидаза (ФАД, Мо2+, Fe2+), MAO (ФАД, Cu2+) – адреналин, норадреналин, допамин, др. алифатни и ароматни моноамини ДАО (ФАД, Cu2+, ПФ) – хистамин, полиамини (спермин, спермидин), токсични диамини (путресцин, кадаверин) Окисление на метаболити и ксенобиотици чрез внасяне на 1 или 2 атома О в молекулата на субстратите: оксигенази Диоксигеназни реакции хомогентизинат диоксигеназа (оксидаза, Fe2+), триптофан диоксигеназа (Три пиролаза, Fe2+). 3-ОН-антранилат диоксигеназа (оксидаза) Монооксигенази = оксигенази със смесени функции = хидроксилази. Осъществяват се в скъсени електрон-пренасящи вериги в ЕПР или външна митохондриална мембрана. Донори на водород са НАДФН, аскорбинова киселина, тетрахидробиоптерин и др. ROS АНТИОКСИДАНТНИ ЗАЩИТНИ СИСТЕМИ Свободни радикали и активни кислородни видове Свободни радикали –атоми, йони или молекули, съдържащи 1 или повече несдвоени електрони във външните си електонни слоеве. Те са с голяма реактивоспособност и лесно губят 1 е- или лесно приемат 1е О2 е абсолютно задължителен и необходим за живота на клетките и организма на човек. В същото време О2 е токсичен за организма - бирадикал При едноелектронна редукция на О2 се образуват активни кислородни продукти (видове) (ROS), включващи продукти с радикалови и нерадикалови свойства: супероксиданион радикал (О2 ), хидроксилен радикал (НО), азотен оксид (NО), Н2О2, хипохлориста киселина (HOCl) и липидни хидропероксиди (LOOH) и др. е- О2.- О2.- + е- О22- О2.- + 2Н+ Н2О2 (водороден пероксид) О2 + H2О2 + 2Н+ + 2eН2О2 + е- (Fe2+) (супероксиден анион радикал) (пероксиден анион) 2Н2О НО. + НО- (Fe3+) (хидроксилен радикал) Fenton реакция Н2О2 + О .2 НО. + НО- + О2 Heber-Weiss реакция Н2О2 + Cl- миелопероксидаза HClO + OH- (хипохлориста киселина) NO + О2.ONOO- + Н+ ONOO- (пероксинитритен анион) ONOOH (пероксинитрит) НО. + NO2. Източници на ROS Екзогенни Йонизираща Химични съединения: токсични химикали, замърсители, лекарства, алкохол, цигарен дим, минерални прахове Исхемия и реперфузия, високо парциално налягане на О2, озон, хипоксия, Ендогенни Реакции, в които ROS са функционални продукти - синтеза на NO под действие на ензима NO синтаза (NOS). - респираторен взрив Реакции, в които ROS са странични продукти - реакции катализирани от оксидази - реакции катализирани от монооксигенази - реакции катализирани от диоксигенази “Респираторен взрив” - клетъчен защитен механизъм, осъществяван от фагоцитиращи клетки (моноцити, макрофаги, неутрофили, еозинофили) • НАДФН оксидазен комплекс, локализиран във външната страна на плазмената мембрана • Миелопероксидаза – Fe и хем- зависим ензим. Локализира се в азурофилните гранули на неутрофилите. Продуцира хипохлориста киселина (HClO), един от наймощните физиологични оксислители и антимикробен агент. Дефицит на ензима НАДФH оксидаза - хронична грануломатоза. При пациенти с такова заболяване има постоянни възпаления на кожата, бял дроб, лимфни възли. Причина – мутации на някой от гените, кодиращ една от 4-те ППВ на ензима. Единият ген е локализиран на Ххромозомата. Дефицит на миелопероксидаза – няма очевидно заболяване, само по-висока чувствителност към гъбични инфекции (Candida albicans). Структура на неутрофилния НАДФН оксидазен комплекс Роля на ROS ROS са изкчително важни за живота. Участват: в клетъчните сигнални пътища като променят редокс състоянието на сигналните молекули на процесите на генна експресия, пролиферация, апоптоза, диференциация. в реализиране на бактерицидното действие на фагоцитиращите клетки. При неконтролирано образуване на ROS – проявяват токсично действие, като взаимодействат с ДНК, липиди и белтъци и могат евентуално да доведат до: - мутации неопластична трансформация, загуба на клетъчни функции клетъчна смърт ROS и клетъчно увреждане ROS и протеини Окислението на АК в белтъците води до фрагментиране, cross-връзки и агрегация, повишена чувствителност към протеолитично разграждане Модификация на протеини чрез окисление на Цис остатъци Образуване на вътремолекулни –S-S- връзки, водещи до конформационни промени причиняващи активиране или инактивиране Образуване на протеинови димери чрез –S-S- мостове или дитирозинови мостове ROS и ПНМК ROS атакува полиненаситените МК (ПНМК), включени в структурата на ФЛ в клетъчните мембрани и ЛПК (н.п. LDL) Резултат – увреждане на мембранните функции и енергетичен метаболизъм, и развитие на дегенеративни патологии и ИБС. LH + HO. → L. + H2O (липиден радикал) L. + O2 → LОО. (липиден пероксиден радикал) LОО. + Н → LООН (нестабилен липиден хидропероксид) фрагментиране продукти: МДА OHC-CH2-CHO хидроксиноненал CH3(CH2)4CH(OH)CH=CHCHO LОО. + LH → LОOH + L. (верижна реакция) ROS и ДНК Основните процеси, чрез които ДНК може да бъде увредена са окисление, метилиране, деаминиране, депуриниране. ROS предизвикват модификация на 10 000 нб/ден В клетките тези ДНК уврежданията могат да бъдат репарирани от ензимни системи. ROS предизвикват ДНК увреждания чрез: • модификация на Пур, Пир, захари • едноверижни скъсвания • отстраняване на бази (апуринови и апиримидинови участъци) • възникване на алкално-лабилни участъци (деаминирани бази) (ЦУ; АХкс, ГКс) • ДНК-белтъчни връзки Антиоксидантни защитни механизми 1. 2. Механизми и фактори възпрепятстващи образуването на свободни радикали Механизми и фактори обезвреждащи свободните радикали Антиоксидантни ензимни Спомагателни ензими Ензими асоциирани със синтезата на GSH Малки цистеин-съдържащи протеини Неензимни антиоксиданти 3. Ензими, отстраняващи уврежданията причинени от свободните радикали Механизми възпрепятстващи образуването на ROS 1. Компартментализацията в клетките – отделяне на отделните клетъчни пространства (пероксизоми, митохондрии) 2. Метал-свързващи белтъци - свързват йоните на преходните елементи (Fe2+, Cu2+) (трансферин, феритин, церулоплазмин, албумин и всички ензими с такива кофактори) Антиоксидантни ензими Супероксид дисмутаза (SOD) Каталаза Глутатион пероксидаза Глутатион-S-трансфераза Други ензимии Спомагателни ензими – глюкозо-6-ф-дехидрогеназа Ензими асоциирани със синтезата на GSH Неензимни антиоксиданти Токофероли (вит. E) - α-токоферол Тиолови съединения Каротеноиди Флавоноиди Аскорбинова киселина Оксидативен стрес Благодаря за вниманието!
