Systèmes de défense antioxydants et espèces réactives de l'oxygène

Les espèces réactives de l'oxygène (ERO) sont des formes d'oxygène partiellement réduites ou activées — incluant le superoxyde, le peroxyde d'hydrogène et le radical hydroxyle — produites comme sous-produits du métabolisme aérobie et par des enzymes dédiées. Les systèmes de défense antioxydants sont les mécanismes enzymatiques et à petites molécules qui limitent les ERO, réparent les dommages qu'elles causent et maintiennent l'état redox cellulaire dans une plage fonctionnelle.

Definition

Les espèces réactives de l'oxygène sont des molécules et des radicaux réactifs dérivés de l'oxygène générés pendant le métabolisme ; les systèmes de défense antioxydants sont les mécanismes enzymatiques et non enzymatiques coordonnés qui neutralisent ces espèces ou réparent les dommages oxydatifs, maintenant l'homéostasie redox.

Scope

Ce sujet couvre les principales sources d'espèces réactives de l'oxygène, la chimie qui les rend nocives, les défenses enzymatiques (superoxyde dismutase, catalase, systèmes du glutathion et de la thiorédoxine) et les antioxydants à petites molécules qui les neutralisent, ainsi que le concept de stress oxydatif en tant que déséquilibre redox. Il les traite comme des fondamentaux biochimiques qui sous-tendent l'étude plus large des antioxydants alimentaires.

Core questions

• D'où proviennent les espèces réactives de l'oxygène dans la cellule ?
• Quels systèmes enzymatiques et à petites molécules les éliminent ou les détoxifient ?
• Comment le concept de stress oxydatif est-il lié à la signalisation redox ?
• Pourquoi les métaux de transition tels que le fer sont-ils importants en chimie des radicaux ?

Key concepts

• Superoxyde, peroxyde d'hydrogène, radical hydroxyle
• Transport d'électrons mitochondrial comme source d'ERO
• Superoxyde dismutase, catalase, glutathion peroxydase
• Systèmes redox du glutathion et de la thiorédoxine
• Chimie de Fenton et catalyse par les métaux de transition
• Dommages oxydatifs aux lipides, protéines et ADN

Key theories

Le stress oxydatif comme déséquilibre redox

Le stress oxydatif est défini comme une perturbation de l'équilibre pro-oxydant / antioxydant en faveur des pro-oxydants, entraînant des dommages potentiels ; le cadrage met l'accent à la fois sur le niveau des ERO et sur la capacité des défenses.

Signalisation redox

La production contrôlée et localisée d'espèces telles que le peroxyde d'hydrogène sert de mécanisme de signalisation réversible, de sorte que les ERO ont des rôles physiologiques aussi bien que pathologiques.

Mechanisms

Le transport d'électrons mitochondrial laisse échapper des électrons vers l'oxygène, générant du superoxyde, qui est dismuté en peroxyde d'hydrogène par la superoxyde dismutase. Le peroxyde d'hydrogène est éliminé par la catalase et par les systèmes de la glutathion et de la thiorédoxine peroxydase ; en présence de fer ou de cuivre redox-actifs, il peut plutôt produire le radical hydroxyle hautement réactif via la chimie de type Fenton, qui oxyde les lipides, les protéines et l'ADN. Au-delà de l'élimination, les systèmes du glutathion et de la thiorédoxine régénèrent les antioxydants réduits et maintiennent l'état redox des thiols protéiques. Parce que certaines ERO agissent comme molécules de signalisation, les défenses modulent la signalisation redox plutôt que de l'abolir entièrement.

Clinical relevance

Le stress oxydatif est impliqué mécanistiquement dans le vieillissement et de nombreuses affections chroniques, et les marqueurs de dommages oxydatifs sont largement mesurés dans la recherche biomédicale. Cette entrée décrit la biochimie sous-jacente pour soutenir l'interprétation de telles recherches ; elle ne fournit pas de seuils diagnostiques ni de conseils de traitement.

Evidence & guidelines

La compréhension des sources d'ERO et des enzymes antioxydantes repose sur une vaste littérature mécanistique et biochimique ; la perspective de la signalisation redox a tempéré les attentes antérieures selon lesquelles la simple augmentation des niveaux d'antioxydants serait uniformément protectrice. Aucune directive clinique n'est émise ici.

History

La reconnaissance que le métabolisme de l'oxygène produit des radicaux nocifs s'est développée à partir de la biologie des radicaux libres du milieu du XXe siècle et a été consolidée par la synthèse de la biochimie des radicaux libres par Halliwell et Gutteridge. Des travaux ultérieurs, incluant des descriptions détaillées de la production mitochondriale d'ERO et de la signalisation redox, ont affiné le modèle simple de dommage en un modèle qui distingue le stress oxydatif nocif du contrôle redox physiologique.

Debates

Les espèces réactives de l'oxygène sont-elles principalement des agents nocifs ou des molécules de signalisation ?

Autrefois considérées principalement comme des sous-produits nocifs, les ERO sont maintenant également comprises comme agissant comme des seconds messagers régulés, de sorte que le domaine débat de la manière de séparer la signalisation redox physiologique du stress oxydatif pathologique.

Key figures

• Barry Halliwell
• John Gutteridge
• Wulf Dröge
• Michael P. Murphy

Seminal works

• droge-2002
• valko-2006
• halliwell-gutteridge-2015

Frequently asked questions

Les espèces réactives de l'oxygène sont-elles toujours nocives ?

Non. À des niveaux élevés ou incontrôlés, elles endommagent les lipides, les protéines et l'ADN, mais à des niveaux faibles et régulés, des espèces telles que le peroxyde d'hydrogène agissent comme molécules de signalisation dans le fonctionnement cellulaire normal.

Quelles sont les principales défenses antioxydantes enzymatiques ?

La superoxyde dismutase convertit le superoxyde en peroxyde d'hydrogène, qui est ensuite décomposé par la catalase et par les systèmes de la glutathion et de la thiorédoxine peroxydase ; ces enzymes agissent ensemble pour limiter les espèces réactives de l'oxygène.