क्या प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियाँ हमेशा हानिकारक होती हैं?

नहीं। उच्च या अनियंत्रित स्तरों पर वे लिपिड, प्रोटीन और डीएनए को नुकसान पहुँचाते हैं, लेकिन कम, विनियमित स्तरों पर हाइड्रोजन पेरोक्साइड जैसी प्रजातियाँ सामान्य कोशिका कार्य में सिग्नलिंग अणुओं के रूप में कार्य करती हैं।

एंटीऑक्सीडेंट रक्षा प्रणालियाँ और प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियाँ

प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियाँ (ROS) ऑक्सीजन के आंशिक रूप से कम या सक्रिय रूप हैं — जिनमें सुपरऑक्साइड, हाइड्रोजन पेरोक्साइड और हाइड्रॉक्सिल रेडिकल शामिल हैं — जो वायवीय चयापचय के उप-उत्पादों के रूप में और समर्पित एंजाइमों द्वारा उत्पन्न होते हैं। एंटीऑक्सीडेंट रक्षा प्रणालियाँ एंजाइमी और छोटे-अणु तंत्र हैं जो ROS को सीमित करते हैं, उनके कारण होने वाली क्षति की मरम्मत करते हैं, और सेलुलर रेडॉक्स स्थिति को एक कार्यात्मक सीमा के भीतर रखते हैं।

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Definition

प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियाँ चयापचय के दौरान उत्पन्न होने वाले प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन-व्युत्पन्न अणु और रेडिकल हैं; एंटीऑक्सीडेंट रक्षा प्रणालियाँ समन्वित एंजाइमी और गैर-एंजाइमी तंत्र हैं जो इन प्रजातियों को निष्क्रिय करते हैं या ऑक्सीडेटिव क्षति की मरम्मत करते हैं, जिससे रेडॉक्स समस्थिति बनी रहती है।

Scope

यह विषय प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियों के प्रमुख स्रोतों, उन्हें हानिकारक बनाने वाली रसायन विज्ञान, उन्हें प्रतिसंतुलित करने वाली एंजाइमी सुरक्षा (सुपरऑक्साइड डिसम्यूटेज़, कैटालेज़, ग्लूटाथियोन और थायोरिडॉक्सिन सिस्टम) और छोटे-अणु एंटीऑक्सीडेंट्स, और रेडॉक्स असंतुलन के रूप में ऑक्सीडेटिव तनाव की अवधारणा को शामिल करता है। यह इन्हें आहार एंटीऑक्सीडेंट्स के व्यापक अध्ययन के आधारभूत जैव रासायनिक सिद्धांतों के रूप में मानता है।

Core questions

कोशिका में प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियाँ कहाँ से आती हैं?
कौन से एंजाइमी और छोटे-अणु सिस्टम उन्हें हटाते या विषहरण करते हैं?
ऑक्सीडेटिव तनाव की अवधारणा रेडॉक्स सिग्नलिंग से कैसे संबंधित है?
लौह जैसे संक्रमण धातु रेडिकल रसायन विज्ञान में क्यों महत्वपूर्ण हैं?

Key concepts

सुपरऑक्साइड, हाइड्रोजन पेरोक्साइड, हाइड्रॉक्सिल रेडिकल
ROS स्रोत के रूप में माइटोकॉन्ड्रियल इलेक्ट्रॉन परिवहन
सुपरऑक्साइड डिसम्यूटेज़, कैटालेज़, ग्लूटाथियोन पेरोक्सीडेज़
ग्लूटाथियोन और थायोरिडॉक्सिन रेडॉक्स सिस्टम
फेनटन रसायन विज्ञान और संक्रमण-धातु उत्प्रेरण
लिपिड, प्रोटीन और डीएनए को ऑक्सीडेटिव क्षति

Key theories

रेडॉक्स असंतुलन के रूप में ऑक्सीडेटिव तनाव: ऑक्सीडेटिव तनाव को प्रो-ऑक्सीडेंट्स के पक्ष में प्रो-ऑक्सीडेंट / एंटीऑक्सीडेंट संतुलन में गड़बड़ी के रूप में परिभाषित किया गया है, जिससे संभावित क्षति होती है; यह ढाँचा ROS के स्तर और सुरक्षा की क्षमता दोनों पर जोर देता है।
रेडॉक्स सिग्नलिंग: हाइड्रोजन पेरोक्साइड जैसी प्रजातियों का नियंत्रित, स्थानीयकृत उत्पादन एक प्रतिवर्ती सिग्नलिंग तंत्र के रूप में कार्य करता है, इसलिए ROS की शारीरिक और साथ ही रोग संबंधी भूमिकाएँ होती हैं।

Mechanisms

माइटोकॉन्ड्रियल इलेक्ट्रॉन परिवहन ऑक्सीजन में इलेक्ट्रॉन लीक करता है, जिससे सुपरऑक्साइड उत्पन्न होता है, जिसे सुपरऑक्साइड डिसम्यूटेज़ द्वारा हाइड्रोजन पेरोक्साइड में डिसम्यूटेट किया जाता है। हाइड्रोजन पेरोक्साइड को कैटालेज़ और ग्लूटाथियोन तथा थायोरिडॉक्सिन पेरोक्सीडेज़ सिस्टम द्वारा हटाया जाता है; रेडॉक्स-सक्रिय लौह या तांबे की उपस्थिति में यह फेनटन-प्रकार की रसायन विज्ञान के माध्यम से अत्यधिक प्रतिक्रियाशील हाइड्रॉक्सिल रेडिकल उत्पन्न कर सकता है, जो लिपिड, प्रोटीन और डीएनए को ऑक्सीकृत करता है। हटाने के अलावा, ग्लूटाथियोन और थायोरिडॉक्सिन सिस्टम कम किए गए एंटीऑक्सीडेंट्स को पुनर्जीवित करते हैं और प्रोटीन थायोल रेडॉक्स स्थिति को बनाए रखते हैं। क्योंकि कुछ ROS सिग्नलिंग अणुओं के रूप में कार्य करते हैं, सुरक्षा तंत्र इसे पूरी तरह से समाप्त करने के बजाय रेडॉक्स सिग्नलिंग को संशोधित करते हैं।

Clinical relevance

ऑक्सीडेटिव तनाव को उम्र बढ़ने और कई पुरानी स्थितियों में यांत्रिक रूप से फंसाया गया है, और ऑक्सीडेटिव क्षति के मार्कर जैव चिकित्सा अनुसंधान में व्यापक रूप से मापे जाते हैं। यह प्रविष्टि ऐसे अनुसंधान की व्याख्या का समर्थन करने के लिए अंतर्निहित जैव रसायन का वर्णन करती है; यह नैदानिक सीमाएँ या उपचार मार्गदर्शन प्रदान नहीं करती है।

Evidence & guidelines

ROS स्रोतों और एंटीऑक्सीडेंट एंजाइमों की समझ व्यापक यांत्रिक और जैव रासायनिक साहित्य पर आधारित है; रेडॉक्स-सिग्नलिंग परिप्रेक्ष्य ने पहले की अपेक्षाओं को कम कर दिया है कि केवल एंटीऑक्सीडेंट स्तरों को बढ़ाने से समान रूप से सुरक्षा मिलती है। यहाँ कोई नैदानिक मार्गदर्शन जारी नहीं किया गया है।

History

यह पहचान कि ऑक्सीजन चयापचय हानिकारक रेडिकल उत्पन्न करता है, बीसवीं सदी के मध्य के मुक्त-रेडिकल जीव विज्ञान से विकसित हुई और हॉलिवेल और गटटरिज के मुक्त-रेडिकल जैव रसायन के संश्लेषण द्वारा समेकित हुई। बाद के काम, जिसमें माइटोकॉन्ड्रियल ROS उत्पादन और रेडॉक्स सिग्नलिंग के विस्तृत विवरण शामिल हैं, ने सरल क्षति मॉडल को एक ऐसे मॉडल में परिष्कृत किया जो हानिकारक ऑक्सीडेटिव तनाव को शारीरिक रेडॉक्स नियंत्रण से अलग करता है।

Debates

क्या प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियाँ मुख्य रूप से हानिकारक एजेंट हैं या सिग्नलिंग अणु?: एक बार मुख्य रूप से हानिकारक उप-उत्पादों के रूप में देखे जाने के बाद, ROS को अब विनियमित द्वितीयक संदेशवाहकों के रूप में भी कार्य करने के लिए समझा जाता है, इसलिए यह क्षेत्र शारीरिक रेडॉक्स सिग्नलिंग को रोग संबंधी ऑक्सीडेटिव तनाव से कैसे अलग किया जाए, इस पर बहस करता है।

Key figures

Barry Halliwell
John Gutteridge
Wulf Dröge
Michael P. Murphy

Seminal works

droge-2002
valko-2006
halliwell-gutteridge-2015

Frequently asked questions

क्या प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियाँ हमेशा हानिकारक होती हैं?: नहीं। उच्च या अनियंत्रित स्तरों पर वे लिपिड, प्रोटीन और डीएनए को नुकसान पहुँचाते हैं, लेकिन कम, विनियमित स्तरों पर हाइड्रोजन पेरोक्साइड जैसी प्रजातियाँ सामान्य कोशिका कार्य में सिग्नलिंग अणुओं के रूप में कार्य करती हैं।
मुख्य एंजाइमी एंटीऑक्सीडेंट सुरक्षा क्या हैं?: सुपरऑक्साइड डिसम्यूटेज़ सुपरऑक्साइड को हाइड्रोजन पेरोक्साइड में परिवर्तित करता है, जिसे बाद में कैटालेज़ और ग्लूटाथियोन तथा थायोरिडॉक्सिन पेरोक्सीडेज़ सिस्टम द्वारा तोड़ा जाता है; ये एंजाइम प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियों को सीमित करने के लिए एक साथ काम करते हैं।