Sistem Pertahanan Antioksidan dan Spesies Oksigen Reaktif

Spesies oksigen reaktif (ROS) adalah bentuk oksigen yang tereduksi sebagian atau teraktivasi — termasuk superoksida, hidrogen peroksida, dan radikal hidroksil — yang dihasilkan sebagai produk sampingan metabolisme aerobik dan oleh enzim khusus. Sistem pertahanan antioksidan adalah mekanisme enzimatik dan molekul kecil yang membatasi ROS, memperbaiki kerusakan yang disebabkannya, dan menjaga kondisi redoks seluler dalam rentang fungsional.

Definition

Spesies oksigen reaktif adalah molekul dan radikal turunan oksigen reaktif yang dihasilkan selama metabolisme; sistem pertahanan antioksidan adalah mekanisme enzimatik dan non-enzimatik terkoordinasi yang menetralkan spesies ini atau memperbaiki kerusakan oksidatif, menjaga homeostasis redoks.

Scope

Topik ini mencakup sumber utama spesies oksigen reaktif, kimia yang membuatnya merusak, pertahanan enzimatik (superoksida dismutase, katalase, sistem glutation dan tioredoksin) dan antioksidan molekul kecil yang melawannya, serta konsep stres oksidatif sebagai ketidakseimbangan redoks. Ini memperlakukan hal-hal tersebut sebagai dasar biokimia yang mendasari studi yang lebih luas tentang antioksidan makanan.

Core questions

• Dari mana spesies oksigen reaktif berasal dalam sel?
• Sistem enzimatik dan molekul kecil apa yang menghilangkan atau mendetoksifikasi mereka?
• Bagaimana konsep stres oksidatif berhubungan dengan sinyal redoks?
• Mengapa logam transisi seperti besi penting dalam kimia radikal?

Key concepts

• Superoksida, hidrogen peroksida, radikal hidroksil
• Transport elektron mitokondria sebagai sumber ROS
• Superoksida dismutase, katalase, glutation peroksidase
• Sistem redoks glutation dan tioredoksin
• Kimia Fenton dan katalisis logam transisi
• Kerusakan oksidatif pada lipid, protein, dan DNA

Key theories

Stres oksidatif sebagai ketidakseimbangan redoks

Stres oksidatif didefinisikan sebagai gangguan dalam keseimbangan pro-oksidan / antioksidan yang menguntungkan pro-oksidan, menyebabkan potensi kerusakan; kerangka ini menekankan baik tingkat ROS maupun kapasitas pertahanan.

Sinyal redoks

Produksi spesies yang terkontrol dan terlokalisasi seperti hidrogen peroksida berfungsi sebagai mekanisme sinyal reversibel, sehingga ROS memiliki peran fisiologis maupun patologis.

Mechanisms

Transport elektron mitokondria membocorkan elektron ke oksigen, menghasilkan superoksida, yang didismutasi menjadi hidrogen peroksida oleh superoksida dismutase. Hidrogen peroksida dihilangkan oleh katalase dan oleh sistem peroksidase glutation dan tioredoksin; dengan adanya besi atau tembaga yang aktif redoks, ia dapat menghasilkan radikal hidroksil yang sangat reaktif melalui kimia tipe Fenton, yang mengoksidasi lipid, protein, dan DNA. Selain penghilangan, sistem glutation dan tioredoksin meregenerasi antioksidan tereduksi dan menjaga kondisi redoks tiol protein. Karena beberapa ROS bertindak sebagai molekul sinyal, pertahanan memodulasi sinyal redoks daripada menghilangkannya sepenuhnya.

Clinical relevance

Stres oksidatif terlibat secara mekanistik dalam penuaan dan banyak kondisi kronis, dan penanda kerusakan oksidatif banyak diukur dalam penelitian biomedis. Entri ini menjelaskan biokimia yang mendasari untuk mendukung interpretasi penelitian tersebut; ini tidak memberikan ambang diagnostik atau panduan pengobatan.

Evidence & guidelines

Pemahaman tentang sumber ROS dan enzim antioksidan didasarkan pada literatur mekanistik dan biokimia yang luas; perspektif sinyal redoks telah meredakan ekspektasi sebelumnya bahwa hanya dengan meningkatkan kadar antioksidan akan selalu bersifat protektif. Tidak ada panduan klinis yang dikeluarkan di sini.

History

Pengakuan bahwa metabolisme oksigen menghasilkan radikal yang merusak berkembang dari biologi radikal bebas pertengahan abad ke-20 dan dikonsolidasikan oleh sintesis biokimia radikal bebas oleh Halliwell dan Gutteridge. Pekerjaan selanjutnya, termasuk penjelasan rinci tentang produksi ROS mitokondria dan sinyal redoks, menyempurnakan model kerusakan sederhana menjadi model yang membedakan stres oksidatif berbahaya dari kontrol redoks fisiologis.

Debates

Apakah spesies oksigen reaktif terutama agen perusak atau molekul sinyal?

Dulunya dipandang terutama sebagai produk sampingan yang berbahaya, ROS sekarang juga dipahami bertindak sebagai pembawa pesan kedua yang diatur, sehingga bidang ini memperdebatkan bagaimana memisahkan sinyal redoks fisiologis dari stres oksidatif patologis.

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

Apakah spesies oksigen reaktif selalu berbahaya?

Tidak. Pada tingkat tinggi atau tidak terkontrol, mereka merusak lipid, protein, dan DNA, tetapi pada tingkat rendah yang diatur, spesies seperti hidrogen peroksida bertindak sebagai molekul sinyal dalam fungsi sel normal.

Apa saja pertahanan antioksidan enzimatik utama?

Superoksida dismutase mengubah superoksida menjadi hidrogen peroksida, yang kemudian dipecah oleh katalase dan oleh sistem peroksidase glutation dan tioredoksin; enzim-enzim ini bekerja sama untuk membatasi spesies oksigen reaktif.