Antioksidan Savunma Sistemleri ve Reaktif Oksijen Türleri
Reaktif oksijen türleri (ROT), aerobik metabolizmanın ve özelleşmiş enzimlerin yan ürünleri olarak üretilen, süperoksit, hidrojen peroksit ve hidroksil radikali dahil olmak üzere, oksijenin kısmen indirgenmiş veya aktive edilmiş formlarıdır. Antioksidan savunma sistemleri, ROT'u sınırlayan, neden oldukları hasarı onaran ve hücresel redoks durumunu işlevsel bir aralıkta tutan enzimatik ve küçük moleküllü mekanizmalardır.
Tanım
Reaktif oksijen türleri, metabolizma sırasında üretilen reaktif oksijen türevi moleküller ve radikallerdir; antioksidan savunma sistemleri ise bu türleri nötralize eden veya oksidatif hasarı onaran, redoks homeostazını sürdüren koordineli enzimatik ve enzimatik olmayan mekanizmalardır.
Kapsam
Bu konu, reaktif oksijen türlerinin başlıca kaynaklarını, onları zararlı kılan kimyasal özellikleri, enzimatik savunmaları (süperoksit dismutaz, katalaz, glutatyon ve tiyoredoksin sistemleri) ve onlara karşı koyan küçük moleküllü antioksidanları ile redoks dengesizliği olarak oksidatif stres kavramını kapsamaktadır. Bu unsurlar, diyet antioksidanlarının daha geniş kapsamlı incelenmesinin temelini oluşturan biyokimyasal esaslar olarak ele alınmaktadır.
Temel sorular
- Reaktif oksijen türleri hücrede nereden kaynaklanmaktadır?
- Hangi enzimatik ve küçük moleküllü sistemler onları uzaklaştırır veya detoksifiye eder?
- Oksidatif stres kavramı redoks sinyalizasyonu ile nasıl ilişkilidir?
- Demir gibi geçiş metalleri radikal kimyasında neden önemlidir?
Anahtar kavramlar
- Süperoksit, hidrojen peroksit, hidroksil radikali
- ROT kaynağı olarak mitokondriyal elektron taşınımı
- Süperoksit dismutaz, katalaz, glutatyon peroksidaz
- Glutatyon ve tiyoredoksin redoks sistemleri
- Fenton kimyası ve geçiş metali katalizi
- Lipidlere, proteinlere ve DNA'ya oksidatif hasar
Temel kuramlar
- Redoks dengesizliği olarak oksidatif stres
- Oksidatif stres, pro-oksidanlar lehine pro-oksidan / antioksidan dengesindeki bir bozulma olarak tanımlanmakta ve potansiyel hasara yol açmaktadır; bu çerçeve hem ROT seviyesini hem de savunmaların kapasitesini vurgulamaktadır.
- Redoks sinyalizasyonu
- Hidrojen peroksit gibi türlerin kontrollü, lokalize üretimi geri dönüşümlü bir sinyal mekanizması olarak hizmet etmektedir, bu nedenle ROT'un fizyolojik ve patolojik rolleri bulunmaktadır.
Mekanizmalar
Mitokondriyal elektron taşınımı, oksijene elektron sızdırarak süperoksit üretir; bu süperoksit, süperoksit dismutaz tarafından hidrojen peroksite dismutasyona uğratılmaktadır. Hidrojen peroksit, katalaz ve glutatyon ile tiyoredoksin peroksidaz sistemleri tarafından uzaklaştırılmaktadır; redoks-aktif demir veya bakır varlığında ise Fenton tipi kimya yoluyla oldukça reaktif hidroksil radikali oluşturabilmekte, bu da lipidleri, proteinleri ve DNA'yı oksitlemektedir. Uzaklaştırmanın ötesinde, glutatyon ve tiyoredoksin sistemleri indirgenmiş antioksidanları yeniden üretmekte ve protein tiyol redoks durumunu sürdürmektedir. Bazı ROT sinyal molekülleri olarak işlev gördüğünden, savunmalar redoks sinyalini tamamen ortadan kaldırmak yerine modüle etmektedir.
Klinik önem
Oksidatif stres, yaşlanma ve birçok kronik durumda mekanistik olarak rol oynamaktadır ve oksidatif hasar belirteçleri biyomedikal araştırmalarda yaygın olarak ölçülmektedir. Bu madde, söz konusu araştırmaların yorumlanmasını desteklemek amacıyla temel biyokimyayı açıklamaktadır; tanı eşikleri veya tedavi rehberliği sağlamamaktadır.
Kanıt ve kılavuzlar
ROT kaynakları ve antioksidan enzimlere ilişkin anlayış, kapsamlı mekanistik ve biyokimyasal literatüre dayanmaktadır; redoks sinyalizasyonu perspektifi, antioksidan seviyelerini basitçe artırmanın her zaman koruyucu olduğu yönündeki önceki beklentileri yumuşatmıştır. Burada herhangi bir klinik rehberlik sunulmamaktadır.
Tarihçe
Oksijen metabolizmasının zararlı radikaller ürettiği anlayışı, yirminci yüzyıl ortalarındaki serbest radikal biyolojisinden gelişmiş ve Halliwell ile Gutteridge'in serbest radikal biyokimyası senteziyle pekiştirilmiştir. Mitokondriyal ROT üretimi ve redoks sinyalizasyonuna ilişkin ayrıntılı açıklamaları içeren sonraki çalışmalar, basit hasar modelini, zararlı oksidatif stresi fizyolojik redoks kontrolünden ayıran bir modele dönüştürmüştür.
Tartışmalar
- Reaktif oksijen türleri esas olarak hasar verici ajanlar mıdır yoksa sinyal molekülleri midir?
- Bir zamanlar esas olarak zararlı yan ürünler olarak görülmekle birlikte, ROT'un artık düzenlenmiş ikincil haberciler olarak da işlev gördüğü anlaşılmaktadır; bu nedenle alan, fizyolojik redoks sinyalizasyonunu patolojik oksidatif stresten nasıl ayıracağını tartışmaktadır.
Öne çıkan isimler
- Barry Halliwell
- John Gutteridge
- Wulf Dröge
- Michael P. Murphy
İlgili konular
Temel eserler
- droge-2002
- valko-2006
- halliwell-gutteridge-2015
Sıkça sorulan sorular
- Reaktif oksijen türleri her zaman zararlı mıdır?
- Hayır. Yüksek veya kontrolsüz seviyelerde lipidlere, proteinlere ve DNA'ya zarar vermektedirler, ancak düşük, düzenlenmiş seviyelerde hidrojen peroksit gibi türler normal hücre fonksiyonunda sinyal molekülleri olarak işlev görmektedir.
- Başlıca enzimatik antioksidan savunmalar nelerdir?
- Süperoksit dismutaz, süperoksiti hidrojen peroksite dönüştürür; bu da daha sonra katalaz ve glutatyon ile tiyoredoksin peroksidaz sistemleri tarafından parçalanır. Bu enzimler, reaktif oksijen türlerini sınırlamak için birlikte çalışmaktadır.