Fyziologická úloha reaktívnych foriem kyslíka v metabolizme

Voľné radikály predstavujú častice obsahujúce v elektrónových orbitaloch valenčnej vrstvy nespárený elektrón. Táto skutočnosť im dodáva mimoriadne reaktívne vlastnosti, čo sa patologicky odzrkadľuje na poškodzovaní biomolekúl. Následné poškodenie buniek a tkanív je etiologickou príčinou niektorých ochorení. Okrem negatívnych vlastností majú voľné radikály v organizme aj neopomenuteľný fyziologický význam. Ich hladina však musí byť udržiavaná v rovnováhe prostredníctvom antioxidačného systému, aby nedošlo v organizme (bunke) k tzv. oxidačnému stresu.

Obsah 1 Príklady enzýmov vytvárajúce radikály 1.1 Monooxygenázy 1.2 Oxidázy 1.3 NADPH oxidáza 1.4 NOS 2 Signalizácia 3 Odkazy 3.1 Související články 3.2 Použitá literatura

upravit Príklady enzýmov vytvárajúce radikály

upravit Monooxygenázy

• Sú enzýmy, ktoré začleňujú do molekuly substrátu -OH skupinu – hydroxylázy.
• Mají význam pri syntéze kolagénu, steroidných hormómov, metabolizme xenobiotík (cytochróm P450).
• Enzýmy obsahujú železo, ktoré funguje ako katalyzátor a reakciu urýchľuje, voľné radikály vznikajú ako medziprodukty reakcie, ale sú rýchlo odbúrané.

upravit Oxidázy

• Je napr. cytochromoxidáza – oxiduje cytochróm c dýchacieho reťazca a elektróny predáva koncovému akceptoru aeróbneho metabolizmu – kyslíku.
• Enzým obsahuje Fe a Cu, ktoré fungujú ako katalyzátory, jedna molekula kyslíku prijme 4 elektróny za vzniku dvoch molekúl vody, ako medziprodukty vznikajú ROS:
  • Fe^III a Cu^II + e^- = Fe^III a Cu^I
  • Fe^III a Cu^I + e^-= Fe^II a Cu^I
  • Fe^II a Cu^I + O₂ = Fe^III, Cu^I a superoxidový radikál O₂·⁻
  • následne Cu^I odovzdá e^- superoxidu a vznikne peroxidový radikál
  • Fe^III, Cu^II, peroxid + e^-+ 2H⁺ = Fe^IVO (ferylový medziprodukt), Cu^II + voda
  • Feryl, Cu^II + e^- + 2H+ = Fe^III, Cu^II + voda

upravit NADPH oxidáza

• Je enzým obsiahnutý hlavne v makrofágoch a iných fagocytoch.
• Má význam pri respiračnom vzplanutí, kedy sa vo fagocytujúcej bunke vytvárajú voľné radikály s cieľom zničiť fagocytovaný materiál.
• V tomto prípade je vznik voľných radikálov žiadaný, pretože urýchľujú degradáciu fagocytovaného materiálu.
• NADPH sa získava pentózovým cyklom.
• NADPH oxidáza oxiduje NADPH + H⁺ na NADP⁺ za vzniku superoxidového radikálu, ktorý môže:
  • byť superoxiddismutázou premenený na peroxid vodíka;
    • peroxid vodíka následne vstupuje do reakcie so superoxidom, ktorá dáva vzniku voľným radikálom v prípade, že je katalyzovaná železom-to sa môže uvoľniť z fagolyzozómu, kde je kyslé pH a nachádza sa v ňom fagocytovaný materiál − tzv. Haber-Weissova reakcia;
    • s myeloperoxidázou dáva vznik HClO, ktorá pôsobí baktericídne;
    • peroxid môže rovnako vstupovať do Fentonovej reakcie v prítomnosti železnatých iónov a dáva tým vznik hydroxylovým radikálom;
• vznikajúce voľné radikály môžu zároveň pôsobiť ako chemoatraktanty a lákať do oblasti ďalšie fagocyty (napr. NO, ktorý vzniká vo fagocytoch NOsyntázou a so superoxidom dáva vzniku peroxynitritu).

upravit NOS

• Sú syntázy NO ^..
• Využívajú enzymatický komplex obsahujúci hem aj FAD na konverziu L arginínu na citrulín, pričom sa uvoľňuje NO^.,
• Fyziologicky ich nájdeme v endotelových bunkách, neurónoch a makrofágoch, podľa čoho rozlišujeme aj fyziologické funkcie NO^. :
  • v CNS pôsobí NO ako neurotransmiter, podieľa sa na synaptickej plasticite, tvorbe pamäťových stôp, učení a pamäti; prostredkúva pôsobenie postsynaptickej bunky na presynaptickú, účastní sa aj na excitotoxickom pôsobení „preťaženia synapsií“;
  • v makrofágoch je významný pri respiračnom vzplanutí, reaguje so vznikajúcim superoxidom za vzniku baktericídneho peroxynitritu;
  • v endotelových bunkách je produkovaný ako lokálny hormón, pôsobí ako vazodilatans, preniká cytoplazmatickou membránou, v bunkách indukuje aktivitu guanylátcyklázy, ktorá zvyšuje hladinu cGMP intracelulárne, čím sa aktivuje Ca⁺⁺ pumpa, ktorá zníži cytosolickú koncentráciu vápnika, čo navodí v bunkách hladkého svalu (svalovina ciev) relaxáciu.

upravit Signalizácia

• Predpokladá sa účasť voľných radikálov ako druhých poslov v niektorých signálnych dráhach.
• Napr. aktivácia TNFα receptorov spúšťa tvorbu ROS, na čo môžu reagovať redoxné senzory v bunke (predstavované SH skupinami a FeS komplexami –najľahšie podliehajú oxidácii), ktorých oxidáciou dôjde k zmene redoxného potenciálu v bunke, čo v konečnom dôsledku spustí signálne kaskády proteínkináz a aktivujú sa príslušné transkripčné faktory − napr. NFkappaB, alebo AP-1.

upravit Odkazy

upravit Související články

• Základní reaktivní formy kyslíku a dusíku
• Reaktivní formy kyslíku a dusíku (RONS) v organismu

upravit Použitá literatura

• MASOPUST, J. Vybrané kapitoly z patobiochemie orgánů. 1. vydání. Praha : Karolinum, 1997. 175 s. s. 138-142. ISBN 80-7184-415-2.

• ŠTÍPEK, Stanislav, et al. Antioxidanty a volné radikály ve zdraví a v nemoci. 1. vydání. Praha : Grada, 2000. 314 s. s. 70-80. ISBN 80-7169-704-4.