oksidativni stres predavanje.ppt
TRANSCRIPT
![Page 1: oksidativni stres predavanje.ppt](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042423/5695cf881a28ab9b028e7940/html5/thumbnails/1.jpg)
ANTIOKSIDANSIOKSIDANSI
Oksidativni stresi antioksidansi
![Page 2: oksidativni stres predavanje.ppt](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042423/5695cf881a28ab9b028e7940/html5/thumbnails/2.jpg)
•Zrak sadrži 21% kisika, O2
•Životinje, biljke i aerobne bakterije trebaju kisik za stvaranje energije (ATP)
•Kisik je toksičan za sve žive oblike, bilo anaerobne ili aerobne
•Život na Zemlji postoji u sprezi s antioksidacijskim staničnim sustavom koji zamjenjuje i uklanja produkte oksidacijskog stresa u in vivo sustavima
Kisik i oksidativni stres
![Page 3: oksidativni stres predavanje.ppt](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042423/5695cf881a28ab9b028e7940/html5/thumbnails/3.jpg)
Slobodni radikali i antioksidansi
• Što su slobodni radikali?• Što su reaktivni kisikovi i dušikovi spojevi (reactive
oxigen species, ROS i reactive nitrogen species, RNS)
• Jesu li ROS/RNS uvijek opasni?• Dobro poznati pojam „oksidativni stres“ – što je to?• Poremećaji vezani uz oksidativni stres• Markeri oksidacijskog stresa• Antioksidansi
![Page 4: oksidativni stres predavanje.ppt](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042423/5695cf881a28ab9b028e7940/html5/thumbnails/4.jpg)
Slobodni radikali – što su to?
• čestice s nesparenim elektronom (može biti atom, ion ili molekula)
• nastaju npr. homolitičkim cijepanjem veze
HO-OH HO· + ·OH
• nastoje postići ravnotežno stanje, te reagiraju s elektronom najbliže molekule
• većina biomolekula nisu radikali
![Page 5: oksidativni stres predavanje.ppt](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042423/5695cf881a28ab9b028e7940/html5/thumbnails/5.jpg)
Povećano stvaranje slobodnih radikala uPovećano stvaranje slobodnih radikala urazličitim stanjimarazličitim stanjima
AIDS
Akutni respiratorni sindrom
Starenje
Alkoholizam
Alzheimerova bolest
Ateroskleroza
Diabetes
Karcinom
Hipertenzija
Preopterećenje željezom
Infarkt miokarda
Parkinsonova bolest
Terapija zračenjem
Moždani udar
Vježbanje
![Page 6: oksidativni stres predavanje.ppt](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042423/5695cf881a28ab9b028e7940/html5/thumbnails/6.jpg)
ROS (reaktivni kisikovi spojevi)
Slobodni radikali
superoksid, O2· -
hidroksilni radikal, ·OH
peroksilni radikal, ROO·
alkoksilni radikal, RO·
hidroperoksilni radikal, HO2
·
Spojevi koji nisu slobodni radikali
vodikov-peroksid, H2O2
hipokloritna kiselina, HClO
ozon, O3
singletni kisik, 1O2
Kisik nije molekula koja izravno izaziva oksidativni stres, ali je prekursor svih ROS.
![Page 7: oksidativni stres predavanje.ppt](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042423/5695cf881a28ab9b028e7940/html5/thumbnails/7.jpg)
Hidroksilni radikal, HO .
•najreaktivnija poznata ROS vrsta •nastaje reakcijom H2O2 s reduciranim željezom ili bakrom (Fentonova reakcija).
Fe2+ + H2O2 + H+ Fe3+ + H2O + HO.
Cu+ + H2O2+ H+ Cu2+ + H2O + HO.
•hidroksilni radikali mogu reagirati kao inicijatori autooksidacije lipida, mogu izazvati i oštećenje proteina, nukleinskih kiselina, ugljikohidrata te drugih organskih molekula ukoliko dolazi do sinteze u njihovoj blizini.
HO. + H-X H2O + X.
![Page 8: oksidativni stres predavanje.ppt](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042423/5695cf881a28ab9b028e7940/html5/thumbnails/8.jpg)
RNS (reaktivni dušikovi spojevi)
Slobodni radikali
dušikov-(II)- oksid, .NO
dušikov-(IV)-oksid, .NO2
Spojevi koji nisu slobodni radikali
nitrozil, NO+
nitritna kiselina, HNO2
peroksinitrit, ONOO -
alkilperoksinitrit, ROONO
![Page 9: oksidativni stres predavanje.ppt](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042423/5695cf881a28ab9b028e7940/html5/thumbnails/9.jpg)
Jesu li ROS/RNS uvijek opasni?
![Page 10: oksidativni stres predavanje.ppt](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042423/5695cf881a28ab9b028e7940/html5/thumbnails/10.jpg)
Posljedice djelovanja ROS Regulacija
-rasta stanica -diferenciranja stanica -apoptoze
Aktivacija -prijenosa signala -proliferacije stanica
Smanjena učinkovitost -DNA polimeraze -popravljanja DNA
Oksidacijsko oštećenje proteina
Promjena stresom induciranih proteina
i gena
Lipidna peroksidacija
ROS
Pogreške u replikaciji
Promjena konformacije DNA
Kemijske promjene
u b azama
MUTACIJA
![Page 11: oksidativni stres predavanje.ppt](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042423/5695cf881a28ab9b028e7940/html5/thumbnails/11.jpg)
Uloga .NO u metabolizmu
• u stanicama vaskularnog endotela djeluje vazodilatacijski i
regulira krvni tlak
• u SŽS-u kao neurotransmiter djeluje na više funkcija, uključujući
pamćenje
• na periferiji djeluje preko neadrenergičnih nekolinergičnih živaca
regulirajući funkcije raznih organa
• stvara se u makrofagima njihovom aktivacijom i djeluje
citotoksično na bakterije, gljivice, protozoe i tumorske stanice
• nadzire i sprječava agregaciju trombocita
![Page 12: oksidativni stres predavanje.ppt](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042423/5695cf881a28ab9b028e7940/html5/thumbnails/12.jpg)
Uloga O2· - u metabolizmu
• Superoksid nastao djelovanjem NADPH oksidaze i njegov derivat, peroksinitrit, imaju ulogu u regulaciji krvnog tlaka
• Dio je citotoksičnog mehanizma pojedinih stanica imunološkog sustava
![Page 13: oksidativni stres predavanje.ppt](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042423/5695cf881a28ab9b028e7940/html5/thumbnails/13.jpg)
Poremećaj ravnoteže između stvaranja i eliminacije ROS uzrokuje
Oksidativni stres
Oksidativni stres nastaje kao posljedica 3 čimbenika:
1) povećano stvaranje oksidansa2) smanjenje antioksidativne zaštite3) neuspješan popravak oštećenja
![Page 14: oksidativni stres predavanje.ppt](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042423/5695cf881a28ab9b028e7940/html5/thumbnails/14.jpg)
Glavni izvori slobodnih radikala Enzimi ili/i koenzimi s flavinskim strukturama,
hemski koenzimi, enzimi koji sadrže Cu i Fe u aktivnom središtu
-reakcije prijenosa elektrona
1. respiratorni lanac u mitohondriju: uglavnom superoksid, a zatim H2O2
![Page 15: oksidativni stres predavanje.ppt](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042423/5695cf881a28ab9b028e7940/html5/thumbnails/15.jpg)
Uloga kisika u respiracijskom procesu
O2.-
O2.-
![Page 16: oksidativni stres predavanje.ppt](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042423/5695cf881a28ab9b028e7940/html5/thumbnails/16.jpg)
Glavni izvori slobodnih radikala
2. posebne stanice (leukociti, makrofagi i dr.)
stvaranje superoksida putem NADPH-oksidaze
superoksid može reagirati s vodikom i stvoriti vodikov peroksid a potom i hipokloritnu kiselinu
H2O2 + Cl- + H+ = HClO + H2O
![Page 17: oksidativni stres predavanje.ppt](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042423/5695cf881a28ab9b028e7940/html5/thumbnails/17.jpg)
2
![Page 18: oksidativni stres predavanje.ppt](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042423/5695cf881a28ab9b028e7940/html5/thumbnails/18.jpg)
Glavni izvori slobodnih radikala
3. endoplazmatski retikulum
citokrom P- 450 (CYP)
4. oksidacija hemoglobina
glutation
5. enzimi
ksantin oksidaza ksantin mokraćna kiselina
![Page 19: oksidativni stres predavanje.ppt](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042423/5695cf881a28ab9b028e7940/html5/thumbnails/19.jpg)
Štetan učinak slobodnih radikala
![Page 20: oksidativni stres predavanje.ppt](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042423/5695cf881a28ab9b028e7940/html5/thumbnails/20.jpg)
Oksidacijsko oštećenje DNA
Oštećenje
• disocijacija šećernih komponenti
• modifikacija baza• pucanje prstena
Posljedica
• pogreške pri translaciji• inhibicija sinteze
proteina• mutacije• kancerogeneza
![Page 21: oksidativni stres predavanje.ppt](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042423/5695cf881a28ab9b028e7940/html5/thumbnails/21.jpg)
Oksidacija DNA baze: oksidacija gvanina s OH•
HN
N N
N
H2N
O
R
HN
N N
N•
H2N
O
R
OH
H
HN
NN
N•
H2N
O
R
OH
H
HN
N N
HN
H2N
O
R
O
gvan(oz)in
FAPy-gvanin
HN
NN
N
H2N
O
R
OH
8-OH-gvanin (8-OHdG)
oksidacijsko otvaranje prstena
redukcija
OH•
![Page 22: oksidativni stres predavanje.ppt](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042423/5695cf881a28ab9b028e7940/html5/thumbnails/22.jpg)
Oksidativna oštećenja lipida
Oštećenje
• lipidna peroksidacija• oksidacija lipoproteina
Posljedica
• promjena u fluidnosti i permabilnosti membrana
• utjecaj na integrirane enzime
• stvaranje reaktivnih metabolita (malondialdehida (MDA), 4-hidroksinonenala (HNE), izoprostana i drugih produkata lipidne peroksidacije
![Page 23: oksidativni stres predavanje.ppt](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042423/5695cf881a28ab9b028e7940/html5/thumbnails/23.jpg)
Lipidna peroksidacija: inicijacija i propagacija
Linolna kiselina (18:2)
Konjugirani dien
Peroksilni radikal
Lipidni hidroperoksid
R
R
H
H
H
HEtan
LH
R
R
R
R
OO•
R +HOO
••
Aldehid
Eliminacija vodika( inicijacija)OH•-
O2
LH
Konjugacija diena
Adicija kisika
O
Adicija vodika(propagacija)
Fentonova reakcijaFe(II)
O
HH +
•
Fragmentacija
Alkoksilni radikal
H
H •
![Page 24: oksidativni stres predavanje.ppt](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042423/5695cf881a28ab9b028e7940/html5/thumbnails/24.jpg)
Oksidacijsko oštećenje proteina
Oštećenje
• agregacija, fragmentacija i raspad
• modifikacija funkcionalnih skupina
Posljedica
• promjene u enzimskoj aktivnosti, ionskom transportu
![Page 25: oksidativni stres predavanje.ppt](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042423/5695cf881a28ab9b028e7940/html5/thumbnails/25.jpg)
Opći tipovi oksidacijske modifikacije proteina
• proteinski karbonili (postranični aldehidi, ketoni)• nitrozilacija proteina (3-nitrotirozin, 3-NT)• hidroperoksilni derivati alifatskih aminokiselina• aminokiselinske interkonverzije (npr. His u Asn;
Pro u OH-Pro)• aminokiselinski oksidacijski produkti (npr. p-
hidrokisfenilacetaldehid) • disocijacija peptidnih veza
![Page 26: oksidativni stres predavanje.ppt](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042423/5695cf881a28ab9b028e7940/html5/thumbnails/26.jpg)
Biljezi oksidativnog stresa
Detekcija slobodnih radikala• vrlo komplicirano, zbog kemijskih i fizikalnih svojstava
(kratak poluživot)
DPPH ·; 2,2-difenil-1-pikrilhidrazil hidrat
stabilan radikal
![Page 27: oksidativni stres predavanje.ppt](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042423/5695cf881a28ab9b028e7940/html5/thumbnails/27.jpg)
ABTS; 2,2'-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulphonic acid)
Biljezi oksidativnog stresa
![Page 28: oksidativni stres predavanje.ppt](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042423/5695cf881a28ab9b028e7940/html5/thumbnails/28.jpg)
Biljezi lipidne peroksidacije:malondialdehid (MDA), konjugirani dieni, 4-hidroksinonenal(HNE), izoprostani
Biljezi oksidativnog oštećenja proteina:proteinski karbonili, 3-NT, proteinski hidroperoksidi
Biljezi oksidativnog oštećenja DNA:modificirani nukleozidi (8-OHdG)
Detekcija produkata oksidacijskog stresa
Biljezi oksidativnog stresa
![Page 29: oksidativni stres predavanje.ppt](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042423/5695cf881a28ab9b028e7940/html5/thumbnails/29.jpg)
Kako djeluju antioksidansi
1) izravno enzimskom katalizom uklanjaju ROS-SOD, GSHPx, CAT
2) reagiraju sa slobodnim radikalima, pretvaraju ih u neradikale dajući im elektron a sami postaju slabo reaktivni radikali-vitamin C, vitamin E
3) kelatiraju ione željeza i bakra-transferin, metalotioneini
4) štite biomolekule od oštećenja drugim mehanizmima-proteini toplinskog stresa (heat shock proteins, HSP)
![Page 30: oksidativni stres predavanje.ppt](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042423/5695cf881a28ab9b028e7940/html5/thumbnails/30.jpg)
Antioksidansi
neenzimatski antioksidansiu membranama ( -tokoferol, -karoten, koenzim Q 10)
izvan membrana (askorbat, transferin, bilirubin)
hvatači slobodnih radikala („scavengers“etici SOD)
prijelazni elementi (Se, Zn)
enzimi (citokrom c, SOD, GSHPx, katalaza)
![Page 31: oksidativni stres predavanje.ppt](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042423/5695cf881a28ab9b028e7940/html5/thumbnails/31.jpg)
Enzimski obrambeni sustav
![Page 32: oksidativni stres predavanje.ppt](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042423/5695cf881a28ab9b028e7940/html5/thumbnails/32.jpg)
Superoksid-dizmutaze
2O2. - + 2H+ H2O2 + O2
SOD - nalazi se u svim stanicama koje metaboliziraju kisik
3 vrste SOD:
1) mitohondrijska (Mn SOD)2) citosolna (CuZn SOD)3) izvanstanična (EcSOD)
potrebni različiti kofaktori (metali)
![Page 33: oksidativni stres predavanje.ppt](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042423/5695cf881a28ab9b028e7940/html5/thumbnails/33.jpg)
Superoksid-dizmutaze
Aktivno mjesto goveđe SOD (CuZnSOD) leži u šupljini koju tvore dvije petlje. Aktivno mjesto sadrži jedan bakrov i jedan cinkov ion, premoštene imidazolnim prstenom His61. Bakar je koordiniran sa sljedeća tri histidinska liganda i molekulom vode, dok je cink koordiniran s dva histidina i aspartatom.
![Page 34: oksidativni stres predavanje.ppt](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042423/5695cf881a28ab9b028e7940/html5/thumbnails/34.jpg)
Glutation-peroksidaze (GSHPx)(Se)
Eliminacija hidroperoksida i H2O2
2 GSH + ROOH GSSG + H2O + ROH
2 GSH + HOOH GSSG + 2 H2O
• citosolna i mitohodrijska GSHPx
• izvanstanična GSHPx
• fosfolipid-hidroperoksidna GSHPx
Enzim koristi glutation kao donor elektrona za obnovu reduciranog oblika selenocisteina
![Page 35: oksidativni stres predavanje.ppt](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042423/5695cf881a28ab9b028e7940/html5/thumbnails/35.jpg)
Glutation-reduktaza (GR)
Obnavljanje reduciranog oblika glutationa (GSH)
GSSG + 2 H+ + 2 e- 2 GSH
O
OH
NH2
NH
O
NH
O
O
OHSH
O
OH
NH2
NH
O
NH
O
O
OHS
O
OH
NH2
NH
O
NH
O
O
OHS Glutathiondisulfid
(GSSG)
Glutathion (GSH)
H2O2
2 H2O
![Page 36: oksidativni stres predavanje.ppt](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042423/5695cf881a28ab9b028e7940/html5/thumbnails/36.jpg)
Katalaza (CAT)(Fe)
2 H2O2 2 H2O + O2
Prilikom uobičajenog stvaranja peroksida (putem hemoglobina i SOD-a) veću aktivnost pokazuje GPx, dok se katalaza uključuje pri većem stvaranju peroksida
peroksisomi, mitohondriji hepatocita, eritrociti
![Page 37: oksidativni stres predavanje.ppt](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042423/5695cf881a28ab9b028e7940/html5/thumbnails/37.jpg)
katalaza
Fentonova reakcija
![Page 38: oksidativni stres predavanje.ppt](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042423/5695cf881a28ab9b028e7940/html5/thumbnails/38.jpg)
Neenzimski obrambeni sustav
![Page 39: oksidativni stres predavanje.ppt](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042423/5695cf881a28ab9b028e7940/html5/thumbnails/39.jpg)
Visokomolekularni antioksidansi (vezuju ione željeza ili bakra)
• transferin• ceruloplazmin• feritin• haptoglobin• hemopeksin• albumin• metalotioneini
![Page 40: oksidativni stres predavanje.ppt](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042423/5695cf881a28ab9b028e7940/html5/thumbnails/40.jpg)
Niskomolekularni antioksidansi
Askorbat (vitamin C)
• redukcijsko sredstvo• sinteza kolagena, karnitina,
neurotransmitera• povećava apsorpciju Fe • regeneracija tokoferilnog
radikala• ponekad prooksidans
Tokoferoli (vitamin E)8 izomera
lokaliziran u membranama; zaštita od oštećenja
![Page 41: oksidativni stres predavanje.ppt](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042423/5695cf881a28ab9b028e7940/html5/thumbnails/41.jpg)
Askorbinska kiselina i njezini metaboliti
L-askorbat Semidehidro-askorbatni radikal
dehidroaskorbinska kiselina
O
O OH
OCH
CH2
OH
OH
H
O
O OH
OCH
CH2
OH
OH
O
O O
OCH
CH2
OH
OH
O
O O
OCH
CH2
OH
OH
L-Ascorbat Semidehydro-ascorbatradikal
Dehydroascorbinsäuree-
askorbinska kiselina askorbilni radikal dehidroaskorbinska kiselina
![Page 42: oksidativni stres predavanje.ppt](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042423/5695cf881a28ab9b028e7940/html5/thumbnails/42.jpg)
polifenoli, npr. flavonoidi
Niskomolekularni antioksidansi
![Page 43: oksidativni stres predavanje.ppt](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042423/5695cf881a28ab9b028e7940/html5/thumbnails/43.jpg)
Niskomolekularni antioksidansi
• ubikinon (koenzim Q)
prijenosnik elektrona u respiratornom lancu
kooperacija sa tokoferolom
• karotenoidi: lutein, -karoten, vitamin A
odstranjivanje radikala s lipida
![Page 44: oksidativni stres predavanje.ppt](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042423/5695cf881a28ab9b028e7940/html5/thumbnails/44.jpg)
Niskomolekularni antioksidansi
• glutation (GSH, GSSG)
važan redoks sustav u stanicama sisavaca (1-10 mmol/l)
2 GSH GSSG + 2e- + 2H+
eliminacija ROS, stabilizacija redukcijskih oblika (SH-skupine, regeneracija tokoferola i askorbata)
supstrat glutation-peroksidaze
![Page 45: oksidativni stres predavanje.ppt](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042423/5695cf881a28ab9b028e7940/html5/thumbnails/45.jpg)
Niskomolekularni antioksidansi
liponska kiselina
regeneracija tokoferola i askorbata
melatonin
lipofilan; hvatač hidroksilnih radikala
![Page 46: oksidativni stres predavanje.ppt](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042423/5695cf881a28ab9b028e7940/html5/thumbnails/46.jpg)
Niskomolekularni antioksidansi
• mokraćna kiselina (urati)
• bilirubin
![Page 47: oksidativni stres predavanje.ppt](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042423/5695cf881a28ab9b028e7940/html5/thumbnails/47.jpg)
Metali s antioksidacijskom ulogom
SelenUtječe na resorpciju vitamina E, dio je selenoproteina
CinkStabilizira staničnu membranu, povećava imunitet