Reaktywne formy tlenu

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj

Reaktywne formy tlenu (RFT[1] lub ROS, z ang. reactive oxygen species) – reaktywne indywidua chemiczne zawierające w swoim składzie atomy tlenu z niesparowanym elektronem (rodniki) lub wiązania O−O i zdolne do uczestniczenia w reakcjach chemicznych, które odgrywają znaczącą rolę w metabolizmie i starzeniu się organizmów żywych.

Klasyfikacja[edytuj | edytuj kod]

Reaktywne formy tlenu będące wolnymi rodnikami:

Reaktywne formy tlenu nie będące wolnymi rodnikami (nie posiadające niesparowanego elektronu):

Charakterystyka[edytuj | edytuj kod]

Niektóre reaktywne formy tlenu są naturalnymi produktami metabolizmu, inne powstają w układach nieożywionych[1].

Najbardziej rozpowszechnione RFT w organizmach żywych to anionorodnik ponadtlenkowy i rodnik wodoronadtlenkowy. Powstają one podczas wycieku elektronów z łańcucha oddechowego. Rodnik ponadtlenkowy może również powstać w procesie redukcji tlenu cząsteczkowego przez mieloperoksydazę i oksydazę NADPH – kluczowe enzymy uczestniczące w pierwszej linii obrony przed patogenami. Dalsza redukcja przez dysmutazę ponadtlenkową powoduje powstanie nadtlenku wodoru. Rodnik ponadtlenkowy może również ulec konwersji do rodnika nadtlenkowego, alkoksylowego i hydroksylowego[2][3].

Stanowią ważny składnik przekazu sygnału w organizmach żywych. W pewnych sytuacjach poziom RFT może gwałtownie wzrosnąć prowadząc do uszkodzenia struktur w komórkach. Zjawisko to nazywa się stresem oksydacyjnym. Komórki bronią się przed nim zwiększając ekspresję enzymów takich jak katalazy i dysmutazy ponadtlenkowe. Niskocząsteczkowe przeciwutleniacze, takie jak kwas askorbinowy (witamina C), kwas moczowy lub glutation również pełnią rolę ochronną przed stresem oksydacyjnym.

Reaktywne formy tlenu w regulacji procesów fizjologicznych[edytuj | edytuj kod]

RFT uczestniczą w wielu procesach komórkowych, takich jak:

i wielu innych.

Szereg substancji będących środkami medycznymi powoduje wytwarzanie RFT. Prowadzą do tego ich nieenzymatyczne reakcje z tlenem lub reakcje redoks wewnątrz komórek[4]. Zwiększona produkcja RFT występuje podczas wysiłku fizycznego i po jego zakończeniu. Intensywny wysiłek cechuje m.in. wzrost peroksydacji lipidów i poziomu uszkodzeń DNA[5]. W 2014 laureat nagrody Nobla James Watson przedstawił hipotezę sugerującą, że niedobór RTF jest związany z występowaniem takich chorób jak cukrzyca, otępienie, choroby układu krążenia i niektóre postaci nowotworów[6].

W odpowiedzi na wzrost stężeń RFT często zachodzi wzrost aktywności enzymów rozkładających te formy i wzrost stężeń niskocząsteczkowych przeciwutleniaczy[7].

Działanie RFT w komórce nie musi ograniczać się do negatywnych efektów. Gdy występują one w stężeniu fizjologicznym, mogą odgrywać ważną rolę w prawidłowym funkcjonowaniu komórek, poprzez udział w sygnalizacji komórkowej i regulację takich procesów jak: proliferacja, różnicowanie, apoptoza i migracja. W organizmach żywych istotne jest utrzymywanie odpowiedniej homeostazy prooksydacyjno-antyoksydacyjnej[8].

Ma to miejsce w:

Nadmierne wytwarzanie RFT wywołane jest stresem oksydacyjnym, który pojawia się w wielu stanach patologicznych i leczenia, np. w czasie terapii fotodynamicznej[2][3].

Stężenie reaktywnych form tlenu jest ściśle regulowane w komórce przez antyoksydanty, takie jak zmiatacze wolnych rodników, glutation, tokoferole oraz enzymy antyoksydacyjne. Zaburzenie równowagi między związkami prooksydacyjnymi i antyoksydacyjnymi wywołuje stres oksydacyjny, który może doprowadzić do uszkodzenia, a także śmierci komórki na drodze apoptozy lub nekrozy. Śmierć komórki wywołana jest upośledzeniem jej funkcji przez utlenienie jej składników, takich jak białka[2][3].

RFT mogą również pełnić rolę regulatora u roślin. W organizmach zwierzęcych mogą wzmagać odpowiedź immunologiczną (głównie na patogeny zewnątrzkomórkowe), regulować adhezję komórkową oraz indukować odpowiedź na hipoksję (poprzez produkcję czynnika HIF1)[2][3].

Szybkość i łatwość dyfuzji RFT oraz ich zdolność do niespecyficznego reagowania z wieloma składnikami komórki może prowadzić do zaburzenia funkcjonowania komórki oraz być przyczyną wielu chorób, takich jak cukrzyca, choroba Alzheimera, miażdżyca, choroby nowotworowe oraz choroba Parkinsona[2][3].

RFT w regulacji śmierci komórki[edytuj | edytuj kod]

Reaktywne formy tlenu, które powstają w komórce w odpowiedzi na stres oksydacyjny mogą stymulować śmierć komórki przez aktywację szlaków apoptotycznych lub oddziaływanie na inne białka komórki. Reagując z białkami, upośledzają ich funkcję na skutek utleniania. Uszkodzenia białek mogą stać się sygnałem dla komórki aby weszła w proces apoptozy[2][3].

Indukcja apoptozy może zostać wywołana również przez uszkodzenia DNA, usunięcie czynników wzrostowych lub wiązanie się specyficznych ligandów do receptorów śmierci. Czynniki te powodują modyfikacje potranslacyjne w białkach (fosforylacja, cięcie białek charakterystyczne dla szlaków kaspaz) prowadzące do apoptozy[2][3].

Modyfikacje białek indukowane reaktywnymi formami tlenu[edytuj | edytuj kod]

RFT uszkadzają białka, które w efekcie mogą wpływać na szlaki przekazywania sygnału. Zmiany te mogą być odwracalne, np. modyfikacja reszt cysteinowych lub nieodwracalne, jak karbonylacja i powstawanie dityrozyny[2][3].

Powszechne modyfikacje białek wywołane przez reaktywne formy tlenu[3]
Aminokwas RFT Produkt
Arg HO (+inne) kwas 5-hydroksy-2-aminowalerianowy
Cys NO S-nitrozylacja
Cys HO (+inne) Cys-SH, Cys-SOH, Cys-SO2H,Cys-SO3H, utworzenie mostków dwusiarczkowych – wewnątrz- lub międzycząsteczkowych, lub mieszanych, Cys-S-S-glutation
Glu HO (+inne) wodoronadtlenki kwasu glutaminowego
His HO (+inne) 2-oksyhistydyna/2-oksohistydyna
Leu/Val/Lys/Pro/Ile/Tyr HO (+inne) wodoronadtlenki i hydroksypochodne aminokwasów
Lys, Arg, Pro, Thr HO (+inne) utworzenie grupy karbonylowej przez bezpośrednie utlenienie
Lys, Cys, His HO (+inne) karbonylacja przez oddziaływanie z produktami utleniania lipidów i glikanów
Met HO (+inne) sulfotlenek metioniny
Phe HO o-tyrozyna, m-tyrozyna
Trp HO (+inne) N-formylokinurenina, kinurenina, 5-hydroksytryptofan, 7-hydroksytryptofan
Tyr HO DOPA
Tyr HOCl 3-chlorotyrozyna
Tyr HO (+inne) dityrozyna (Tyr-Tyr)

Udział RFT w regulacji migracji komórek[edytuj | edytuj kod]

Istnieje wiele ścieżek sygnałowych zależnych od RFT, zaangażowanych w regulację aktywności ruchowej komórek zwierzęcych zarówno prawidłowych, jak i nowotworowych. Bardzo ważnym mechanizmem regulującym aktywność białek związanych z migracją komórek są reakcje fosforylacji i defosforylacji. Modyfikacja działania tych szlaków poprzez regulację aktywności niektórych białek enzymatycznych może być efektem ich odwracalnego utleniania przez reaktywne formy tlenu. RFT ingerują w szlaki przekazywania sygnałów poprzez zahamowanie aktywności fosfataz. Dochodzi do utlenienia reszt cysteinowych znajdujących się w centrum aktywnym fosfataz, czego skutkiem jest ich inaktywacja, co w konsekwencji wpływa to na funkcjonowanie wielu kaskad sygnalizacji wewnątrzkomórkowej[2][3].

Przypisy[edytuj | edytuj kod]

  1. 1,0 1,1 Bartosz 2008 ↓, s. 28.
  2. 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 2,7 2,8 Jolanta Sroka, Zbigniew Madeja: Udział reaktywnych form tlenu i reduktazy tiordoksyny w regulacji migracji komórek. Zakład Biologii Komórki, Wydział Biochemii, Biofizyki i Biotechnologii Uniwersytetu Jagielońskiego.
  3. 3,0 3,1 3,2 3,3 3,4 3,5 3,6 3,7 3,8 3,9 Mateusz Ługowski, Jolanta Saczko, Julita Kulbacka, Teresa Banaś: Reaktywne formy tlenu i azotu. Akademia Medyczna we Wrocławiu, Katedra i Zakład Biochemii Lekarskiej.
  4. Bartosz 2008 ↓, s. 1264.
  5. Bartosz 2008 ↓, s. 278-281.
  6. James D Watson. Type 2 diabetes as a redox disease. „Lancet”. 383, s. 841–43, 2014. doi:10.1016/S0140-6736(13)62365-X. 
  7. Bartosz 2008 ↓, s. 310.
  8. Bartosz 2008 ↓, s. 304.
  9. Bartosz 2008 ↓, s. 304-309.
  10. Bartosz 2008 ↓, s. 315-336.

Bibliografia[edytuj | edytuj kod]