„Gyök (kémia)” változatai közötti eltérés
[ellenőrzött változat] | [ellenőrzött változat] |
Tartalom törölve Tartalom hozzáadva
a →További információk: form |
Nincs szerkesztési összefoglaló |
||
1. sor:
{{átdolgoz}}
[[File:Free-radicals-oxygen.jpg|thumb|130px|A szabad [[oxigén]] gyökök az oxigénatomban, miután elvesztettek egy [[elektron]]t, rendkívül reakcióképessé válnak]]
[[File:Pharmacologyprism.jpg|thumb|130px|Farmakológiaprizma. Az öt különálló kép az öt fő területét szimbolizálja a [[farmakológia]]i kutatásoknak. Ezek, balról jobbra, az [[agy]], a [[
[[File:Nanotube grafting 1.jpg|thumb|130px|left|[[Polisztirol]] szabadgyökből képződött egyfalú, [[szén]] ''nanocső''
[[File:Chemdg trimethylenemethane 2rad.svg|thumb|130px|Sematikus képlete a trimetilén metán szabadgyököknek (kétértékű)]]
[[File:Free radical polymerization of tetrafluoroethylene.gif|thumb|130px|left|Tetrafluor-etilén szabadgyökös [[polimerizáció]]ja]]
10. sor:
[[File:Triphenylmethylradical.png|thumb|130px|A trifenil-metil-gyök. A trifenil-metil-csoport egy olyan stabil gyökök, amelyben delokalizált a szabadgyök, valamint sztérikus zsúfoltság jellemzi, ami megnehezíti más molekulákkal történő reagálását a trifenil-metil-csoportnak. Ily módon jó példa a stabil szabadgyökökre]]
A '''szabadgyökök''' (angolul: ''free radicals'') olyan [[atom]]ok vagy [[
<big>A''':'''B</big> ---------> <big>A'''•'''</big> + <big>B'''•'''</big> szabadgyök
16. sor:
<big>A''':'''B</big> ---------> <big>A</big><sup>+</sup>''':''' + <big>B</big><sup>-</sup> ion
A ''szabadgyökök'' szerepének megértése forradalmat jelentett az orvostudományban, és alapjaiban változtatta meg a betegségek kialakulásával és kezelésével kapcsolatos felfogásunkat<ref>Kamikáze molekulák: A szabadgyökök befolyásolása a C-vitamintól a Viagráig
Számos krónikus betegség kialakulásában jelentős szerepe van a szabadgyök-antioxidáns egyensúly eltolódásának, így pl.: [[daganat]]os betegségekben, [[immunrendszer]]rel kapcsolatos elváltozásokban, zsírmájban, epekőbetegségben, gyulladásos bélbetegségekben, vastagbél-rákban<ref>MTA Doktora Pályázat Doktori Értekezés: A redox–homeosztázis változása és az antioxidánsok jelentősége máj- és bélbetegségekben, Dr. Blázovics Anna Budapest, 2005</ref>. Számos betegség patofiziológiájában feltételezik a szabadgyökök és az általuk okozott
== Felfedezésük ==
[[Faraday törvényei|Faraday]] [[1847]]-es közleménye is tanúbizonyságot ad létezésükről. Fenton [[1894]]-ben közölte le, hogy bizonyos [[fémek]] jelenlétében a H<sub>2</sub>O<sub>2</sub> hidroxil szabadgyökök (OH•) képződését képesek katalizálni. Az első beazonosított szerves szabadgyök a trifenil-metil-gyök volt, amelyt Moses Gomberg [[1900]]-ban fedezett fel (University of Michigan, [[USA]]). Történelmileg a ''gyök'' kifejezést használták a [[molekula]] kötött részeinek kifejezésére, leírására, különösen, ha azok változatlanok maradtak a [[
== Csoportosításuk ==
33. sor:
=== Oxigén centrumú gyökök ===
[[Oxigén]] ''szabadgyökök'' azok a szabadgyökök, amelyekben a pár nélküli [[elektron]] egy oxigén [[atom]] külső elektronpályáján helyezkedik el.
====Oxigén eredetű szabadgyökök, reaktív oxigén fajták (''ROS- reactive oxygen species'') ====
A ROS funkciói: sejtműködés szabályozása, jelátviteli folyamatokhoz, sejtosztódáshoz, gyulladáshoz, sejthalálhoz.
* szuperoxid gyök (O<sub>2</sub>•<sup>-</sup>, :O:O•'''<sup>–</sup>''')
:relatív kis reakcióképesség
:↑•O:O•↑
* perhidroxi gyök (HO•<sub>2</sub>, H:O:O:•)
:O:O•'''<sup>–</sup>''' '''→'''+H → oxidáció '''<big>→</big>''' H:O:O:•
* aktív [[
:nagyon reakcióképes, citotoxikus, mindennel gyorsan reagál, rekombinálódik. Erősen oxidál, :láncreakciót indukál, önmagával H<sub>2</sub>O<sub>2</sub>-t alkot. Képzés: Fenton reakció
:(radiolízis, fotolízis, kémiai reakciók)
: H:O:O:H → -e → redukció → •O:H
57. sor:
* [[nitrogén-monoxid]] szabadgyök (NO•<sup>-</sup>)
* [[nitrogén-dioxid]] (NO<sub>2</sub>•<sup>-</sup>)
* peroxinitrit (ONOO•)
* alkil-peroxinitritek (R-OONO)
=== Párosítatlan elektronnal nem rendelkező molekulák ===
66. sor:
* Szerves peroxidok (R-OOH)
a lipidek oxidációs terméke a lipidperoxidáció során, amely főképp szinglet oxigén
hatására keletkezik
* hipoklórsav (HOCl)
* szinglet oxigén (<sup>1</sup>O<sub>2</sub>)
:szigma-szinglet (Σ<sup>1</sup>O<sub>2</sub>, ↑·O:O•↓)
: ↑•O:O•↑ → excitáció → ↑·O:O•↓
:delta-szinglet (Δ<sup>1</sup>O<sub>2</sub>, :O:O:↑↓)
* [[ózon]] (O<sub>3</sub>)
=== Biradikális (kettős szabadgyök) ===
85. sor:
=== Ponttal jelölik ===
A kémiai egyenletek a szabad gyököket gyakran jelölik ponttal, rögtön jobbra az atomi szimbólum mellett az alábbiak szerint, a klórgáz bontása ultraibolya fénnyel klóratomos gyökökre:<br />
Cl<sub>2</sub> + ---UV-fény--->
=== Az elektronok mozgását és irányát kétfejű nyíl jelöli ===
91. sor:
=== Láncreakciók részei ===
* Iniciátor (
nettó számának növekedése a szabadgyököknek
* Propagációs (szaporodási) reakció
* Terminális (megsemmisülési) reakció
== Szabadgyökök képződése ==
=== A légkörben ===
A [[légkör]]ben szerepet játszó [[oxigén]]tartalmú ''szabadgyökök'': az OH, a HO<sub>2</sub>, az RO<sub>2</sub> (alkilperoxil-gyök), az RCO (acil-gyök), RC(O)O<sub>2</sub> (acilperoxil-gyök) és az RO (alkoxil-gyök)
A legjelentősebb szabadgyökök és reaktív formák (Cornetti, 2009 nyomán):<br />
Oxigén O<sub>2</sub>, Klór Cl<sub>2</sub>, Szinglet oxigén O, Atomos klór Cl., Ózon O<sub>3</sub>, Hipoklórossav HOCl, Szuperoxid gyök O<sub>2</sub>., Szerves peroxidok ROOH,
==== Primér légköri -OH-gyök források ====
A légkörkémiai folyamatokban messze a legfontosabb szereplő az OH-gyök, amit szokás a légkör „tisztítószerének” („detergensének”) is nevezni, ugyanis ez az a ''szabadgyök'', ami kellően reaktív ahhoz, hogy elindítsa, iniciálja a légköri szerves anyagok lebomlását. Mindez annak ellenére van, hogy a légkör átlagos hidroxilgyök koncentrációja nagyon kicsi, ~10<sup>6</sup> molekula/ cm<sup>3</sup>.
Az [[OH.|OH]]-gyök elsődleges forrása a troposzférában a [[szingulett]] oxigénatom, O(1D), reakciója vízgőzzel; a nagyon reaktív szingulett oxigénatom az [[ózon]] ''fotolízise'' során keletkezik a troposzférában. A troposzférikus ózon forrása pedig az alapállapotú oxigénatom, O(3P), és O2 molekula kombinálódási reakciója; az O(3P) az NO<sub>2</sub> fotolízisével jön létre a troposzférában: <br />
NO<sub>2</sub> + hν → NO + O(3P) λ < 420 nm
121 ⟶ 120 sor:
==== Légköri szekunder folyamatokban az OH-gyök keletkezése ====
A primer OH-forrásoknál nagyobb jelentőségű a troposzférában az OH-gyök keletkezése szekunder folyamatokban, ami a szerves molekulák (illékony szerves anyagok, VOC) kémiai láncreakcióval történő lebomlását jelenti. Az OH-gyök reakció-láncokban való keletkezésének első lépéseként a légköri szerves molekula hidrogénelvonási reakciójában, illetve fotolízisével egy szabadgyök, ''R'', keletkezik (pl. a szénhidrogénekből egy alkilgyök keletkezik ). Az ''R'' szabadgyök, a reaktív és nagy koncentrációban jelenlévő [[oxigén]]molekulával ''peroxilgyököt'' képez, ''RO2'', ami [[nitrogén-monoxid]] jelenlétében ''alkoxil-gyökké''(''RO'') alakul, miközben nitrogén-dioxid keletkezik. Az NO<sub>2</sub> molekula az először említett reakcióciklusban hoz létre [[hidroxilgyök]]öt. Az ''alkoxil-gyökök'' ugyancsak reagálnak oxigénmolekulával és a szerkezetüktől függően elbomlanak, vagy [[izoméria|izomerizációs]] reakcióban vesznek részt a légköri körülmények között:
RO + O<sub>2</sub> → HO<sub>2</sub> + karbonil molekula
135 ⟶ 132 sor:
HO<sub>2</sub> + NO → OH + NO<sub>2</sub>
A szerves molekulák lebomlása során, a fentiekben vázolt reakciómechanizmusokban különböző szabadgyökök és oxigén tartalmú szerves molekulák (alkoholok, aldehidek, ketonok, stb.) keletkeznek. Az utóbbiak, az un. oxigén tartalmú illékony légköri összetevők. A tárgyalt reakcióciklusok nagyon fontos vonása, hogy bennük O<sub>3</sub> keletkezik<ref>Zügner Gábor László
==== Karbonil szabadgyökök képződése a légkörben ====
A [[légkör]]ben található [[
CH<sub>3</sub>C(O)CH<sub>3</sub> + OH → CH<sub>3</sub>C(O)CH<sub>2</sub> + H<sub>2</sub>O
148 ⟶ 145 sor:
propán, i–bután, i–pentán légköri oxidációjából
* Képződésük a felső troposzférában
a felső troposzférában, ahol a víznek kicsi a koncentrációja, az aceton fotolízise a legjelentősebb HO<sub>x</sub>–forrás (OH és HO<sub>2</sub>)<ref>Jaeglé 2001.</ref>. Az aceton kulcsszereplője a felső troposzféra O<sub>3</sub>– és NO<sub>x</sub>–ciklusainak is.
==== Karbonil szabadgyökök lebomlása a légkörben ====
Légköri lebomlásuk köztitermékei az ''acetilperoxil–gyök'' és a ''propionilperoxil–gyök'', melyek [[
* Az aceton fotobomlásának primer folyamatai a következők:
CH<sub>3</sub> C(O)CH<sub>3</sub> + ''hv'' ----->
termékek
▲termékek -----> 2C•H<sub>3</sub>CO + (λ < 299 nm)<br />
* A primer folyamatokat szekunder reakciók követik a légkörben közülük az első lépés az O<sub>2</sub> molekulával végbemenő reakció:
CH<sub>3</sub> C•O<sub>2</sub> + M -----> C(O)OO• + M
C•H<sub>3</sub> + O<sub>2</sub> + M
==== A „jó ózon” és a freon ====
„Jó az ózon” a sztratoszférában, mert véd az UV sugárzástól. A CFC anyagok (freonok), pl CFC-11 (CFCl<sub>3</sub>) károsítják a Földet védő [[ózonréteg]]et<ref>, Molina és
CFCl<sub>3</sub> + ''hν'' -----> CFCl<sub>2</sub> + Cl
180 ⟶ 176 sor:
Netto: 2 O<sub>3</sub> -----> 3 O<sub>2</sub>
Korlátozás, majd a gyártás és felhasználás betiltása: Montreáli Egyezmény (1987) + újabb módosítások.
==== A Montreáli Egyezmény következményei ====
* Az ózonréteg felépülése megkezdődött. A teljes helyreállítódás 2050 körül várható, de nagy a bizonytalanság.
* Sok millió rákos megbetegedés elmaradását mutatják a modellszámítások.
* Az ózonegyezmények 3 évvel késleltették a felmelegedést!
193 ⟶ 188 sor:
[[Nap]] + VOC + NO<sub>x</sub>+ O<sub>2</sub> +OH → → → n O<sub>3</sub> + CO<sub>2</sub> + H<sub>2</sub>O
Az ózon képződésének visszaszorítása a troposzférában „nyerő” stratégia, mert csökkenti a [[globális felmelegedés]]t és a levegő minőségének javulását eredményezi.
=== In vitro ===
202 ⟶ 196 sor:
==== Haber-Weiss-láncreakció ([[1933]]) ====
* szuperoxid szabadgyök képződik:
H<sub>2</sub>O<sub>2</sub> + OH•
* hidroxil szabadgyök képződik:
H<sub>2</sub>O<sub>2</sub> + H<sup>+</sup> + O<sub>2</sub><sup>-</sup>• -----> OH• + H<sub>2</sub>O + O<sub>2</sub>
==== A zsírok avasodása ====
Szabadgyökös reakciók felelősek számos élelmiszer romlásáért is. Ezek közül a legismertebb a zsírok avasodása, amely kellemetlen íz-, szín- és szagváltozással jár. A különböző kémiai reakciók következtében káros komponensek (ketonok, aldehidek) is keletkezhetnek, valamint a vitaminok és egyéb biomolekulák szerkezete is megváltozhat.
=== In vivo ===
A szabadgyökök képződése a normális anyagcsere folyamatokhoz, így a terminális oxidációhoz köthető, másrészt a szervezetben lejátszódó biokémiai folyamatok következményei. A keletkező szabadgyökök a lipideket alkotó zsírsavmolekulákat, a szénhidrátokat, fehérjéket és nukleinsavakat is károsíthatják, gyökös mechanizmusú láncreakcióval. A lipidek károsodása a lipidperoxidáció, amely során elsősorban hidroperoxidok keletkeznek, amelyek agresszívan támadják meg az egyéb molekulákat, mint az enzimeket, fehérjéket és aminosavakat stb. Következményként a membránok kilyukadhatnak, felszakadhatnak, ami a destruktív lizoszómás enzimek kiszabadulását eredményezheti, így a szövet károsodhat
▲köthető, másrészt a szervezetben lejátszódó biokémiai folyamatok következményei. A keletkező szabadgyökök a lipideket alkotó zsírsavmolekulákat, a szénhidrátokat, fehérjéket és nukleinsavakat is károsíthatják, gyökös mechanizmusú láncreakcióval. A lipidek károsodása a lipidperoxidáció, amely során elsősorban hidroperoxidok keletkeznek, amelyek agresszívan támadják meg az egyéb molekulákat, mint az enzimeket, fehérjéket és aminosavakat stb. Következményként a membránok kilyukadhatnak, felszakadhatnak, ami a destruktív lizoszómás enzimek kiszabadulását eredményezheti, így a szövet károsodhat . A lipidperoxidáció következtében esszenciális zsírsavhiány alakul ki, amely károsítja a membránok (elsősorban a mitokondrium, lizoszóma, plazmamembrán) finom szerkezetét, funkcióját, zavart okozhatnak a sejtek közötti kommunikációban, végső esetben a sejtek nekrotikus pusztulásához vezethetnek <ref>Cadenas, 1989; Djuric és mtsai., 1998; Heinonen és mtsai., 1998; Lugasi és Blázovics, 2004.</ref>.
==== A szabadgyök-indukció forrásai ====
A szabadgyökök külső és belső faktorok, biotikus és abiotikus stresszhatások következményeiként is indukálódhatnak
===== Sejten belüli források =====
* hemoglobin
* riboflavin
* flavoproteinek
* mono-oxidázok
* átmeneti fémionok
===== Külső tényezők =====
* ultraibolya és radioaktív sugárzás
* dohányfüst, szmog
* túlzott alkoholfogyasztás
233 ⟶ 223 sor:
* vegyi anyagok
* környezetszennyezés
* toxinok
==== Reaktiv oxigéngyökök képződése nem-enzimatikus úton ====
A folyamatban a [[vas]] fontos szerepet játszik. Különböző Fe<sup>2+</sup>-komplexek [[oxigén]]nel reagálva hoznak létre részlegesen redukált oxigén származékokat. A hemoglobin oxigén felvételekor, a mikroszomális elektron transzportban, illetve a légzési láncban
▲* Haber-Weiss-reakció:
▲O<sub>2</sub>• + H<sub>2</sub>O<sub>2</sub> ----> O<sub>2</sub> + OH<sup>-</sup> + HO•
▲* Fenton-reakció:
▲Me<sup>2+</sup> + H<sub>2</sub>O<sub>2</sub> ----> Me<sup>3+</sup> + OH<sup>-</sup> + HO•
==== Reaktiv oxigéngyökök enzimatikus keletkezése ====
Az enzim katalizálta folyamatban O<sub>2</sub><sup>-</sup>•, illetve H<sub>2</sub>O<sub>2</sub>
* A folyamat a ''NADPH-oxidáz'' (''flavoprotein'') segítségével megy végbe, mely számos szövetben megtalálható. A flavoprotein ''prosztetikus csoportja'' [[elektron]] transzfert képes katalizálni. A NADPH-oxidáz
O<sub>2</sub> + e<sup>-</sup>
* A ''FAD'', a xantin-oxidáz és a flavin-oxidázok által mediált folyamatok is ismertek.
* Prooxidáns enzimn a NO-szintetáz
A [[gáz]] halmazállapotú [[Nitrogén-monoxid biológiai funkciói|NO]], a keletkezés helyéről [[diffúzió]]val jut el a környező [[sejt]]ekhez. Hatásának erőssége és ideje attól függ, milyen távolságra diffundál. A ''NO'', a sejtben gyorsan átalakul, fél-életideje 5-10 sec. A keringésben az oxihemoglobinnal, a sejtekben [[oxigén]]nel és oxigén szabadgyökökkel reagál, más szabadgyököket hoz létre, majd nitritté (NO<sub>2</sub><sup>-</sup>) és nitráttá (NO<sub>3</sub><sup>-</sup>) alakul. Szuperoxid anionnak a nitrogén-oxiddal létrejövő reakciója, azaz a peroxinitrit képződése: <br />
O<sub>2</sub><sup>-</sup>• + NO• ----> ONOO• <br />
A peroxinitrit bomlása:
:ONOO• ----> NO<sup>2+</sup> Nitronium ion
:ONOO• ----> NO<sub>2</sub>
:ONOO• ----> OH<sup>-</sup>
* Monoamin - oxidáz
* Citokrom P450 – oxidáz
Mitokondriális és mikroszomális (kloroplasztisz) elektron transzport során az oxigén tetravalens redukciója.<br />
<sup>3</sup>O<sub>2</sub> + e<sup>-</sup> ----> O<sub>2</sub> <sup>-</sup>• ----> H<sub>2</sub>O<sub>2</sub> ----> OH ----> H<sub>2</sub>O
==== Lipidperoxidáció ====
[[File:Linoleic acid.png|thumb|180px|A linolsav kémiai szerkezete]]
Azt a folyamatot, amelynek során a [[
===== A folyamat lépései =====
* A lipid peroxidáció folyamatának fő szakaszai
# Iniciáció: szabadgyökös támadás, gyök képződés
# Propagáció: a szabadgyök képződés láncreakciószerű
# Termináció: (kvázi)stabil gyökök és molekulák
* Lipid gyök kialakulása (iniciáció)
A kettős kötéssel szomszédos szénatomon gyökközpont jön létre, miután az ''iniciátor'' szabadgyök elvont egy hidrogént, ezzel szabad gyök állapota megszűnik, a lipidből pedig alkilgyök keletkezik. Konfigurációs változások jönnek létre azonnal.
R = R'''H''' = R-COOH + OH• vagy O<sub>2</sub> --(-H<sup>+</sup>)--> R='''R'''•=R-COOH
* Lipid-peroxil gyök (propagáció )
Az oxigén hozzáadódik az alkilgyökhöz, peroxigyök keletkezik.
280 ⟶ 269 sor:
* Lipid-peroxid (termináció)
A peroxigyökök hidrogént vonnak el a közeli molekulákról és így metastabil lipidhidroperoxidok keletkeznek.
R='''ROO•'''=R-COOH + H<sup>+</sup> ---->
===== A lipidperoxidáció citotoxikus termékek forrása =====
286 ⟶ 275 sor:
[[File:Malondialdehyde.png|thumb|180px|Malonaldehid]]
A lipidhidroperoxidok bomlásából származnak. Az aldehidek aktívak lehetnek biológiailag,
CH<sub>2</sub>(CHO)<sub>2</sub>
* Izoprosztánok képződése
[[File:AAnumbering.png|thumb|180px|Arachidonsav]]
[[File:Prostaglandin E1.svg|thumb|180px|right|Prostaglandin E1]]
A 8–epiprosztaglandin-F2α–8-izoprosztán
Arachidonsav + O<sub>2</sub><sup>-</sup>• ----> izoprosztánok + foszfolipáz ----> 8-izoprosztán
* Szénhidrogének
298 ⟶ 287 sor:
Etán (C<sub>2</sub>H<sub>6</sub>)pentán (C<sub>5</sub>H<sub>12</sub>)a kilélegzett levegő illékony gázfázisának a része. A kilégzett gázkeverék szervetlen és szerves molekulákat is tartalmaz. Ez utóbbi molekula családot illékony szerves molekuláknak nevezzük (Volatile Organic Compaunds). A gázok más részének megjelenése változó, így bizonyos kórállapotok egy-egy gáz-profillal jellemezhetők (pl.daganatos betegség).
===== Az egyes szövetek lipidperoxidáció iránti érzékenysége =====
* Agy
Az agy különösen érzékeny az oxidációs károsodásokra a nagy lipid tartalom miatt, mert kiemelkedően nagy a PUFA tartalom és gyenge antioxidáns védelemmel rendelkezik.
* Retina
A retina pigment epithel sejtjei különösen érzékenyek az oxidatív hatásokra, amelynek apoptózis a következménye
* Emésztőtraktus
Hatékony antioxidáns védelemmel bír a glutation-peroxidáz aktivitáson keresztül. A gyomor>nyelőcső>vastagbél> vékonybél (kripta >> bélbolyhok csúcsa) mértékkel.
* Vérerek
Antioxidáns enzimek hiánya jellemzi, arachidonsav kaszkáddal megterhelve.
* Vörösvérsejtek
Oxigén “terhelés”
* Fehérvérsejtek
Jelentős antioxidáns (elsősorban aszkorbinsav) tartalom. Aszkorbinsav koncentráció: T-lymphocyták > B lymphocyták >monocyták. Neutrofil granulociták jelentős oxidatív terheléssel bírnak. H<sub>2</sub>O<sub>2</sub> termelés, oxidatív burst.
* Spermiumok
Rendkívül érzékenyek, gyenge antioxidáns ellátottság, a mitokondriális rendszer fokozott aktivitása jellemzi.
== Szabadgyökök kimutatására alkalmas technikák ==
A fizikai-kémiai meghatározások egzaktak, reprodukálhatók in vitro, sejtmentes közegben. Sejtes, vagy szöveti homogenizátumot tartalmazó rendszerek
===Direkt módszerek===
* Elektron spin rezonancia (ESR)
: Spin-csapdák: DMPO 5,5’-dimetil-1-pirrolin-oxid; PBN alfa-fenil-tercier-butil-nitron (PBN.OH
* Impulzus radiolízis vizsgálatok
* Nukleáris mágneses rezonancia (NMR)
325 ⟶ 313 sor:
* Szabadgyök - markerek
=== Indirekt módszerek ===
:spektrofotometriás, fluorimetriás, luminometriás, Raman spektroszkópia, izotóptechnikák,
* Megkötő ágensek
* Fingerprint molekulák meghatározása
340 ⟶ 328 sor:
=== Stabil gyökök ===
A legjobb példa a stabil gyökre a molekuláris dioxigén (O<sub>2</sub>), oxigén vagy molekuláris oxigén. Egy másik gyakori példa a nitrogén-monoxid (NO). Szerves csoport lehet hosszú életű, ha azokban előfordulnak konjugált Π-rendszerek, mint például az α-tokoferolból ( E-vitamin ) származó szabadgyökök. Van több száz példa a thiazyl gyökre, amely azt mutatja, hogy kis reakcióképessége és termodinamikai stabilitása csak nagyon korlátozott mértékben a π rezonancia stabilizációnak köszönhető<ref>Cyclic and Heterocyclic Thiazenes
=== Tartós gyökök ===
350 ⟶ 338 sor:
=== Az oxigén paradoxon ===
A [[Föld]]ön az [[élet]] fenntartásához [[oxigén]]re van szükség, bár az oxigén kivételesen aktív [[molekula]], mely reaktív oxigén gyökök képződésén keresztül károsítja a makromolekulákat. Az élő rendszerek viszont komplex [[antioxidáns]] hálózatot tartanak fenn a [[
=== Égés ===
356 ⟶ 344 sor:
=== Addíció ===
== A szabadgyökök élettani hatásai ==
A ''szabadgyökök'' természetes affinitásuk miatt spontán reakcióba lépnek minden molekulával, szerkezeti és működésbeli változásokat idézve elő azokban
=== A szabadgyökök eredete ===
A szabadgyökök az egészséges szervezetben az alapvető anyagcsere folyamatok során keletkeznek folyamatosan az aerob metabolizmus során, speciális enzimek hatására vagy egyéb biokémiai reakciók során
==== Endogén szabadgyökképződés ====
===== Szuperoxid gyök (O<sub>2-</sub>)=====
Akkor keletkezik, ha az oxigén molekula külső héjára egy elektron kerül, ami létrejöhet nem enzimatikus úton, pl. a mitokondriális elektron transzport láncban a szemiubikinonnal való reakció során vagy enzimek közreműködésével
===== Hidrogén-peroxid (H<sub>2</sub>O<sub>2</sub>) =====
A legfontosabb tulajdonsága, hogy hidroxilgyökké alakul fém
===== Szinglet oxigén, <sup>1</sup>O<sub>2</sub> =====
Nincs párosítatlan elektronja, ezért nem szabadgyök, de a két elektron spinje azonos és így nagy reaktivitású. Fagocita respirációs burst során, vagy enzimatikusan peroxidázok, lipoxigenázok,
===== Nitrogén monoxidot (NO) =====
Az endothelialis nitrogén-monoxid szintáz (eNOS) termeli, kulcsfontosságú az érműködés élettanában. Ha az L-arginin és a tetrahidrobiopterin (THB4), az eNOS enzim kofaktorai nem állnak megfelelő mennyiségben rendelkezésre, akkor az enzim szuperoxid aniont termel. Ennek következtében csökken az endothelium függő ér relaxáció, mert az NO reagál a szuperoxid gyökkel és peroxinitrit gyök alakul ki
===== Hipoklórsav (HOCl) =====
Elsődlegesen baktericid hatású, az aktivált polimorfonukleáris sejtekben termelődik, mieloperoxidáz hatására hidrogénperoxid és kloridion reakciója során. A membránokon
==== Exogén szabadgyökforrások ====
Fokozottan képződnek szabadgyökök különböző gyógyszerek, antibiotikumok, antineopláziás szerek (bleomycin, adriamycin, doxorubicin
=== Barátaink és ellenségeink a szabadgyökök ===
396 ⟶ 383 sor:
==== Hatásuk a létfontosságú molekulákra ====
* DNS- deoxi guanozin
* Fehérjék- enzimbénítás
* Lipoproteinek- LDL-oxidáció
* Többszörösen telítetlen zsírsavak- Lipidperoxidáció
402 ⟶ 389 sor:
=== Szabadgyökök szerepe az öregedésben ===
==== Öregedés ====
Az öregedés a környezeti káros hatások és részben a szabadgyökök okozta ártalom következménye.
==== Öregedési teóriák ====
412 ⟶ 399 sor:
== Az oxidatív stressz ==
Oxidatív stressznek nevezzük az olyan állapotot, amikor a prooxidánsok és az antioxidánsok egyensúlya eltolódik az előzőek javára. Az antioxidáns - prooxidáns egyensúly fenntartása az egészség megőrzésének fontos eszköze. Az oxidatív stressz a reaktív oxigén vagy nitrogén eredetű szabadgyökök keletkezése és az antioxidáns védő rendszerek közötti egyensúly megbomlása, a sejtek oxido-redukciós állapotának megváltozása során lép fel. A ROS kontrollálatlan keletkezése vagy az antioxidáns rendszer működésének csökkenése vezet az oxidatív stressz kialakulásához. Szinte nincs olyan betegség, ahol a szabadgyökök károsító hatását ne mutatták volna ki, vagy a szabadgyökök túltermelődése vagy az antioxidáns rendszer károsodása miatt.
=== Kialakulásának okai ===
A szabadgyökök képesek arra, hogy az antioxidáns rendszerek működését gátolják, pl. úgy, hogy elfogyasztják a rendelkezésre álló antioxidánsokat, így pozitív visszacsatolásos kör alakul ki. A sejtek egy másodlagos oxidatív károsodásra
==== Külső tényezők ====
* Élvezeti szerek, cigarettafüst és alkoholos befolyásoltság
* Magas hőmérséklet – hőstressz
* UV sugárzás – fertőtlenítés, napfény hatása
* Ionizáló sugárzás – fertőtlenítés
* Peszticidek, herbicidek és egyéb környezeti toxinok
* Ózon
* Szmog
* Fémtoxikózisok (réz és a vas)
* Megemelt, többszörösen telítetlen zsírsav-bevitel (egyidőben megnövelt mennyiségű antioxidáns-bevitel hiányában)
432 ⟶ 419 sor:
:cisztein hiány
* A-vitamin túladagolása
Gátolja az E-vitamin felszívódását és annak a májban történő raktározását
* Akut vagy krónikus stressz hatások
:pl.: hideg környezet vagy bezártság, immobilizáció hatására a gyökképző folyamatok intenzitása fokozódik
==== Belső tényezők ====
* Fiziológiás folyamatok
endoperoxidok képződése arachidonsav kaszkád során<br />
ion pumpa működésének zavara
* Genetikai hatások
Szelekció hatására fokozott anyagcsere intenzitás (T4/T3 átalakulás → O<sub>2</sub>•↑) kerül előtérbe, ami fokozott mitokondriális oxidációval és ezzel fokozott szabadgyök-képződéssel jár együtt.
* Fizikai terhelés
A fokozott izommunka fokozott oxigénfelvételleljár, ami fokozott szabadgyök-képződést indukál.
=== Oxidatív stressz következményei ===
==== Sejtkárosodás ====
* GSH hiány
* Intracelluláris szabad vas növekedése
:Membrán peroxidáció és sérülés → Vas ion kijutása a környező szövetekbe, a környező sejtek
:károsodása
:DNS, fehérjék, lipidek károsodása
* Lipid-károsodás
:Megnövekedett lipidperoxidáció → membránperoxidáció → membránsérülés → Vas ion kijutása a :környező szövetekbe → a környező sejtek károsodása → szívbetegségek, artheriosclerosis
* DNS-károsodás
:Poly(ADP)ribóz-polimeráz aktiváció → NAD(H) hiány →
:károsodás''
* Fehérje károsodás
:GSH hiány
:Citoszkeletális károsodás
:ATP szintézis gátlása → Citoszkeletális károsodás
:Intacelluláris Ca emelkedése → ATP szintézis gátlása → Vas ion kijutása a környező szövetekbe, a környező sejtek károsodása → Neurodegeneratív kórképek.
:Intacelluláris Ca emelkedése → Membrán peroxidáció és sérülés → Vas ion kijutása a környező szövetekbe, a környező sejtek károsodása
==== Génaktiváció ====
470 ⟶ 455 sor:
==== Fokozott sejtproliferáció ====
Daganatok
==== Adaptáció ====
484 ⟶ 469 sor:
[[Fiziológia|Fiziológiás]] állapotokban a poli (ADP-ribolizáció) szerepet játszik a [[DNS (biológia)|DNS]] helyreállításban és a genom stabilitásának megőrzésében, a sejt túlélésében, a sejtosztódásban és differenciálódásban is. A poli (ADP-ribóz)-polimeráz-1 (PARP-1) a DNS kötő enzimek PARP családjának tagja, más PARP izoenzimekkel együtt, a [[sejtmag]]ban és a [[mitokondrium]]ban helyezkedik el számos sejttípusban, a szívizomsejteket is beleértve.
A PARP-1 enzim három doménből áll: DNS kötő, automodifikációs és NAD+ kötő doménből . Az aktivált PARP a NAD+-ot hasítja, nikotinamid és ADP-ribóz jön létre. A PARP ADP-ribózt polimerizál a sejtmagban lévő fehérjékre, hisztonokra, transzkripciós faktorokra és a PARP enzimre magára<ref>(Burkle A 2005)</ref>. A PARP enzim számos transzkripciós faktor működését is befolyásolja, a nukleáris faktor
===== PARP túlaktivációja =====
A [[sejt]] túlélését veszélyezteti, mert a sejt NAD<sup>+</sup>-raktárait elfogyasztja, a célfehérjéken az ADP-ribóz láncot meghosszabbítja. Mivel a NAD<sup>+</sup> jelenléte a [[mitokondrium|mitokondriális]] [[elektron]] transzporthoz elengedhetetlen, a NAD<sup>+</sup> elhasználásával a következményes ATP-hiány ''sejthalálhoz'' vezet. Az [[oxigén]] és [[nitrogén]] szabadgyökök és a sejtmagon belüli Ca<sup>2+</sup> felhalmozódás megnöveli a PARP aktivitását. A [[DNS]] egyes szál törés elengedhetetlenül szükséges elindítója a PARP-aktivációnak. A ''peroxinitrit'' egy labilis, ''toxikus'' [[molekula]], ami a ''szuperoxid'' és a [[
▲''peroxinitrit'' egy labilis, ''toxikus'' [[molekula]], ami a ''szuperoxid'' és a [[Nitrogén-monoxid biológiai funkciói|nitrogén-monoxid]] reakciója során jön létre. A peroxinitrit és az aktív [[hidroxilgyök]] felelős a DNS egyes szál törésért. Környezeti toxikus anyagok, genotoxikus, vagy citotoxikus drogok és az ionizáló sugárzás, valamint nitrogén-monoxid és szuperoxid anion keletkezésével járó folyamatok a kiváltói a DNS szál törésnek <ref>(Szabo Cs. 2003)</ref>.
===== PARP inhibitorok =====
A PARP [[gén]] hiányos egerek vizsgálatával kimutatták, hogy a PARP túlműködése számos [[oxidatív stressz]] mediálta kórfolyamatban részt vesz: szívizom ischaemia, reperfusios károsodás, gyulladás, diabetes mellitus, diabetes okozta cardiovascularis betegségek, keringési shock, stroke, szívhipertófia, szívelégtelenség, traumás
=== Oxidatív stressz kimutatása, mérése ===
A stressz következményeit csak későn érzékeli az élő szervezet, ezért speciális vizsgálatokkal történő kimutatása rendkívül fontos, mellyel a napi stresszhatások káros következményeire még időben figyelmeztet. Az oxidatív stresszt vizsgálhatjuk közvetett módon, a védelem oldaláról, az antioxidáns hatású komponensek mérésével vagy a támadás oldaláról közvetlenül az oxidált metabolitok mérése révén, vagy a két módszer kombinációjával<ref>(Del Rio D. és mtsai 2002)</ref>. Számos in vitro meghatározás áll rendelkezésre a reaktív oxigén vagy nitrogén gyökök kimutatására. A reaktív oxigén és nitrogén gyökök in vitro elektron spin rezonanciával (ami a párosítatlan elektront detektálja) vagy kemilumineszcenciával mérhetőek, de ezeknek a direkt módszereknek a laboratóriumi alkalmazása nehézségekbe ütközik a módszerek költségessége, valamint a szabadgyökök instabilitása miatt. A szabadgyökök reaktívak, féléletidejük igen rövid, ezért rutin célból történő közvetlen mérésük általában nem végezhető a szövetekben, sejtekben és testfolyadékokban. A szabadgyökökkel történő reakció során átalakult molekulák számos esetben sokkal stabilabbak, mint maguk a szabadgyökök, így pl. a stabil metabolitjaik (nitrát, nitrit) vagy a károsított lipid, fehérje vagy nukleinsav termékek mutathatók ki nagyobb biztonsággal<ref>(Zweier JL és mtsai 1987, Dalle-Donne I. és mtsai 2006)</ref>.
==== Az oxidatív stressz mérésének fontossága ====
Az [[Élőlény|élő]] szervezetben a belégzett [[oxigén]]ből folyamatosan képződnek ''szabadgyökök'', melyek nélkül nincs élet, viszont ha semlegesítésük nem megfelelő, akkor [[Betegségek nemzetközi osztályozása|betegségek]] kialakulását okozhatják. A szabadgyökök semlegesítéséről egészséges szervezetben az [[antioxidáns]]ok (speciális [[enzimek]], [[vitaminok]], [[fehérjék]]) gondoskodnak, biztosítva egy egyensúlyi állapotot a képződő aktív gyökök és a belső védelmi rendszer között. Kóros állapotokban (akut és krónikus szív- és érrendszeri betegségek, autoimmun betegségek, rosszindulatú daganatok, mozgásszervi- és idegrendszeri elváltozások) lényegesen intenzívebb a gyök képződés és csökken az antioxidáns védelem kapacitása. A betegségek kialakulását megelőzően már fiatal korban olyan változások mehetnek végbe a szervezetben, erős fizikai illetve szellemi megterhelés eredményeként, melynek során a sejtek védettsége jelentősen csökken és kialakul az oxidatív stressz.
==== Prooxidáns markerek ====
* Lipidperoxidációs aktivitás meghatározása plazmából
A [[sejtmembrán]]okat alkotó [[lipidek]] peroxidálódása káros folyamat, mert ennek következménye a membrán átjárhatóságának növekedése, a membránhoz kötött [[
Tiobarbitursav reaktív termékek. MDA normál érték: < 100 nmol/ml
* Hidrogén-peroxid, alkoxyl és peroxyl gyökök meghatározása plazmából
d-ROMs<br />
:- normál érték: < 320 CARR U
518 ⟶ 494 sor:
:- nagyon súlyos oxidatív stressz: > 501 CARR U
* Izoprosztánok mérése
A [[
* Oxidált nukleinsav származékok mérése
Minden aminosav képes oxidálódni, a legérzékenyebbek az aromás aminosavak (fenilalanin, tirozin, triptofán, hisztidin) és a kéntartalmú aminosavak: a cisztein-cisztinné alakulhat (tioredoxin reduktáz
* Advanced oxidation protein products (AOPP)
Megfigyelték, hogy az AOPP plazma szintek szoros összefüggést mutattak a plazmában mért ''ditirozinnal'', ami az oxidált fehérjék egyik fajtája és a ''pentozidinnel'', azzal a markerrel, ami a fehérjék glikációját jelzi oxidatív stressz jelenléte esetén, viszont nem mutattak összefüggést a tiobarbitursav reaktív anyagokkal. Az ''AOPP'' szintek a ''kreatinin'' szintekkel is szoros összefüggést mutattak, a krónikus veseelégtelenség fennállása esetén az AOPP a betegség progresszióját is jelzi<ref>(Witko- Sarsat V. és mtsai 1996)</ref>.
==== Antioxidáns markerek ====
535 ⟶ 504 sor:
Proteinhez kötött és szabad szulfhidril-csoport meghatározása.<br />
GSH: normál érték: 600-800 nmol/ml
* Totál antioxidáns kapacitás (TAS)
Az extracelluláris antioxidáns tartalom meghatározása a reakció során előállított stabil gyökkel szemben. <br />
TAS normál érték: 1,4-1,7 mmol/l
=== Oxidatív stressz és betegségek ===
Az oxidatív stressz szerepét több mint 100 betegségben, számos kórfolyamatban feltételezik<ref>(Harrison D. és mtsai 2003) (Haidara MA. és mtsai 2006), (Moreira PI. és mtsai 2005), (Phillis JW és mtsai 2006), (Roebuck KA 1999), (Macdonald J. és mtsai 2003), (Marczin N és mtsai 2003), (Linton S és mtsai 2001), (Hare JM. 2001) (Amacher DE. 2006).</ref>.
* Apoptózisban
* Öregedés
* DNS károsodása kapcsán a tumorképződésben
* Fertőzések
* Szepszis
{{fő|Oxidatív stressz}}
553 ⟶ 521 sor:
{{fő|Antioxidáns rendszerek}}
A fiziológiás körülmények között keletkezô szabadgyökök természetes enzimatikus és nem enzimatikus kontroll alatt állnak. A szabadgyökök okozta károsodásokkal szemben összetett, integrált védelmi rendszer biztosítja a sejtalkotó molekulák védelmét. Az antioxidánsok olyan molekulák, amelyek csekély mennyiségben vannak jelen az oxidálandó szubszráthoz képest, és jelentős mértékben csökkenteni, vagy akár gátolni is képesek annak oxidációját. Az emberi szervezetben az antioxidánsok szinergizáló, egymást erősítő, regeneráló hatással rendelkeznek, így az antioxidánsok együtt jóval hatékonyabbak
== Antioxidánsok kapacitása ==
{{fő|Antioxidánsok kapacitása}}
Az [[antioxidáns]] kapacitás a vizsgált rendszerre vonatkozó összes antioxidáns vegyület együttes gyökfogó hatását jelenti. Ennek pontos, számszerű meghatározására egyre nagyobb igény jelentkezik, így számos analitikai metodikát, mérőrendszert fejlesztettek ki. Folyamatosan tart a metodikák módosítása, finomítása, így napjainkra az alkalmazott módszerek száma már meghaladja a százat
== Antioxidáns növények ==
568 ⟶ 536 sor:
=== Zöldségek ===
Kelkáposzta, fokhagyma, spenót, tök, kelbimbó, brokkoli, cékla, vöröshagyma, karfiol, zöldborsó.
=== Gyógynövények ===
[[acai bogyó]]-káposzta pálma (Euterpe oleracea), choke bogyó (Aronia melanocarpa), Maqui bogyó (Aristotelia chilensis).
== További információk ==
* Stryer et al.: Biochemistry 5th ed. (2002); W.H Freeman ISBN 0-7167-4684-0
* http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez
582 ⟶ 550 sor:
* Mathews et al.: Biochemistry 3rd ed (2000); Benjamin Cummings
* Bálint Miklós: Molekuláris biológia I.-III. Műszaki kiadó (2000,2002)
* Szerves kémia (nomenklatúra) I. Dr. Kucsman Árpád és Dr. Kajtár Márton (1980 Tankönyvkiadó Bp.)
* Szerves kémia (nomenklatúra) II. Dr. Hollósi Miklós (1976 Tankönyvkiadó Bp.)
* Szerves kémia I., II., III., IV., V.Dr. Kucsman Árpád (1976, ELTE, Tankönyvpótló kiadvány és az azt kiegészítő előadási ábragyűjtemény)
* Organic Chemistry (7th edition)Graham Solomons and Craig Fryhle (2000 John Wiley and Sons, Inc. New York)
* A Prime to Mechanism in Organic Chemistry Peter Sykes (1995 Longman Scientific and Technical)
* Encyclopaedia of the History of Science, Technology, and Medicine in Non ...Helaine Selin Springer 2008.
594 ⟶ 562 sor:
* Prakash A, Rigelhof F, Miller E. Antioxidant activity. http://www.medlabs.com/Downloads/Antiox_acti_.pdf
* Quideau SP, et al. Plant polyphenols: chemical properties, biological activities, and synthesis. Angewandte Chemie Internatio-nal Edition 2011; 50(3): 586.
* Halliwell B. Free radicals and antioxidants: updating a personal view. Nutr Rev 2012; 70(5): 257-65.
* Antioxidáns hatású gyümölcsök és növények.
* ÁDÁM V. (2001): Orvosi biokémia. Budapest: Medicina Könyvkiadó Rt.
* ASMUS K. D., BONIFACIC M. (2000): Free radical chemistry. In: Handbook of Oxidants and Antioxidants in Exercise. Sen C.K., Packer L., Hänninen O.P.(eds.), Elsevier
|