Oksidanlar ve Antioksidanlar

Başka maddeleri okside etme yeteneğine sahip olan maddelere oksidan adı verilir. Oksidasyon, elektron kaybedilmesi ya da oksijen kazanılması yoluyla olabilir.

Redüksiyon potansiyeli, elektron kazanma (indirgenme, okside etme) eğiliminin ölçüsüdür. Daha pozitif redüksiyon potansiyeline sahip maddeler, elektron alır ve oksidan olarak davranır.

Vücudumuzdaki oksidanlar, oksijen ve nitrojen türleri olarak ikiye ayrılabilir: Hem ROS (Reactive Oxygen Species) hem de RNS (Reactive Nitrogen Species) sınıfı oksidanlar; serbest radikal olan ve olmayan üyelere sahiptir.

Eşleşmemiş elektrona sahip atom ya da moleküllere radikal (serbest radikal) denir. Radikallerin çoğu, yüksek oranda reaktiftir; başka moleküllerden ya bir elektron alır (oksidan) ya da bir elektron verir (redüktan).

Pro-oksidanlar Ya ROS üretimine yol açarak ya da antioksidan sistemleri inhibe ederek oksidatif strese neden olan moleküllere pro-oksidan denir. “Oksidan ve pro-oksidanlar” ile “antioksidanlar” arasındaki dengenin oksidanlar+prooksidanlar lehine bozulması; oksidatif stres olarak adlandırılır.

Reaktif Oksijen Türleri ROS, oksijen içeren reaktif maddelerdir ve başka molekülleri yükseltgeme, okside etme eğilimine sahiptir (oksidan). ROS, yüksek ölçüde pozitif redoks potansiyeline sahiptir. Reaktif oksijen türleri (reactive oxygen species; ROS), genel olarak serbest radikaldir; ancak tamamı serbest radikal değildir.

ROS Elektron transfer reaksiyonları esnasında oluşanlar: Süperoksit anyon radikali (O2. -) Hidrojen peroksit (H2O2) (radikal değil) Hidroksil radikali (HO.) Alkoksil (RO.) ve peroksil (RO2.) radikalleri Hidroperoksil (HO2.) radikali Enerji transfer reaksiyonları sırasında oluşanlar: Singlet oksijen (1O2) (radikal değil)

Elektron Transfer Reaksiyonları ile ROS oluşumu

Süperoksit anyon radikali Oksijen molekülünün (O2) elektron alarak indirgenmesi ile oluşur (O2. -). Süperoksit dismutaz tarafından detoksifiye edilebilir.

ROS’un başlıca hücresel kaynağı mitokondridir. Normal şartlarda oksijenin yaklaşık %95-97’si suya indirgenir. Geriye kalan %3-5’i ise süperoksit anyonuna dönüşür. Bunun sebebi, ubikuinonun (koenzim Q) yüklendiği elektronu Kompleks III yerine moleküler oksijene aktarmasıdır.

Oluşan süperoksit anyonu, hem mitokondri matriksine hem de membranlararası boşluğa geçer. Membranlararası boşluğa geçen süperoksit anyonu, dış membranı aşarak sitozole ulaşabilir.

Süperoksit anyonu (O2. -) kısa ömürlüdür ve bir başka süperoksit anyonu ile reaksiyona girme eğilimindedir. Bu reaksiyon sonucu moleküler oksijen ve hidrojen peroksit oluşur. Böylece reaktivite azalır.

Süperoksit anyonu (O2. -) protonlanarak perhidroksil (HO2 Süperoksit anyonu (O2. -) protonlanarak perhidroksil (HO2.) radikaline dönüşebilir. Perhidroksil radikali aşırı derecede reaktif bir moleküldür.

Hidrojen Peroksit Moleküler oksijenin iki elektron alarak ya da süperoksit anyonunun (O2. -) bir elektron alarak indirgenmesi yoluyla oluşan bir oksidandır. Süperoksit anyonundan daha az reaktiftir. Paylaşılmamış elektronu olmadığı için bir radikal değildir. Katalaz (peroksizomlarda) ve glutatyon peroksidaz (sitozolde ve mitokondri matriksinde) enzimleri tarafından suya indirgenebilir.

Hidrojen peroksit, iki şekilde oluşabilir: Enzimatik (non-radikal): İki süperoksit anyonunun oksijen ve hidrojen peroksite dönüşümü:

Hidrojen peroksit (H2O2), membranları geçerek yayılabilir. Geçiş metalleri (demir, bakır vb.) ile reaksiyona girerek, son derece reaktif bir tür olan hidroksil radikaline (HO.) dönüşebilir. Buna “Fenton reaksiyonu” denir.

Mitokondri tarafından üretilen hidrojen peroksit, hücrelerde proliferasyondan apoptoz ve nekroza geçişte belirleyici bir rol oynar.

Hidroksil Radikali (HO.) En reaktif oksijen türüdür (en güçlü oksidandır). Hidroksil iyonunun nötral formudur. Elektron alarak (başka molekülleri okside ederek) kolayca hidroksil iyonu haline gelebilir. Hidroperoksitlerin (ROOH) ayrışmasıyla ortaya çıkar. Bunun için süperoksit anyonu da gereklidir. Üretildiği bölgeye yakın etki gösterir. Karbohidratlara, nükleik asitlere (mutasyonlar), lipitlere (lipit peroksidasyonu) ve amino asitlere (fenilalaninin m- ve o-tirozine dönüşümü) zarar verebilir. Enzimatik bir reaksiyonla elimine edilemez.

Hidrojen peroksit (H2O2), geçiş metalleri (demir, bakır vb Hidrojen peroksit (H2O2), geçiş metalleri (demir, bakır vb.) ile reaksiyona girerek, hidroksil radikaline (HO.) dönüşebilir. Buna “Fenton reaksiyonu” denir. Okside olan transizyon metali, süperoksit anyonu ile redükte olabilir. Genel reaksiyon, Haber–Weiss reaksiyonu olarak bilinir.

Hidroksil radikali (HO Hidroksil radikali (HO.), bir hidrojen çalarak suya dönüşebilir ve hidrojenini çaldığı molekülleri de radikal forma dönüştürebilir. Burada RH herhangi bir biyolojik molekül olabilir (DNA, poliansatüre yağ asitleri, amino asitler vb.). DNA’dan hidrojen çalınması, zincir kırıklarına neden olur.

Enerji Transfer Reaksiyonları ile ROS oluşumu Bilirübin, retinal, riboflavin ve profirinler gibi moleküller, enerji absorbe ederek; bu enerjiyi moleküler oksijene transfer edebilir. Bu durumda son elektron, dönüş yönünü değiştirerek yeni bir enerji seviyesine ulaşabilir. Böylece moleküldeki elektronlar eşleşir ve singlet oksijen (1O2) ortaya çıkar.

Singlet oksijen sadece enerji transferiyle oluşmaz, aynı zamanda elektron transferiyle de oluşabilir.

Reaktif Nitrojen Türleri Reaktif nitrojen türleri, genel olarak nitrik oksit kaynaklı reaktif moleküllerdir. Oksidatif hasara yol açabilmelerinin yanı sıra, sinyal iletiminde de görev alabilecekleri anlaşılmıştır.

Nitrik Oksit Nitrik oksit sentaz (NOS) enzimleri tarafından L-arjininden sentez edilir. 3 farklı NOS izoformu vardır: Epitelyal NOS (eNOS): Vazodilatasyon ve vasküler regülasyon ile ilişkilidir. Aktivitesi, kalsiyum-kalmodulin bağımlı bir mekanizmayla düzenlenir. Nöronal NOS (nNOS): İntrasellüler sinyallerle ilişkilidir. Aktivitesi, kalsiyum-kalmodulin bağımlı bir mekanizmayla düzenlenir. İndüklenebilir NOS (iNOS): Çeşitli sitokinlere ve endotoksinlere cevap olarak aktive olur. Nitrik oksit reaksiyonları ile oluşan tüm ürünler topluca reaktif nitrojen türleri olarak adlandırılır.

Nitrik Oksit

Nitrik oksit bir serbest radikal ve bir prooksidandır. Yapılan çalışmalar, onun aynı zamanda, düşük konsantrasyonlarda, antioksidan özellikler gösterebileceğini de ortaya koymuştur.

Antioksidanlar Enzimler Non-enzim moleküller SOD Katalaz GPx vitamin E vitamin C koenzim Q Karotenoidler ürik asit

Süperoksit dismutaz (SOD)

Katalaz

Glutatyon Peroksidaz (GPx)

Süperoksit dismutaz (SOD), süperoksit anyon radikalini (O2 Süperoksit dismutaz (SOD), süperoksit anyon radikalini (O2. -), daha az reaktif bir tür olan hidrojen peroksite (H2O2) dönüştürür. Hidrojen peroksit (H2O2), katalaz veya glutatyon peroksidaz (GPx) enzimleri tarafından tamamen zararsız bir molekül olan suya dönüştürülür.

Süperoksit anyon radikali (O2 Süperoksit anyon radikali (O2. -) ve hidrojen peroksit (H2O2) varlığında Haber-Weiss reaksiyonu ile en reaktif oksijen türü olan hidroksil radikali (HO.) oluşabilir. Hidroksil radikali (HO.) ile antioksidan enzimler tarafından doğrudan mücadele edilemez. Enzimler (SOD, katalaz, GPx) bu çok zararlı molekülün iki prekürsörü ile, yani süperoksit anyon radikali (O2. -) ve hidrojen peroksit (H2O2) ile mücadele eder. Enzim olmayan antioksidan moleküller, hidroksil radikali (HO.) ile doğrudan mücadele edebilir.