Proteinlerin ve DNA nın oksidasyonu

Proteinler, oksidatif hasarın majör hedefleri olarak tanımlanmaktadır Proteinler, oksidatif hasarın majör hedefleri olarak tanımlanmaktadır. İyonize radyasyon, metal iyon-katalizli reaksiyonlar, fotokimyasal prosesler ve enzim katalizli redoks reaksiyonları tarafından oluşturulan reaktif oksijen türleri ile proteinlerin reaksiyonu sonucu protein oksidasyonu oluşmaktadır.

Proteinler serbest radikallere karşı poliansatüre yağ asitlerinden daha az hassastırlar. Proteinlerin serbest radikal hasarından etkilenme derecesi amino asit kompozisyonlarına bağlıdır.

ROS ile protein ana yapısının reaksiyonu, amino asitin α karbonundan bir H atomunun OH˙’e bağlanarak ayrılması ve H2O oluşturması ile başlar

Doymamış bağ ve kükürt içeren triptofan, tirozin, fenilalanin, histidin, metiyonin, sistein gibi amino asitlere sahip proteinler serbest radikallerden kolaylıkla etkilenirler. Bu etki sonucunda özellikle sülfür radikalleri ve karbon merkezli organik radikaller oluşur.

Protein oksidasyonu ve tamir mekanizması Methionine sulfoxide reductases (Mxr) Old yellow enzyme (Oye2) Glutaredoxin (Grx5) Sulfiredoxin (Srx)

Proteinlerin sisteinlerinin tiyol gruplarında meydana gelen oksidasyon tiyil (S.) radikallerinin, disülfit bağlarının (S-S), sulfenic (-SOH), sulfinic (-SO2H), ve sulfonic (-SO3H) asit türevlerinin birikimine neden olabilir.

Protein karbonil gruplarının oluşumu lisin, arginin prolin ve histidin amino asitlerinin oksidasyonunun sonucu oluşur. Protein karbonilasyonu geri dönüşümsüzdür ve oksidatif stresin indüklediği hücre ölümünden sorumludur.

Serbest radikallerin etkileri sonunda, yapılarında fazla sayıda disülfit bağı bulunan immünoglobülin G (IgG) ve albümin gibi proteinlerin tersiyer yapıları bozulur, normal fonksiyonlarını yerine getiremezler.

Prolin ve lizin, reaktif oksijen türleri (ROS) üreten reaksiyonlara maruz kaldıklarında nonenzimatik hidroksilasyona uğrayabilirler. Hemoglobin gibi hem proteinleri de serbest radikallerden önemli oranda zarar görürler. Özellikle oksihemoglobinin süperoksit radikali (O2⋅−) veya hidrojen peroksitle (H2O2) reaksiyonu methemoglobin oluşumuna neden olur.

Amino asit yan zincirlerinin hidroksil veya karbonil derivelerine modifikasyonu, protein-protein çapraz bağlarının oluşumu ve polipeptid zincirlerinin parçalanması proteinlerin oksidatif reaksiyonlarının muhtemel sonuçlarıdır.

Oksidatif protein hasarı, protein karbonil (PCO) düzeylerindeki artış ve protein tiol düzeylerindeki azalma ile karakterizedir

Protein karbonil grubu içeriği genel bir indikatördür ve protein oksidasyonunun en yaygın kullanılan belirtecidir.

Protein tiolleri (PSH) antioksidan fonksiyonlarını peroksidasyonu başlatan oksidanları tutarak gösterir. Böylelikle vitamin E ve/veya lipidler oksidatif ataktan korunur.

Reaktif oksijen türlerinin üretimine neden olan tüm reaksiyonlar ve ajanlar protein oksidasyonuna yol açabilmektedir

ROS ile protein ana yapısının reaksiyonu, amino asitin α karbonundan bir H atomunun OH˙’e bağlanarak ayrılması ve H2O oluşturması ile başlar Karbon merkezli radikal

Her ne kadar OH˙’in majör kaynağı fizyolojik şartlar altında H2O2’nin Fe veya Cu araclığı ile ayrılması olsa da aynı reaksiyonlar iyonize radyasyon sonucu oluşlan OH˙ ve HO2˙(perhidroksi radikali) ile de gerçekleşmektedir.

Karbon merkezli radikal, oksijen varlığında hızlıca peroksil radikaline dönüşür. Alkil Peroksil rad

Peroksil radikali de kolaylıkla süperoksit radikalinin protonlanmış formu veya başka bir molekülden H atomu alarak alkil peroksite dönüşür. Alkil Peroksit rad

Alkil peroksit ise HO2˙ ile daha ileri bir reaksiyonla alkoksil radikaline Alkil Peroksit rad

Daha sonra alkoksil radikali yine HO2˙ ile hidroksi türevine dönüşür.

Oxygen free radical-mediated oxidation of proteins Karbon merkezli radikal Alkil Peroksil rad Alkoksil rad Hidroksi türevi Alkil Peroksit rad

Lipid peroksidasyonu ve DNA oksidatif baz modifikasyonu ürünlerinin ölçümüne oranla, proteinler oksidatif stresin markırı olarak bazı avantajlara sahiptir.

Proteinlerin her biri kendine özgü biyolojik fonksiyonlara sahip olduklarından, modifikasyonları sonucu özgül fonksiyonel bozukluklar ortaya çıkar (fibrinojenin oksidasyonu sonucu pıhtılaşma bozukluğunun olması gibi).

Proteinlerin oksidatif modifikasyonu sonucu açığa çıkan ürünler göreceli olarak stabil olup duyarlı analizlerle düzeyleri ölçülebilir. Bu nedenle protein oksidasyonu oksidatif stresin düzeyini ortaya koymada uygun bir belirteç olarak kullanılabilir.

Proteinler tüm hücre ve dokularda yer almaları ve oksidatif modifikasyona duyarlı olmaları nedeniyle oksidatif stresin faydalı bir markırı olarak hizmet edebilirler. ROS biyolojik moleküllerin tümüne zarar verebilir.

Serbest radikallerin DNA'ya etkileri DNA hasarı hücre disfonksiyonu hücre ölümü

DNA serbest radikallerden kolay etkilenen bir hedeftir DNA serbest radikallerden kolay etkilenen bir hedeftir. İyonize edici radyasyonla oluşan radikaller, DNA’yı etkileyerek hücre mutasyonuna ve ölümüne yol açabilirler. Aktive olmuş nötrofillerden salınan H2O2 membranlardan kolayca geçebildiği için hücre çekirdeğine kadar ulaşır burada oluşan hidroksil radikali dört DNA bazıyla kolayca reaksiyona girerek baz modifikasyonlarına yol açar. DNA hasarı onarılmazsa hücre disfonksiyonuna ve hatta hücre ölümüne yol açabilir.

ROT, DNA’da farklı mekanizmalar ile; baz ve şekerde lezyonlara, tek ve çift zincir kırıklarına, abazik bölgelere, DNA-protein çapraz bağlanması gibi bir takım modifikasyonlara neden olur

8-hydroxy-2’-deoxyguanosine (8-OHdG), ROS’un DNA’da yaptığı yaklaşık 23 tane oksidatif baz hasar ürününden en sık karşılaşılan ve mutajenitesi en iyi bilinenidir. Diğer DNA baz hasar ürünlerinin ise daha az mutajenik olmaları muhtemeldir

Serbest radikallerin karbonhidratlara etkisi Serbest radikallerin karbonhidratlar üzerinde polisakkarit depolimerizasyonu ve özellikle monosakkarit otooksidasyonu gibi etkileri vardır. Monosakkaritlerin otooksidasyonu sonucu meydana gelen süperoksitler ve okzalaldehitler diyabet ve sigara içimi ile ilgili patolojik olaylarda rol oynar. Okzaldehitler ayrıca DNA, RNA ve proteinlere bağlanabilme özelliklerinden dolayı antimitotik (hücre çoğalmasını önleyici) etki gösterirler. Böylece kanser ve yaşlanma olaylarında da rol oynarlar