Η σημασία των Βιομορίων στην λειτουργία του Ανθρώπινου Οργανισμού. ΜέροςΤέταρτο: Ενδογενείς και προσλαμβανώμενες αντιοξειδωτικές ουσίες, που προλαβαίνουν και σταματούν την καταστροφική δράση ελεύθερων ριζών στον οργανισμό.

της Δήμητρας Σπανού χημικού, καθηγήτριας Δευτεροβάθμιας Εκπαίδευσης 1ου Γυμνάσιου Δάφνης

 

 

Η καταστροφική δράση πολλών από τις ελεύθερες ρίζες που παράγει ο οργανισμός  την διάρκεια της λειτουργίας  του , είναι κάτι που έγινε ευρέως γνωστό τις τελευταίες δεκαετίες , σε βαθμό που η έκφραση "ελεύθερες ρίζες να ακούγεται ακόμη και από ανθρώπους  που δεν σχετίζονται με το αντικείμενο, το οποίο  είναι εξειδικευμένης γνώσης.  Έτσι θα πρέπει να δωθούν κάποιες βασικές εξηγήσεις πριν προχωρήσω παρακάτω. 

Σχετικά με την  την χημεία των ελεύθερων ριζών

Όλοι βέβαια έχουν ακούσει για την κατασκευή των ατόμων  από φορτισμένα σωματίδια.  Από την απλή βασική θεωρία του Dalton δεν φαίνεται να προκύπτει  κάποιο πρόβλημα στην δομή του ατόμου, καθώς τα θετικά φορτία του πυρήνα είναι ίσα με τα αρνητικά των στοιβάδων . Στην συνέχεια έγινε γνωστό για τα ηλεκτρόνια, ότι δεν πρόκειται για μια απλή τοποθέτηση κάποιων φορτισμένων σωματιδίων κοντά στον  πυρήνα, αλλά για περιστρεφόμενα σωματίδια που περιστρέφονται με πολύ μεγάλες  ταχύτητες, τόσο που δεν είναι σαφής ο διαχωρισμός της υλικής από την κυματοειδή τους φύση.  Οι δυνάμεις που αναπτύσσονται, είναι πολύ πολυπλοκότερες από αυτές του στατικού ηλεκτρισμού,  , είναι δυνάμεις ηλεκτρομαγνητικές και ανάλογη είναι και η διαμόρφωση  των πεδίων στον χώρο, λόγω της κίνησής τους . Αλλά κυρίως ενδιαφέρουν οι ροπές αυτών των ηλεκτρονίων λόγω της περιστροφής τους.

Τα άτομα της ύλης λοιπόν, στην  προσπάθειά τους να ισορροπήσουν τις δυνάμεις  και τις ροπές που αναπτύσσονται μέσα και να βρεθούν σε σταθερές καταστάσεις με την χαμηλότερη δυνατή ενέργεια, όπως  ορίζουν οι νόμοι της φύσης, , κάνουν διάφορες επιλογές για να πετύχουν  αυτήν την ισορροπία και την σταθερότητα:  όπως για παράδειγμα να  "συνεταιρίζονται" με άλλα άτομα και να δημιουργούν δεσμούς και μέσω αυτών, σταθερότερους σχηματισμούς, (λ.χ.συμπλέγματα ατόμων όπως τα μόρια, ) . Μια άλλη επιλογή είναι να τοποθετούνται σε κάποιες θέσεις στον χώρο, ώστε οι δυνάμεις αυτές να ισορροπούν  καλλίτερα (κρυσταλλικές δομές), είτε να κινούν φορτία,  να προσλαμβάνουν ή να αποβάλουν ηλεκτρόνια (σχηματισμός ιόντων) , ή ένας συνδυασμό από αυτά.  

Γενικά η ισορροπία των  ηλεκτρονιακών ροπών και των spin (λόγω περιστροφής των ηλεκτρονίων), που δημιουργούνται από την περιστροφική κίνηση των ηλεκτρονίων γύρω από τον θετικά φορτισμένον πυρήνα, ευννοούν το "ζευγάρωμα"  των ηλεκτρονίων  (σύζευξη). Για τον λόγο ότι αυτά  πρέπει να περιστρέφονται με τρόπο που η συνολικές ηλεκτρονιακές  ροπές  να ελαχιστοποιούνται όπως και τα spins. 

Κι αυτό γιατί,  οι κατασκευές  των ατόμων που αφήνουν ασύζευκτα  ηλεκτρόνια είναι από γενικά  προβληματικές έως πραγματικά καταστροφικές για την ύλη γύρω τους.  Σε τέτοιες περιπτώσεις μπορεί  συναντούμε μονά ηλεκτρόνια  (μονήρη) σε άτομα  υδρογόνου (Η), οξυγόνου (Ο), αζώτου(Ν),  

χλωρίου (Cl) που φυσιολογικά είναι ζευγαρωμένα σε μόρια (Η2, Ο2, Ν2, Cl2) 

ή σε ανάλογες περιπτώσεις που προέρχονται από την διάσπαση ομοιοπολικού δεσμού μορίων όταν τα ηλεκτρόνια μοιράζονται σε κάθε  άτομο του μορίου (π.χ.Μεθάνιο, Διοξείδιο του αζώτου, Νερό) όπου προκύπτουν  CH3. , ΝΟκαι ΟΗ.

Μπορεί ακόμα να έχουν φορτίο   (θετικά ιόντα) Fe+2 , Fe+3, Cu+2 ή  αρνητικά.

Η ύπαρξη όμως ελεύθερων ηλεκτρονίων δεν προκαλεί απαραίτητα χημική δραστηριότητα. Αυτή εξαρτάται και είναι αποτέλεσμα ενός συνόλου παραγόντων, όπως η συνολική κατανομή των ηλεκτρονίων, η θέση των ασύζευκτων ηλεκτρονίων, το PH, η χημική φύση του περιβάλλοντος

 Η χημική δράση των ελεύθερων ριζών

  Οι ελεύθερες ρίζες μπορεί να οδηγήσουν σε πολυμερισμούς

Οι ελεύθερες ρίζες είναι καταστροφικές  γιατί στην προσπάθειά τους να προσλάβουν ηλεκτρόνια τα αποσπούν από άλλα μόρια που τα αλλοιώνουν και πολλές φορές τα 

μετατρέπουν αυτά σε ελευθερες ρίζες. Ο κύκλος επαναλαμβάνεται έως ότου βρεθεί κάποια αντιοξειδωτική ουσία που  

α. θα μετατρέψει την δραστική ρίζα σε μια σταθερότερη ουσία ενώ ταυτόχρονα θ "πάρει επάνω της" το έλλειμα ηλεκτρονίν και μετατραπεί αυτή σε ρίζα (που  όμως δεν είναι πολύ δραστική  και επικίνδυνη)

 ή που 

β. θα συντελέσει ώστε  η δραστική ρίζα να μετατραπεί σε κάποια άλλη χημική ένωση σταθερότερη ή 

κάποια άλλη οξειδωμένη μορφή σταθερότερη.

 

Μωυσής Gomberg θερείται πατέρας της ριζικής χημείας

 

Οι ελευθερες ρίζες στην λειτουργία των  ζωντανών οργανισμών

¨Όπως αναφέραμε οι  ελεύθερες ρίζες είναι μόρια με ένα ασύζευκτο, υψηλά ενεργό, ηλεκτρόνιο. Από τις ελεύθερες ρίζες που συναντώνται στους ζωντανούς οργανισμούς , οι οποίες σχηματίζονται λόγω του φυσιολογικού μεταβολισμού, συναντάμε, άλλωτε ευεργετικές και άλλωτε βλαπτικές

Βασικές λειτουργίες του οργανισμού ΄οπώς, η μεταγωγή του σήματος , η κυτταρική διαφοροποίηση, η απόκριση στο στρες, η μεταγραφή γονιδίων, η ανοσιολογική απόκριση, η απόπτωση του κυττάρου, οφείλονται στην ύπαρξη δραστικών ριζών σε μέτριες συγκεντρώσεις.

(Ένα παράδειγμα ευεργετικής επίδρασης της ελεύθερης ρίζας  .ΝΟ είναι η δράση της σαν αγγειοδιασταλτική ουσία)

Ταυτόχρονα όμως βλαβερές δράσεις των ελευθέρων ριζών όταν ξεπερνώνται κάποια όρια   ασκούνται σε βιομόρια, (πρωτείνες, λιπίδια, νουκλεικά οξέα κ.α.)

Συναντώνται ελεύθερες ρίζες διαφόρων τύπων (οξυγόνου, αζώτου, θείου, ενεργοί μεταβολίτες κ.λ.π.)  όμως στους οργανισμούς, μεγάλη σημασία έχουν οι ελεύθερες ρίζες που προέρχονται από το οξυγόνο και που προέρχονται κυρίως, λόγω των οξειδώσεων που συμβαίνουν διαρκώς στον οργανισμό, αλλά και από άλλους εξωτερικούς παράγοντες

Οι  ελεύθερες ρίζες οξυγόνου  (ROS ) και πως δημιουργούνται

Οι ελεύθερες ρίζες οξυγόνου που συνηθίζεται η συντομογραφία (ROS  - Reactive Oxydgen Species) 

μπορεί να προέρχονται κατ' αρχήν από τον ιονισμό του νερού του οργανισμού

όπως η ρίζα υδροξυλίου (ΟΗ •)  το υπεροξείδιο του υδρογόνου(Η 2 Ο 2),  η ρίζα υπεροξειδίου(• -  2)  το οξυγόνο (O 2).

 

αλλά και από άλλους  ενδοκυτταρικούς μηχανισμούς,που  συμβαίνουν στα μιτοχόνδρια, τα λυσοσώματα, τις κυτταρικές μεμβράνες, το κυτταρόπλασμα και τον πυρήνα 

 

στα μιτοχόνδρια, η οξειδωτική φωσφορυλίωση μπορεί  με την 

μεταφορά ηλεκτρονίων στο οξυγόνο και συνέχεια την πρόσληψη υδρογόνου  για σχηματισμό νερού,  σε κάποιο ποσοστό, να καταλήξει σε σχηματισμό ιόντος υπεροξειδίου  (• O -2 ) .

Κάποια συνένζυμα ορισμένες φορές δημιουργούν ελεύθερες ρίζες σε ένα ποσοστό.
Στην αναπνευστική αλυσίδα, οι αντιδράσεις της ουβικινόνης και στις οξειδοανωγικές οι αντιδράσεις που συμμετέχουν φλαβοπρωτείνες αφήνουν ένα ποσοστό ηλεκτρονίων να διαρρεύσουν προς το οξυγόνο και την δημιουργία του (∙Ο2-)
 

 στα λυσοσώματα, από τις διασπάσεις μακρομορίων όπου  η επίδραση υδρολυτικών ενζύμων για την διάσπαση μακρομορίων (πρωτεΐνες, νουκλεϊκά οξέα, λίπη και πολυσακχαρίτες) δημιουργεί ελεύθερες ρίζες. Στα λυσσοσώματα δημιουργούνται  ελεύθερες ρίζες γιατί με αυτές  επιτίθενται  εναντίον των μικροβίων. Οι ρίζες αυτές μπορεί να είναι το  ανιόν υπεροξειδίου, το υπεροξείδιο του υδρογόνου, η  υδροξυλική ρίζα.

στο ενδοπλασματικό δίκτυομέσω του κυτοχρώματος P450 που παίζει σημαντικό ρόλο σε αποτοξινώσεις. 

Το P450  είναι μια πρωτείνη που καταλύει αντιδράσεις υδροξυλίωσης για  την παραγωγή ενεργών οξειδωτικών οξειδωτικών ριζών κυρίως υπεροξείδιο του υδρογόνου

στις κυτταρικές μεμβράνεςκυρίως  σε  περιπτώσεις φλεγμωνής και λοιμώξεων παράγονται ελεύθερες ρίζες με σκοπό να επιτεθούν στα μικρόβια που βρίσκονται στον εξωκυττάριο χώρο και να τα εξασθενήσουν , ώστε αυτά να φαγοκυτταρωθούν ευκολότερα από τα κύτταρα του ανοσοποιητικού στην συνέχεια. Από την οξείδωση του συνένζυμου NADPH που μεταφέρει Η, παράγονται ανιόντα υπεροξειδίου, και ακόμη, το σύστημα λιποξυγενάσης δημιουργεί υδρουπεροξείδια 

στο κυττόπλασμα , τα υπεροξεισωμάτια που  διασπούν υλικά του κυτταροπλάσματος όπως για παράδειγμα λιπίδια συμπεριλαμβάνουν ελεύθερες ρίζες. Εκεί τα λιπαρά οξέα που αναφέραμε, υφίστανται μια ειδική επεξεργασία. Σε ένα ενεργοποιημένο λιπαρό οξύ με ακέτυλοσυνένζυμο Α, επιδρά μια φλαβοπρωτείνη και αφαιρεί ένα ζευγάρι ατόμων υδρογόνου, τα οποία μεταφέρονται απευθείας στο μοριακό οξυγόνο και παράγεται το υπεροξείδιο του υδρογόνου 

στον πυρήνα, 

Πότε οι ελεύθερες ρίζες δημιουργούν προβλήματα

Το οξειδωτικό στρες *

Ο αριθμός των ελεύθερων ριζών Οξυγόνου που υπάρχουν γενικά στον οργανισμό παραμένει σε επίπεδα που δεν δημιουργούν πρόβλημα, γιατί υπάρχουν αντίστοιχα μηχανισμοί που αδρανοποιούν ή καταστρέφουν έναν αριθμό από αυτές.

Εάν όμως αυτή η ισορροπία μεταβληθεί είτε λόγω αύξησης της παραγωγής τους ή λόγω κάποιας ανεπάρκειας  των αντιοξειδωτικών συστημάτων και ανικανότητας τους να λειτουργήσουν ικανοποιητικά, τότε ο αριθμός των ελεύθερων ριζών αυξάνεται , με διάφορες συνέπειες.

Αυτή η διαταραχή της ισορροπίας είναι γνωστή σαν οξειδωτικό στρες

Η παραγωγή  των  ελεύθερων ριζών εκτός από τις φυσιολογικές μεταβολικές διαδικασίες του οργανισμού αυξάνεται σε ορισμένες άλλες περιπτώσεις λόγω περιβαλλοντικών εξωγενών παραγόντων όπως 

  • η έκθεση του οργανισμού σε τοξικές ουσίες (γιατί οι ουσίες αυτές πιθανόν να επιδρούν χημικά στον οργανισμό και να παράγουν τέτοια είδη)
  • Μετά από παρατεταμένη ασθένεια (γιατί ο οργανισμός χρησιμοποιεί οξειδωτικούς μηχανισμούς εναντίων των εισβολέων)
  • Έκθεση σε μολυσματικούς παράγοντες (καπνός, ρύποι κ.α.)
  • καταστάσεις στρες -παραγωγή στεροειδών ορμονών
  • έκθεση σε ακτινοβολία
  • αυτοξείδωση διαφόρων χημικών ουσιών και βιομορίων του οργανισμού
  • υπερβολική κατανάλωση θερμίδων ιδιαίτερα λίπους και άλλων ανόφελων θερμίδων
  • η φυσιολογική  υποβάθμιση των συστημάτων άμυνας του οργανισμού κατά του οξειδωτικού στρες που έρχεται με το γήρας 

*(υπάρχει αντίστοιχα και στρες Αζώτου)

Τα αποτελέσματα του οξειδωτικού στρες

 Οι ελεύθερες ρίζες αντιδρούν με διάφορα συστήματα του κυττάρου στην προσπάθειά τους να σταθεροποιηθούν και να αποβάλουν την αστάθεια που συνεπάγει η ύπαρξη μονήρων ηλεκτρονίων και συνήθως δημιουργούν μικρά ή μεγάλα προβλήματα.

Μπορούν να αντιδράσουν με λιπίδια και να δημιουργήσουν υπεροξείδια των λιπαρών οξέων. Οι ελεύθερες ρίζες που σχηματίζονται προσβάλουν τα συστατικά του κυττάρου και προκαλούν αλοιώσεις σε μεμβράνες πρωτείνες DNA.

Ενδιαφέρον παρουσιάζει η σύνδεση των ελεύθερων ριζών με ασθένειες όπως το εγκεφαλικό οίδημα

Ελεύθερες ρίζες όπως, ανιόντa υπεροξειδίου (O 2 - .  υπεροξείδιο του υδρογόνου και λιπιδικά υπεροξείδια και ταυτόχρονη μείωση αντιοξειδωτικών  όπως η υπεροξειδική δισμουτάση (SOD), η βιταμίνη Ε, και τα μακράς αλύσου πολυακόρεστα λιπαρά οξέα (LCPUFAs και μείωση επίσης του αντιτασικού ενδοθηλιακού νιτρικού οξειδίου (ΕΝΟ), παρατηρούνται σε άτομα  με μη ελεγχόμενη ιδιοπαθή υπέρταση, και   εμπλέκονται πιθανόν με το εγκεφαλικό οίδημα .

Αλλά και άλλες ασθένειες του εγκεφάλου οφείλονται στην υψηλή παρουσία οξειδωτικών ριζών. Ο εγκέφαλος περιέχει εύκολα οξειδούμενα λιπαρά οξέα, η παροχή οξυγόνου είναι υψηλή και οι αντιοξειδωτικές ουσίες δεν είναι σε μεγάλη ποσότητα. 

 

Ποια είναι η δράση των ελεύθερων ριζών

Επίδραση ελεύθερων ριζών σε πρωτείνες

Α. Μπορούν να αντιδράσουν με πρωτείνες και να τις οδηγήσουν σε οξείδωση και  μετουσίωση.

Λόγω της δράσης δραστικών ριζών οξυγόνου σε πρωτείνες,  εμφανίζονται τροποποιήσεις  στην δομή τους,  που  μειώνει την ενζυμική τους δραστικότητα ,επίσης  και απώλεια αμινιξέων κατακερματισμός των πολυπεπτιδικών αλυσίδωναλλαγή του ηλεκτρικού φορτίου ,τους σε ορισμένες περιπτώσεις.

Αυξημένη οξείδωση των πρωτεινών (αλλά και των λιπιδίων και νουκλεινικών οξέων ) εμφανίζεται σε εγκεφαλικούς ιστούς ασθενών που έπασχαν από την νόσο Paskinson και αυτό προκύπτει σαν συνέπεια οξειδωτικού στρες. Τέτοιες εκφυλιστικές ασθένειες όπως  η Paskinson , επιδεινώνονται με το γήρας όπου η παρουσία ελεύθερων ριζών είναι αυξημένη κυρίως λόγω πτώσης των αντιοξειδωτικών συστημάτων.  Εμφανίζεται κατά το γήρας μειωμένη δραστηριότητα του υπεροξειδίου δισμουτάσης (SOD ), η καταλάση και η γλουταθειόνη (GSH) . 

 Μεταξύ των καταστροφών που εμφανίζονται στις βιολογικές ουσίες  είναι και οι βλάβες πρωτεινών και αμινών όπως η  auto-οξείδωση της ντοπαμίνη και η συσσωμάτωση α-συνουκλεΐνης.

Οξειδώσεις επίσης των λιποπρωτεινών χαμηλής πυκνότητας LDL (κακή χοληστερόλη) σχετίζονται με καρδιοαγγειακές παθήσεις γιατί συμβάλουν στον σχηματισμό αθηρωματικής πλάκας

Επίδραση ελεύθερων ριζών σε γενετικό υλικό

 Μπορούν σε περιπτώσεις να επιρρεάσουν το κυτταρικό και το μιτοχονδριακό DNA και οδηγούν σε μεταλλάξεις του γενετικού υλικού

Το κυτταρικό DNA είναι σχεδόν απρόσβλητο από το μοριακό οξυγόνο. επιρρεάζεται όμως από δραστικότερες μορφές όπως του υπεροξειδικό ανιόν (Ο2 •−) ,  το υπεροξείδιο του υδρογόνου (Η2Ο2), η ρίζα του υδροξειλίουΗΟ• )  αζωτούχες ελεύθερες ρίζες κ.α.

Έτσι μπορεί να προκληθούν, βλάβες στη δομή του DNA, μεταλλάξεις και πρόσθετα-DNA , όπως μεταθέσεις, μεταλλάξεις και απώλεια βάσεων της αλυσίδας, νίτρωση, απαμίνωση κ.α. 

Ακόμη μπορούν να επιρρεάσουν την μεταγραφή του σήματος καθώς ελεύθερες ρίζες διαπερνούν μεμβράνες και επιρρεάζουν πρωτείνες και γονίδια που είναι ευαίσθητα στο οξειδωτικό στρες ώστε αυτά  ενεργοποιούνται  ανεξάρτητα από την κανονική διαδικασία σηματοδότησης (που γίνεται από τα σηματοδοτικά μόρια που μεταφέρουν σήματα για μεταγραφή πρωτεινών, πολλαπλασιασμό ή απόπτωση). Αλλά το χειρότερο είναι ότι με αυτήν την ενεργοποίηση είναι δυνατόν να επιρρεάζουν ακόμη και ενεργοποιούν ογκογονίδια που ευθύνονται για διάφορες μορφές καρκίνου.

Τα μιτοχόνδρια όπως είναι γνωστό είναι η κύρια πηγή ενέργειας με την μορφή ATP αλλά και τόπος παραγωγής ελεύθερων ριζών. Οι τελευταίες στρέφονται συχνά κατά των μιτοχονδρίων του κυττάρου και προκαλούν μεταβολή της μορφολογίας του και βλάβη του μιτοχονδριακού DNA (mtDNA)Αυτό κατά μια άποψη είναι η σημαντικότερη αιτία του γήρατος αλλά επίσης είναι βέβαιο ότι δυσχεραίνει τις λειτουργίες της μιτοχονδριακής αλυσίδας και προκαλεί την δημιουργία και άλλων δραστικών ριζών  όπως το O 2 - που μπορεί στην συνέχεια να μετατραπούν σε  ΝΟ 3 - και, τέλος, να · ΟΗ. και 

να ρυθμίσουν πρωτείνες και γονίδια που λειτουργούν βάσει οξειδωτικών ουσιών

Απώλειες νευρώνων του εγκεφάλου έχει αποδειχθεί ότι σχετίζονται με την αποβάθμιση και καταστροφή μιτοχονδριακού DNA που οφείλονται σε γήρας ή σε νόσο Paskinson.

Αλλές επιδράσεις των ελεύθερων ριζών

Τύποι ελευθέρων ριζών που διαπερνούν κυτταρικές μεμβράνες, επιδρούν στις οδούς της μεταγωγής σήματος . Ακόμη, 

Αντιδρούν με υδατάνθρακες και τους οδηγούν σε τροποποιήσεις  

 

και με λιπίδια που οδηγούνται σε λιπιδική υπεροξείδωση  εφόσον οι ελεύθερες ρίζες αποσπούν ηλεκτρόνια από  τα λιπίδια των κυτταρικών μεμβρανών και τα  οδηγούν σε άλλες οξειδωμένες δύσκαπτες και μη λειτουργικές μορφές όπως τα λιπιδικά υπεροξείδια

 

Οι φυσικές αντιοξειδωτικές ουσίες του οργανισμού 

Οι φυσικές αντιοξειδωτικές ουσίες του οργανισμού  είναι ενζυμικής και μη ενζυμικής μορφής

Ο ρόλος τους είναι κυρίως να μετατρέπουν τις δραστικές ελεύθερες ρίζες σε ουσίες λιγότερο δραστικές

 

Τα ένζυμα που ασκούν αντιοξειδωτική δράση είναι 

 

  • Το κυτόχρωμα C  στο κυτταρόπλασμα,
  •  Η υπεροξειδική δεσμουτάση (SOD ) (εξωκυτταρικά ), μετατρέπει την υπεροξειδική ρίζα (Ο 2 -)  είτε σε μοριακό οξυγόνο ή σε υπεροξείδιο του υδρογόνου (που είναι επίσης ROS αλλά λιγότερο επιζήμια) και καταλύει την αντίδραση:   ∙Ο2- + 2Η+ → Η2Ο2
  •  η υπεροξειδάση της γλουταθειόνης (GSHPx)  που συναντάται σε 8 μορφές στο κυτταρόπλασμα όλων σχεδόν των ιστών, στο πλάσμα, στο έντερο εξωκυτταρικά κ.α.  Περιέχει την ομάδα -SH του αμινοξέος κυστεΐνη

Κυρίως δρα σαν αντιοξειδωτικό για την μετατροπή του υπεροξείδιου του υδρογόνου  όπου  καταλύει την αντίδραση: 

 2GSH + Η2Ο2 → GSSG + 2Η2Ο.  

Ο μηχανισμός περιλαμβάνει την οξείδωση ενός σεληνοαιθέρα μιας  σεληνοκυστείνης του ενζύμου και την μετατροπή του σε σεληνικό οξύ. Από αυτό φαίνεται και η σύνδεση της υπεροξειδάσης της γλουταθειόνης με το στοιχείο σελήνιο
H GSHPx  ανακτάται με NADP

 

  •  η τρανφεράση S  της γλουταθειόνης  στο κυτταρόπλασμα , στα μικροσωμάτια και τα μιτοχόνδρια) 

 

  • Οι καταλάσες και λοιπές υπεροξειδάσεςστους ιστούς βρίσκονται καταλάσες σε λευκά αιμοσφαίρια, , το ήπαρ, τους πνεύμονες. Καταλύει με ταχύτητα την μετατροπή του υπεροξειδίου του υδρογόνου σε νερό και οξυγόνο. 

 

Οι υπεροξειδάσες μετατρέπουν επίσης το υπεροξείδιο του υδρογόνου σε νερό, χρησιμοποιώντας άτομα υδρογόνου που παράγονται κατά τον μεταβολισμό 

 

Μη ενζυμικά φυσικά αντιοξειδωτικά  είναι 

στις μεμβράνες :  α τοκοφερόλη, β καροτένιο, συνένζυμο Q, 


 α τοκοφερόλη  Η πιο ισχυρή αντιοξειδωτική από τις βιταμίνες  Ε. Δρα στις κυτταρικές μεμβράνες και καταστρέφει την περίσσεια των ελεύθερων ριζών.  Έτσι προλαμβάνονται ασθένειες του κυκλοφορικού, καρκίνοι και άλλες.

Για την σύνθεση της α τοκοφερόλης ο οργανισμός χρησιμοποιεί αρχικά τα αμινοξέα φαινυλαλανίνη και τυροσίνη κατά τον μεταβολισμό των οποίων παράγεται ομογεντισικό οξύ και στην συνέχεια  μέσω σύζευξης του πυροφωσφορικού (διφωσφορικού) εστέρα της φυτόλης παράγεται αυτή.

Αποτελεί αντιοξειδωτική ουσία φαινολικού χαρακτήρα που αδρανοποιούν τις οξυγονούχες ρίζες προσφέροντάς τους το υδρογόνο της ομάδας του φαινολικού υδροξυλίου (-ΟΗ). Όπως αναφέρθηκε  δρα έξω από τις μεμβράνες και προλαμβάνει την οξείδωση των φωσφολοπιδίων  των κυτταρικών μεμβρανών και την συγκόληση στην συνέχεια μεταξύ τους με αποτέλεσμα την ακαμψία και την γήρανση της κυτταρικής μεμβράνης. Με τον αντίστοιχο τρόπο δρα και στην  μεταφορικές λιποπρωτείνες όπως οι χοληστερόλες  αποτρέποντας την συγκόληση και τον σχηματισμό αθηρωματικής πλάκας στα αγγεία.

Μετέ από την αντιοξειδωτική της δράση η ριζα πλέον α τοκοφερόλη μπορεί να ανακτηθεί με άλλα αντιοξειδωτικά όπως η βιταμίνη C (από τροφή) ή η γλουταθειόνη (παράγει ο οργανισμός)

 

 

Αντιοξειδωτικές ουσίες που προσλαμβάνει ο άνθρωπος με την διατροφή 

Βιταμίνες με αντιοξειδωτική δράση (Βιταμίνη Ε, βιταμίνη C, β καροτένιο) 

Christiaan Eijkman

(1858-1930)

Casimir Funk

(1884-1967)

 

 

 Οι Christiaan Eijkman και Casimir Funk εργάστηκαν στην έρευνα καιανακάλυψη των βιταμινών

 

Η βιταμίνη Ε (τοκοφερόλες)

Η βιταμίνη Ε (τοκοφερόλες) είναι ομάδα παραπλήσιων βιταμινών λιποδιαλυτών που αντιδρούν με τις ελεύθερες ρίζες των λιπαρών οξέων που συναντώνται στα φυτικά έλαια. . Έτσι αποτρέπει την περαιτέρω οξείδωση των λιπαρών οξέων (κύρια συστικά των κυτταρικών μεμβρανών)και την καταστροφή των ιστών. 

Οι αντιοξειδωτικές τους ιδιότητες οφείλονται κυρίως στο φαινολικό υδροξύλιο του  χρωμάνιο. που είναι στην αρχή του.

Η αδρανοποίηση της λιπιδικής ρίζας μετατρέπει σε ριζα την τοκοφερόλη. Χάρη όμως στην δράση οξειδαναγωγικών συστημάτων της υπεροξειδάσης της γλουταθειόνης η τοκοφερόλη ανακτάται ενώ οι οξειδωμένες μορφές της υπεροξειδάσης και της βιταμίνης C ανάγονται από το συνένζυμο ΝADP που προσλαμβάνει υδρογόνο και έτσι επανακτώνται οι τελευταίες

 

H βιταμίνη C και πως συνδυάζεται με την βιταμίνη Ε   

 Η βιταμίνη C (L-ασκορβικό οξύ

Είναι μια λευκή κρυσταλλική ουσία, που διαλύεται στο νερό με ελαφρά όξινη αντίδραση, μία φυσική οργανική ένωση με αντιοξειδωτικές ιδιότητες  που προστατεύει τον οργανισμό από τις ελεύθερες ρίζες αλλά και από άτομα, ιόντα ή μόρια που ασκούν εκφυλιστική δράση στον οργανισμό όπως την κορτιζόνη. Η βιταμίνη C συμμετέχει στην φυσιολογία των φυτών και των ζώων. 

Είναι παράγωγο της γλυκόζης και  πολλά ζώα την συνθέτουνόχι όμως τα ανώτερα θηλαστικά , που πρέπει να την προσλαμβάνουν με την τροφή τους. Η αντιοξειδωτική της δράση οφείλεται στο ότι εμποδίζει την οξείδωση υδατοδιαλυτών ενώσεων και αντί αυτών οξειδώνεται η ίδια. Αυτό μπορεί να συμβεί σε δυο στάδια, στο πρώτο με την πρόσληψη ενός ηλεκτρονίου μετατρέπεται σε ασκορβικό ιόν και στην δεύτερη σε δευδροασκορβικό οξύ.

 Γι αυτόν τον λόγο δρα συχνά σαν συμπαράγοντας πολλών ενζύμων κυρίως σε αντιδράσεις που καταλήγουν στην εισαγωγή υδροξυλίου σε οργανικά βιομόρια. Η οξειδωμένη του μορφή είναι το δευδροασκορβικό οξύ 

www.chem.uoa.gr/chemicals/chem_ascorbicacid.htm
 

Οι χημικοί που εξακρίβωσαν τη χημική δομή του L-ασκορβικού 

Για τον ίδιο λόγο δρα σε συνδυασμό με την βιταμίνη Ε της οποίας αναγεννά την οξειδωμένη μορφή. Οι οξειδωμένες μορφές της βιταμίνης C είναι σχετικά αδρανείς και έτσι ασκεί ισχυρή αντιοξειδωτική δράση σε ελεύθερες ρίζες και οξειδωτικές ενώσεις.

Ορισμένα μέταλλα μπορούν εύκολα να οξειδώσουν την ευαίσθητη C 

2Fe3+ +  ασκορβικό οξύ    2Fe2+ +  δεϋδρασκορβικό οξύ    

με αποτέλεσμα να ξεκινήσουν αλυσιδωτές αντιδράσεις δημιουργίας ελεύθερων ριζών κάτι που φαίνεται απίθανο εφ΄όσον έχουμε μια ουσία ισχυρά αντιοξειδωτική . Τελικά πρέπει να είμαστε προσεκτικοί στην λήψη συμπληρωμάτων διατροφής γιατί μπορεί να οδηγήσουν στο αντίθετο αποτέλεσμα.

Εκτός από την αντιοξειδωτική της δράση,  η βιταμίνη C δρα επουλωτικά για κατεστραμένους ιστούς και βοηθά στην αντικατάστασή τους με ουλώδη ιστό . Συμβάλει στην  παραγωγή αιμοσφαιρίων, την προστασία των αιμοφόρων αγγείων ενισχύει υο ανοσοποιητικό σύστημα και την παραγωγή κολλαγόνου.

 

β καροτένιο

Πορτοκαλί χρωστική ουσία με . Ισχυρό αντιοξειδωτικό προστατεύει  την κυτταρική μεμβράνη από το ελεύθερο οξυγόνο που 

α. προκαλεί βλάβες στα γονίδια του κυττάρου και 

β. οξειδώνει τα λιπαρά οξέα μετατρέποντάς τα σε τοξικά μόρια. Έτσι μπορούμε να του αποδώσουμε αντικαρκινικές και αντιγηραντικές ιδιότητες 

H αντιοξειδωτική του δράση οφείλεται  στην διάσπασγ του διπλού δεσμού του 15ου ατόμου άνθρακα του μορίου,  που οδηγεί είτε σε διάσπαση του μορίου ή σε προσθήκη η οποία  μπορεί να οδηγήσει σε καρβονύλια ή εποξείδια.

 

 

Οι αντιοξειδικές ουσίες και οι τροφές  που τις περιέχουν έχουν αναφερθεί στο :  Η γήρανση στους οργανισμούς. Μέρος έβδομο. Η σημασία των διατροφικών συνηθειών στην πρόληψη ασθενειών που σχετίζονται με το γήρας

 

 

Δήμητρα Σπανού

ΠΗΓΕΣ

ebooks.edu.gr464 × 142

https://en.wikipedia.org/wiki/Reactive_oxygen_species

proionta-tis-fisis.com700 × 473

www.lightlife.gr669 × 272

https://www.mednet.gr/archives/2006-5/pdf/444.pdf

www.chiro.org330 × 237

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/14749737

https://el.wikipedia.org/wiki/Οξειδωτικό_στρες

www.biotek.com800 × 449

www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/9350435

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3431873/

chemwiki.ucdavis.edu924 × 576

www.acs.org288 × 448

https://www.mednet.gr/archives/2009-1/pdf/23.pdf

medstate.wordpress.com1003 × 515

https://www.chem.uoa.gr/courses/organiki_1/rizes/Chapter_10.pdf

www.intechopen.com549 × 159

https://en.wikipedia.org/wiki/Glutathione_peroxidase

https://en.wikipedia.org/wiki/Superoxide_dismutase

en.wikipedia.org350 × 295

www.worthington-biochem.com5426 × 2552

www.wikiwand.com228 × 24

proionta-tis-fisis.com700 × 473

www.chem.uoa.gr697 × 230

https://www.chem.uoa.gr/chemicals/chem_tocopherol.htm

https://el.wikipedia.org/wiki/Βιταμίνη_C

www.panaitoliki.gr582 × 672

nefeli.lib.teicrete.gr1051 × 977

https://www.chem.uoa.gr/chemicals/chem_ascorbicacid.htm

www.dietup.gr600 × 422

https://www.mdpi.com/1420-3049/16/2/1055/pdfkpe-kastor.kas.sch.gr438 × 118

ethesis.helsinki.fi294 × 271

eng.ege.edu.tr697 × 216

www.mdpi.com/1420-3049/16/2/1055/pdf

 

 

 

 

 

 

Οι χημικοί που εξακρίβωσαν τη χημική δομή του L-ασκορβικού 

της Δήμητρας Σπανού χημικού, καθηγήτριας Δευτεροβάθμιας Εκπαίδευσης 1ου Γυμνάσιου Δάφνης

 

 

Η καταστροφική δράση πολλών από τις ελεύθερες ρίζες που παράγει ο οργανισμός  την διάρκεια της λειτουργίας  του , είναι κάτι που έγινε ευρέως γνωστό τις τελευταίες δεκαετίες , σε βαθμό που η έκφραση "ελεύθερες ρίζες να ακούγεται ακόμη και από ανθρώπους  που δεν σχετίζονται με το αντικείμενο, το οποίο  είναι εξειδικευμένης γνώσης.  Έτσι θα πρέπει να δωθούν κάποιες βασικές εξηγήσεις πριν προχωρήσω παρακάτω. 

Σχετικά με την  την χημεία των ελεύθερων ριζών

Όλοι βέβαια έχουν ακούσει για την κατασκευή των ατόμων  από φορτισμένα σωματίδια.  Από την απλή βασική θεωρία του Dalton δεν φαίνεται να προκύπτει  κάποιο πρόβλημα στην δομή του ατόμου, καθώς τα θετικά φορτία του πυρήνα είναι ίσα με τα αρνητικά των στοιβάδων . Στην συνέχεια έγινε γνωστό για τα ηλεκτρόνια, ότι δεν πρόκειται για μια απλή τοποθέτηση κάποιων φορτισμένων σωματιδίων κοντά στον  πυρήνα, αλλά για περιστρεφόμενα σωματίδια που περιστρέφονται με πολύ μεγάλες  ταχύτητες, τόσο που δεν είναι σαφής ο διαχωρισμός της υλικής από την κυματοειδή τους φύση.  Οι δυνάμεις που αναπτύσσονται, είναι πολύ πολυπλοκότερες από αυτές του στατικού ηλεκτρισμού,  , είναι δυνάμεις ηλεκτρομαγνητικές και ανάλογη είναι και η διαμόρφωση  των πεδίων στον χώρο, λόγω της κίνησής τους . Αλλά κυρίως ενδιαφέρουν οι ροπές αυτών των ηλεκτρονίων λόγω της περιστροφής τους.

Τα άτομα της ύλης λοιπόν, στην  προσπάθειά τους να ισορροπήσουν τις δυνάμεις  και τις ροπές που αναπτύσσονται μέσα και να βρεθούν σε σταθερές καταστάσεις με την χαμηλότερη δυνατή ενέργεια, όπως  ορίζουν οι νόμοι της φύσης, , κάνουν διάφορες επιλογές για να πετύχουν  αυτήν την ισορροπία και την σταθερότητα:  όπως για παράδειγμα να  "συνεταιρίζονται" με άλλα άτομα και να δημιουργούν δεσμούς και μέσω αυτών, σταθερότερους σχηματισμούς, (λ.χ.συμπλέγματα ατόμων όπως τα μόρια, ) . Μια άλλη επιλογή είναι να τοποθετούνται σε κάποιες θέσεις στον χώρο, ώστε οι δυνάμεις αυτές να ισορροπούν  καλλίτερα (κρυσταλλικές δομές), είτε να κινούν φορτία,  να προσλαμβάνουν ή να αποβάλουν ηλεκτρόνια (σχηματισμός ιόντων) , ή ένας συνδυασμό από αυτά.  

Γενικά η ισορροπία των  ηλεκτρονιακών ροπών και των spin (λόγω περιστροφής των ηλεκτρονίων), που δημιουργούνται από την περιστροφική κίνηση των ηλεκτρονίων γύρω από τον θετικά φορτισμένον πυρήνα, ευννοούν το "ζευγάρωμα"  των ηλεκτρονίων  (σύζευξη). Για τον λόγο ότι αυτά  πρέπει να περιστρέφονται με τρόπο που η συνολικές ηλεκτρονιακές  ροπές  να ελαχιστοποιούνται όπως και τα spins. 

Κι αυτό γιατί,  οι κατασκευές  των ατόμων που αφήνουν ασύζευκτα  ηλεκτρόνια είναι από γενικά  προβληματικές έως πραγματικά καταστροφικές για την ύλη γύρω τους.  Σε τέτοιες περιπτώσεις μπορεί  συναντούμε μονά ηλεκτρόνια  (μονήρη) σε άτομα  υδρογόνου (Η), οξυγόνου (Ο), αζώτου(Ν),  

χλωρίου (Cl) που φυσιολογικά είναι ζευγαρωμένα σε μόρια (Η2, Ο2, Ν2, Cl2) 

ή σε ανάλογες περιπτώσεις που προέρχονται από την διάσπαση ομοιοπολικού δεσμού μορίων όταν τα ηλεκτρόνια μοιράζονται σε κάθε  άτομο του μορίου (π.χ.Μεθάνιο, Διοξείδιο του αζώτου, Νερό) όπου προκύπτουν  CH3. , ΝΟκαι ΟΗ.

Μπορεί ακόμα να έχουν φορτίο   (θετικά ιόντα) Fe+2 , Fe+3, Cu+2 ή  αρνητικά.

Η ύπαρξη όμως ελεύθερων ηλεκτρονίων δεν προκαλεί απαραίτητα χημική δραστηριότητα. Αυτή εξαρτάται και είναι αποτέλεσμα ενός συνόλου παραγόντων, όπως η συνολική κατανομή των ηλεκτρονίων, η θέση των ασύζευκτων ηλεκτρονίων, το PH, η χημική φύση του περιβάλλοντος

 Η χημική δράση των ελεύθερων ριζών

  Οι ελεύθερες ρίζες μπορεί να οδηγήσουν σε πολυμερισμούς

Οι ελεύθερες ρίζες είναι καταστροφικές  γιατί στην προσπάθειά τους να προσλάβουν ηλεκτρόνια τα αποσπούν από άλλα μόρια που τα αλλοιώνουν και πολλές φορές τα 

μετατρέπουν αυτά σε ελευθερες ρίζες. Ο κύκλος επαναλαμβάνεται έως ότου βρεθεί κάποια αντιοξειδωτική ουσία που  

α. θα μετατρέψει την δραστική ρίζα σε μια σταθερότερη ουσία ενώ ταυτόχρονα θ "πάρει επάνω της" το έλλειμα ηλεκτρονίν και μετατραπεί αυτή σε ρίζα (που  όμως δεν είναι πολύ δραστική  και επικίνδυνη)

 ή που 

β. θα συντελέσει ώστε  η δραστική ρίζα να μετατραπεί σε κάποια άλλη χημική ένωση σταθερότερη ή 

κάποια άλλη οξειδωμένη μορφή σταθερότερη.

 

Μωυσής Gomberg θερείται πατέρας της ριζικής χημείας

 

Οι ελευθερες ρίζες στην λειτουργία των  ζωντανών οργανισμών

¨Όπως αναφέραμε οι  ελεύθερες ρίζες είναι μόρια με ένα ασύζευκτο, υψηλά ενεργό, ηλεκτρόνιο. Από τις ελεύθερες ρίζες που συναντώνται στους ζωντανούς οργανισμούς , οι οποίες σχηματίζονται λόγω του φυσιολογικού μεταβολισμού, συναντάμε, άλλωτε ευεργετικές και άλλωτε βλαπτικές

Βασικές λειτουργίες του οργανισμού ΄οπώς, η μεταγωγή του σήματος , η κυτταρική διαφοροποίηση, η απόκριση στο στρες, η μεταγραφή γονιδίων, η ανοσιολογική απόκριση, η απόπτωση του κυττάρου, οφείλονται στην ύπαρξη δραστικών ριζών σε μέτριες συγκεντρώσεις.

(Ένα παράδειγμα ευεργετικής επίδρασης της ελεύθερης ρίζας  .ΝΟ είναι η δράση της σαν αγγειοδιασταλτική ουσία)

Ταυτόχρονα όμως βλαβερές δράσεις των ελευθέρων ριζών όταν ξεπερνώνται κάποια όρια   ασκούνται σε βιομόρια, (πρωτείνες, λιπίδια, νουκλεικά οξέα κ.α.)

Συναντώνται ελεύθερες ρίζες διαφόρων τύπων (οξυγόνου, αζώτου, θείου, ενεργοί μεταβολίτες κ.λ.π.)  όμως στους οργανισμούς, μεγάλη σημασία έχουν οι ελεύθερες ρίζες που προέρχονται από το οξυγόνο και που προέρχονται κυρίως, λόγω των οξειδώσεων που συμβαίνουν διαρκώς στον οργανισμό, αλλά και από άλλους εξωτερικούς παράγοντες

Οι  ελεύθερες ρίζες οξυγόνου  (ROS ) και πως δημιουργούνται

Οι ελεύθερες ρίζες οξυγόνου που συνηθίζεται η συντομογραφία (ROS  - Reactive Oxydgen Species) 

μπορεί να προέρχονται κατ' αρχήν από τον ιονισμό του νερού του οργανισμού

όπως η ρίζα υδροξυλίου (ΟΗ •)  το υπεροξείδιο του υδρογόνου(Η 2 Ο 2),  η ρίζα υπεροξειδίου(• -  2)  το οξυγόνο (O 2).

 

αλλά και από άλλους  ενδοκυτταρικούς μηχανισμούς,που  συμβαίνουν στα μιτοχόνδρια, τα λυσοσώματα, τις κυτταρικές μεμβράνες, το κυτταρόπλασμα και τον πυρήνα 

 

στα μιτοχόνδρια, η οξειδωτική φωσφορυλίωση μπορεί  με την 

μεταφορά ηλεκτρονίων στο οξυγόνο και συνέχεια την πρόσληψη υδρογόνου  για σχηματισμό νερού,  σε κάποιο ποσοστό, να καταλήξει σε σχηματισμό ιόντος υπεροξειδίου  (• O -2 ) .

Κάποια συνένζυμα ορισμένες φορές δημιουργούν ελεύθερες ρίζες σε ένα ποσοστό.
Στην αναπνευστική αλυσίδα, οι αντιδράσεις της ουβικινόνης και στις οξειδοανωγικές οι αντιδράσεις που συμμετέχουν φλαβοπρωτείνες αφήνουν ένα ποσοστό ηλεκτρονίων να διαρρεύσουν προς το οξυγόνο και την δημιουργία του (∙Ο2-)
 

 στα λυσοσώματα, από τις διασπάσεις μακρομορίων όπου  η επίδραση υδρολυτικών ενζύμων για την διάσπαση μακρομορίων (πρωτεΐνες, νουκλεϊκά οξέα, λίπη και πολυσακχαρίτες) δημιουργεί ελεύθερες ρίζες. Στα λυσσοσώματα δημιουργούνται  ελεύθερες ρίζες γιατί με αυτές  επιτίθενται  εναντίον των μικροβίων. Οι ρίζες αυτές μπορεί να είναι το  ανιόν υπεροξειδίου, το υπεροξείδιο του υδρογόνου, η  υδροξυλική ρίζα.

στο ενδοπλασματικό δίκτυομέσω του κυτοχρώματος P450 που παίζει σημαντικό ρόλο σε αποτοξινώσεις. 

Το P450  είναι μια πρωτείνη που καταλύει αντιδράσεις υδροξυλίωσης για  την παραγωγή ενεργών οξειδωτικών οξειδωτικών ριζών κυρίως υπεροξείδιο του υδρογόνου

στις κυτταρικές μεμβράνεςκυρίως  σε  περιπτώσεις φλεγμωνής και λοιμώξεων παράγονται ελεύθερες ρίζες με σκοπό να επιτεθούν στα μικρόβια που βρίσκονται στον εξωκυττάριο χώρο και να τα εξασθενήσουν , ώστε αυτά να φαγοκυτταρωθούν ευκολότερα από τα κύτταρα του ανοσοποιητικού στην συνέχεια. Από την οξείδωση του συνένζυμου NADPH που μεταφέρει Η, παράγονται ανιόντα υπεροξειδίου, και ακόμη, το σύστημα λιποξυγενάσης δημιουργεί υδρουπεροξείδια 

στο κυττόπλασμα , τα υπεροξεισωμάτια που  διασπούν υλικά του κυτταροπλάσματος όπως για παράδειγμα λιπίδια συμπεριλαμβάνουν ελεύθερες ρίζες. Εκεί τα λιπαρά οξέα που αναφέραμε, υφίστανται μια ειδική επεξεργασία. Σε ένα ενεργοποιημένο λιπαρό οξύ με ακέτυλοσυνένζυμο Α, επιδρά μια φλαβοπρωτείνη και αφαιρεί ένα ζευγάρι ατόμων υδρογόνου, τα οποία μεταφέρονται απευθείας στο μοριακό οξυγόνο και παράγεται το υπεροξείδιο του υδρογόνου 

στον πυρήνα, 

Πότε οι ελεύθερες ρίζες δημιουργούν προβλήματα

Το οξειδωτικό στρες *

Ο αριθμός των ελεύθερων ριζών Οξυγόνου που υπάρχουν γενικά στον οργανισμό παραμένει σε επίπεδα που δεν δημιουργούν πρόβλημα, γιατί υπάρχουν αντίστοιχα μηχανισμοί που αδρανοποιούν ή καταστρέφουν έναν αριθμό από αυτές.

Εάν όμως αυτή η ισορροπία μεταβληθεί είτε λόγω αύξησης της παραγωγής τους ή λόγω κάποιας ανεπάρκειας  των αντιοξειδωτικών συστημάτων και ανικανότητας τους να λειτουργήσουν ικανοποιητικά, τότε ο αριθμός των ελεύθερων ριζών αυξάνεται , με διάφορες συνέπειες.

Αυτή η διαταραχή της ισορροπίας είναι γνωστή σαν οξειδωτικό στρες

Η παραγωγή  των  ελεύθερων ριζών εκτός από τις φυσιολογικές μεταβολικές διαδικασίες του οργανισμού αυξάνεται σε ορισμένες άλλες περιπτώσεις λόγω περιβαλλοντικών εξωγενών παραγόντων όπως 

  • η έκθεση του οργανισμού σε τοξικές ουσίες (γιατί οι ουσίες αυτές πιθανόν να επιδρούν χημικά στον οργανισμό και να παράγουν τέτοια είδη)
  • Μετά από παρατεταμένη ασθένεια (γιατί ο οργανισμός χρησιμοποιεί οξειδωτικούς μηχανισμούς εναντίων των εισβολέων)
  • Έκθεση σε μολυσματικούς παράγοντες (καπνός, ρύποι κ.α.)
  • καταστάσεις στρες -παραγωγή στεροειδών ορμονών
  • έκθεση σε ακτινοβολία
  • αυτοξείδωση διαφόρων χημικών ουσιών και βιομορίων του οργανισμού
  • υπερβολική κατανάλωση θερμίδων ιδιαίτερα λίπους και άλλων ανόφελων θερμίδων
  • η φυσιολογική  υποβάθμιση των συστημάτων άμυνας του οργανισμού κατά του οξειδωτικού στρες που έρχεται με το γήρας 

*(υπάρχει αντίστοιχα και στρες Αζώτου)

Τα αποτελέσματα του οξειδωτικού στρες

 Οι ελεύθερες ρίζες αντιδρούν με διάφορα συστήματα του κυττάρου στην προσπάθειά τους να σταθεροποιηθούν και να αποβάλουν την αστάθεια που συνεπάγει η ύπαρξη μονήρων ηλεκτρονίων και συνήθως δημιουργούν μικρά ή μεγάλα προβλήματα.

Μπορούν να αντιδράσουν με λιπίδια και να δημιουργήσουν υπεροξείδια των λιπαρών οξέων. Οι ελεύθερες ρίζες που σχηματίζονται προσβάλουν τα συστατικά του κυττάρου και προκαλούν αλοιώσεις σε μεμβράνες πρωτείνες DNA.

Ενδιαφέρον παρουσιάζει η σύνδεση των ελεύθερων ριζών με ασθένειες όπως το εγκεφαλικό οίδημα

Ελεύθερες ρίζες όπως, ανιόντa υπεροξειδίου (O 2 - .  υπεροξείδιο του υδρογόνου και λιπιδικά υπεροξείδια και ταυτόχρονη μείωση αντιοξειδωτικών  όπως η υπεροξειδική δισμουτάση (SOD), η βιταμίνη Ε, και τα μακράς αλύσου πολυακόρεστα λιπαρά οξέα (LCPUFAs και μείωση επίσης του αντιτασικού ενδοθηλιακού νιτρικού οξειδίου (ΕΝΟ), παρατηρούνται σε άτομα  με μη ελεγχόμενη ιδιοπαθή υπέρταση, και   εμπλέκονται πιθανόν με το εγκεφαλικό οίδημα .

Αλλά και άλλες ασθένειες του εγκεφάλου οφείλονται στην υψηλή παρουσία οξειδωτικών ριζών. Ο εγκέφαλος περιέχει εύκολα οξειδούμενα λιπαρά οξέα, η παροχή οξυγόνου είναι υψηλή και οι αντιοξειδωτικές ουσίες δεν είναι σε μεγάλη ποσότητα. 

 

Ποια είναι η δράση των ελεύθερων ριζών

Επίδραση ελεύθερων ριζών σε πρωτείνες

Α. Μπορούν να αντιδράσουν με πρωτείνες και να τις οδηγήσουν σε οξείδωση και  μετουσίωση.

Λόγω της δράσης δραστικών ριζών οξυγόνου σε πρωτείνες,  εμφανίζονται τροποποιήσεις  στην δομή τους,  που  μειώνει την ενζυμική τους δραστικότητα ,επίσης  και απώλεια αμινιξέων κατακερματισμός των πολυπεπτιδικών αλυσίδωναλλαγή του ηλεκτρικού φορτίου ,τους σε ορισμένες περιπτώσεις.

Αυξημένη οξείδωση των πρωτεινών (αλλά και των λιπιδίων και νουκλεινικών οξέων ) εμφανίζεται σε εγκεφαλικούς ιστούς ασθενών που έπασχαν από την νόσο Paskinson και αυτό προκύπτει σαν συνέπεια οξειδωτικού στρες. Τέτοιες εκφυλιστικές ασθένειες όπως  η Paskinson , επιδεινώνονται με το γήρας όπου η παρουσία ελεύθερων ριζών είναι αυξημένη κυρίως λόγω πτώσης των αντιοξειδωτικών συστημάτων.  Εμφανίζεται κατά το γήρας μειωμένη δραστηριότητα του υπεροξειδίου δισμουτάσης (SOD ), η καταλάση και η γλουταθειόνη (GSH) . 

 Μεταξύ των καταστροφών που εμφανίζονται στις βιολογικές ουσίες  είναι και οι βλάβες πρωτεινών και αμινών όπως η  auto-οξείδωση της ντοπαμίνη και η συσσωμάτωση α-συνουκλεΐνης.

Οξειδώσεις επίσης των λιποπρωτεινών χαμηλής πυκνότητας LDL (κακή χοληστερόλη) σχετίζονται με καρδιοαγγειακές παθήσεις γιατί συμβάλουν στον σχηματισμό αθηρωματικής πλάκας

Επίδραση ελεύθερων ριζών σε γενετικό υλικό

 Μπορούν σε περιπτώσεις να επιρρεάσουν το κυτταρικό και το μιτοχονδριακό DNA και οδηγούν σε μεταλλάξεις του γενετικού υλικού

Το κυτταρικό DNA είναι σχεδόν απρόσβλητο από το μοριακό οξυγόνο. επιρρεάζεται όμως από δραστικότερες μορφές όπως του υπεροξειδικό ανιόν (Ο2 •−) ,  το υπεροξείδιο του υδρογόνου (Η2Ο2), η ρίζα του υδροξειλίουΗΟ• )  αζωτούχες ελεύθερες ρίζες κ.α.

Έτσι μπορεί να προκληθούν, βλάβες στη δομή του DNA, μεταλλάξεις και πρόσθετα-DNA , όπως μεταθέσεις, μεταλλάξεις και απώλεια βάσεων της αλυσίδας, νίτρωση, απαμίνωση κ.α. 

Ακόμη μπορούν να επιρρεάσουν την μεταγραφή του σήματος καθώς ελεύθερες ρίζες διαπερνούν μεμβράνες και επιρρεάζουν πρωτείνες και γονίδια που είναι ευαίσθητα στο οξειδωτικό στρες ώστε αυτά  ενεργοποιούνται  ανεξάρτητα από την κανονική διαδικασία σηματοδότησης (που γίνεται από τα σηματοδοτικά μόρια που μεταφέρουν σήματα για μεταγραφή πρωτεινών, πολλαπλασιασμό ή απόπτωση). Αλλά το χειρότερο είναι ότι με αυτήν την ενεργοποίηση είναι δυνατόν να επιρρεάζουν ακόμη και ενεργοποιούν ογκογονίδια που ευθύνονται για διάφορες μορφές καρκίνου.

Τα μιτοχόνδρια όπως είναι γνωστό είναι η κύρια πηγή ενέργειας με την μορφή ATP αλλά και τόπος παραγωγής ελεύθερων ριζών. Οι τελευταίες στρέφονται συχνά κατά των μιτοχονδρίων του κυττάρου και προκαλούν μεταβολή της μορφολογίας του και βλάβη του μιτοχονδριακού DNA (mtDNA)Αυτό κατά μια άποψη είναι η σημαντικότερη αιτία του γήρατος αλλά επίσης είναι βέβαιο ότι δυσχεραίνει τις λειτουργίες της μιτοχονδριακής αλυσίδας και προκαλεί την δημιουργία και άλλων δραστικών ριζών  όπως το O 2 - που μπορεί στην συνέχεια να μετατραπούν σε  ΝΟ 3 - και, τέλος, να · ΟΗ. και 

να ρυθμίσουν πρωτείνες και γονίδια που λειτουργούν βάσει οξειδωτικών ουσιών

Απώλειες νευρώνων του εγκεφάλου έχει αποδειχθεί ότι σχετίζονται με την αποβάθμιση και καταστροφή μιτοχονδριακού DNA που οφείλονται σε γήρας ή σε νόσο Paskinson.

Αλλές επιδράσεις των ελεύθερων ριζών

Τύποι ελευθέρων ριζών που διαπερνούν κυτταρικές μεμβράνες, επιδρούν στις οδούς της μεταγωγής σήματος . Ακόμη, 

Αντιδρούν με υδατάνθρακες και τους οδηγούν σε τροποποιήσεις  


και με λιπίδια που οδηγούνται σε λιπιδική υπεροξείδωση  εφόσον οι ελεύθερες ρίζες αποσπούν ηλεκτρόνια από  τα λιπίδια των κυτταρικών μεμβρανών και τα  οδηγούν σε άλλες οξειδωμένες δύσκαπτες και μη λειτουργικές μορφές όπως τα λιπιδικά υπεροξείδια

 

Οι φυσικές αντιοξειδωτικές ουσίες του οργανισμού 

Οι φυσικές αντιοξειδωτικές ουσίες του οργανισμού  είναι ενζυμικής και μη ενζυμικής μορφής

Ο ρόλος τους είναι κυρίως να μετατρέπουν τις δραστικές ελεύθερες ρίζες σε ουσίες λιγότερο δραστικές

 

Τα ένζυμα που ασκούν αντιοξειδωτική δράση είναι 

 

  • Το κυτόχρωμα C  στο κυτταρόπλασμα,
  •  Η υπεροξειδική δεσμουτάση (SOD ) (εξωκυτταρικά ), μετατρέπει την υπεροξειδική ρίζα (Ο 2 -)  είτε σε μοριακό οξυγόνο ή σε υπεροξείδιο του υδρογόνου (που είναι επίσης ROS αλλά λιγότερο επιζήμια) και καταλύει την αντίδραση:   ∙Ο2- + 2Η+ → Η2Ο2
  •  η υπεροξειδάση της γλουταθειόνης (GSHPx)  που συναντάται σε 8 μορφές στο κυτταρόπλασμα όλων σχεδόν των ιστών, στο πλάσμα, στο έντερο εξωκυτταρικά κ.α.  Περιέχει την ομάδα -SH του αμινοξέος κυστεΐνη

Κυρίως δρα σαν αντιοξειδωτικό για την μετατροπή του υπεροξείδιου του υδρογόνου  όπου  καταλύει την αντίδραση: 

 2GSH + Η2Ο2 → GSSG + 2Η2Ο.  

Ο μηχανισμός περιλαμβάνει την οξείδωση ενός σεληνοαιθέρα μιας  σεληνοκυστείνης του ενζύμου και την μετατροπή του σε σεληνικό οξύ. Από αυτό φαίνεται και η σύνδεση της υπεροξειδάσης της γλουταθειόνης με το στοιχείο σελήνιο
H GSHPx  ανακτάται με NADP

 

  •  η τρανφεράση S  της γλουταθειόνης  στο κυτταρόπλασμα , στα μικροσωμάτια και τα μιτοχόνδρια) 

 

  • Οι καταλάσες και λοιπές υπεροξειδάσεςστους ιστούς βρίσκονται καταλάσες σε λευκά αιμοσφαίρια, , το ήπαρ, τους πνεύμονες. Καταλύει με ταχύτητα την μετατροπή του υπεροξειδίου του υδρογόνου σε νερό και οξυγόνο. 

 

Οι υπεροξειδάσες μετατρέπουν επίσης το υπεροξείδιο του υδρογόνου σε νερό, χρησιμοποιώντας άτομα υδρογόνου που παράγονται κατά τον μεταβολισμό 

 

Μη ενζυμικά φυσικά αντιοξειδωτικά  είναι 

στις μεμβράνες :  α τοκοφερόλη, β καροτένιο, συνένζυμο Q, 


 α τοκοφερόλη  Η πιο ισχυρή αντιοξειδωτική από τις βιταμίνες  Ε. Δρα στις κυτταρικές μεμβράνες και καταστρέφει την περίσσεια των ελεύθερων ριζών.  Έτσι προλαμβάνονται ασθένειες του κυκλοφορικού, καρκίνοι και άλλες.

Για την σύνθεση της α τοκοφερόλης ο οργανισμός χρησιμοποιεί αρχικά τα αμινοξέα φαινυλαλανίνη και τυροσίνη κατά τον μεταβολισμό των οποίων παράγεται ομογεντισικό οξύ και στην συνέχεια  μέσω σύζευξης του πυροφωσφορικού (διφωσφορικού) εστέρα της φυτόλης παράγεται αυτή.

Αποτελεί αντιοξειδωτική ουσία φαινολικού χαρακτήρα που αδρανοποιούν τις οξυγονούχες ρίζες προσφέροντάς τους το υδρογόνο της ομάδας του φαινολικού υδροξυλίου (-ΟΗ). Όπως αναφέρθηκε  δρα έξω από τις μεμβράνες και προλαμβάνει την οξείδωση των φωσφολοπιδίων  των κυτταρικών μεμβρανών και την συγκόληση στην συνέχεια μεταξύ τους με αποτέλεσμα την ακαμψία και την γήρανση της κυτταρικής μεμβράνης. Με τον αντίστοιχο τρόπο δρα και στην  μεταφορικές λιποπρωτείνες όπως οι χοληστερόλες  αποτρέποντας την συγκόληση και τον σχηματισμό αθηρωματικής πλάκας στα αγγεία.

Μετέ από την αντιοξειδωτική της δράση η ριζα πλέον α τοκοφερόλη μπορεί να ανακτηθεί με άλλα αντιοξειδωτικά όπως η βιταμίνη C (από τροφή) ή η γλουταθειόνη (παράγει ο οργανισμός)

 

 

Αντιοξειδωτικές ουσίες που προσλαμβάνει ο άνθρωπος με την διατροφή 

Βιταμίνες με αντιοξειδωτική δράση (Βιταμίνη Ε, βιταμίνη C, β καροτένιο) 

Christiaan Eijkman

(1858-1930)

Casimir Funk

(1884-1967)

 

 

 Οι Christiaan Eijkman και Casimir Funk εργάστηκαν στην έρευνα καιανακάλυψη των βιταμινών

 

Η βιταμίνη Ε (τοκοφερόλες)

Η βιταμίνη Ε (τοκοφερόλες) είναι ομάδα παραπλήσιων βιταμινών λιποδιαλυτών που αντιδρούν με τις ελεύθερες ρίζες των λιπαρών οξέων που συναντώνται στα φυτικά έλαια. . Έτσι αποτρέπει την περαιτέρω οξείδωση των λιπαρών οξέων (κύρια συστικά των κυτταρικών μεμβρανών)και την καταστροφή των ιστών. 

Οι αντιοξειδωτικές τους ιδιότητες οφείλονται κυρίως στο φαινολικό υδροξύλιο του  χρωμάνιο. που είναι στην αρχή του.

Η αδρανοποίηση της λιπιδικής ρίζας μετατρέπει σε ριζα την τοκοφερόλη. Χάρη όμως στην δράση οξειδαναγωγικών συστημάτων της υπεροξειδάσης της γλουταθειόνης η τοκοφερόλη ανακτάται ενώ οι οξειδωμένες μορφές της υπεροξειδάσης και της βιταμίνης C ανάγονται από το συνένζυμο ΝADP που προσλαμβάνει υδρογόνο και έτσι επανακτώνται οι τελευταίες

 

H βιταμίνη C και πως συνδυάζεται με την βιταμίνη Ε   

 Η βιταμίνη C (L-ασκορβικό οξύ

Είναι μια λευκή κρυσταλλική ουσία, που διαλύεται στο νερό με ελαφρά όξινη αντίδραση, μία φυσική οργανική ένωση με αντιοξειδωτικές ιδιότητες  που προστατεύει τον οργανισμό από τις ελεύθερες ρίζες αλλά και από άτομα, ιόντα ή μόρια που ασκούν εκφυλιστική δράση στον οργανισμό όπως την κορτιζόνη. Η βιταμίνη C συμμετέχει στην φυσιολογία των φυτών και των ζώων. 

Είναι παράγωγο της γλυκόζης και  πολλά ζώα την συνθέτουνόχι όμως τα ανώτερα θηλαστικά , που πρέπει να την προσλαμβάνουν με την τροφή τους. Η αντιοξειδωτική της δράση οφείλεται στο ότι εμποδίζει την οξείδωση υδατοδιαλυτών ενώσεων και αντί αυτών οξειδώνεται η ίδια. Αυτό μπορεί να συμβεί σε δυο στάδια, στο πρώτο με την πρόσληψη ενός ηλεκτρονίου μετατρέπεται σε ασκορβικό ιόν και στην δεύτερη σε δευδροασκορβικό οξύ.

 Γι αυτόν τον λόγο δρα συχνά σαν συμπαράγοντας πολλών ενζύμων κυρίως σε αντιδράσεις που καταλήγουν στην εισαγωγή υδροξυλίου σε οργανικά βιομόρια. Η οξειδωμένη του μορφή είναι το δευδροασκορβικό οξύ 

www.chem.uoa.gr/chemicals/chem_ascorbicacid.htm
 

Οι χημικοί που εξακρίβωσαν τη χημική δομή του L-ασκορβικού 

Για τον ίδιο λόγο δρα σε συνδυασμό με την βιταμίνη Ε της οποίας αναγεννά την οξειδωμένη μορφή. Οι οξειδωμένες μορφές της βιταμίνης C είναι σχετικά αδρανείς και έτσι ασκεί ισχυρή αντιοξειδωτική δράση σε ελεύθερες ρίζες και οξειδωτικές ενώσεις.

Ορισμένα μέταλλα μπορούν εύκολα να οξειδώσουν την ευαίσθητη C 

2Fe3+ +  ασκορβικό οξύ    2Fe2+ +  δεϋδρασκορβικό οξύ    

με αποτέλεσμα να ξεκινήσουν αλυσιδωτές αντιδράσεις δημιουργίας ελεύθερων ριζών κάτι που φαίνεται απίθανο εφ΄όσον έχουμε μια ουσία ισχυρά αντιοξειδωτική . Τελικά πρέπει να είμαστε προσεκτικοί στην λήψη συμπληρωμάτων διατροφής γιατί μπορεί να οδηγήσουν στο αντίθετο αποτέλεσμα.

Εκτός από την αντιοξειδωτική της δράση,  η βιταμίνη C δρα επουλωτικά για κατεστραμένους ιστούς και βοηθά στην αντικατάστασή τους με ουλώδη ιστό . Συμβάλει στην  παραγωγή αιμοσφαιρίων, την προστασία των αιμοφόρων αγγείων ενισχύει υο ανοσοποιητικό σύστημα και την παραγωγή κολλαγόνου.

 

β καροτένιο

Πορτοκαλί χρωστική ουσία με . Ισχυρό αντιοξειδωτικό προστατεύει  την κυτταρική μεμβράνη από το ελεύθερο οξυγόνο που 

α. προκαλεί βλάβες στα γονίδια του κυττάρου και 

β. οξειδώνει τα λιπαρά οξέα μετατρέποντάς τα σε τοξικά μόρια. Έτσι μπορούμε να του αποδώσουμε αντικαρκινικές και αντιγηραντικές ιδιότητες 

H αντιοξειδωτική του δράση οφείλεται  στην διάσπασγ του διπλού δεσμού του 15ου ατόμου άνθρακα του μορίου,  που οδηγεί είτε σε διάσπαση του μορίου ή σε προσθήκη η οποία  μπορεί να οδηγήσει σε καρβονύλια ή εποξείδια.

 

 

Οι αντιοξειδικές ουσίες και οι τροφές  που τις περιέχουν έχουν αναφερθεί στο :  Η γήρανση στους οργανισμούς. Μέρος έβδομο. Η σημασία των διατροφικών συνηθειών στην πρόληψη ασθενειών που σχετίζονται με το γήρας

 

 

Δήμητρα Σπανού

ΠΗΓΕΣ

ebooks.edu.gr464 × 142

https://en.wikipedia.org/wiki/Reactive_oxygen_species

proionta-tis-fisis.com700 × 473

www.lightlife.gr669 × 272

https://www.mednet.gr/archives/2006-5/pdf/444.pdf

www.chiro.org330 × 237

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/14749737

https://el.wikipedia.org/wiki/Οξειδωτικό_στρες

www.biotek.com800 × 449

www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/9350435

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3431873/

chemwiki.ucdavis.edu924 × 576

www.acs.org288 × 448

https://www.mednet.gr/archives/2009-1/pdf/23.pdf

medstate.wordpress.com1003 × 515

https://www.chem.uoa.gr/courses/organiki_1/rizes/Chapter_10.pdf

www.intechopen.com549 × 159

https://en.wikipedia.org/wiki/Glutathione_peroxidase

https://en.wikipedia.org/wiki/Superoxide_dismutase

en.wikipedia.org350 × 295

www.worthington-biochem.com5426 × 2552

www.wikiwand.com228 × 24

proionta-tis-fisis.com700 × 473

www.chem.uoa.gr697 × 230

https://www.chem.uoa.gr/chemicals/chem_tocopherol.htm

https://el.wikipedia.org/wiki/Βιταμίνη_C

www.panaitoliki.gr582 × 672

nefeli.lib.teicrete.gr1051 × 977

https://www.chem.uoa.gr/chemicals/chem_ascorbicacid.htm

www.dietup.gr600 × 422

https://www.mdpi.com/1420-3049/16/2/1055/pdfkpe-kastor.kas.sch.gr438 × 118

ethesis.helsinki.fi294 × 271

eng.ege.edu.tr697 × 216

www.mdpi.com/1420-3049/16/2/1055/pdf

 

 

 

 

 

 

Οι χημικοί που εξακρίβωσαν τη χημική δομή του L-ασκορβικού